岩石力学实验研究及合理生产压差确定

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地层的流变性指的是地层在一定外力推动的作用下产生流动和变形的性质。地层流变学所研究的主要内容就是岩石蠕变与应力松弛后岩石所发生的一种流变特性。岩石的蠕变是在恒定的应力作用下,岩石的应变随着时间的增加而不断变化的一种现象。正因为岩石蠕变的存在,所以当应力状态下较低的情况下也可能发生较大的变形。该地区的地质特征是属于异常高压层位的泥岩裂缝性油气藏且孔隙度较小且存在很多的地下复杂情况。本论文主要以W区块的一口评价井作为研究对象,根据勘探数据显示,W井区在勘探开发过程中主要遇到以下三个问题:地层压力较高,溢流情况频繁;高压、盐膏岩地层产生蠕变效应导致套管失效;泥页岩地层,难以确定合理生产压差。根据以上问题制定了包括岩石力学参数的确定、盐膏岩的蠕变实验以及泥页岩的膨胀实验三个实验,主要目的是为后续的钻采工艺的实施提供一定的借鉴依据。通过岩石力学实验,得到了W区块泥岩层平均密度2.597 g/cm3,弹性模量20.57GPa,泊松比为0.25。并通过Kaiser试验计算W区块构造应力系数0.6304和0.3095,确定最大水平主应力方向N45°E。确定了W井处于正断层地带,地应力分布为上覆岩层压力>最大水平地应力>最小水平主应力。通过以上数据确定了该地层属于弹塑性地层,以及对应的最大水平地应力大小和方向。通过盐膏岩膨胀实验,得到了该区块的蠕变方程模型,并指出提高固井水泥强度,可减小套管受力,因此推荐在蠕变地层使用高强度的水泥。在盐层下界3350m位置,地应力小于75MPa,钢级Q125、外径193.7mm、壁厚12.7套管安全系数大于1.17。采用双层套管固井后,经分析内、外套管的外挤力都远小于套管许用外挤力,套管处于安全状态。通过泥岩的膨胀实验,得到W区块泥岩吸水膨胀率的函数方程式,发现同一岩心,在不同条件下岩样膨胀率基本一致。根据得到的膨胀率方程,并利用流固耦合软件FLAC3D计算井深3100米和井深3400米出合理生产压差为6MPa和7MPa。通过以上的岩石力学实验数据,了解了该区块的岩石力学参数与地应力大小,确定了盐膏岩的蠕变方程以及泥岩的膨胀率方程。对地区的地应力和地质结构有了进一步的了解,通过改善施工工艺,控制合理的生产压差,可以有效降低井底风险。
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