一种起下钻引发的两相稳态波动压力经验模型
地应力研究的理论基础-2

二.地应力研究的理论基础井眼不稳定性是全球范围内油田勘探、开发普遍存在的问题。
在钻井工程作业中,受各种因素的影响,井眼多发生垮塌、崩落、缩径、压裂、变形,甚至发生井涌、渗漏、卡钻等事故,这些问题在今天都被包含在井眼稳定的内容中。
因此,研究解决此类问题的办法对安全生产、提高作业效率、节约成本等具有非常重要的现实意义。
造成井眼不稳定的原因很多,包括自然的和人为的两个方面。
①在自然因素方面有:地质构造类型和原地应力、地层的岩性和产状、含粘土矿物的类型方面原因;同时,地层倾角、层面的胶结,以及地层强度、裂隙节理的发育情况、孔隙度、渗透性及孔隙中的流体压力等也会导致井壁不稳定。
②在人为方面有:钻井液的性能(失水、黏度、流变性、密度)、钻井液的成分与井壁岩石矿物的化学作用的强弱(水化、膨胀作用)、井周钻井液侵入带的深度和范围、井眼裸露的时间、钻井液的环空上返速度、对井壁的冲蚀作用、循环动压力和起下钻的波动压力、井眼轨迹的形状、钻柱对井壁的摩擦和碰撞等因素。
井眼的不稳定性问题,从广义上讲应包括脆性泥页岩井壁的坍塌剥落、塑性泥页岩井壁的缩径和井眼的粘弹塑性变形及地层在钻井液压力作用下的水力压破裂(多发生在砂岩层段)。
由于问题的复杂性,不可能对上述影响因素一一作出定量分析。
解决井眼不稳定壁问题主要从钻井液化学和岩石力学两个方面入手,抓住主要影响因素进行分析,才能获得较好的结果。
长期以来,由于种种原因,研究的焦点多集中于化学防塌机理方面(主要是研制钻井液体系),使得井眼不稳定现象大为减少,井眼不稳定技术研究取得了较大的进展。
但是,至今仍未能很好地解决水化程度弱的脆性泥页岩井壁的坍塌问题。
井眼岩石失稳坍塌,一般都可归结为井壁岩石所受的应力超过它在井眼状态下所能承受强度的结果,钻井液的侵蚀作用会减弱泥页岩的强度,同时产生的水化作用会改变泥页岩中的应力状态。
岩石的力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。
为了研究井眼稳定性问题,有必要研究岩石的力学性质及其在物理环境下应力场中的反映。
双重介质煤层气-水两相不稳定试井模型

半径的时间越早,达到系统稳定所需的时间越长;解吸系数越大,表现为边界距离的增大,有利于煤层气长期稳定生产。
关键词:煤层气;双重介质;气水两相流;有限体积法;试井
中图分类号:TE341 文献标志码:A
文章编号:2095 2783(2018)03 0345 07
Байду номын сангаас
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complexradiusandthelongerittakestoachievesystemstability.Thelargerthedesorptioncoefficientshowstheincreasing boundarydistance,anditisgoodforstableproductioninthelongtime. 犓犲狔狑狅狉犱狊:coalbedmethane(CBM);dualporositymedia;gaswatertwophase;finitevolumemethod(FVM);welltesting
的气体开始 从 孔 隙 表 面 解 吸 出 来,并 流 入 割 理 及 裂
缝系统当中,与 割 理 及 裂 缝 系 统 中 的 水 一 起 流 入 井
筒并采出。 1956年,Perrine[1]对 气水 两 相 问 题 进 行 了 研
究,推导 出 两 相 流 试 井 模 型。Fetkovich[2]、杨 勤 涛 等[3]、AlKhalifah等[4]分别用拟压力、压力平方法对 气水两相渗流问题进行了研究。张厚清等[5]对含地 层水的 四 川 气 藏 建 立 了 气水 两 相 渗 流 模 型。1995 年,刘振宇等[6]利用 H 函数建立了油气两相试井理 论模型。2000年,邓 英 尔 等[7]将 水 驱 油 前 缘 作 为 动 边界,建立 了 双 重 介 质 垂 直 裂 缝 井 两 相 流 模 型。 王 锦山[89]以实验 的 方 法 研 究 了 煤 层 中 气水 两 相 流 的 运移规律,认 为 渗 透 率 与 试 井 结 果 的 层 理 方 向 存 在
油水两相渗流理论

原始油水界面垂直于流线, 含油区束缚水饱和度为常数。 如右图
以距离为横坐标,以含水饱 和度为纵坐标 在两相区的前缘上含水饱和 度突然下降,这种变化称为 “跃变” (忽略重力、毛管力)
Sor So Sw
Swc Swf
饱和度随时间变化:
水继续渗入,两相区不断扩大,除了两相区范围扩大外,原 来两相区范围内的油又被洗出一部分,因此两相区中含水饱和 度逐渐增加,含油饱和度则逐渐减小。
前缘含水饱和度:
r1
r 3 r 2 r1
r 2
Swf基本保持不变 ,大小取 决于岩层的微观结构和地 下油水粘度比
r 3
r o / w
在进入油区的累积水量一定的条件下,油水粘度比越大,形 成的两相区范围越大,因此,注入累积水量相同时,油水粘度 比大的岩层中井排见水时间早。在油田开发中井排见水前的采 油阶段称为水驱油的第一阶段或无水采油期;第一阶段的累积 产油量称为无水产油量。在开发油田的实践中可采用注稠化水 驱油的办法以缩小油水粘度差别,从而提高无水产油量和无水 期采收率。
实 际 含 水 饱 和 度 分 布:
两相区中含水饱和度分布曲线的前缘并不完全毛管力仅仅影响前缘饱和度的分布形态,因而如在计算中不考虑 油水重力差和毛管力的作用将不会带来过大的误差
二、油水两相渗流理论—贝克莱列维尔特驱油理论
分流量方程 等饱和度面移动方程 水驱油前缘含水饱和度Swf和前缘位置xf 两相渗流区中平均含水饱和度的确定 井排见水后两相渗流区中含水饱和度变化
井排见水后两相渗流区平均含水饱和度
1.含水率和含油率(分流量方程) 在油水两相渗流区中,油水同时流动,而且都服从达西线性渗流定律 时,若不考虑油水重力差和毛管力的作用,则
K w dP vw w dx
考虑启动压力和二次梯度的应力敏感油藏稳定渗流模型

1 数 学模 型 的建 立
假 设均 质等 厚 圆形 应力 敏感 油藏 中心一 口井 稳定 生产 ; 层 全部 打 开 ; 产 渗透 率 各 向 同性 , 压力 变 化 随 而变化 ; 地层 均质 , 压缩 系数 和黏 度是 常值 ; 流体单 相微 可压 缩 ; 略重 力和 毛管力 . 忽 低 渗透 油藏 低速非 达西 渗流 在轴 对称 时 的渗 流方 程为
大
庆
石
油
学
院
学
报
第3 5卷
Vo .3 1 5
第 5期 2 1 0 1年 1 0月
No .5 Oc. 2 1 t 0 1
J OU RNAI 0F DAQI NG PETROI EUM NSTI 1 TUTE
考 虑 启 动 压 力 和 二 次 梯 度 的 应 力 敏 感油 藏 稳 定渗 流模 型
岩 心渗 透率 随净应 力 的增加 呈指 数递减 规律 ¨ , 描述 为 3可 ]
K — K。x  ̄ K 一 ) , ep C ( ] 式 中 : 为初始 渗透 率 ; 为 渗透率 模量 , K。 C 定义 为
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收 稿 日期 :0 1 3— 9 审稿 人 : 继 成 , 成 仕 ; 辑 : 开 澄 2 1 一O 2 ; 张 刘 编 关
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式 中 : 为流 体渗 流 速度 ; 为地 层 渗透 率 ; 为原 油黏 度 ; 为 地层 压 力 ; 启 动压 力梯 度 ; K 为 r为距 离 井 液 体 的状 态 方程 为 式 中 : 为液体 密度 ; l D l 为原 始地层 压力 下液 体密 度 ; 为原 始地 层压力 ; 液体等 温压 缩 系数 . D 。 C为
起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法

起下钻过程中井筒稳态波动压力计算方法彭齐;樊洪海;刘劲歌;韩付鑫;付随艺【摘要】为了避免起下钻过程中井涌、井漏等复杂情况的发生,需要提高井筒波动压力计算精度。
以槽流模型为基础,结合起下钻过程中的流体真实速度分布情况,根据井筒流体的连续性及相应的边界条件,分别讨论层流、紊流状态下的波动压力,建立了基于钻柱运动的稳态井筒波动压力计算模型,并采用数值解法对模型进行求解。
结合现场生产数据分析发现:当起下钻速度由0.2 m/s 增大至0.6 m/s 时,波动压力由0.21 MPa 增大至0.27 MPa;钻柱运动速度、流体流变性等条件不变,环空内外径之比由0.55增大至0.95时,井筒波动压力增加幅度由0.30 MPa 增大至0.50 MPa。
采用文献数据进行计算对比,结果表明:Burkhardt 模型的计算误差多数大于8%,波动压力模型预测值与实测值的计算误差基本小于5%,符合精细控压钻井计算误差要求。
研究结果表明,采用井筒稳态波动压力计算方法可以精确分析非钻井过程井筒压力,指导现场安全生产。
%To eliminate the possibility of kicks,lost circulation and other complicated situations during tripping operations,it is necessary to enhance the accuracy of calculation for the wellbore fluctuation pres-sure.Based on the slot flow model and considering the actual velocity distribution in the wellbore,fluctua-tion pressure at laminar flows and turbulence flows was investigated in accordance with the continuity of wellbore fluids and corresponding boundary conditions.Eventually,steady fluctuation pressure calculation methods were established and numerical solutions were also introduced.Field production data were used to verify these models.When the velocity of the drilling string was increased from 0.2 m/s to 0.6m/s,fluc-tuation pressures increased from 0.21 MPa to 0.27 MPa.Under stable drilling strings velocity and fluid rheology,fluctuation pressure of the wellbore increased from 0.3MPa to 0.5 MPa when ID/OD ratio in-creased from 0.55 to 0.9.Through comparison with experiment data in published literatures,calculation errors from the Burkhardt model was over 8%,while the calculation error from the new model was less than 5%.The new model met pressures accuracy requirements in drilling operations.Research results show that the high-precision steady fluctuation pressure calculation method could be used for accurate anal-ysis of wellbore pressures during non-drilling operations and might provide necessary guidance for secure operation onsite.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2016(044)004【总页数】6页(P35-40)【关键词】波动压力;槽流模型;起下钻;控压钻井【作者】彭齐;樊洪海;刘劲歌;韩付鑫;付随艺【作者单位】石油工程教育部重点实验室中国石油大学北京,北京 102249;石油工程教育部重点实验室中国石油大学北京,北京 102249;石油工程教育部重点实验室中国石油大学北京,北京 102249;石油工程教育部重点实验室中国石油大学北京,北京 102249;石油工程教育部重点实验室中国石油大学北京,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE21起下钻、下套管、注水泥等工艺流程引起的压力波动以及相关井控问题,时刻威胁着钻井施工安全。
buckley-leverett方程

buckley-leverett方程Buckley-Leverett方程是描述多孔介质中多相流动的经典方程之一。
它是根据质量守恒定律和Darcy定律推导得出的,用于描述油水两相流动中物质的平均移动速度和相对渗透率的关系。
该方程在石油工程、地质工程和水资源工程等领域具有广泛的应用。
首先,我们来介绍一下多相流动中液体的相对渗透率。
相对渗透率描述了在多孔介质中不同相的渗透能力比例,通常用$K_{ro}$表示油相的相对渗透率,用$K_{rw}$表示水相的相对渗透率。
相对渗透率的值在0到1之间取值,且随着相渗透率的增加而增加。
相对渗透率可以通过实验测定或者模型计算得到。
Buckley-Leverett方程可以用来描述多相流动中油相前进速度和相对渗透率之间的关系。
在平均饱和度变化较小的情况下,Buckley-Leverett方程可以写为如下形式:$\frac{\partial S_0}{\partial t} + \frac{1}{\phi}\frac{\partialq_{o}}{\partial x} = \frac{1}{\phi}\frac{\partial(S_{0}q_o)}{\partial x}$其中,$S_0$是饱和度(油相的饱和度),$t$是时间,$x$是空间坐标,$\phi$是多孔介质的孔隙度(表示空隙占据体积的比例),$q_o$是油相的产量。
方程的左侧表示油相饱和度的变化率,由于油相的移动导致饱和度的变化。
方程的右侧第一项表示油相的平均移动速度(单位时间内通过单位横截面积的流体体积),第二项表示由于油相与水相的相互作用导致的饱和度变化,即剩余油相的产生。
Buckley-Leverett方程是一个非线性偏微分方程,一般需要通过数值求解的方式得到解。
在实际应用中,通常会结合实验数据进行模型参数的校正,以提高计算结果的准确性。
通过Buckley-Leverett方程,可以研究多相流动中的各种现象,如相渗透率曲线的形态、溯流曲线(表示在流动过程中从进水面到达出水面的各相饱和度变化情况)等,从而为地下油气开发和水资源管理等领域提供重要的理论支持。
钻井工程理论与技术(第二版)课后题简答题答案

第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答:静液压力:是由液柱自身的重力所引起的压力,它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地应力:钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。
地层孔隙压力:岩石孔隙中流体所具有的压力。
也称地层压力。
上覆岩层压力:是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。
该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力:是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。
也称有效上覆岩层压力或骨架应力。
地层破裂压力:地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力:地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质(基岩)和岩石孔隙中的流体共同承担的,即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答:在稳定沉积过程中,若保持平衡的任意条件受到影响,正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快,岩石颗粒就没有足够的时间去排列,孔隙内流体的排出受到限制,基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积,负荷增加,而下面基岩的支撑能力没有增加,孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力,从而导致了异常高压。
3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答:所以随井深的增加,地层中岩石密度逐渐变大,而岩石的孔隙度变小。
随着井深的增加,岩石的强度增大。
在正常地层压力井段,随着井深增加,岩石的孔隙度减小,声波速度增大,声波时差减小。
在正常地层压力情况下,机械钻速随井深增加而减小,d指数随井深增加而增大。
所以dc指数也随井深的增加而增大。
4、解释地层破裂压力的概念,怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
答:在井下一定深度的裸露地层,承受流体压力的能力是有限的,当液体压力达到一定数值时会使地层破裂,这个液体压力称为地层破裂压力。
考虑启动压力和二次梯度的压裂井稳态渗流模型

摘要: 从质量 守恒原理 出发 , 推导 了考虑启动压 力梯 度和二次压力梯度非线性单向渗流微 分方 程。并通过 变量代换 , 将渗 流方程线性化 , 获得单 向稳 定渗流模 型的解析 解。再利 用保 角变换 将 压裂井复杂的平 面流动转化 为简单 的单 向流动 , 最终获得考 虑启动压 力梯度和 二次压 力梯 度的压裂井产量公式 。通过对 比分析 可知 : 只考虑 启动压 力梯 度或二 次梯度项 所得产能公 式
11。 /
经把 勘探 开发 重 点 逐 步 转 移 到低 渗 透 油 气 藏 。一 方面, 理论 研究 、 内实 验 以及 生 产 经 验 均表 明低 室
液体的状态方程为 :
P= 。 呻 pe () 2
渗透储层 中具有启动压力梯度 , 即只有生产压差大
于某个 数值 , 层 流体才 会 流动 储 ; 一方面, 另 公 式 推 导 中曾经 忽 略 的二 次 梯 度作 用 带来 的理 论 误
的简化 处理 。如 果对 状 态 方 程 用麦 克 劳 林 级数 展
如果 A和 C 。同时趋于零 , ( 4 利用 洛 必 达 式 1)
法 则得 到常规 一维 油藏产 量公 式 :
开 , 式 ( ) 渗 流 控 制 方 程 进 行 推 导 , 出 的渗 用 7对 导
流控制 方程 不 含二 次 压 力 梯度 项 。 由于 二 次压 力
本 文 公式 的特 殊形 式 。
由 算子 的定 义可得 :
1 一维渗流模型 的建 立
vp)盖p ( () V
对液 体状 态方 程先 取对数 再求 导可 得 :
=
( 4 )
㈥
p x d C
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Ko n g Xi a n g we i , Gu o Y o n g j i e 。 , Oi u Yi j i e z , L i n Y u a n h u a 。
6 1 0 5 0 0 ,C h i n a ;3 .Z h o n g y u a n O i l f i e l d C o mp a n y P u g u a n g G a s Fi e l d,D a z h o u , S i c h u a n 6 3 5 0 0 0 , C h i n a )
Ru n g e - k u t t a me t h o d b a s e d o n c o mp u t e r p r o g r a mm i n g i n o n e e n g i n e e r i n g e x a mp l e . Re s u l t s s h o w t h a t ,wi t h t h e d e c r e a s e s o f p o — r o s i t y , a n d t h e i n c r e a s e o f d r i l l i n g f l u i d d e n s i t y,we l l d e p t h,a n d t h e q u i c k l y t r i p p i n g s p e e d,f l u c t u a t i n g p r e s s u r e i s i n c r e a s e d i n
c a u s e d b y t r i p p i n g i n t wo p h a s e f l o w i s p r o p o s e d b a s e d o n t wo - p h a s e f l o w mo d e 1 . Th e ma t h e ma t i c a l mo d e l i s s o l v e d b y u s i n g
( 1 .S c h o o l o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g, Y a n g t z e Un i v e r s 0 , C h i n a ; 2 .S t a t e K L a b o r a t o r y o f O i z a n d G a s R e s e r v o i r G e o l o g y a n d E x p l o i t a t i o n ,S o u t h we s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y, C h e n g d u
第 1 O 卷
第 1 1 期
中 国 科 技 论 文
CH I NA S CI ENC EPAPER
Vo 1 . i 0 No . i 1
2 0 1 5年 6月
J u n .2 0 1 5
一
种起 下钻 引发 的两 相 稳态 波 动压 力经 验模 型
孔 祥 伟 , 郭 永 杰。 , 邱伊 婕 , 林 元 华
Ab s t r a c t :I n c o n s i d e r a t i o n o f g a s c o mp r e s s i b i l i t y ,a d h e s i o n , we l l b o r e d e p t h ,a n e w e mp i r i c a l mo d e l f o r f l u c t u a t i n g p r e s s u r e
we l l b o r e i n g a s — l i q u i d t wo p h a s e ,t h e d r i l l i n g s a f e t y d e n s i t y wi n d o w i s r e d u c e d,t h e ma x i mu m t r i p p i n g s p e e d i s d e c r e a s e d . Du e t O t h e mi x e d g a s ,a d h e s i o n i s r e d u c e d i n t wo p h a s e f l o w, a n d c o mp r e s s i b i l i t y i s g e n e r a l l y i n c r e a s e d .I f t h e d o wn mo v e me n t s p e e d o f d r i l l p i p e c a n b e i n c r e a s e d i n a p p r o p r i a t e ,t h e f o r ma t i o n i s n o t o n l y n o t t o l e a k,t h e d r i l l i n g e f f i c i e n c y i s i n c r e a s e d .E x p e r i e n c e mo d e l u s e d t o c a l c u l a t e f l u c t u a t i n g p r e s s u r e c a n b e f a s t ,wh i c h C n a p r o v i d e t h e o r e t i c a l b a s i s f o r d r i l l i g n e n gi n e e r s a n d a p p l i c a t i o n g u i d e .
( 1 .长江大学石 油工程 学院,武汉 4 3 0 0 0 0 ; 2 . 西南石油大学油气藏地质及 开发 工程 国家重点 实验 室 , 成都 6 1 0 5 0 0 ; 3 . 中原油田分公 司普光气田 , 四川达 州 6 3 5 0 0 0 ) 摘 要: 考虑 气体 的压 缩性 、 井简深度及 黏附力等参数 , 建立 了起下钻 引发 的两相稳态波 动压 力经验模 型, 以一个 具体 的工程 实 例为例 , 采用 龙格 库塔 方法, 借助计算机 编程对其求解。结果表 明: 空隙率减小 、 钻 井液 密度增 大、 井深增 大及 过快 的起下钻速 度均使 井筒两相波动压力增大 , 使钻井安全 密度窗 口相应变小 , 允许最大起 下钻速度减 小 ; 由于气体 的混入 , 使 气液两相 的黏 附 力减小 、 压缩 性增 大, 可适 当加快下钻速 度, 这样不但不会压 漏地 层 , 更起到提 高钻 井 时效 的 目的 ; 利 用经验 公式计 算波动压 力 可达到快速简捷 的 目的, 可为钻 井工程 师提供理论基础及应用指 南。 关键 词 : 两相 流 动 ; 起下钻 ; 波动压力 ; 钻 井; 经 验 模 型 中图分类号 : TE 2 5 4 文献标志码 : A 文章编号 : 2 0 9 5 —2 7 8 3 ( 2 0 1 5 ) 1 1 —1 3 3 4 —0 4