准噶尔盆地中部4区块井壁失稳机理研究

针对准噶尔盆地中部4区块存在的卡钻、坍塌掉块等井壁失稳难题,利用X射线衍射、岩石铸体薄片鉴定、电镜扫描等分析测试手段,对易失稳井段头屯河组典型岩样的结构和理化性能进行了系统分析,研究了该复杂地层井壁失稳机理,并分析了工程因素对井壁失稳的影响.结果 表明,该区块黏土矿物含量高,以伊/蒙混层为主,微间隙和微裂缝较发育,易发生泥页岩的局部水化分散,产生较大的水化膜斥力,使井壁失稳,易发生坍塌掉块及卡钻等井下复杂情况.     

几种有机盐溶液活度及抑制性实验研究

井壁失稳一般都发生在泥页岩、盐岩、弱胶结或未胶结的砂岩及其他破碎性岩石的地层,最常见且影响严重的是泥页岩地层,导致泥页岩地层失稳的最重要的原因是泥页岩的水化.针对泥页岩在水溶液中的水化程度取决予水溶液的活度,分析了活度与泥页岩水化膨胀的相互关系,认为对防止泥页岩井壁失稳非常重要.通过吸附等温线的方法测定了weigh2、weigh3、YJS-1、YJS-2、KCOOH、NaCOOH、NaCl、KCl、CaCl2的活度,测定了上述产品的抑制膨胀性和抑制分散性,对比分析了盐溶液活度和抑制性的关系.结果表明,根据盐溶液的活度和抑制性.可以通过调节钻井液中不同的盐及其浓度,控制泥页岩水化,达到井壁稳定的目的.     

泥页岩孔隙压力传递特性研究

研究泥页岩的水化机理并建立孔隙压力传递模型。模型计算结果表明:水和离子的通量导致泥页岩孔隙压力的改变,进而影响了泥页岩的稳定性;半透膜渗透压引起的近井壁地带大孔隙压力梯度是造成泥页岩井壁失稳的重要因素。     

渝东南地区页岩气钻井泥浆优化技术

针对渝东南地区页岩气井页岩层段井壁失稳的钻井工程技术难题,研究有机胺复配甲基葡萄糖甙的新型强抑制钻井液。一方面利用了有机胺对泥岩高效抑制性能,另一方面应用了甲基葡萄糖甙仿油基的高效抑制性能。实验表明新型钻井液对ZY5井页岩段岩心滚动回收率达到97.60%,膨胀率仅为10.13%,钻井液润滑系数Ep达到0.163 4。钻井实践表明,应用新型强抑制钻井液,井径扩大率可控制在5.8%,较该地区已钻井井径扩大率下降了72%。新钻井液体系能够有效抑制页岩层段井壁失稳,满足渝东南地区页岩气井页岩层段井壁稳定的需要。     

细观损伤力学在气体钻井井壁稳定性研究中的应用

用RFPA2D软件建立气体钻井井眼稳定的损伤力学模型,通过跟踪声发射信号研究井壁围岩在应力下的损伤演化,从细观损伤力学的角度探讨气体钻井时井壁围岩的损伤演化,以及转换介质后井壁失稳的原因。研究发现,气体钻井时井眼周围一定范围内出现损伤区,损伤区内形成微裂纹和裂缝,转换介质后由于泥浆渗入、压力波动而导致损伤区坍塌。     

泥页岩井壁稳定性的化学与力学耦合研究现状

泥页岩井壁失稳的化学力学耦合作用是近年来井壁稳定性研究中较为关注的问题。本文就这一问题的国内外研究现状作了较为详细的资料调研，从理论和实验两个方面就这一问题的研究思想、方法、技术路线以及技术难点作了归纳和总结。     

泥页岩水化对岩石力学强度的影响

泥页岩经过水溶液浸泡,会因水化作用而膨胀,造成抗压强度、黏聚力、岩石强度及井壁稳定性下降,进而引起井壁失稳问题。进行单轴抗压试验和单轴抗拉试验,在不同离子类型及浓度的水溶液条件下,研究泥页岩的弹性模量、泊松比、破裂时的最大载荷值以及部分岩心的抗拉强度的变化趋势。实验结果表明在相同的试验条件下,泥页岩水化程度与钻井液类型有关,氯化钾钻井液对泥页岩的抑制作用最好。     

岩石软弱面产状对井壁稳定性的影响

在连续介质力学井壁稳定性分析的基础上,采用简化的岩石软弱面地质模型和力学模型,计算分析了岩石软弱面倾角和倾斜方位角改变对直井,斜井井壁稳定性的影响。结果表明：相同作用条件下,岩石软弱面的稳定性明显低于基质岩块的稳定性,当井周围存在裂缝或节理等软弱面时,井壁的稳定性将受到软弱面的影响而明显降低;斜井条件下,井壁失 的位置和失稳的程度与软弱面的产状密切相关;直井条件下,井壁垮塌的方位将可能偏离原地最小水平主应力的方位,而主要取决于岩石软弱面的倾角和倾斜方位角。     

裂缝对石油井壁力学稳定性影响

在石油钻井工程中,影响井壁稳定性的因素较多.利用三维有限元数值分析方法,模拟分析裂缝对直立井井壁力学稳定性的影响.模拟结果表明,所有裂缝都对井壁的稳定性产生负面影响,但影响程度随裂缝的类型、产状、密度、组合特征及埋藏深度的不同而各异,一般规律如下:水平裂缝＞倾斜裂缝＞直立裂缝,即随着倾角的增大,裂缝对井壁稳定性的影响程度减小;多组裂缝组合比单一裂缝对井壁稳定性的影响大;密度越大,越容易造成井壁失稳;埋藏深度越深,裂缝对井壁稳定性的影响就越小.     

钻井液用微-纳米粒子研究现状及研发思路

我国页岩气资源开发已经全面展开并获得战略性突破,有效地缓解了清洁能源需求与供给间的矛盾。但页岩地层井壁失稳仍然是钻井液施工过程中的技术难点,能够高效封堵页岩地层微孔隙的微-纳米粒子材料受到广泛关注。分析了微-纳米封堵剂对于页岩气井壁稳定的重要性,论述了目前微-纳米封堵剂的评价方法、作用机理、研究及应用现状和存在问题。从处理剂与地层黏土矿物间作用力的角度出发,提出微-纳米封堵剂的研发思路。最后,提出微-纳米粒子评价介质和手段的改进方法。     

桩66区块长裸眼防塌钻井液技术

桩66区块位于济阳坳陷沾化凹陷五号桩披覆构造带,上部地层发育近3 000 m强水敏泥页岩,施工中起下钻遇阻等复杂情况频发;下部沙河街组层理及微细裂缝发育,井壁失稳严重。针对地层岩性和钻井液技术难点,优选了聚胺强抑制润滑防塌钻井液体系,该体系在桩66区块进行了现场应用,辅助现场钻井液维护处理工艺,保证了工程的顺利进行,钻进过程中井壁稳定,井身质量好,机械钻速高,取得了良好的应用效果     

油气井井壁失稳预防与处理新技术

井壁失稳问题一直是制约快速钻探的主要因素之一。在分析井壁失稳的危害和影响井壁稳定因素的基础上,重点研究了膨胀管技术、随钻预测与监测技术、随钻扩眼技术、气体钻井技术、套管钻井技术、控压钻井技术和反循环钻井技术等预防和处理井壁失稳的机理及现场应用情况;最终对井壁失稳处理技术有了更深入的理解。     

基于光滑节理模型的岩体水力压裂数值模拟

水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟完整岩石与节理面,对比分析了完整岩石以及存在节理面的岩体在高压水作用下的裂缝扩展及分布规律.研究发现:对完整岩石进行水力压裂可以获得较为完整的裂缝,且裂缝基本上沿着平行于最大主应力的方向扩展.节理面的存在对页岩水力压裂裂缝的扩展具有诱导作用,数值模拟结果显示除了注水孔周边,裂缝基本上沿着节理面扩展.     

斜坡地震响应的物理模拟试验研究

“5·12”汶川大地震不仅诱发了数以万计的崩滑灾害,这些灾害还表现出非常独特的动力学特征。为了研究和探索强震诱发地质灾害的成因机理,利用振动台物理模拟试验手段,系统地研究了强震作用下地震力作用方向、坡体结构、坡体形态特征等因素对斜坡变形破坏的影响规律,探讨了强震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程。研究发现：地震过程中所产生的强大惯性力是导致斜坡变形破坏的主要原因。强大的水平地震惯性力,首先在斜坡坡顶产生走向垂直于地震力作用方向的竖向拉裂缝,同时带动裂缝外侧变形体沿水平方向运动,产生近水平或外倾的拉剪结构面(滑动面),最后沿此面整体失稳破坏。强震作用下,坡体中岩性及岩性组合特征、岩体中控制性结构面组合特征是影响斜坡变形破坏模式的重要因素。     

井壁稳定性传统方法与有限元数值模拟对比研究

钻井过程中的井壁失稳不仅增加了钻井作业的难度,而且难以保证固井质量.井壁坍塌是井内钻井液液柱压力过低不能对井壁提供足够的支撑所致,井壁发生破裂的原因是由于井内钻井液液柱压力过大.为保证钻井过程快速、安全地进行,用传统方法建立模型,并运用ANSYS进行有限元数值模拟.通过两者对比研究,得出满足现场工程实践中可以应用的钻井液密度值.     

井壁稳定性的研究

钻井过程中的井壁失稳现象普遍,不仅增加了钻井作业的难度,而且使固井质量难以保证.井壁坍塌主要是井内钻井液液柱压力过低不能对井壁提供足够的支撑所造成,而井壁发生破裂是井内钻井液液柱压力过大而造成的.通过研究,推出不会产生井壁失稳所需的钻井液密度的计算公式,以便施工人员采用合理的钻井液,保证快速、安全地实施钻井过程.     

裂缝面及井眼附近的应力分析

从力学角度出发,建立了川西致密气层井眼,裂缝面及地层的有限元模型,应用ANSYS软件仿真模拟了裂缝面与水平面面夹角的变化引起裂缝面上及井眼附近的应力变化,重点研究了水平裂缝面上及井眼附近的主应力和等效应力的应力等值线变化规律,随着地层裂缝倾角的增加,裂缝面上井眼附近的最大等效应力逐渐转移到井眼椭圆截在的短轴两端附近,研究结果对进一步研究井眼稳定,井壁崩落方向或裂缝面上的应力敏感性具有指导意义。     

井壁失稳机理在涠12-1 N B油田中的应用

井壁稳定性受力学因素和物理化学因素的影响,是岩石力学与泥浆化学共同作用的结果.长期以来在化学防塌机理方面研究颇多,而在井壁失稳的力学机理方面及在力学与化学耦合机理方面的研究较少,没有形成一套系统的井壁力学稳定理论及控制技术,不能满足上程需要.从井壁失稳的力学机理方面进行了探讨,并介绍在涠12-1NB油田中运用所取得的成果.     

地震敏感属性在GY凹陷泥页岩裂缝预测中的应用

国内外大量泥页岩裂缝油气藏的不断发现表明,泥页岩裂缝的研究尤为重要,地震数据中提取的地震属性可用来描述储层特征和探测地下异常体。为了确定苏北盆地高邮凹陷LWS次凹页岩储层的有利分布区,总结了高邮凹陷泥页岩裂缝地震响应特征,并利用地震敏感属性对泥页岩裂缝进行识别。首先通过分析过井地震剖面地震响应特征,建立泥页岩正演模拟,对正演结果进行分析并结合时频分析手段开展对比验证,井震结合,优选古近系阜宁组E1f2页1+页2裂缝敏感的地震属性。利用该方法,对古近系阜宁组E1f2页1+页2选择了低频能量属性进行裂缝预测,应用效果与实钻井吻合程度较好,该方法能在平面上较好地预测泥页岩的发育范围。     

聚合物包裹纳米颗粒封堵剂的制备及其封堵性能

页岩水化和分散导致井壁失稳一直是油气钻井工程中的难题,通过纳米封堵剂物理封堵页岩中的孔隙和微裂缝,是提高页岩地层稳定性最好的方法。采用硅烷偶联剂KH560对高浓度的硅溶胶进行改性处理,运用无皂乳液聚合原理,在改性SiO₂粒子表面接枝丙烯酸（AA）和苯乙烯（St）单体,成功研制出一种聚合物包裹纳米颗粒的新型弹性承压封堵剂。通过Zeta电位及粒度分析仪和透射电子显微镜证明所制备的STA?1封堵剂粒径中值为45.3 nm。以中压滤失量为评价指标得到最佳合成条件：反应温度为60 ℃,反应时间为3.0 h,m（St）/m（AA）=3∶2,分散搅拌时间为10.0 min,单体质量分数为6.67%,引发剂质量分数为0.40%。最后,利用岩心驱替实验模拟页岩考察STA?1的实际封堵效果。结果表明,质量分数为1.00%的STA?1对渗透率小于2 000 mD的填砂管表现出良好的堵水能力,封堵率大于85%。