基于显式有限元模型的煤层气钻井过程井壁钻具撞击破碎风险研究
煤层气钻井过程由于井壁岩石的易碎性,钻柱与井壁的随机碰撞极易导致井壁失稳坍塌,从而引发诸如卡钻、钻具失效等严重的钻井事故.基于实际钻井资料,首先利用MTS岩石三轴试验系统对从现场所取的不同岩性的岩心试样进行了三轴抗压测试,得到了相关岩石力学参数;另外,通过LS-DYNA显式有限元软件,考虑实际岩层的地应力分布,采用试验所得数据,对煤层气水平井钻井过程中井壁受钻具撞击破碎风险进行了数值仿真分析,结果显示了井壁应力迁移、释放、井眼坍塌破碎全过程及破碎特征,得到了井壁破碎面积及井眼扩径率与岩层性质以及钻柱撞击速度的关系以及允许的钻柱撞击速度取值区间.考虑到钻柱与井壁接触方式的多样性,本文在前述工作基础上,将撞击速度看成一个随机变量,建立了井壁受撞击破碎风险评价模型,使用蒙特卡洛方法分别计算了不同岩性不同撞击速度下井壁破碎风险.结果体现出煤岩、泥岩的在受到钻具接触碰撞时破碎特征、坍塌破碎风险的差异性以及钻具振幅、撞击速度对井壁破碎影响的显著性.本文的研究内容及结果揭示了地下钻具与井壁的相互作用,并对煤层气钻井过程中井壁坍塌风险预测提供了前期准备,对今后的工程实践有着重要的借鉴意义.
煤层气 钻井工艺 井壁岩石 应力分布 显式有限元模型
周怀发 邵兵 闫怡飞 闫相祯
中国石油大学(华东)油气CAE技术研究中心,青岛266580;中国石油大学(华东)机电工程学院,青岛266580 中国石油大学(华东)油气CAE技术研究中心,青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,青岛266580
国内会议
2014年海峡两岸破坏科学与材料试验学术会议暨第十二届破坏科学研讨会、第十届全国MTS材料试验学术会议
台南
中文
1-7
2014-10-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）