压力衰竭砂岩地层井漏机理及控制技术

井漏是钻井工程中常见的复杂问题,特别是钻进压力衰竭砂岩地层时,井漏现象极其严重。在阐述压力衰竭砂岩地层井漏机理的基础上,归纳了该地层井漏的必要条件;针对该地层的渗透性和诱导裂缝性漏失,分别从钻井液封堵材料、固相材料颗粒粒径与地层岩石孔喉直径和裂缝开口尺寸的关系,以及井壁承压能力、钻井液密度、流变性能与下钻速度优化的角度,探讨了井漏控制技术方法。针对南海莺歌海盆地崖城13-1油气田陵三段地层的特性和井壁承压能力要求,优化设计了Versaclean油基钻井液体系,有效地解决了该地区压力衰竭砂岩地层的井漏问题。     

超低渗透钻井液防漏堵漏技术研究与应用

在水基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液.介绍了超低渗透钻井液提高地层承压能力及防漏堵漏的机理.超低渗透钻井液对不同孔隙的砂岩、岩心和裂缝性地层具有很好的封堵能力,可以实现近零滤失;零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及增强内泥饼封堵强度大幅度提高岩心承压能力.在大港油田和辽河油田多口井的现场应用中,超低渗透钻井液在长裸眼多压力层系或压力衰竭地层防止了漏失、卡钻和坍塌的发生,表明超低渗透钻井液能自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵薄层,可有效封堵不同孔喉地层和微裂缝泥页岩地层.超低渗透钻井液封堵隔层承压能力强,能提高漏失压力和破裂压力梯度,相当于扩大了安全密度窗口.     

物理法随钻防漏堵漏技术与钻井液研究现状

物理法随钻防漏堵漏技术是一种防、堵结合的新方法,可解决西部油气深井孔洞渗透性地层和裂缝性地层钻井中的井漏问题.采用流体力学和射流理论基本原理,把钻井过程中泵入井底的钻井液进行分流,将15%左右的钻井液通过一种独特的井下工具分流,采用新型射流的水力能量作用方式直接射入可能漏失井壁,配合相适应的具有随钻防漏堵漏作用的钻井液体系,使漏失井壁快速形成"人造井壁",从而达到随钻防漏堵漏的目的,提高漏失井壁的承压能力和钻井液的密度窗口,对油气层也有保护作用.     

QPL-Y高强度井壁封固剂在随钻防漏堵漏工艺中的应用

中原油田钻调整井时常发生恶性漏失,特点是漏失层位多,漏层微裂缝尺寸随压力波动而变化。选用QPL-Y高强度井壁封固剂配成随钻防漏堵漏钻井液后,不同粒径的微细活化颗粒随钻井液进入漏层,形成水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等水化产物,与微细活性纤维、膨润土颗粒、沥青颗粒和高聚物分子等形成网架结构,在高温高压下凝结固化,将破碎性裂缝漏层牢固地粘结封固起来,提高漏层的承压能力。经文51-191等6口井试验,成功率为100%。     

油基钻井液随钻防漏技术实验研究

与水基钻井液相比,油基钻井液更容易发生井眼漏失,且井漏现场处理困难,一旦发生井漏,往往会造成重大经济损失。针对油基钻井液漏失问题,从油基钻井液井漏预防措施入手,通过优选不同类型的钻井液防漏堵漏剂,研制了新型油基钻井液随钻防漏堵漏材料,并探讨了其协同作用机理。渗透性封堵实验以及作用机理分析表明,刚性架桥颗粒、弹性填充颗粒、微细纤维材料等不同类型钻井液防漏堵漏剂具有协同作用效果,能够迅速形成具有"强力链网络"的致密封堵层,显著提高了油基钻井液的随钻防漏堵漏性能。进一步优化了强封堵性油基钻井液体系,该体系在120℃、16 h热滚前后的流变性、滤失性能良好,PPA砂盘滤失量仅为11.4 m L,具有良好的随钻防漏堵漏性能,能够起到强化封堵井壁作用,有助于提高地层承压能力。     

超低渗透钻井液提高地层承压能力机理研究

通过超低渗透钻井液高温高压条件下侵入岩石深度实验、侵入岩石深度实验后的岩心清除泥饼前后岩心承压能力实验、提高裂缝承压能力实验、钻井液中加入零滤失井眼稳定剂前后岩心滤失量随时间变化关系实验,以及超低渗透钻井液在滤液进入岩心浅层后封堵孔隙的电子显微照片分析可知,超低渗透钻井液提高地层承压能力机理是利用特殊聚合物处理剂,在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层.超低渗透钻井液在井壁表层能快速形成渗透率为零的封堵层,在井壁的外围形成保护层,钻井液及其滤液完全隔离不会渗透到地层深处,可实现接近零滤失.零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及增强内泥饼封堵强度大幅度提高了岩心承压能力,这样在现场应用中就能提高漏失压力和破裂压力梯度,扩大安全密度窗口.     

井眼强化随钻防漏技术研究与应用

长段裸眼孔隙-裂缝发育带来的漏失问题,严重影响钻井提速,并造成相当大的经济损失。在孔隙-微裂缝地层或诱导性裂缝地层中作业,钻井液密度较低时会出现井壁不稳定现象,而钻井液密度较高时又出现井漏、安全密度窗口较窄等问题,文章研究了解决这一问题的井眼强化随钻防漏体系。体系中的微米级和纳米级高强度刚性颗粒随钻头破岩时迅速嵌入到井周孔隙和微裂缝中,产生沿井眼切线方向的挤压,微米级纤维材料快速充填,形成致密的网络封堵结构,在井壁形成“桶箍效应”,大大提高了井眼承压能力和井壁稳定性。室内评价实验表明,清水封堵体系承压 ５ＭＰａ以上,井浆封堵体系承压 ７ＭＰａ以上。在实际现场应用中,井眼强化随钻防漏体系在解决安全密度窗口较窄问题方面取得了满意的效果。     

纤维堵漏低密度水泥浆的室内研究

钻井和固井过程中常遇到井漏。低密度纤维水泥浆可通过纤维堆积和架桥作用在漏失层井壁上形成网状结构,对漏失层进行有效封堵。室内以微硅和漂珠为外掺材料,以纤维做堵漏材料,配制成低密度纤维水泥浆。实验表明纤维对水泥浆的基本性能影响较小。利用水泥浆静态模拟堵漏装置,评价了该水泥浆的防漏、堵漏能力。试验结果表明：该水泥浆对缝宽2mm以下的裂缝性地层和孔径2mm以下的孔隙性地层有很好的封堵能力,静态堵 漏的承压能力达到了7MPa,扩大了井下的压力安全窗口,可用于钻井和固井过程中的堵漏、防漏。     

随钻防漏堵漏技术的研究与应用进展

井漏是钻井作业中长期存在并且尚未得到有效解决的技术难题。文章介绍了目前国内外随钻防漏堵漏技术的研究与应用现状及常规处理井漏的方法,针对渗透性漏失及裂缝性漏失地层特点,首次提出了基于物理法随钻防漏堵漏技术。该技术通过特殊的井下侧向水力工具,利用旋转射流的水力能量作用在井壁上形成渗透率接近于零的滤饼,即所谓“人造井壁”。井壁不仅渗透率极低,而且具有很高的强度和稳定性,能够承受一定的压差作用。在井眼内可以有效的阻止钻井液漏入地层,从而达到随钻防漏堵漏目的。     

非渗透抗压钻井液处理剂KSY的研究与应用

非渗透抗压钻井液技术是解决钻进压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层的压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等复杂问题以及油气层损害问题的关键技术，其核心是非渗透抗压处理剂。研制开发了非渗透抗压处理剂KSY，并进行了钻井液性能评价和泥饼结构分析，结果表明，KSY加入钻井液后，对钻井液流变性影响小，滤失量明显降低，形成的封堵膜薄，易于返排，封堵强度高，能够有效提高地层的承压能力和破裂压力，保护油气层效果好。现场应用表明，KSY能够显著提高地层承压能力，防止井壁坍塌，保持井径规则，有利于固井和完井作业。     

功能材料对固井水泥石力学性能的影响

固井工程中,水泥石力学性能是影响固井质量的重要因素。通过加入一定量的功能材料,可以增强水泥石的抗冲击能力和应变恢复能力,有效改善固井质量。为研究不同功能材料对固井水泥石力学性能的影响,选用韧性剂和弹性剂2种功能材料,配制韧性和弹性水泥浆并养护成水泥石,利用三轴应力应变实验,通过弹性模量、残余应变等考察不同类型水泥石力学性能。同时,通过功能材料特性,分析功能材料提高固井质量的作用机理。研究表明,两种功能材料都能有效降低水泥石弹性模量和残余应变,减小水泥石脆性,增强水泥石应变恢复能力。韧性剂提高了水泥石的韧性,有效防止了水泥石破裂形成裂缝,保证了水泥石的长期完整性;弹性剂则大幅度增强了水泥石弹性,减少了微环隙的形成,提高了水泥石的封隔能力。     

哈山101井火成岩地层空气锤钻井技术

准噶尔盆地哈山地区火成岩岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,采用常规空气/泡沫+牙轮钻井技术存在着单只钻头进尺少、井斜增长快等技术难题。首先分析了空气锤结构特点、破岩机理及其在火成岩中的适应性,指出采用以冲击动载为主、剪切破碎为辅的空气锤钻井技术钻进火成岩,较常规气体钻井方式具有明显的防斜打快技术优势。在邻井空气锤钻井试验基础上,通过优化空气锤复合结构钻头齿材料与气流布局,改进空气锤保径结构与防掉机构设计,并且建立了空气锤钻井的钻压、转速、耗风量及风压等参数计算方法,形成了火成岩地层空气/雾化+空气锤钻井技术。经在哈山101井火成岩中进行现场应用,在保证井斜始终控制在1°以内情况下,单只空气锤平均进尺367.86 m,较邻井提高了56%以上,取得了显著的应用效果,为今后准噶尔盆地火成岩地层防斜打快提供了一种有效手段。     

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造成钻井泥浆漏失的原因有天然渗透层的漏失和重泥浆压裂诱导缝的漏失两种，其后者由于裂缝穿层长度大，漏失泥浆量大，且堵漏工程难于奏效，因此严重地影响了正常钻进，重泥浆压裂漏失的机理是由于井下存在着各种应力，当泥浆密度足够大时，这些应力将在井壁的最大主应力方向上足以使井壁发生张性破裂的张应力。根据该机理，便可得出这种人工压裂缝的基本特征是发生于最大主应力方向上的纵向长度很大的高角度裂缝，因此它具有特殊的     

压力平衡式尾管悬挂器在川西水平井的应用

为解决川西中浅层水平井?139.7 mm油层套管下入困难或下入不到位的问题，研究新型的压力平衡式尾管悬挂器。结合压力平衡式尾管悬挂器的原理和特点分析，先后进行了现场适应性评价试验及整机的现场应用。结果表明，核心的球座式胶塞系统在钻井液密度2.0 g/cm3、固含37 %的环境下，经1.8 m3/min的排量循环冲蚀180 min后，能够密封至少17.8 MPa，且与钻杆胶塞复合剪脱性能良好。在川西水平井现场应用4口井，实现了中途循环解阻及套管安全快速下入，套管到位率100%，平均下钻速度是常规尾管悬挂器的1.7倍以上。压力平衡式尾管悬挂器是提高川西水平井尾管下入成功率和速度的有效工具，具有一定的推广应用价值。     

顺北油气田却尔却克组井壁失稳机理及应对措施

塔里木盆地顺北油气田却尔却克组钻井过程中井壁失稳事故频发,严重影响了施工进度。针对顺北油气田X井却尔却克组地层井壁失稳的机理,开展了岩石崩解实验、点载荷实验、X衍射、扫描电镜实验研究。结果显示,岩石矿物组分中黏土含量大（15%～35%）,其中伊利石含量在60%左右,伊蒙混层主要在10%～30%,吸水率小（2%）,崩解率大（5%）,岩石属于典型的硬脆性灰质泥岩。室内实验表明,在清水和水基钻井液条件下,岩石强度表现出较强的非均质性和强度弱化（岩石单轴强度降低在10～40 MPa之间）,但在油基钻井液下,岩石强度几乎无弱化影响,并且油基钻井液对微裂缝起到较好地封堵作用。此地层水基钻井液下井壁失稳机理一方面是硬脆性泥页岩中的膨胀性黏土矿物吸水膨胀,强度弱化,失去有效支撑;另一方面微裂缝在水力尖劈作用下,井壁岩石崩落垮塌失稳。油基钻井液中乳化剂、润湿剂等表面活性剂特殊结构可以对泥页岩中裂缝微裂缝进行有效封堵,减少水化和水力尖劈作用,实现井壁稳定。现场在第三侧钻井眼水基钻井液井壁严重失稳条件下,改用油基钻井液,顺利钻完计划进尺,大幅度减少井壁失稳损失。      

页岩气井钻井液井眼强化技术

页岩气地层有着易表面水化剥落掉块、微裂缝发育、脆性好而裂缝易压裂等理化特性,目前,页岩气开发中常用的油基和合成基钻井液体系,起到了很好的防塌防卡效果。但随着开发的深入和地层特性的变化,如钻遇破碎带、裂缝异常发育的地层,采用油基体系仍然会出现大量掉块和严重井塌。为了解决易破碎性地层又垮又漏的复杂情况,需要及时有效地强化已形成的井眼。在钻井液中引入井眼强化剂YH11和BT100,室内实验对加入2种处理剂的钻井液进行了评价,研究出了一套适用于页岩气钻井液的井眼强化技术。该钻井液密度可调范围大,现场可控制在低密度范围1.14~1.50 g·cm-3,该体系抑制能力强,在防漏方面实现了低密度钻进,并且该钻井液体系具有良好的成膜封堵效果,解决了井壁稳定和承压能力低的矛盾,减少了井下复杂情况,确保了井下安全,进一步促进了机械钻速的提高。室内实验和现场应用都表明,井眼强化剂能及时胶结破碎性地带和封堵微裂缝而使井壁变得更致密,大大降低井壁的孔隙度和渗透性,有效阻止液柱压力向井壁孔隙的传递和阻止滤液的深度侵入,减少井壁支撑力的损失,获得防塌和防漏的双重效果。      

高温高压储层安全钻井液密度窗口确定技术

井壁温度变化和井壁渗流对高温高压储层安全钻井液密度窗口的影响不容忽视,而确定钻井时安全钻井液密度窗口的常规方法中没有考虑井壁温度变化及井壁渗流的影响,为安全钻井带来了隐患。为此,依据孔隙热弹性小变形应力叠加原理,从附加温变应力场以及附加渗流应力场作用下井周应力场计算出发,结合地层的强度准则,建立了综合考虑井壁温度变化及井壁渗流情况下高温高压储层坍塌压力、破裂压力的计算模型,并分析了井壁温度变化及井壁渗流对安全钻井液密度窗口的影响规律。为高温高压储层安全钻井液密度窗口的设计提供了依据。     

考虑温度时碳酸盐岩地层破裂压力的确定

地层破裂压力（梯度）是确定地层压力检测的一个重要组成部分，对钻井、完井和压裂等施工都相当重要。塔河油田碳酸盐岩油藏为岩溶-缝洞型的特殊性油藏，储层非均质性较强，储渗空间形态各异，大小悬殊，分布不均，油气储集空间多为裂缝-孔洞型，压裂作业时，储层易受伤害。对于碳酸盐岩储层，裂缝越发育，地层破裂压力越低。在前人研究成果的基础上，综合分析了上覆岩层压力、孔隙压力、井壁应力集中、构造应力、岩石抗拉强度和温度对碳酸盐岩地层破裂压力的影响，得到了新型破裂压力模式。分析结果表明，温度对地层破裂压力的影响不容忽略。     

顺北5号断裂带南部压力剖面建立及井身结构优化

顺北5号断裂带南部受断裂构造运动影响,钻井过程中普遍存在恶性漏失、钻井效率低等问题。为此,基于邻井成像测井资料和钻井资料,建立了漏失压力计算模型,得到了顺北5号断裂带南部地层的四压力（孔隙压力、破裂压力、坍塌压力和漏失压力）剖面;根据四压力剖面和钻井技术难点优化井身结构,将侵入体未发育区域原有的五开井身结构优化为四开井身结构,并减小井眼尺寸,缩短了钻井周期;针对侵入体发育区域,设计了地层承压能力强的非常规四开井身结构和缩小井眼尺寸的常规五开专封井身结构,提高了井壁稳定性。现场试验表明:所建漏失压力计算模型的预测准确性较高;应用常规五开专封井身结构后,复杂情况处理时效平均缩短 27.8?d,钻井周期平均缩短14.6%。研究和现场试验表明,顺北5号断裂带南部采用优化后的井身结构能够解决钻井过程井漏和钻井效率低的问题,可为复杂地层超深井井身结构设计提供技术借鉴。