顺北油气田深部破碎性地层井壁失稳机理及对策研究

顺北油气田多口探井在奥陶系碳酸盐岩地层钻遇破碎带,井壁失稳严重,已成为制约顺北油气田安全建井的突出问题。文章在综合分析顺北奥陶系破碎性碳酸盐岩地层井壁失稳类型及理化特性、裂缝面物理—力学特性和岩石力学实验的基础上,提出了井壁稳定钻井液技术对策。研究发现,区域断裂带附近地应力方向复杂,地应力差大;地层天然多尺度裂缝发育、破碎程度大、岩体等效强度较低;钻井液易沿天然裂缝侵入地层,钻井液-裂缝面水岩作用造成缝面粗糙度减小、摩擦系数降低,易诱发地层沿裂缝面失稳,是深部破碎性地层井壁失稳的主要机理。明确“合理密度支撑+钻井液刚柔并济多级配封堵”,配合使用“耐高温随钻/段塞固壁剂”是顺北油气田深部破碎性地层稳定的井壁钻井液技术对策。研究成果对促进深部破碎性地层安全高效钻井具有重要借鉴意义。     

北特鲁瓦地区裂缝性碳酸盐岩地层井壁稳定性研究

北特鲁瓦地区石炭系中统巴什基尔阶(KT-II)碳酸盐岩地层裂缝发育,钻井过程中井壁垮塌问题严重。为提高钻井效率,研究了KT-II碳酸盐岩地层裂缝产状及缝间充填物质,测试了碳酸盐岩基质及缝间充填物组分,分析了裂缝发育对碳酸盐岩地层孔渗特性、力学强度的影响。同时,耦合地应力场、渗流场及裂缝力学弱面效应等因素,建立了裂缝性碳酸盐岩地层井壁失稳理论模型,开展了北特鲁瓦地区KT-II碳酸盐岩地层井壁稳定性预测。结果表明:北特鲁瓦地区KT-II碳酸盐岩地层裂缝发育,裂缝间力学弱面效应突出,是诱发井壁垮塌的主导因素;裂缝发育加强了钻井液沿裂缝的渗流运移,弱化了钻井液对井壁的支撑作用;裂缝的产状、井眼轨迹对碳酸盐岩地层井壁稳定性影响明显,与裂缝面倾向夹角180°方向钻井井壁稳定性最好,优化井眼轨迹可有效提高裂缝性地层井壁稳定性。研究成果揭示了裂缝性碳酸盐岩地层井壁失稳机理与主要影响因素,为裂缝性碳酸盐岩地层井眼轨迹设计及工程参数优选提供借鉴。     

费尔干纳盆地井壁失稳机理研究

井壁失稳是制约费尔干纳盆地油气勘探开发的重要因素之一。地质工程资料的综合分析表明,费尔干纳盆地由于受到构造运动的挤压,地应力高、地层破碎,特别是地层裂缝发育且存在多个压力层系,钻井过程中井下垮塌、井涌、漏失等复杂事故频繁发生。费尔干纳盆地多种井壁失稳机理共存、互相作用,以裂缝性地层的井壁失稳为主,选择合理的钻井液密度和良好的封堵性可有效防止费尔干纳盆地钻井过程中的井壁失稳问题。在深 入分析井壁失稳力学机理的基础上,建立了费尔干纳盆地合理钻井液密度的确定方法,研究结果在吉达４井应用获得良好效果,卡钻等事故大大减少,钻井周期缩短了３２％。     

井壁不稳定问题的力学分析

井壁稳定性的预测与研究是钻探项目实施过程中不可缺少的环节。通过对井壁不稳定问题的力学机理的探讨与分析，提出了建立盆地内各地区或各构造的地应力剖面的基本原理和方法，由此进一步提出了根据地应力参数计算钻井过程中防止井壁岩坍塌的当量钻井液密度和防止地层破裂的当量钻井液密度的方法。根据这些方法建立相应的地层压力剖面，指导钻井工种的设计和施工。最后还对几种特殊地层的井壁稳定性做了简要分析，并提出了合理化建议。     

井壁稳定技术在涠洲11-1油田的应用

涠洲11-1油田地处南海西部北部湾盆地,该油田在钻井过程中极易发生井壁失稳问题,给钻井工程带来很大的风险,因此针对该油田进行井壁稳定机理研究显得十分必要。借助涠西南油田群井壁稳定性研究的成果,系统综述了与涠洲11-1油田有关的井壁稳定性机理及一些具体结论,包括微裂缝状况、地应力大小和方向、沿井眼轨迹的地层坍塌压力剖面,并提出了相应的实用技术对策,主要有确定合理的安全钻井液密度、强力防塌油基钻井液的应用、优化井眼轨迹及降低裸眼井段暴露时间等。将这些技术应用于涠洲11-1油田复杂地层的钻进过程中,实践证明取得了较好效果,涠洲11-1油田未出现因井壁失稳问题导致井下复杂情况或事故。     

失稳地层分析归类及泥浆对策

本文分析了钻井井眼失稳的几方面原因，井眼失稳包括井壁坍塌和井漏两方面，在此着重对井壁失稳与泥浆防塌进行了阐述，并根据国外对不稳定地层的分类方法，结合不同区域地层井壁失稳情况的分析判断，将塔里木的轮南地区，英买力地区，塔中，牙哈地区以准噶尔南缘地区的易塌地层归纳成四类，利用已钻井和邻井井塌情况，综合分析井下易出现的各种复杂情况，在现场中概率回归的方法，确定了失稳层位，深度，性质，并针对四类失稳地层采     

裂缝性储层裸眼井壁失稳影响因素分析

国内西部油田碳酸盐岩地层埋藏深、温度高、缝洞系统发育,生产过程中井区裸眼完井地层出现垮塌现象,堵塞、埋卡管柱。文中通过研究现场资料对井壁垮塌的原因进行了分析, 同时,由于地层温度高、压力大,建立了考虑温度场、渗流场、裂缝产状、水化作用等因素影响的井壁垮塌预测模型,对碳酸盐岩深井高温水化地层裸眼完井垮塌机理进行了研究。研究表明,模型对维持井壁稳定的最小井底压力的预测比常规模型高2~3 MPa,提升了预测精度;随着岩石裂缝倾角的增加,其强度先减小后增加;井壁最为安全的地层是裂缝倾角为0~20°,倾向近水平最小地应力方位,其次是倾角60~90°,倾向近水平最大地应力方位;维持井壁稳定的最小井底压力随着水化后弱面内摩擦因数及弱面黏聚力的降低而增加,随着应力差的增加而增加。     

鄂尔多斯盆地延长组页岩气井壁稳定钻井液

针对鄂尔多斯盆地延长组页岩气水平井钻井过程中存在的裸眼井壁失稳问题,对该组地层进行理化性能分析,明确了导致页岩井壁失稳的主要因素,即钻井液滤液沿地层微裂缝进入地层引起伊蒙混层膨胀,岩石强度降低,为此提出了采用油包水乳化钻井液的技术对策。在此基础上,通过室内实验优选了一套页岩水平井油包水乳化钻井液。室内性能评价实验表明：该体系可加重至1.60 g/cm3,破乳电压高于800 V,抗温120℃,封堵突破压力为7.28 MPa,浸泡后对页岩强度影响较小,能够有效抑制页岩膨胀和封堵裂缝性地层,对于解决该区页岩气钻井过程中的井壁失稳问题具有指导意义。     

呼图壁背斜水基钻井液井壁失稳机理多场耦合分析

呼图壁背斜钻井过程中面临高温高压、井壁坍塌、钻井液漏失等复杂问题。为了制定稳定井壁的技术对策,降低事故风险,通过室内实验与理论分析对中深部复杂泥岩地层的组构特征、力学特性和地应力状态进行了研究,建立了“力学-化学-渗流”多场耦合的井壁坍塌压力计算模型,明确了呼图壁背斜构造中深部泥岩地层在水基钻井液作用下的井壁失稳机理。研究结果表明,古近系安集海河组至紫泥泉子组易坍塌泥岩伊蒙混层中蒙脱石含量占35%以上,中等膨胀、高分散（清水膨胀率和回收率均低于10%）,强度具有各向异性;白垩系呼图壁河组至清水河组泥岩膨胀性减弱,硬脆性增强。呼图壁背斜受强构造应力作用,水平最大主应力当量密度接近2.50 g/cm3,高于上覆岩层压力。利用多场耦合方法分析可知,钻井液沿裂隙的渗流作用、泥岩地层与钻井液接触后的水化作用以及钻井液对井壁的有效力学支撑不足是造成井壁失稳的主要原因。考虑多场耦合模型计算得出的坍塌压力比仅考虑力学因素高0.05～0.25 g/cm3。在钻井过程中需保持钻井液对裂缝性地层的封堵性能和对易水化泥岩地层的抑制性能,在保证有效封堵的基础上提高钻井液密度,使其略高于多场耦合模型计算得出的坍塌...     

强封堵防塌剂XZ-OSD在准噶尔盆地南缘山前构造带的现场应用

为解决准噶尔盆地南缘山前构造带钻井过程中出现的井壁失稳及井漏问题,通过对目标地区的岩样和掉块进行实验分析,明确了目标地区的井壁失稳机理。根据实验结果知道,主要是地层破碎性、油相损害和强水敏性导致目的地区的井壁失稳。针对井壁失稳机理,采用油基钻井液避免地层强水敏性引起的井壁失稳,并研选了一种油基钻井液强封堵防塌剂XZ-OSD,XZ-OSD粒子通过封堵不同尺寸孔缝,胶结破碎性地层,在岩石表面形成疏油吸附层,避免地层破碎性、油相损害引起的井壁失稳。现场试验表明, 对比邻井,XZ-OSD降低GHW001三、四开阶段井径扩大率46%～49%;对比四开阶段,XZ-OSD降低呼探1井五开井段井径扩大率83.3%。解决了准噶尔盆地南缘地区井壁失稳难题,为该区域优质钻井提供了钻井液技术支撑。