頁巖油井壁穩定性測試及評價方法Testingandevaluationmethodforwellborestabilityofshaleoilwell2023-11-26實施國家能源局發布I Ⅱ 12規范性引用文件 13術語和定義 14測試評價原理 15測試評價準備 15.1測試設備 15.2工程資料 25.3試樣制備 26巖石物理與力學特性測試 26.1試樣描述 26.2試驗測試 26.3測試數據整理 37地層孔隙壓力與地應力分析 37.1地層孔隙壓力分析 37.2垂向主應力分析 47.3水平最大和最小主應力分析 48井壁穩定性評價 58.1井壁穩定臨界條件的確定 58.2不同工況下井壁穩定性評價 69評價報告 8附錄A(資料性)井壁穩定試驗測試結果記錄 9參考文獻 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的本文件起草單位：中石化勝利石油工程有限公司鉆氣股份有限公司青海油田分公司、西安石油大學、中國石油大學(北京)、中國石油天然氣股份有限公司大港油田分公司、中國石油大學(華東)。本文件主要起草人：席境陽、劉厚彬、胥豪、劉鳳和、曹繼飛、唐洪林、趙凱、馮永存、董廣1頁巖油井壁穩定性測試及評價方法下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適DZ/T0276.4—2015巖石物理力學性質試驗規程第4部分：巖石密度試驗DZ/T0276.18—2015巖石物理力學性質試驗規程第18部分：巖石單軸抗壓強度試驗DZ/T0276.20—2015巖石物理力學性質試驗規程第20部分：巖石三軸壓縮強度試驗DZ/T0276.21巖石物理力學性質試驗規程第21部分：巖石抗拉強度試驗SY/T5623—2009地層壓力預(監)測方法通過巖心三軸壓縮強度試驗，獲取地層巖石力學特性，結合測井資料及現場工程數據，計算研究區域的地應力、地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力及漏失壓力，從而確定井壁失穩的臨界條件。根據鉆井過程中鉆井液循環及起下鉆等不同工況下井底有效壓力計算，獲取井底當量密度，通過與井壁5.1.1巖心鉆取機：鉆取巖心直徑25mm,鉆取長度100mm。5.1.2游標卡尺：量程15cm,精度0.02mm。2表1各項試驗的標準試樣尺寸和數量試驗項目試樣形狀試樣尺寸試樣數量，個密度圓柱體直徑25mm,高徑比2.0～2.5抗拉強度試驗(劈裂法)直徑25mm,高徑比0.5～1.0三軸壓縮強度試驗直徑25mm,高徑比2.0～2.5a)巖心來源(區塊、油田、井號、層位等);6.2.3巖石三軸壓縮強度試驗，按照DZ/T0276.20—2015中7.2～7.6的規定執行，試驗過程記錄內3圍壓上限的最低值按照公式(1)計算：照公式(2)計算：式中：公式(3):式中：4NB/T11285—2023海相地層異常高壓形成機制主要為抬升剝蝕卸載作用，地層壓力宜采用Bowers法計算，見公式(4)和公式(5): (5)式中：7.3.1對于構造運動較弱的工區，按照公式(7 5NB/T11285—2023 (9) 6式中：式中：b)最小鉆井液密度pmm不低于地層孔隙壓力當量密度(pr)和坍塌壓力當量密度(pe)的最量密度按照公式(16)計算：式中：7NB/T11285—2023p?——環空循環壓耗，單位為兆帕(MPa);p?——井口壓力，單位為兆帕(MPa)。。按照公式(17)和公式(18)計算：式中：………………B系數，單位為帕的n次方秒(Pa·s°);D——井眼直徑，單位為米(m);d——管柱外徑，單位為米(m);n——流型指數，無量綱；K——鉆井液稠度系數，單位為帕的n次方秒(Pa·s),8.2.1.3紊流流態下環空循環壓耗按照公式(19)～公式(21)計算： (19) (20) (21)式中：a)若pmin≤Pe≤pmx,則井壁可保持穩定；b)若循環當量密度p不在安全密度窗口內，則存在井壁失穩風險。8.2.2.1起鉆和下鉆時井筒有效液柱壓力當量密度按照公式(22)～公式(24)計算：Pew=Pm-Pg (22) (23) (24)8式中：p下鉆工況下井底壓力當量密度，單位為克每立方厘米(g/cm3);pn——鉆井液密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)f—范寧摩阻系數，無量綱；L——起下鉆行程，單位為米(m);9評價報告a)地質工程概況：1)工區地質概況與巖性特征；2)研究區域鉆井工程信息。b)試驗測試分析：1)地層試樣描述；2)巖石物理參數測試；3)巖石力學特性測試：4)巖石力學性能參數計算；5)巖石力學性能參數剖面測井方法計算。c)地應力和地層孔隙壓力分析：1)地層孔隙壓力計算方法選擇；2)地層孔隙壓力分布剖面計算；3)垂向主應力計算；4)最大與最小水平主應力計算；5)破裂壓力計算；6)漏失壓力計算；7)坍塌壓力計算。1)安全鉆井液密度窗口的確定；2)循環工況條件下井筒有效液柱壓力計算3)起下鉆工況條件下抽吸和激動壓力的允值計算。e)結論與建議：1)井壁穩定性評價結果；2)鉆井施工工藝優化的建議。9A.1巖心試樣描述見表A.1。試樣編號巖樣來源層位深度m巖性層理孔隙試樣形狀試樣尺寸直徑高度試樣編號干試樣質量g試樣尺寸試樣體積巖石干密度備注長度寬度高度直徑單值平均試樣編號試驗狀態受力方向試樣尺寸mm破壞載荷N抗拉強度直徑高度單值平均值試樣編號受力方向試驗狀態試樣尺寸mm橫截面積圍壓最大破壞載荷N軸向應力描述直徑高度樣品編號Kaiser點應力值井深m水平最大地應力最大地應力梯度水平最小地應力最小地應力梯度[1]付小敏，鄧榮貴.室內巖石