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中国石化股份公司西南油气分公司工程技术研究院 Engineering Technology Institute of Southwest Petroleum and Gas Branch，SINOPEC 气井生产井壁 稳定性研究 科技论文 科技论文汇报提纲 前言 取得的主要成果 结论与建议 现有井壁稳定性研究的重点是钻井过程中井壁稳定性，而完井井壁稳定性研究必须考虑生产过程。 现有的井壁稳定研究基于原始地应力，没有考虑渗流与井壁处应力集中的联合作用。 现有的井壁稳定研究假定井周地层的孔隙压力为原始地层压力，没有考虑开采过程中地应力、储层参数的变化，这与实际情况存在较大偏差。 前言 本文针对以上问题对生产气井的井壁稳定技术进行研究。 科技论文汇报 前言 取得的主要成果 结论与建议 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 根据岩石剪切破坏理论，井壁的坍塌主要受最大和最小主应力的控制。 当 差值越大，井壁越易坍塌。 仅以垂直井的情况，可以忽略 的影响，把井眼简化为平面应变问题。 叠加原理 生产气井井壁应力=非均匀地应力下井壁应力+渗流引起的附加应力 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 非均匀地应力作用下裸眼井应力分布： 圣维南原理 当 足够大时，该圆周上任一点为原始地应力状态 坐标变换公式 非均匀地应力作用下裸眼井应力分布问题转换为厚壁筒问题 非均匀地应力作用下的厚壁筒模型 开采不同阶段的地应力大小的改变 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 开采不同阶段，孔隙压力发生改变 储层压实：假定只引起垂向变形， 水平面内变形近似为零。 开采不同阶段，以变化后的地应力为边界条件，求解厚壁筒问题。 渗流引起井壁附加应力： 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 假定渗流满足达西定律 孔隙弹性理论 不同开采阶段，流固耦合导致储层参数发生改变 。 常规油藏工程孔隙度计算模型: 孔隙度模型： 假定为恒温渗流 假定骨架体积的压缩可以忽略 (仅考虑骨架的变形) 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 渗透率模型： 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 地应力和渗流的联合作用下，裸眼井井壁坍塌压力的计算： 摩尔—库仑准则的有效应力表示式 当 、 取最大值 当 ， 1、井壁力学稳定性理论计算模型的建立 基于上述计算模型,编制了井壁力学稳定性计算小软件。 2、生产气井井壁稳定的有限元模型 建立气井动态开采的数值模型。 按近井处密，远井处疏，储层处密，非储层处疏的原则 进行网格单元划分。 边界条件： 在左边界水平位移固定，设定模拟区域的底层垂直位移固定，设定储层左边界作为渗流边界。 气井开采的数值模型 地应力平衡：使数值模型获得一个存在初始应力，而无初始应变的状态。 2、生产气井井壁稳定的有限元模型 气井定压开采的数值模拟。 最小时间增量：min time increment=0.001s 最小时间增量：min time increment=0.001s 最大时间增量：max time increment=6.3E+07s 最大时间增量：max time increment=1s 场变量参数控制：field=displacement，0.05m field=pore pressure，0.05MPa 迭代自动停止：pore pressure=0.05Pa 迭代自动停止：pore pressure=100Pa 步长控制精度：utol=10MPa 步长控制精度：utol=10MPa 初始时间增量：time increment=1s 初始时间增量：time increment=0.001s 时间段长：time period=6.3E+07s（两年） 时间段长：time period=1s 3、生产气井算例分析 基于川孝565井的储层物性参数、岩石力学参数，计算井壁坍塌压力。 开采初期： 临界井底流压为10.24MPa，临界生产压差为72.88MPa； 开采后期：当储层压力衰竭50MPa， 临界井底流压为4.44MPa，临界生产压差为28.68MPa。 井壁稳定性影响因素的分析。 地应力非均匀系数对井壁稳定的影响 (σh =56.4185MPa) 地应力值对井壁稳定的影响 (σH /σh=1.50) pi=-16.94198+14.82636k pi=-12.04928+0.20235σH 3、生产气井算例分析 地应力的影响 内聚力对井壁稳定的影响 3、生产气井算例分析 岩石强度的影响 内摩擦角对井壁稳定的影响 pi=24.37931-0.75345C pi =148.95552-3.44812? +0.