非连续介质力学模型预测煤层井眼稳定性

doi:10.7623/syxb201301018

石油学报 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (1): 145-150.DOI: 10.7623/syxb201301018

非连续介质力学模型预测煤层井眼稳定性

陈　勉 1 　赵海峰 1 　金　衍 1 　丁云宏 2　王永辉 2

1.中国石油大学石油工程学院北京 102249; 2. 中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊 065007

收稿日期:2012-07-01 修回日期:2012-10-23 出版日期:2013-01-25 发布日期:2013-04-09
通讯作者: 赵海峰，男，1980年11月生，2007年获中国科学院力学研究所博士学位，现为中国石油大学（北京）副教授，主要从事石油工程岩石力学计算与实验测试工作。
作者简介:陈勉，男，1962年5月生，1991年获中国矿业大学博士学位，现为中国石油大学（北京）教授，主要从事石油工程岩石力学研究工作。
基金资助:
国家重大科技专项(2011ZX05009-005)资助。

A discontinuous medium mechanical model for the sidewall stability prediction of coal beds

CHEN Mian 1　 ZHAO Haifeng 1　 JIN Yan 1　 DING Yunhong 2　 WANG Yonghui 2

Received:2012-07-01 Revised:2012-10-23 Online:2013-01-25 Published:2013-04-09

摘要/Abstract

摘要：

煤层为割理、裂缝发育的非连续介质，井壁失稳是煤层气钻井难题之一，目前利用连续介质力学模型预测钻井液安全密度窗口，实际应用效果较差。为此，针对煤层为非连续介质的特点，基于非连续介质力学方法建立了煤层坍塌压力的离散构元模型，进而推导出用地应力、割理间距、割理倾角、井眼尺寸、面割理黏聚力和面割理摩擦角等弱面参数表达的坍塌压力、破裂压力非连续煤层数学方程，并定义了方程中与井眼液柱压力、坍塌压力相关的井壁稳定系数。分析表明，井壁稳定系数为正时，可以采用提高液柱压力稳定井壁;否则，不可单一采用提高液柱压力稳定井壁，还需要提高地层的承压能力。另外，坍塌位置对井眼尺寸较敏感，而坍塌压力受井眼尺寸影响较小。

关键词: 煤层, 井壁稳定, 构元模型, 坍塌压力, 尺寸效应

Abstract:

Coal beds are discontinuous media with well-developed cleats and fractures. The prediction of safe-density window of drilling fluid with the continuous medium mechanical model currently used can not achieve good effects in coal beds, and the sidewall destabilization is one of the difficulties in coalbed methane drilling. For this reason, we established a divergent elementary model for coalbed collapse pressure based on the discontinuous medium mechanical theory, and a discontinuous coalbed mathematical equation for collapse pressure and breakdown pressure was deduced via ground stress, interval and dip angle of cleat, size of wellbore, cohesive force and friction angle of face cleat. Moreover, sidewall stabilization coefficients related to wellbore liquid-column pressure and collapse pressure in the equation were defined. The analysis indicated that sidewall stabilization can be reinforced by increasing liquid-column pressure when the sidewall stabilization coefficient is positive, otherwise, both the liquid-column pressure and the formation pressurization capacity should be enhanced in order to keep sidewall stabilized. The size effect analysis showed that collapse location is sensitive to the size of wellbores, however, collapse pressure changes a little with various sizes of wellbores.

Key words: coal bed, sidewall stability, elementary model, collapse pressure, size effect

陈　勉　赵海峰　金　衍　丁云宏　王永辉 . 非连续介质力学模型预测煤层井眼稳定性[J]. 石油学报, 2013, 34(1): 145-150.

CHEN Mian　ZHAO Haifeng　JIN Yan　DING Yunhong　WANG Yonghui . A discontinuous medium mechanical model for the sidewall stability prediction of coal beds[J]. Editorial office of ACTA PETROLEI SINICA, 2013, 34(1): 145-150.

参考文献

[1] 罗东坤,褚王涛,吴晓东,等.煤层气钻井技术的经济性分析[J].石油勘探与开发,2009,36(3):403-407.
Luo Dongkun,Chu Wangtao,Wu Xiaodong,et al.Analysis on economic benefits of coalbed methane drilling technologies[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(3):403-407.
[2] 申瑞臣,屈平,杨恒林.煤层井壁稳定技术研究进展与发展趋势[J].石油钻探技术,2010,38(3):1-7.
Shen Ruichen,Qu Ping,Yang Henglin.Advancement and development of coal bed wellbore stability technology [J].Petroleum Drilling Techniques,2010,38(3):1-7.
[3] 高德利,鲜保安.煤层气多分支井身结构设计模型研究[J].石油学报,2007,28(6):113-117.
Gao Deli,Xian Bao’an.Research on design models of multi-lateral well structure for coal-bed methane [J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(6):113-117.
[4] 杨陆武,孙茂远,胡爱梅,等.适合中国煤层气藏特点的开发技术[J].石油学报,2002,23(4):46-50.
Yang Luwu,Sun Maoyuan,Hu Aimei,et al.New technology series favorable to develop coal bed methane reservoirs[J].Acta Petrolei Sinica,2002,23(4):46-50.
[5] 梁大川,蒲晓林,徐兴华.煤层坍塌的特殊性及钻井液对策[J].西南石油学院学报,2002,24(6):28-31.
Liang Dachuan,Pu Xiaolin,Xu Xinghua.Particularity of coal collapse and drilling fluid countermeasure[J].Journal of Southwest Petroleum Institute,2002,24(6):28-31.
[6] 屈平,申瑞臣,杨恒林,等.节理煤层井壁稳定性的评价模型[J].石油学报,2009,30(3):455-459.
Qu Ping,Shen Ruichen,Yang Henglin,et al.Evaluation model of wellbore stability in coal seam[J].Acta Petrolei Sinica,2009,30(3):455-459.
[7] 沈海超,程远方,赵益忠,等.靖边气田煤层地应力及井壁稳定研究[J].岩土力学,2009,30(S2):123-126.
Shen Haichao,Cheng Yuanfang,Zhao Yizhong,et al.Research on in-situ stresses and borehole stability of coal seam in Jingbian gas field[J].Rock and Soil Mechanics,2009,30(S2):123-126.
[8] 池卫国.影响一号向斜煤层气可采性的主要地质因素[J].煤田地质与勘探,1999,27(1):29-32.
Chi Weiguo.Main geological factors affecting coalbed methane recoverability of no.1 syncline[J].Coal Geology & Exploration,1999,27(1):29-32.
[9] 杜鹤,张遂安,徐代才,等.煤层气多分支水平井防塌可降解屏蔽暂堵钻井液研究[J].中国煤层气,2010,7(1):30-33.
Du He,Zhang Sui’an,Xu Daicai,et al.Study on anti-sloughing,degradable and temporary plugging drilling fluid in CBM multi-laterals horizontal well[J].China Coalbed Methane,2010,7(1):30-33.
[10] 张哲,唐春安,李连崇,等.煤层气开采过程井壁稳定性的数值试验研究[J].中国矿业,2006,15(9):55-58.
Zhang Zhe,Tang Chun’an,Li Lianchong,et al.Numerical investigation on stability of wellbore during coal bed gas mining process[J].China Mining Magazine,2006,15(9):55-58.
[11] 张公社,李永康,尹俊禄,等.沁水盆地煤层气井坍塌压力预测[J].石油钻采工艺,2010,32(4):96-98.
Zhang Gongshe,Li Yongkang,Yin Junlu,et al.Prediction of collapse pressure for CBM wells in Qinshui CBM fields[J].Oil Drilling & Production Technology,2010,32(4):96-98.
[12] Gentzis T,Deisman N,Chalaturnyk R J.A method to predict geomechanical properties and model well stability in horizontal boreholes[J].International Journal of Coal Geology,2009,78(2):149-160.
[13] Gentzis T,Deisman N,Chalaturnyk R J.Effect of drilling fluids on coal permeability:impact on horizontal wellbore stability[J].International Journal of Coal Geology,2009,78(3):177-191.
[14] 郑力会,孔令琛,曹园,等.绒囊工作液防漏堵漏机理[J].科学通报,2010,55(15)：1520-1528.
Zheng Lihui,Kong Lingchen,Cao Yuan,et al.The mechanism for fuzzy-ball working fluids for controlling & killing lost circulation[J].Chinese Science Bulletin,2010,55(15):1520-1528.

[1]	张遂安, 刘欣佳, 温庆志, 张潇, 赵威, 袁玉. 煤层气增产改造技术发展现状与趋势[J]. 石油学报, 2021, 42(1): 105-118.
[2]	康永尚, 邓泽, 皇甫玉慧, 毛得雷. 中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向[J]. 石油学报, 2020, 41(12): 1555-1566.
[3]	李相方, 冯东, 张涛, 孙政, 何敏侠, 刘庆, 刘文远, 赵文, 李靖. 毛细管力在非常规油气藏开发中的作用及应用[J]. 石油学报, 2020, 41(12): 1719-1733.
[4]	皇甫玉慧, 康永尚, 邓泽, 李贵中, 毛得雷, 刘洪林, 赵群, 孙天竹. 低煤阶煤层气成藏模式和勘探方向[J]. 石油学报, 2019, 40(7): 786-797.
[5]	宋岩, 马行陟, 柳少波, 姜林, 洪峰, 秦义. 沁水煤层气田成藏条件及勘探开发关键技术[J]. 石油学报, 2019, 40(5): 621-634.
[6]	康永尚, 皇甫玉慧, 张兵, 邓泽, 毛得雷, 何志平, 王建, 袁春林. 含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件[J]. 石油学报, 2019, 40(12): 1426-1438.
[7]	贺垠博, 蒋官澄, 王勇, 杨丽丽, 史亚伟, 张永清, 胡景东. 异电荷聚电解质自组装水凝胶在无固相煤层气钻井液中的特性[J]. 石油学报, 2018, 39(6): 719-726.
[8]	杨兆中, 刘云锐, 张平, 李小刚, 易良平. 煤层气直井地层破裂压力计算模型[J]. 石油学报, 2018, 39(5): 578-586.
[9]	孙斌, 李金珊, 承磊, 杨青, 田文广, 黎霞, 陈浩, 祁灵. 低阶煤生物采气可行性——以二连盆地吉尔嘎朗图凹陷为例[J]. 石油学报, 2018, 39(11): 1272-1278,1291.
[10]	皇凡生, 康毅力, 李相臣, 游利军, 许成元. 单相水流诱发裂缝内煤粉启动机理与防控对策[J]. 石油学报, 2017, 38(8): 947-954.
[11]	康永尚, 王金, 姜杉钰, 张兵, 毛得雷, 顾娇杨. 量化指标在煤层气开发潜力定量评价中的应用[J]. 石油学报, 2017, 38(6): 677-686.
[12]	孙粉锦, 李五忠, 孙钦平, 孙斌, 田文广, 陈彦君, 陈振宏. 二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层气勘探[J]. 石油学报, 2017, 38(5): 485-492.
[13]	郭晨, 秦勇, 夏玉成, 马东民, 韩冬. 基于氢、氧同位素的煤层气合排井产出水源判识——以黔西地区比德-三塘盆地上二叠统为例[J]. 石油学报, 2017, 38(5): 493-501.
[14]	赵欣, 姜波, 张尚锟, 刘杰刚, 段飘飘, 徐强. 鄂尔多斯盆地东缘三区块煤层气井产能主控因素及开发策略[J]. 石油学报, 2017, 38(11): 1310-1319.
[15]	高佳佳, 邓金根, 闫伟, 冯于恬, 王厚东, 李扬. 基于井壁稳定控制建立井眼轨迹优化预测模型[J]. 石油学报, 2016, 37(9): 1179-1186.

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A discontinuous medium mechanical model for the sidewall stability prediction of coal beds

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