构造应力场与井壁稳定性关系的探索

井壁稳定性研究的主要进展 井壁失稳问题是石油钻井工程重大技术难题之一。据统计，平均每年世界范围内用于处理井眼失稳的费用高达10亿美元，浪费的时间约占钻井总时间的5％～6％。井壁稳定问题十分复杂。井眼是否稳定，取决于井内流体与井壁之间的力学作用和化学作用。统计表明，井壁失稳多发生在泥页岩层段。因为泥页岩地层是由片状粘土颗粒经沉积压实、脱水而形成的岩体，层理发育，富含天然裂缝、节理，遇水极易水化膨胀，强度低，各向异性强，是钻井过程中主要的不稳定地层。     

砾石层空气钻井井壁失稳机理研究及应用

塔里木盆地库车山前分布巨厚砾石层(1 000～5 000 m),采用常规方式钻井面临单只钻头进尺少,机械钻速低,建井周期长等问题。塔里木油田自引进空气钻井开展现场试验,取得了较好的提速效果,但也存在井壁失稳,井底沉砂较多,甚至发生卡钻的恶性事故。文章首先通过对传统井壁稳定模型分析,将孔隙压力的影响去掉,得到适合于空气钻条件下的井壁稳定模型。同时运用新的井壁稳定模型进行井壁失稳全过程分析,提出了沉砂主要是由于井壁形成坍塌椭圆时的坍塌物质造成的,坍塌椭圆的形成有利于保持井壁稳定,解答了现场沉砂量多且沉砂速度不同的疑问。为解决井壁失稳卡钻的问题,并基于以上研究成果结果得出空气钻适合于砾石分布均匀的小砾岩地层,对于大和中粒径砾石层,需考虑胶结强度对井壁稳定的影响的重要结论,为下步空气钻井井位优选提出了新的优选准则。     

济阳坳陷新生界地层井壁失稳原因分析及对策

为了有效解决济阳坳陷新生界地层井壁失稳问题,从盆地构造带分布、古沉积环境、岩性特征、流体性质等方面入手,对多年来大量实钻井失稳的井段进行地质归类分析,找出了井壁失稳的地质条件和地质因素。从系统工程理论出发,根据井壁失稳情况,研究得到了5种解决井壁失稳的钻井液技术。同时,结合目前高温高压钻井液现状,针对新生界地层特有的高地温梯度情况,对如何解决深部硬脆性泥岩垮塌问题进行了探讨,提出了解决钙质硬脆性泥岩地层井壁失稳、钻井液高温耗土、有效封堵、钻井流体性能合理控制等技术思路。实践表明,5条应对井壁失稳的技术对策,对于解决与济阳坳陷新生界地层类似地层的井壁失稳问题具有重要的指导意义。      

井壁稳定性预测方法研究与应用

井壁失稳问题一直是钻井过程中经常遇到的难题。井壁失稳不仅会造成巨大的经济损失,而且决定着钻井工程的成败;因此,寻找一种钻前预测井壁稳定性的方法,以制定相应措施保证成功钻进,这也是亟待解决且对钻井工程有着重大意义的课题。影响井壁稳定的因素多而复杂,目前还没有能够普遍应用的井壁稳定性预测方法。为此,在研究传统井壁稳定性分析方法的基础上,提出了利用黏土矿物理化性能参数预测井壁稳定性规律的模糊综合评价法。在应用过程中对该方法进行了改进:引入层次分析法确定权重,减少了人为因素对模糊评价结果的影响;采用最大隶属度原则分析得出评价结果,增强了预测结果的准确度。在海拉尔地区的应用表明,该方法预测油气井井壁稳定性可信度高,实用性强。     

欠平衡钻井井壁稳定性研究

欠平衡钻井过程中井壁稳定是欠平衡钻井成功的关键,本文分析了欠平衡钻井过程中井壁失稳问题的表现,确定了影响井壁稳定性的主要因素,得到井壁失稳有两种基本形式为压缩剪切破坏和拉伸破坏,分析原地应力和地层强度对井壁稳定性的影响。     

大斜度井泥页岩井壁稳定的力学分析

大斜度井泥页岩的井壁稳定对油气井的正常钻井十分重要。从岩石力学的角度出发，根据地壳岩石的特性建立了各向同性的线弹性力学模型，并用莫尔库仑强度准则对井壁失稳进行了分析。对油田的实际资料进行计算表明，井壁坍塌压力与井斜度和井斜方位角有关。井壁坍塌压力随井斜角与井斜方位角的变化规律主要由地层的原地应力状态决定。对于我国的大部分油田，直井的坍塌压力比大斜度井大。     

裂缝井壁力学稳定性研究

针对钻井过程中的井壁失稳问题，探讨了裂缝井壁失稳机理，主要考虑了井壁裂缝尖端的应力强度因子，采用有限元法和孔隙弹性理论研究自然裂缝地层中的井眼行为，分析裂缝井壁的稳定性。同时研究了不同参数对裂缝扩张和井壁稳定的影响，为正确认识裂缝井眼的稳定性提供了科学依据。     

群库恰克地区水平井Q5-1钻井液技术

群库恰克地区石炭系井壁失稳问题一直是油田勘探与开发的技术难点.Q5-1井是在该地区实施的第一口解决井壁失稳问题的试验井.通过对群库恰克地区石炭系复杂地层不稳定因素及其对钻井液施工技术难点分析研究,对钻井液的配伍进行改进,优选了适合该地区的聚合物钻井液和KCI-聚璜钻井液体系.该钻井液体系具有良好的流变性、造壁性、润滑性...     

各向异性地层定向井井壁坍塌压力计算方法

层理性地层的力学性质和强度特征具有各向异性,受层理弱面的影响,钻井过程中容易发生井壁失稳的问题。各向异性地层中的井壁坍塌压力分析方法与普通完整性地层不同,强度准则应选用弱面破坏准则,并且层理面的存在也对井眼周围应力分布产生影响。对于各向异性地层中定向井钻进时井壁稳定的分析,需采用有限元等方法进行数值求解。某油田层理性泥页岩地层中不同井斜角和方位角条件下井壁坍塌压力的计算结果表明：定向井钻井中存在最佳钻入角,解决这类地层的井壁失稳问题主要应从控制井斜角和钻井方位入手,避免在井壁坍塌压力较高的井斜和方位范围内钻进定向井。     

大港滨海油田深井井壁失稳原因分析及对策

在大港滨海油田深井钻探过程中,多口井不同程度地出现了井壁失稳现象,为此开展了井壁失稳原因分析。通过对滨海油田深层地层矿物成分、泥页岩理化性能、区域地应力分布规律和岩石力学强度等项研究表明,滨海油田深井井壁失稳的主要原因是黏土矿物含量高、容易出现水化分散和膨胀。通过现场常用钻井液体系的性能测定与评价,配制了BH-KSM钾盐聚合物钻井液体系,该体系能够满足滨海油田深井井壁稳定的要求。     

焦石坝页岩气储层水平井井壁失稳机理

焦石坝区块页岩气储层岩石层理发育,导致页岩强度各向异性特征明显,钻井过程中易发生井壁失稳问题。为此, 采用龙马溪组井下岩心开展直接剪切和三轴实验,结合单组弱面强度理论,建立了页岩强度各向异性表征方法;综合页岩强度各向异性表征方法、井壁应力分布模型,建立了页岩井壁坍塌压力计算方法;最后,以目标井JY1HF 井为例进行了实例计算与分析。结果表明:龙马溪组页岩发育了大量软弱层理,沿软弱层理剪切滑移是井壁失稳的主要力学机制;钻井液浸泡后页岩强度出现劣化,但强度劣化效应并不十分显著;常规模型计算的坍塌压力随着井斜角增加而减小,文中模型计算的坍塌压力随着井斜角先增加后减小,且计算结果与实际情况更加吻合;页岩薄弱层理的剪切滑移是井斜井段井壁垮塌的关键,而强度的劣化并不是主控因素。研究结果可为礁石坝区块和其他地区页岩气井钻井设计、轨迹优化等提供参考。     

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。     

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通南巴构造高压气井钻井在很多方面具有世界级的难度，破岩能量、清岩能力不足引起大尺寸井眼机械钻速低，速度慢、井眼不畅通，造成大量事故复杂，复合钻配合PDC或强保经高转速牙轮、大钻杆、大钻铤，可以有效地提高速度。工具成本在总成本中所占份额较小，中空分流、加和螺杆是常规的消耗料。对井余、井底水平位移的限制应适当放开，力学平衡是保持上部层段井壁稳定的关键，保持井壁稳定的钻井液密谋应随井径的变化而变化。井漏处理时要注意保持尽量高的液柱压力，注意喷漏转换。含硫气井井控难度远高于油井，设备的气密封能力一般低于油密封能力，工作中应重点注意压稳地层内流体，采取特别措施提高控制能力和处理速度。     

低密度防塌钻井液在街207井的应用

街207井是位于济阳坳陷惠民凹陷营子街断裂带第一口长裸眼评价井,钻探目的是评价营子街断裂带街斜2鼻状构造沙三上段含油气情况。根据邻井街斜2大段泥岩井段发生严重的垮塌情况,为防止街207井井漏和井壁垮塌,采用正电胶、聚合醇、高分子PAM、抗高温防塌润滑剂RS-2和双保型纳米乳液SDJ-2低密度防塌钻井液体系。该体系具有良好的稳定井壁、携砂性能和润滑性能,使用后取得了井壁稳定、防塌、提高机械钻速、减少钻井液浸泡时间等良好效果。     

用模糊综合评判法评价井壁的稳定性

针对影响油气井井壁稳定性的因素多、判别难度大等问题,通过对影响井壁稳定性诸因素综合分析的基础上,结合不同油气井工程实践的具体情况,提出了利用多级模糊综合评判法判别油气井稳定性的有效方法,并利用实例对该方法的运用过程进行了较为详细的阐述.该方法增强了井壁稳定性分析预测的科学性和稳定性,该方法可操作性强,克服了以前靠经验判别井壁稳定性的缺陷,为现场施工决策者判断作业井的稳定性提供了一种新的方法.     

七里北101井气体钻井提高钻速试验研究

遭遇大段研磨性强、可钻性差的难钻地层,钻井液钻井钻速慢,井下事故频繁,建井周期长,已成为制约深层油气资源有效勘探开发的瓶颈。采用气基流体作为钻井循环介质,通过改变井底应力状态、消除压持效应、降低岩石强度和研磨性、延长钻头寿命和提高井底清洁效率可有效提高钻速。七里北101井采用气体钻井进行提速的试验结果表明,气体钻井可提高钻速1．7～13．3倍,有效减少钻具事故和克服井漏,大幅缩短建井周期;钻前进行井壁稳定性、地层出水和地层出气分析并配套相应的井身结构设计和钻进方案设计,钻进过程进行气体监测和设备工具配套有利于保证气体钻井安全顺利进行。     

浅层稠油油藏水平井井眼稳定性分析

在稠油开采中,储层岩石力学及应力特征对钻井、完井和注汽开采全过程的影响比其它类型油层均更为显著。提出了新疆浅层稠油砂岩在钻井和完井阶段静态固-液耦合的岩石力学特征和表观弹性常数的概念,并对新疆超浅层稠油油藏水平井进行热弹塑性应力分析。在以上基础上分析了新疆超浅层稠油油藏水平井井眼稳定性问题。     

川南龙马溪组深层页岩井壁失稳原因分析及对策

川南龙马溪组深层页岩储层在钻井过程中井壁失稳严重,井下遇阻现象频发,增加了施工成本与后期作业难度.为此,开展井下岩心水理化及力学性能实验研究,结合实验结果综合分析龙马溪组地层动、静态井壁失稳原因,并制订井壁稳定技术对策.结果表明:川南地区龙马溪组地层页岩脆性矿物含量高,岩性整体致密,力学强度高;垮塌井段内小层交替变化频...     

中江地区井壁力学稳定性研究

中江地区沙溪庙组地层在钻井过程中一直存在比较严重的垮塌现象，给该区钻井施工带来较大的技术难题和经济上造成较大损失。为弄清井壁稳定性机理，为该区钻井工程的设计与施工提供科学依据，文章从井壁应力状态角度出发，根据岩石力学理论分析和实验，利用钻井、录井、测井、测试、压裂等资料建立了计算中江地区沙溪庙组地层井壁力学系统合理的物理模型和计算方法，建立了该区地层孔隙压力、地应力、井壁破裂压力和井壁坍塌压力剖面，并在此基础上对井壁力学方面的稳定性进行了分析，发现在1600～1840m井段地层坍塌压力较高，与地层压力相当，出现了井壁扩大现象，井壁稳定性差，建议改进钻井液性能，降低地层坍塌压力。     

产能预测、试井设计参数优选方法

以科学编制试油地质设计、取全取准试油资料为目的，统计整理了1990年以来的探井资料600多层30余种数据，主要应用了大庆探区已有的岩心、井壁取心、钻井液、钻时、测井及试油等技术，根据以上各种技术所取得的参数及试井软件解释得到的地层参数之间的相关性，建立了产能预测、试井设计参数优选动态方法及图版，通过现场应用，取得了较好效果。