克拉美丽气田火成岩天然裂缝漏失压力模型

克拉美丽气田火成岩地层发育裂缝,裂缝性地层中存在天然裂缝与孔隙或孔洞的复合结构,钻井过程中漏失压力与地层破裂压力差异较大。根据不同井段火成岩的裂缝—孔隙状态、裂缝开合、连通及充填情况,开展压力漏失机理研究,构建不同裂缝状态的漏失压力模型,依据地层孔隙压力、地应力等参数绘制分层漏失压力剖面,确定克拉美丽气田火成岩天然裂缝的压力漏失规律。研究表明,火成岩的闭合裂缝压力漏失受地应力控制,开启裂缝压力漏失受地层孔隙压力和充填状态影响。结合典型井的钻井参数,分析裂缝漏失压力在不同井轨迹下的变化规律,确定钻井液安全密度窗口,实现安全钻井。     

基于漏失机理的碳酸盐岩地层漏失压力模型

漏失压力预测是防漏堵漏的关键。在孔隙型或含微裂缝的砂、泥岩地层中,依据破裂压力设计钻井液安全密度上限值是比较合理的,然而在缝洞发育的碳酸盐岩地层中,往往使得钻井液设计密度值偏大。为了保障安全顺利钻井,亟需建立碳酸盐岩地层的漏失压力预测理论。基于对碳酸盐岩地层钻井液漏失机理的新认识,建立了压裂性漏失、裂缝扩展性漏失、大型裂缝溶洞性漏失的漏失压力模型。压裂性漏失主要抵抗地应力,漏失压力近似等于地层破裂压力;裂缝扩展性漏失需要抵抗地应力和地层压力,漏失压力一般小于地层破裂压力;大型裂缝溶洞性漏失只需抵抗地层压力,漏失压力一般略大于地层压力。实例分析表明,漏失压力模型科学依据更加充分,也更具针对性,预测结果与实际情况比较吻合,为合理的钻井液密度设计及防漏堵漏提供了依据。因此,建议将漏失压力纳入到钻井工程设计中。     

海上复杂压力体系油田钻井安全密度窗口研究

地层存在复杂压力体系将给钻井工程带来严峻挑战。涠洲12-1油田钻遇高坍塌压力、高孔隙压力以及压力衰竭、低漏失压力地层,钻井的主要困难在于涠二段上部层理、裂缝发育的泥页岩极易坍塌,涠四段异常高压与异常低压地层共存,异常低压段易发生钻井液漏失。通过岩石力学分析得出:涠二段泥页岩的坍塌主要受层理弱面控制,以较小的井斜角钻井时井壁稳定性较好;涠四段主力储层孔隙压力降低后,坍塌压力与漏失压力均降低。基于以上分析得出钻井安全密度窗口随井深的变化情况,提出安全钻井设计原则,即涠二段泥页岩井眼轨道设计中尽量选用低井斜角通过,并采用单独开次钻进,涠四段储层使用高压差屏蔽钻井液体系和尽量低的钻井液密度,减少井壁失稳风险。     

麦盖提1区碳酸盐岩地层钻井漏失分析及优化

碳酸盐岩地层天然裂缝较发育,钻井时易漏失,影响钻井施工安全。漏失压力预测是防漏堵漏的关键。在孔隙型或含微裂缝的砂、泥岩地层中,依据破裂压力设计钻井液安全密度上限值是比较合理的,然而在缝洞发育的碳酸盐岩地层中,往往使得钻井液设计密度值偏大。在地应力建模和成像测井分析的基础上,利用源自斯坦福大学研究成果的Mohrfracs裂缝分析软件对麦盖提1区的碳酸盐岩地层进行了裂缝渗透性分析,模拟计算了裂缝漏失压力,并与该区钻井实际进行了对比,最终结合孔隙压力、坍塌压力的研究结果,对该区碳酸盐岩地层钻井安全密度窗提出了建议。     

川南深层页岩各向异性特征及对破裂压力的影响

川南深层页岩地层地应力非均匀性强,钻进过程中漏失严重,破裂压力预测困难,在进行深层页岩微观组构观测和宏观力学试验的基础上,测试了深层页岩的各向异性特征,考虑各向异性特征建立了井周应力模型,结合深层页岩本体拉张破坏、裂缝剪切滑移破坏和裂缝张性破坏模式,建立了深层页岩地层破裂压力预测模型,分析了各向异性特征对地层破裂压力的影响规律。分析结果表明:页岩各向异性越强,地应力差异越明显,大斜度井裂缝越易滑移;较高的粘聚力可有效抑制裂缝弱面的错动能力;裂缝倾角大小主导着裂缝张性漏失。预测模型在川南彭水区块页岩气井地层破裂压力预测的结果表明,地应力差异较弹性差异对深层页岩破裂压力的影响更为显著,岩石粘聚力是诱导裂缝剪切滑移漏失的主因,相对裂缝倾角是诱导裂缝张性破坏的主因。裂缝发育的页岩地层以裂缝破坏为主,破裂压力受岩石粘聚力、裂缝倾角和地应力的影响显著,在预测破裂压力时应综合3种破裂模式判断破裂方式和预测破裂压力。      

美国Haynesville页岩气区块优化钻井技术

美国Haynesville页岩气区块是目前美国埋藏最深、温度最高、钻井难度最大的页岩气区块,中间井段含厚层高研磨性石英砂岩,页岩储层埋藏深,温度高,地层孔隙压力大,储层上部裂缝发育。上述地质特点造成该区块石英砂岩井段钻井单只进尺少,机械钻速低,储层钻井工具易失效、钻井液密度高、机械钻速低、易井漏溢流。Haynesville区块与国内长宁等页岩气区块井下地质、钻井条件极为相似。2009年以前,Haynesville页岩气区块钻井周期在100 d以上,通过优化、集成应用难钻地层快速钻井技术、控压钻井技术、高效下套管技术等,2011年后,钻井周期已普遍降低至50 d以内,一些井达到30 d左右。文章通过介绍该区块主要钻井技术,希望能对国内相似页岩气区块有借鉴作用。     

四川盆地长宁、焦石坝志留系龙马溪组页岩气刻度区精细解剖

长宁和焦石坝气田为2种不同类型的海相页岩气"甜点"区。针对两大刻度区开展了8项关键参数分析,揭示了两大"甜点"区的共性和差异,主要表现为:12个气田均具有正向构造背景、富有机质页岩厚度大(30m)、有机质丰度高(平均TOC3%)、岩相组合有利(硅质页岩和钙质硅质页岩为主)、基质孔隙发育(孔隙度4%)、气层压力高(压力系数1.4)、单井产量高(水平井初试产量一般在10×10~4m~3/d以上)等地质特征,但在裂缝发育程度、孔隙类型和地应力方面存在差异;2长宁气田总体为层间缝发育、基质孔隙为主、两向应力差大(10MPa)的高产气区,开发难度相对较大,在四川盆地承压区具有广泛代表性,可以成为盆地内向斜区和燕山—喜马拉雅期断褶区资源评价类比取值的重要参考对象;3焦石坝气田总体为特殊构造背景下的裂缝型页岩气藏,在四川盆地承压区具有特殊的构造背景、宏观网状缝和裂缝孔隙十分发育、两向地应力小(10MPa)、资源丰度高、开发难度小、产量高等独特性,其页岩气赋存的基本地质参数可以作为川东局部地区页岩气资源评价的参考对象。研究证实,五峰组—龙马溪组存在基质孔隙+裂缝型和基质孔隙型等2种页岩气藏类型,为页岩气资源评价提供了2种重要的刻度区。     

克深地区井壁稳定性评价及钻井工程应用

塔里木盆地克深地区裂缝性储层埋藏深,井壁失稳问题严重,建立该区考虑地层各向异性的井壁稳定性评价方法非常重要。通过对现场井壁失稳与地层弱面的相关性研究,发现弱面在强应力、高孔隙压力背景下,将先于岩石本体破坏,产生掉块、垮塌、卡钻现象。若裂缝渗透性较好,钻井液液柱压力大于孔隙压力时即有可能发生漏失,漏失压力不再由破裂压力和最小水平主应力控制,而是取决于裂缝产状和三轴应力状态之间的关系。因此对于强各向异性地层,其强度软弱面上的坍塌压力和漏失压力是钻井稳定性评价中的关键。在核定该区井壁失稳的主控地质因素是强应力背景下的裂缝弱面错动破坏的基础上,评价了克深区带横向各向异性岩体力学的稳定性,建立适用于强各向异性复杂条件下的井壁稳定性评价方法。结果表明克深裂缝性储层的安全泥浆密度窗口普遍较窄甚至无理论安全窗口,提出改善钻井液性能或者采用定向井钻探方案以减少井壁失稳的工程应对方案。现场实践应用表明,钻井液密度调整至合理范围后,井壁失稳明显减少,现场复杂问题得到有效解决。     

深层页岩气有效开发中的地质问题——以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组为例

深层页岩气是中国页岩气勘探开发的主要接替领域。四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组深层页岩气具有高温、高压、高地应力的地质条件，深层覆压的增加使储层的孔隙度降低15%~20%、渗透率降低90%~95%，页岩中裂隙对渗透性的贡献显著下降。不同地区五峰组-龙马溪组深层页岩含气量有一定差异，但总体上与已投入开发的中-浅层页岩差别不大，含气量主要受原始沉积条件和后期保存条件联合控制。深层页岩所经历的构造抬升剥蚀较少，保存条件相对较好。深层页岩地层温度较高，地应力较大且应力差值高，页岩塑性增强，导致裂缝起裂及延伸困难，且裂缝闭合压力高，支撑剂破碎和嵌入影响压裂支撑缝宽，裂缝导流能力递减快，长期导流能力难以维持。WF2-LM4笔石带硅质页岩生物成因石英含量高、抗压实作用强，有利于有效储层的形成和保存，由于脆性大，天然裂缝更发育，页岩气"甜窗"的底限可能超过5 km，是深层页岩气最优开发层段。深层页岩气的富集程度主要与先天沉积成岩条件的优越程度、埋藏及生-排烃历史以及后期构造抬升与变形的差异性有关。优选出具有高脆性、高孔渗性、高压力系数、高含气量等特性的深层页岩分布区，建立与深层页岩相适应的体积压裂改造技术，不断优化形成合理的生产制度，才能最大限度地采出页岩气，成功实现深层页岩气规模性有效开发。     

白云凹陷深水区井壁稳定性研究及应用

白云凹陷深水区是珠江口盆地重要的储量增长点,但是深水钻井安全钻井液密度窗口窄,钻井风险高,因此准确评估白云凹陷深水区井壁稳定性的规律和特点,对白云凹陷下一步的开发十分必要。针对白云凹陷深水区的钻井情况和地质特点,研究了地层压力体系特征,认为幂律模型和Eaton模型能够获得精度较高的地层密度和地层孔隙压力,得出了地层压力体系随水深的变化规律,其中地应力和破裂压力受水深影响明显。利用得到的地层压力对白云凹陷深水区的安全钻井液密度窗口进行了评估,认为白云凹陷深水区井壁坍塌风险较低,漏失风险高,主要是砂岩渗透性漏失,钻井液设计时需考虑其影响。     

长宁区块页岩气水平井无土相油基钻井液技术

针对四川长宁区块页岩气水平井应用的有土相油基钻井液存在的流变性差、易诱发井漏等技术难题,开展了无土相油基钻井液技术研究。为提高油基钻井液的电稳定性和悬浮性,研制了复合型乳化剂G326和油溶性聚合物增黏剂G336,并确定了无土相油基钻井液配方。室内试验结果表明,与有土相油基钻井液相比,无土相油基钻井液具有更强的电稳定性和更低的终切力,有利于预防高密度条件下油基钻井液的稠化和复杂地层漏失问题。无土相油基钻井液在长宁区块某平台4口页岩气水平井进行了现场应用,这4口井井壁稳定,无缩径无掉块,起下钻畅通,井眼始终处于良好净化状态,平均机械钻速提高37.8%。研究结果表明,无土相油基钻井液解决了传统高密度油基钻井液因结构强度大而易诱发井漏的问题,满足了长宁区块页岩气水平井安全快速钻井的需要。      

泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术

泸州区块深层页岩气储层龙马溪组页岩埋藏深、温度高,钻井过程中面临井漏频发、难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点。为此,在分析钻遇地层特征和钻井技术难点的基础上,进行了井身结构和井眼轨道优化、高效钻头优选、堵漏技术措施优化、油基钻井液地面降温技术和欠平衡钻井技术研究,形成了泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在泸州区块34口页岩气水平井进行了应用,应用井平均完钻井深5 760 m,平均水平段长1 890 m,平均机械钻速由5.61 m/h提高至7.03 m/h,创造了造斜段+水平段一趟钻完钻、单趟钻进尺2 330 m等纪录。泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术支撑了该区块深层页岩气安全钻井和钻井提速提效,对其他地区深层页岩气水平井钻井提速具有一定的借鉴价值。      

压裂后焖井期间页岩吸水起裂扩展研究——以四川盆地长宁区块龙马溪组某平台井为例

为了确定页岩气井压后的焖井时间,需要预测关井期间储层条件下页岩自吸压裂液对裂缝起裂扩展的影响。为此,基于裂缝闭合判断准则,针对四川盆地长宁区块三轴地应力测试结果,判定裂缝的闭合状态,然后基于张开裂缝的拉伸和剪切起裂准则,计算拉伸破坏和剪切破坏情况下的最大周向应力和最大有效剪切应力,并结合三轴及单轴岩石抗压力学实验和单轴巴西劈裂抗拉强度实验结果,获得裂缝起裂阈值压力,进而探讨了该区块下志留统龙马溪组页岩气井的合理焖井时间。研究结果表明:(1)该区块龙马溪组页岩气井压裂后,在焖井期间储层中的微裂缝总是保持开启的;(2)储层条件下裂缝所处的应力状态十分复杂,即使是张开裂缝,也有可能发生剪切破坏;(3)当裂缝倾角为0°时,裂缝尖端获得最大周向应力值,对应裂缝起裂角为0°,即裂缝会沿着最大水平主应力方向起裂延伸,当缝内流体压力低于70 MPa后,裂缝不会再产生拉伸起裂;(4)当裂缝倾角为0°时,对应最大有效剪切应力,此时裂缝起裂角为55°,当缝内流体压力低于60 MPa后,裂缝不再产生剪切起裂;(5)若要充分发挥页岩气井压裂后焖井期间压裂液的改造作用,该区块龙马溪组气井压裂后的合理焖井时间为5～10天。     

钻井液充氮技术在水平井中的应用

草桥油田的古潜山裂缝比较发育，钻井过程中漏失严重，钻井施工时钻井液只进不出，大量的钻井液或清水进入油气层，严重破坏了油气层。引进了第一台大型制氮设备，采用现场制氮、充氮降低钻井液的当量密度，减轻漏失和油气藏伤害。现场应用结果表明，采用欠平衡充气钻井技术，利用开发高压低渗油气藏；使用充气设备有效地降低了钻井液的当量密度，提高了机械钻速；减少了钻井液的漏失，保护了油气层；提高了环空返速，有利于携带岩屑，即使在钻井液切力较低和泵排量较低的情况下，仍具有良好的携带能力；特别是地层压力系数下、易漏失的地层必须采用充气的方法才能实现真正的欠平衡钻井，达到减少或防止漏失从而保护油气层的目的。     

川西新场上沙溪庙组气藏钻井液技术

开发川西新场上沙溪庙组气藏,钻遇地层为泥岩、砂砾岩、泥岩与砂岩互层,地层压力梯度从上至下由正常到压力过渡段,然后到异常高压.要求钻井液体系不但具有优良的防漏、防塌、防污染性能,而且能适应多种压力梯度情况,满足高密度要求.为克服表层的垮塌、缩径,采用高膨润土含量的钻井液开钻,并配合控制排量等措施;二开采用聚合物钻井液,根据气层压力调节钻井液密度,保持低粘度,适当放宽滤失量的限制范围,并利用固控系统清除钻屑、劣质膨润土;进入气层前,将聚合物钻井液转化为聚磺钻井液,并根据气层压力情况加重钻井液;对上沙溪庙组气层保护使用屏蔽暂堵技术.现场应用结果表明该套钻井液体系能保证钻井工程顺利进行,有效地防止了坍塌、卡钻和井喷等复杂事故的发生,大大提高了钻井速度,缩短了钻井周期,而且在高密度情况下钻井液具有良好的流变性能和保护气层性能.     

沙特阿拉伯QATIF-894井钻井液工艺技术

QATIF-894井是沙特阿拉伯QATIF区块一口具有代表性的水井,完钻井深为1568.59 m.该井表层以沙石和红色粘土为主,地层松软,易发生井壁坍塌;下部地层以页岩和泥岩为主,多为砂石胶结,裂缝发育,地层压力系数低,易发生井漏、井喷等复杂事故.QATIF-894井针对不同的地层采用了不同的钻井液体系.一开采用膨润土钙处理高切力钻井液,有效地解决了携带钻屑、清洁井眼的问题;二开和三开继续使用膨润土钙处理钻井液,在漏失的情况下,采用清水钻进,高粘度钻井液携砂;四开采用无固相聚合物钻井液.现场应用表明,该套钻井液体系满足了沙特阿拉伯QATIF区块钻井施工需要,起下钻、下套管和固井顺利.     

延长气田易漏失井不规则井眼固井技术

延长气田地层压力系数低,气层段长,地层含水丰富,不稳定的泥岩、煤层交互存在,形成典型的“糖葫芦”井眼,固井漏失水泥浆低返、环空气、水、钻井液窜槽现象严重,固井优良率仅为16%。通过开展水泥浆体系优选,合理设计浆柱结构,依据孔隙压力、岩石密度、钻速、压力剖面等资料确定较为薄弱的地层,选择分级箍安放位置,正注反挤工艺等一系列措施,成功解决了固井过程中井漏和候凝期间气、水窜槽问题,使固井质量优良率提高到了93.54%,实现了全井水泥有效封固的目的。     

长宁页岩气超长水平段水平井钻井完井关键技术

为了解决长宁区块页岩气超长水平段水平井机械钻速低、钻井周期长和井下安全风险高等技术难点,通过理论分析和软件模拟计算,优化了井眼轨道,优选了钻井设备和套管下入方式,并制定了减振提速、防漏堵漏等降低和消减井下安全风险的技术措施,形成了长宁页岩气超长水平段水平井安全高效钻井完井关键技术。该技术在长宁区块3口超长水平段水平井进行了试验,3口井钻井和完井过程中均未发生井下故障,与未应用该技术的邻井相比,机械钻速提高了2.5%,钻井周期缩短了16.9%。这表明,该技术可以解决长宁区块页岩气超长水平段水平井钻井完井存在的技术难点,满足长宁区块安全高效钻井完井需求,可以在该区块进行推广。      

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

涪陵焦石坝区块采用水平井开发方式,水平段长1 500 m以上,水平井段为龙马溪组下泥岩段,页岩黏土矿物含量高,脆性强、微裂缝发育,易发生垮塌掉块造成井下事故;井底垂深大于3 500 m,深层页岩气开发,面临着井温升高、携岩带砂要求越来越高、部分井发生垮塌掉块、起下钻遇阻卡的问题,部分井发生失返性漏失,消耗了大量的人力、物力。对柴油基钻井液体系进行了研究,结果表明该体系具有良好的抗温性、在低油水比（70:30）下仍然具有稳定的性能,随钻堵漏材料（粒径级配的高纯超细碳酸钙+有机胶凝漏失控制材料）能够封堵2 mm的裂缝,承压强度达7 MPa,纳米封堵剂（纳米石墨粉和超细海泡石纤维组成的混合物）能够封堵0.1 mm裂缝,承压达到20 MPa。现场应用结果表明,该体系具有良好的井壁稳定能力,井径扩大率低,平均小于3%,润滑性好,起下钻摩阻低,钻井液性能稳定,易于维护处理,能够解决井漏、井垮等复杂情况。柴油基钻井液完全适用于涪陵区块的页岩气水平井钻井施工。      

南海C区块高温高压气井井控技术

为确保南海C区块高温高压气井钻井过程中的井控安全,针对存在的地层压力高且复杂、地层温度高、钻井液安全密度窗口窄、高密度钻井液性能维护困难等井控技术难点,制定了实时检测溢流、控制溢流量,压井时逐渐提高压井液密度,防止发生井漏,钻井液降温和性能维护,井下溢漏共存处理等技术措施。防止井漏的技术措施包括提高地层承压能力和钻井液的封堵性、优化井身结构、控制井底循环当量密度、阶梯开泵、简化钻具组合及控制下钻速度等。南海C区块30余口高温高压井在钻井过程中采取了制定的井控技术措施,未发生井控事故。这表明,采取所制定的井控技术措施可以确保南海C区块高温高压气井的钻井井控安全。