煤层井壁稳定的时间延迟效应探讨

屈平^1,2，申瑞臣¹，付利^1,2，王子健²

1. 中国石油集团钻井工程技术研究院2. 中国石油勘探开发研究院

摘 要：为预测煤层井壁钻后垮塌的可能性及延迟时间,从孔隙压力、井壁渗流入手,结合断裂力学进行了分析。基于煤层富含割理的特性,分析了孔隙压力对割理的受力影响,表明孔隙压力只影响割理表面的正应力,不影响其切应力。结合排采实例,分析了孔隙压力变化对煤岩稳定性的影响,发现孔隙压力下降会导致煤粉增加。讨论了欠平衡钻井和过平衡钻井下井壁渗流产生的孔隙压力变化情况以及由此带来的时间延迟效应。利用数值方法分析了钻井中流固耦合行为,通过拟合给出了孔隙压力随时间变化的关系。利用断裂力学井壁稳定理论,定量分析了井壁稳定的时间延迟效应,给出了具体条件下延迟时间求解公式。研究表明,在富含割理的煤层中,井壁的稳定性确实存在时间延迟效应;孔隙压力变化是时间延迟效应的主因,割理的存在是内因。

关键词：煤层;井壁稳定;时间延迟效应;孔隙压力;断裂力学;流固耦合;