四川气田GM区块地层三压力剖面建立及应用

地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面是钻井井身结构优化设计及安全钻井液密度窗口确定的基础。利用测井方法计算三压力剖面,结合现场实测三压力数据,建立了GM区块地层三压力剖面;在充分认识三压力剖面特征基础上,开展了GM区块井身结构优化及安全钻井液密度窗口制定。研究提出,该区针对须二目的层的钻井具备三开制井身结构优化条件,同时指出前期钻井以地层孔隙压力为依据制定钻井液密度存在不合理处,推荐J3p-T3x5段地层采用微超地层坍塌压力设计钻井液密度较为合理,T3x4段以深地层采用微超地层孔隙压力设计钻井液密度较为合理。研究结果为GM区块钻井工程设计及现场施工提供了科学依据,经现场应用,提高了钻井效率、降低了钻井成本,取得良好经济效益。图2表1参10     

新场构造三压力剖面计算方法

新场构造地层岩石致密、硬度大、可钻性差,机械钻速低,欠平衡钻井能有效地提高机械钻速,由于该地区地层压力高、泥页岩发育稳定性差,有必要开展欠平衡钻井适应性研究,建立地层三压力剖面,优选适合欠平衡钻井地层及确定合理的欠压值,为工程施工优化设计提供科学依据.在分析欠压实理论的基础上,运用伊顿法利用测井资料,结合实测资料建立了新场构造钻遇地层准确的孔隙压力剖面;通过井壁力学理论分析,结合实钻井资料,确定了井眼扩大率为60％是新场构造允许井眼最大垮塌范围,然后计算出井眼扩大60％时地层坍塌压力;根据岩石最大拉应力理论,结合钻井试压和储层水力压裂资料,建立了较准确的地层破裂压力剖面.三压力剖面计算结果表明,新场地区地层破裂压力比孔隙压力和坍塌压力高,差值较大,具有较宽的泥浆窗口;须二以上地层坍塌压力与孔隙压力之差相对较大,适合液体欠平衡钻井,欠压值在0.3 g/cm3左右,须二地层孔隙压力与坍塌压力接近,不适合液体欠平衡钻井;同时须二段地层孔隙压力与上部须三段地层坍塌压力一致,目前以须二段为目的层的常规钻井四开次钻井身结构可以进一步优化,简化井身结构,加快建井周期.     

中江气田HL区块三压力剖面建立及应用

利用测井方法计算并建立了中江HL区块地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面。根据三压力剖面特征,开展了HL区块井身结构优化及安全钻井液密度窗口设计。研究指出,该区以地层坍塌压力为依据制定钻井液密度较为合理,针对沙溪庙组目的层的水平井钻井采用三开制井身结构有利于实现安全高效钻井。研究结果为HL区块钻井设计及施工提供了科学依据,经现场应用,提高了钻井效率,取得良好应用效果。     

深井安全钻井液密度窗口影响因素

考虑钻井液渗滤造成井壁岩石孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变,推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系,建立了考虑孔隙压力、温差及孔隙度变化的深井安全钻井液密度窗口计算模型。应用模型计算结果表明:①深井钻井井壁岩石与钻井液温差一定时,随着钻井液渗滤作用的增强,井壁岩石孔隙压力增加,导致坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。②当井壁岩石孔隙压力一定时,若钻井液使井壁岩石降温,则随着温差的增加,坍塌压力减小,破裂压力增加,安全钻井液密度窗口范围变大,有利于安全钻井;若钻井液使井壁岩石升温,则随着温差的增大,坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。     

三项压力计算及评估软件的应用

建立准确的孔隙压力剖面、坍塌压力剖面及破裂压力剖面是科学化钻井的一个重要要求,是确定钻井液密度、合理井身结构设计以及完井方法的主要依据。地层压力评估软件综合了目前国内外常用的解释计算方法,将地质、地震、测井、钻井、测试以及室内实验等各方面的数据与地层压力问题有机地结合起来,使三项压力的计算、分析更为系统化,并逐步精确化。实际应用表明,该软件的评估结果与实际测试结果基本一致,证明了该软件的精确性、可靠性与实用性。     

伊拉克艾哈代布油田地层压力预测技术研究与应用

准确的地层压力剖面是钻井工程设计的基础,是钻井液及井身结构设计不可缺少的关键数据。文章通过地层压力分析的基本理论和方法研究,结合地层压力预测分析软件,利用自然伽马、电阻率、声波时差等测井资料进行综合分析,对伊拉克艾哈代布油田的几个主要区块进行了地层孔隙压力、地层破裂压力和井壁坍塌压力的分析和计算,并建立了不同区块的单井压力随深度变化的模型,确定出各个区块的安全钻井液密度窗口,预测结 果误差小于５％,从而为工程设计与施工提供了依据,钻井液密度更趋近于近平衡,为油田提高钻井速度、缩短钻井周期,提高开发综合效益奠定了坚实的基础。     

谈谈定向井井壁稳定问题

从岩石力学、地球物理测井、工程录井、环空水力学和钻井液化学等方面分析定向井井眼稳定问题,建立地层孔隙压力剖面、地层坍塌压力剖面和地层破裂压力剖面,以实现对钻井液性能、井身结构及其它工程参数的优化设计。     

TS区块煤层压力预测研究

相较于普通的储层而言,煤岩极为特殊,不仅存在割理发育现象,而且强度相对较低,当进行钻井时,将会频繁出现井壁坍塌事故。除此之外,煤岩本身的结构,并不有利于煤井井壁含有的稳定性,因此,研究煤层的三压力剖面。根据井壁周围的围岩应力以及井壁应力分布特征确定修正系数,通过实验确定煤层岩石力学参数,建立地层孔隙压力,坍塌压力,破裂压力模型确定三压力剖面。研究结果表明,孔隙压力和坍塌压力正常,破裂压力因不同层系波动较大,因此,在钻井过程应该适当控制钻井液密度,避免压破地层。     

定向井坍塌压力上限对钻井安全密度窗口的影响

一般钻井安全密度窗口通过计算坍塌压力与破裂压力确定,钻井液密度过低会引起井壁坍塌。实际钻井情况反映,钻井液密度超过坍塌压力上限也会造成井壁坍塌。结合井壁成像测井,分析了高密度钻井液下的井周应力状态,建立了σ_z'＞σ_r'＞σ_θ'模式的坍塌压力上限计算模型,推导得出了直井的解析表达式与定向井的数值计算方法。结果显示:不论直井或定向井,对于强度低于某一临界值的地层,以传统的破裂压力作为安全密度窗口的上限将会低估井壁失稳风险;地层强度临界值的大小取决于主地应力、孔隙压力、有效应力系数。对定向井而言,坍塌压力上限随井斜角和方位角变化的敏感性较高,沿水平最小地应力方向钻进的井眼坍塌压力上限较高;随井斜角增大,坍塌压力上限与破裂压力值逐渐趋于接近。研究结果可防范高密度钻井液引起的井壁损伤和井塌现象。     

渤海油田科学探索井地层压力预测技术

在油气钻探过程中,地层压力预测是一项十分关键的基础工作,特别是对于科学探索井,精确的地层压力预测能够为钻井液密度选择、钻井参数优化和井身结构设计提供科学依据。基于渤海某科学探索井的地震资料,以及周边区块已钻井的地质、地震、钻井、测井、测试等资料分析,得出了科学探索井地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力及漏失压力剖面,建立了合理的钻井液安全密度窗口。现场应用结果表明,该地层压力预测结果具有很高的预测精度,很好地指导了该科学探索井的钻完井施工,取得了良好的应用效果。     

不同地应力条件下定向井地层坍塌压力变化规律分析

掌握不同地应力条件下地层坍塌压力随井斜角和方位角变化的规律,对于定向井井壁稳定和安全钻井至关重要。采用数值模拟手段对三向地应力的4种大小顺序关系情况下地层坍塌压力当量泥浆密度与井斜角和方位角之间的相互关系进行了系统分析,弄清了定向井中地层坍塌压力的变化规律。其研究成果可为定向井钻井安全泥浆密度的确定提供一定的参考依据。     

塔里木盆地山前复杂带钻井地层压力预测

地层压力的准确预测是钻井井身结构、泥浆性能和钻井参数设计的直接依据,其对优质高效安全钻井,减少井下复杂情况,保护油气层、固井、完井等意义重大。由于地质、地震资料及认识的局限性,难以对塔里木盆地山前探井准确预测钻前地层压力,从而影响钻井工程顺利实施。首先在地震资料钻前压力预测的基础上,及时利用中途测井资料,修正压力预测模型,调整模型参数,然后重新标定过井地震资料,建立地震与测井信息之间的非线性映射关系,预测未钻地层岩石物理信息,进而预测得到地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力等,为下步钻进参数优化调整提供参考依据。     

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地层坍塌压力剖面的准确确定,对于井眼稳定和安全钻井至关重要。文章在建立了地层坍塌压力计算模型之后,着重研究了如何从测井信息中准确提取模型中所涉及的岩石力学参数。将该法应用到罗家寨构造LJ2井等多口井的测井资料精细解释处理中,计算出该井不同井深与不同层位地层坍塌压力及保持井壁稳定的泥浆密度。此结果应用到实际钻井中,效果良好,且实用性强,为该地区科学钻井提供了合理的泥浆密度设计依据。     

钻井液封堵性对徐闻区块涠三段井壁失稳的影响

在徐闻区块钻井过程中,钻遇涠洲组时发生了井塌等井下复杂事故,但通过对测井数据和地层3个压力剖面数据分析,发现钻井使用的钻井液密度均高于地层坍塌压力当量密度,且涠三段地层层理裂隙比较发育。利用给出的坍塌压力当量钻井液密度简化计算式,计算了钻井液浸泡后岩心坍塌压力的变化,其结果表明,随着钻井液浸泡时间的增加,岩石强度下降,进而造成地层坍塌压力大幅度增加,岩心浸泡5 d坍塌压力增加了12.15%。对涠三段地层井壁失稳情况及影响因素进行了分析,认为该层位井壁失稳机理为:钻井液封堵性不足以阻止钻井液滤液侵入地层,造成地层强度下降和近井壁孔隙压力升高,进而导致地层坍塌压力升高,诱发井壁坍塌。采用有机盐、包被剂和胺基抑制剂改善了钻井液抑制性,采用ZHFD、QS-4和NFA-25作为封堵剂,形成了强封堵强抑制的有机盐胺基钻井液,延长了井壁坍塌周期,有效解决了涠三段井壁失稳的技术难题。      

考虑三向应力作用的渤南泥页岩地层坍塌压力

渤南区块罗家地区沙三储层以泥页岩为主,泥页岩厚度大、分布广,有机碳含量高,富含油气。但是该组地层微裂缝发育,岩石强度各向异性明显,加上水化作用影响,水平井钻井过程中井壁稳定问题突出,使用传统坍塌压力预测模型不能有效计算泥页岩储层的坍塌压力,普通考虑弱面的分析模型通常忽略了中间主应力对岩石强度的影响,预测结果也不如意。在对罗家地区泥页岩矿物成分和微裂缝分布情况分析的基础上,基于弱面强度理论,综合考虑三向应力的影响,建立了更精确的坍塌压力预测模型。实例分析表明,对于该区域的泥页岩钻井,一味地增大钻井液密度并不能保证井壁稳定,该区块岩石碳酸盐矿物含量较多,原始强度较高,且地层孔隙度低,如果使用控压钻井,使井底压力略低于地层压力,可增加岩石强度,增大井壁稳定性,并降低钻井成本,增加钻速。      

超低压水平井井壁稳定性研究与应用——以崖城13-1气田为例

在气田开发中后期的调整井钻井中,由于储层压力衰竭,会产生与常压或异常高压地层中不同的井壁稳定问题,主要体现在钻进中容易漏失,导致井下复杂情况或钻井事故。崖城13-1气田在开发10余年后,主力储层压力系数衰减为0.47左右,是典型的超低压力气藏。针对该气田储层压力衰竭情况,建立了调整井井壁稳定力学分析方法,对崖城13-1气田某大位移调整井压力衰竭后的坍塌压力、破裂压力和漏失压力情况进行了分析。计算结果表明,地层压力降低导致坍塌压力和破裂压力均有不同程度下降,使钻井中坍塌风险降低,漏失风险增加。因此,在压力衰竭储层段钻井液密度设计中需要以压力衰竭后的坍塌压力、破裂压力及漏失压力为参考。实际钻井情况表明,考虑压力衰竭条件下的井壁稳定性分析在崖城13-1气田水平井的应用取得了良好效果。     

基于测井资料的地层压力分析技术

准确的地层压力剖面是合理钻井工程设计的基础,是钻井液及井身结构设计不可缺少的关键数据。而测井资料是有效确定地层压力的基础性资料。为此,通过地层压力分析的基本理论和方法研究,结合DrillWorks2005软件中压力预测分析系统的应用,提出了利用自然伽马、电阻率、声波时差等测井资料进行综合分析,进而预测地层孔隙压力、地层破裂压力、地层坍塌压力的模式。经吉林油田部分井次的实际验证,预测精度可满足工程要求,为钻井工程技术路线的确定和钻井施工提供重要依据。     

欠平衡井底压力采集系统的研制与应用

在欠平衡钻井、空气或泡沫钻井中,当钻井液含有多相流时会出现井底压力不清楚、地层压力预测误差较大、欠平衡井底负压值控制不准确等问题。通过在三开欠平衡井段的现场试验,实测出钻井过程中在井底存在多相流时的井底压力,发现理论计算误差在10%左右,在有气侵的情况下误差高达13%,为此,提出一种利用实测井底压力准确计算地层压力的新方法,完井实测地层压力证明了该理论计算的准确性。它能准确计算出井底负压值以及环空钻井液平均密度的大小,合理确定后续欠平衡钻井的钻井液密度,从而发展和完善了欠平衡钻井井底压力控制技术,实现了欠平衡钻井数据采集分析的定量化、标准化和自动化。     

缅甸D区块高陡高压地层封堵防塌钻井液技术

缅甸D区块地层属高陡高压地层、断层多,地层水敏性强且裂缝发育,钻井过程中多井发生井壁坍塌,其中,P-1-1井最具代表性,该井由于井塌造成的卡钻高达32次,井径扩大率达100%。使用常规的KCl聚合物钻井液体系及套管封隔技术等均不能解决井塌难题。为此,通过室内实验研究,优选出以微米级乳化沥青为防塌剂、以KCl和聚合醇为主抑制剂、以聚阴离子纤维素为降滤失剂、以磺化聚合物为高温稳定剂的微米乳液防塌钻井液体系。该体系与优化前的钻井液相比,页岩膨胀率降低15%,页岩回收率提高50%。结合提高钻井液密度,优化钻井液流变性能,降低钻井液API滤失量等配套技术措施,在D区块现场应用取得了较好的防塌效果,易塌井段井径扩大率由100%降低到20%,钻井时效提高了35%,钻井成本降低20%。该套钻井液技术解决了缅甸D区块高陡构造、高压地层井壁坍塌问题。      

维持井壁稳定的充气钻井液密度确定方法研究

随着我国西部和海洋深层天然气勘探开发不断加快、深入，钻井不断遇到高温、高压、气侵环境，受气体侵入的井筒钻井液其密度随温度和压力的变化而变化，这导致常规井壁稳定研究确定的当量静态钻井液密度不能有效地阻止井下井壁坍塌、缩径引起的复杂情况。国内外高温高压条件下钻井液密度计算模型存在着明显的问题：①没有考虑气体在环空中的影响，此时环空中是气液两相流体的流动，不能用单相液体的情况来对待；②井筒温度用地温梯度来代替不合理。为此，在确定有气侵、压耗和温度影响的有效安全钻井液密度时，分析了气液两相钻井流体受井筒压力、温度、气侵量与钻井液密度的相互影响关系，结合地层参数、钻井水力参数和钻柱结构，通过对温度场与压力场的耦合求解，获取了有效安全钻井液密度的下限和上限，计算结果在实际钻井中得到了较为成功地应用。