基于断裂力学的诱导裂缝性井漏控制机理分析.pdf

西南石油大学学报(自然科学版) 2011年2月 第33卷 第1期 JournalofSouthwestPetroleumUniversity(ScienceTechnologyEdition1 钳 半虫崴 缸 Feb．2011v01．33No．1 编辑部网址：http：／w／ww．swpuxb．COrn 文章编号：1674—5086(2011)01—0131—04 DOI：10．3863／j．issn．1674～5086．2011．01．023 中图分类号：TE28 文献标识码：A 基于断裂力学的诱导裂缝性井漏控制机理分析 王 贵 ，蒲晓林 ，文志明 ，唐继平 ，梁红军 1．西南石油大学石油工程学院，四川 成都 610500；2．中国石油塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000 摘 要：诱导裂缝性井漏是钻井过程中常见的井漏类型，控制此类漏失的关键是阻止裂缝的延伸。应用岩石断裂力 学的理论与方法，揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸的作用机理。分析 了堵漏后裂缝内压力分布，提 出人工隔墙 对裂缝壁面的支撑应力应与钻井液的液压相等的新观点；建立了诱导裂缝性漏失堵漏的断裂力学模型，推导了裂缝 尖端应力强度因子的计算公式；研究了堵漏材料不同封堵位置形式对阻止诱导裂缝延伸的影响，提 出堵漏材料在裂 缝入 口后较短距离内的封堵为封堵诱导裂缝的最佳位置形式，堵漏评价装置必须能反映这种封堵形式；给 出了堵漏 阻止诱导裂缝延伸的必要条件，即裂缝尖端部分流体压力必须低于水平最小主应力，增加缝 内流动压降或加速缝尖 段 内流体压力耗散有利于裂缝的阻裂。 关键词：井漏；堵漏；诱导裂缝；应力强度因子 ；封堵位置 王 贵，蒲晓林，文志明，等．基于断裂力学的诱导裂缝性井漏控制机理分析[J]．西南石油大学学报：自然科学版，20ll，33(1)：131～134． 该理论 ¨ 。但是，堵漏材料封堵在裂缝尖端的假 引 言 设缺乏理论依据，并且地层渗透率较高的假设导致 深井或复杂井钻井过程中，当井内压力高于地 该理论适用范围的局限性。 层破裂压力，地层岩石将发生破裂而形成诱导裂缝。 本文应用线弹性断裂力学的理论与方法，揭示 随着诱导裂缝的延伸，裂缝宽度不断扩大或与地层 了诱导裂缝性井漏控制的堵漏作用机理，并分析了 内的预存裂缝相互连通，造成钻井液大量流入地层 堵漏阻止诱导裂缝延伸的影响因素，为诱导裂缝性 深部，即发生诱导裂缝性井漏 ¨J。诱导裂缝性井 井漏控制技术提供了科学的理论依据。 漏是在安全密度窗口条件下钻井的常见井漏类型， 严重影响油气井的建井安全与成本 。 1 断裂力学模型 国内外关于诱导裂缝性井漏的钻井液堵漏技术 已取得较大成效，但现有研究多关注于堵漏材料的 钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸的技术实质，是 研制与现场应用的经验认识方面，对钻井液堵漏控 在诱导裂缝内建立起阻挡流体压力传递和流体介质 制诱导裂缝性井漏的力学机理研究不多 。Fuh 通过的堵塞隔离层(简称 “人工隔墙”)。因此，控制 等 最早利用物质平衡原理，提出了堵漏材料阻止 诱导裂缝性井漏的关键是阻止裂缝的延伸 ¨引。 裂缝传播的临界条件，认为当钻井液中液相流进裂 1．1 缝 内压力分布 缝尖端的速度小于由裂缝尖端流入地层基岩的速度 设堵漏材料在裂缝 内某位置开始封堵，裂缝将 时 ，裂缝就停止延伸。后来一些学者应用和发展了 被分为 “缝尖段”和 “隔墙段”两部分 ，如图 1所示。 } 收稿 日期：2010—06—16 数字出版 日期： 基金项 目：国家科技重大专项 (