高壓氣層氣體鉆井井壁穩定性分析

余武軍　原小鋒　王濤（中石化河南石油工程有限公司技術服務公司，河南　南陽　473132）

高壓氣層氣體鉆井井壁穩定性分析

余武軍原小鋒王濤（中石化河南石油工程有限公司技術服務公司，河南南陽473132）

高壓氣層氣體鉆井與傳統的鉆井方式有很大的差別，其是目前較為先進的鉆井方式，但高壓氣層氣體鉆井會對井壁的穩定性產生很大的影響，因此，本文主要對高壓氣層氣體鉆井中井壁的穩定性進行了詳細探究，以幫助高壓氣層氣體鉆井技術得以更好的應用。

高壓氣層；氣體鉆井；井壁穩定性；分析

高壓氣層氣體鉆井顧名思義就是揭開地層中的高壓氣體層，使高壓氣體快速流動的一種鉆井方式。由于高壓氣層氣體鉆井過程中會產生高速流動的高壓氣體，而高壓氣體的流動會產生極大的壓力勢差，壓力勢差的產生會對井壁的穩定性產生極大的影響，因此積極研究高壓氣層氣體鉆井中井壁的穩定性影響因素對于高壓氣層氣體鉆井技術的更好應用十分重要。

1　高壓氣層氣體鉆井井壁穩定性降低的原因

高壓氣層氣體鉆井是利用壓力勢差及其相關知識為基本科學原理的。高壓氣層氣體鉆井的過程中，高壓產氣層打開之后，地層中產生的高壓氣體會在壓力差的推動下以極快的速度沖入井眼中。由于高壓氣體的快速沖擊，在井眼中會形成一個壓降漏斗，即井眼中心的壓強最大，而在井壁周圍會形成一個低壓范圍區，在壓力勢差的作用下，作用在井壁上的應力會在高壓氣體流入井眼中的時候急劇增加。此外，高壓產氣層孔道的彎曲設計，會使得高壓氣體在流動的過程中產生一種徑向應力作用于井壁表面巖石，井壁表面巖石在徑向應力的作用下會產生向井眼移動的趨勢，高壓氣體對井壁巖石的支持作用會大大降低，井壁的穩定性也會隨之降低。綜上所述，高壓氣層氣體鉆井中產生的高壓氣體在流動的過程中，會對作用于井壁巖石上的應力發生變化，從而影響了井壁的穩定性［1］。

2　影響高壓氣層氣體鉆井井壁穩定性的因素

2.1高壓產氣層孔隙壓力的變化對井壁穩定性的影響

高壓氣層氣體鉆井中產生的高壓氣體在氣體鉆井打開之后，高壓氣體流動會產生一定的壓力勢差，在壓力勢差的作用之下，井壁周圍孔隙的壓力會急劇減小。對高壓氣層氣體鉆井中地層孔隙壓力分部的探測一般利用多孔介質線性單相滲流基本方程解決。氣體鉆井將高壓氣層打開之后，井壁巖石孔隙中的壓力與井筒中的壓力保持相等，而井壁巖石孔隙中的壓力會隨著與井壁表面距離的逐漸增加而增加，一直增加至與原始地層壓力相等，則井壁孔隙的壓力不在隨著井壁表面距離的變化而變化。井壁巖石所承受的應力會隨著高壓氣層孔隙壓力的變化而變化，產氣層井壁穩定性也會隨著井壁巖石所受應力的變化而變化。據相關試驗計算表明，井壁的穩定性與井壁的穩定性值呈反比例關系，即井壁穩定性值越小，井壁的穩定性越好，井壁的穩定性值越大，井壁的穩定性越差。而高壓氣層孔隙壓力的變化對井壁穩定性的影響十分明顯。高壓產氣層的孔隙壓力分布與地層不產氣的原始孔隙壓力分部相比較，產生高壓氣層之后，井壁周圍的孔隙壓力會明顯降低，井壁巖石所承受的應力值會急劇增大，井壁穩定性值降低，即高壓氣層的產生會使得井壁孔隙壓力降低，進而使高壓產氣層井壁的穩定性增加［2］。

2.2高壓氣體流動對井壁穩定性的影響

高壓氣層氣體鉆井的高壓氣體產生過程中除了會影響井壁孔隙的壓力之外，高壓氣體的流動會產生徑向應力作用于井壁的巖石表面，而產生的該徑向應力會使得井壁表面的巖石產生向井眼移動的趨勢，若該徑向應力達到一定的數值，則會使井壁表面的巖石與井壁表面脫離，進而引起井壁坍塌。徑向應力對井壁表面巖石的作用力主要是高壓氣體流動產生的壓差引起的。根據相關的力學公式可以看出高壓氣體流動對井壁表面巖石的徑向作用力與井壁孔隙中的梯度壓力變化情況有關。即高壓氣體在未打開之前，地層孔隙的壓力保持初始狀態，井壁中沒有高壓氣體的流動，井壁表面巖石不受徑向作用力的影響。高壓氣層打開之后，高壓氣體會快速進入地層，井壁表面巖石隨之受到徑向壓力的作用。且在高壓氣層產生的瞬間，井壁表面巖石受到的徑向應力作用最大，而隨著與井壁表面距離的增加，巖石所受到的徑向作用力逐漸減小。隨著高壓氣層打開時間的逐漸延長，井壁表面巖石所受到的徑向作用力也會隨之減小。高壓氣層打開的瞬間，井壁表面巖石所受到的徑向作用力最大，此時井壁的穩定性最差。隨著高壓氣體產生時間的逐漸推移及隨著與井壁表面距離的逐漸增加，井壁巖石所受到的徑向作用力逐漸減小，對井壁的穩定性影響也越?。?、4］。

3　結語

高壓氣層氣體鉆井技術是目前較為先進的鉆井技術，但由于高壓氣層氣體鉆井技術應用的過程中影響井壁穩定性的因素很多，井壁的穩定性受到的影響很大，因此，積極探究高壓氣層氣體鉆井技術中井壁穩定性的影響因素對高壓氣層氣體鉆井技術的發展與成熟應用十分必要。

［1］劉厚彬，孟英峰，萬尚賢等.高壓氣層氣體鉆井井壁穩定性分析［J］.天然氣工業，2010，30（11）：59-62.

［2］曾桂元，王存新，李皋等.川西地區氣體鉆水平井井壁穩定性評價模型研究及應用［J］.鉆采工藝，2012，35（2）：28-31.

［3］孟英峰，吳蘇江，陳星元等.邛崍1井氮氣鉆井事故分析（Ⅱ）——事故過程的還原及教訓［J］.天然氣工業，2015，35（10）：135-144.

［4］李家旺，張澤天，蘇鑫，唐秀軍，殷佼龍，張興可.井壁穩定性實時預測技術研究［J］.石化技術，2015（01）.

余武軍（1970-），男，工程師，畢業于中國石油大學石油工程專業，從事油田定向井，水平井施工及研究。