考虑地应力影响的煤层气水平井井眼变形破坏物理模型实验

摘要

明确复杂地应力状态下煤层气水平井井眼破坏失稳机理是合理制定煤层气储层钻井方案的关键前提。利用自主研发的煤层气井围岩形变可视化真三轴物理模拟实验装置,考虑水平地应力差异影响,研究增加垂向应力条件下煤层气储层水平井围岩变形破坏机制。结果表明:1)井眼变形可分为3个阶段:缓慢缩小变形阶段、稳定缩小变形阶段和加速缩小直至闭合阶段。2)在井眼变形后两个阶段,试件3个方向的变形主要受井眼变形破坏控制。3)随着最大或最小水平主应力增加,井眼稳定缩小变形阶段的垂向主应力-变形曲线斜率显著增大,单位应力增量下3个方向应变先减小后增大;同时,井眼破坏时的截面积增大,对应的临界垂向主应力增大而垂向应变减小。4)当两向水平主应力同步增大时,上述变化趋势更为显著,更有利于维持井眼稳定。研究结果可为煤层气水平井钻井设计提供指导。

关键词

煤层气 / 水平地应力差异 / 井眼变形 / 井壁稳定性 / 物理模型

基金资助

国家自然科学基金(42172313); 四川省自然科学基金(2024NSFSC0203); 重庆市教委基金(KJQN202101438)