在缺少岩石力学数据情况下如何进行井壁失稳风险评估？

本文摘要：（由ai生成）

 Simangunsong提出一种井筒稳定性评估方法，通过岩性估算岩石力学参数并研究应力各向异性对井壁稳定性的影响。修正Lade准则更准确地预测井眼稳定性，井斜角度增加风险。该方法分析参数敏感性，评估不确定性对井壁失稳风险的影响，并在北海油田应用，预测结果与实际相符。风险评估有助于减少后期问题，考虑地质力学数据不确定性，评估欠平衡钻井可行性。

井筒稳定性评估涉及多个参数，这些参数的数据可能不容易获得。分析所需的岩石力学输入数据复杂且获取成本高。然而，井筒稳定性评价在油气井钻井和生产设计中起着重要作用;因此，需要一种弥补数据差距的方法。Simangunsong在SPE大会上提出了一种在岩石力学参数缺失情况下的井筒稳定性评估方法。该方法基于岩性对岩石力学参数进行估算，并建立了岩石参数与地应力的相关关系。然后，利用地应力和岩石力学参数，研究了应力各向异性对不同倾角下井壁力学稳定性的影响。

为了评估井眼稳定性，研究了三种破坏准则，即Mohr-Coulomb、Drucker-Prager和修正Lade准则。这些破坏准则与线性和各向同性岩石力学行为相结合，利用破坏准则对各种岩性的应力行为进行了评估。结果表明，与Mohr-Coulomb和Drucker-Prager标准相比，修正Lade准则预测结果更接近实际情况；并且，对于任何类型的岩石，井斜角度的增加都会增加井眼失稳的风险；该方法还可对模型中输入参数的敏感性进行分析，确定输入参数的变化对井壁失稳风险的影响。

Simangunsong的研究有三个目标。第一个目标是根据有限的输入数据和保守的假设来进行井筒稳定性分析，提出广泛用于估算岩石强度和原位作用应力的相关性。第二个目标是演示风险分析理论在井筒稳定性中的应用，其中包括岩石强度参数和地应力参数的不确定性对井壁失稳风险影响研究。风险分析理论实现了输入参数的随机分布及其对井筒稳定性的影响。第三个目标是扩展随机井筒稳定性分析，以评估欠平衡钻井作业中大斜度井或水平井的井眼坍塌风险。

事实证明，将原位作用应力和井筒坍塌破坏纳入钻井前规划，以最大限度地减少稳定性问题，对于任何地层的钻井都具有成本效益。然而，一些因素会使数据的不确定性相对较大，因此，为了避免井壁失稳问题，在预测安全泥浆密度窗口时往往存在相当大的不确定性。通过风险评估，可以合理估计风险输入数据来量化泥浆重量的不确定性。这种做法可以确定额外测量的好处，以减少这些不确定性，从而降低后期钻井问题的风险。

Simangunsong将该方法在北海盆地4个油田(Rannoch、Cyrus、Etive和Middle Ness)和3种岩性(固结砂、泥质砂和灰岩)中进行了应用，模型预测结果与实际使用钻井液密度如下图所示，

图1

分析图1钻井液安全密度窗口预测结果，DP准则预测的坍塌压力最小，MC准则预测坍塌压力最大，修正Lade准则预测的坍塌压力居于两者中间；随井斜角的增加，坍塌压力增大，而破裂压力减小，安全密度窗口变窄，井壁失稳风险增加。

为了考虑地质力学输入数据的不确定性，评价欠平衡钻井在的可行性，采用随机建模分析。分析过程如下，首先依据测井资料和经验关系确定岩石强度，如图所示。

图2

统计一定深度范围内，测井资料预测的岩石强度分布规律，如图3所示。地层内岩石强度具有非均质性，某一个参数代表不了整个地层的强度特征，需要采用井壁失稳风险评估方法，得到一定分布范围内的岩石强度对井壁稳定钻井液密度的影响。

图3

井壁稳定模型中还需要输入水平最大地应力、水平最小地应力和孔隙压力，假设某油田地应力参数的分布特征如图所示。