钻井过程中井筒裂缝动态扩展规律研究

张 磊，谢 涛，张羽臣，窦 蓬，刘海龙

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459；2. 海洋石油高效开发国家重点实验室，天津 300452)

0 引言

渤海湾渤中区域东营组硬脆性泥岩地层中微裂缝发育，钻井过程中容易出现井漏与井塌等复杂情况[1-2]，裂缝动态扩展规律的认识对于选择合理的堵漏材料尺寸及防止坍塌至关重要。

随着计算机技术的发展，许多学者基于弹性理论及有限元法开展了裂缝宽度变化规律的研究[3-8]，但普遍未考虑裂缝延伸的变化规律，仅基于裂缝初始长度分析裂缝宽度的动态变化规律，这显然与工程实际不符。

基于上述背景，笔者利用有限元数值模拟法，创新性地建立了裂缝动态扩展与井筒压力、地层岩石力学参数的预测模型，确定了单条裂缝与成组裂缝的延伸长度、宽度以及沿裂缝应力分布随压差及初始裂缝长度的变化规律，为渤中区域堵漏措施提供一定指导。

1 渤中区域地层裂缝发育情况

渤中区域东营组钻井作业过程中漏失、卡钻、井壁垮塌、电缆测井粘卡等复杂情况频发，钻井作业难度大，生产效率低下。为探明钻井复杂情况发生机理，特针对该地层进行地质取心，并利用扫描电镜仪器观察岩心微观结构，如图1所示。可以看到，结果显示泥岩岩心较为致密，但粒间明显存在孔缝、层状结构明显，孔缝宽度约为5～10 μm。当井筒裸露地层中存在开度很小的天然裂缝时，井筒压力高于地层压力的条件下，钻井液将在正压差的作用下进入裂缝，从而使裂缝发生动态变化[9-11]。……