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。     

定向井安全钻井液密度窗口测井计算方法

研究定向井井壁稳定与井眼钻进的井斜和方位之间的关系是正确设计定向井钻井液安全密度窗口的重要内容。在介绍定向井井壁力学分析的基础上，使用测井资料计算定向井钻井液安全密度窗口的一套系统方法，对某油田定向井施工井壁稳定性进行了判断，并计算出了在沿不同井斜、方位钻进情况下的钻井液安全密度窗口值。这对确保井壁稳定，减少由井漏、井塌而引起的井下事故，促井定向井施工成功有着重要意义。     

深水浅层安全钻井液密度窗口预测技术及工程应用

深水浅部地层成岩性差,井眼易塌、易漏,钻井液安全密度窗口窄,安全钻井液密度窗口的精确预测是深水钻井作业安全和成功的关键。通过分析水深浅部地层地应力、成岩特征,提出了深水地层密度分段预测方法,并据此确定了深水井的3个地应力纵向剖面(上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力);建立了深水浅层塑性地层井壁坍塌压力极限应变计算模型,实现了深水浅层安全钻井液密度窗口的精确预测,并在西非赤道几内亚湾深水S1井进行了应用,确定了S1井的钻井液安全密度窗口,保障了该深水井的安全快速钻井。     

窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨

在深部地层及深水钻井过程中,钻遇窄安全密度窗口(即地层破裂压力与孔隙压力相关不大)的情况越来越普遍,导致井底压力控制难度加大,井底压力稍高就发生井漏,井底压力稍低就发生井涌。在窄安全密度窗口环境中,常规钻井设计由于采用各种设计系数经验值会引起钻井液密度设计不准确、套管下深设计不合理等问题。为此,在安全钻井井底压力分析的基础上,提出了用设计系数计算值代替经验值进行钻井设计的思路,并给出了考虑温度、压力影响的钻井液密度设计方法,有效提高了设计的准确性,有利于保证窄安全密度窗口环境中井下作业的安全。      

深水钻井安全钻井液密度窗口计算模型的建立与应用——以西非AKPO深水油田为例

以西非AKPO油田为例,对深水浅层和深层的井壁稳定性分别采用塑性力学和弹性力学理论进行了研究,建立了深水钻井安全钻井液密度窗口计算模型。该模型在AKPO深水油田钻井实践中得到了验证,对类似深水油田井壁稳定性分析有借鉴意义。     

定向井安全钻井液密度窗口测井计算方法

井壁稳定技术是钻井工作中的重要内容，研究定向井井壁稳定与井眼钻进的井斜和方位之间的关系对于正确设计定向井安全钻井液密度窗口，确保井壁稳定，减少由井漏、井塌而引起的井下事故，促进定向井施工成功有着重要意义。介绍了在定向井井壁力学分析的基础上，使用测井资料计算定向井安全钻井液密度窗口的一套系统方法。根据这一方法，成功地对桌油田定向井施工井壁稳定性进行了判断，并计算出了在沿不同井斜、方位钻进情况下的安全钻井液密度窗口值。     

利用地震分形属性钻前预测安全钻井液密度范围

为了对钻井过程中的井壁失稳问题进行有效控制,根据地震和测井信息的分形性质以及它们之间的密切联系,提出了综合利用地震记录的分形属性预测测井曲线并进而在钻前预测安全钻井液密度范围的模型。首先从井旁地震记录中提取出能全面反映地震非线性特征的分形属性,运用能充分利用样本信息的CUSI神经网络,建立已钻井段地震分形属性与测井数据之间的非线性映射模型,通过该模型预测未钻地层的声波和密度测井曲线。在此基础上运用井壁稳定分析模型,计算地层的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力,从而在钻前预测安全钻井液密度范围。该方法在西部某油田的应用表明,用地震记录的分形属性钻前预测安全钻井液密度范围的方法具有良好的预测效果。该方法预测精度较高,操作简单易行。     

一种准确预测钻井液安全密度窗口的新方法

准确预测钻井液安全密度窗口是井身结构设计和钻井液密度合理选择的前提。常用的钻井液安全密度窗口预测方法是基于Mohr-Coulomb破坏准则和拉伸破坏准则而建立的。但是,由于Mohr-Coulomb破坏准则未考虑中间主应力的影响,预测的钻井液密度偏高,不利于钻井提速和储层保护。为此,引入Mogi-Coulomb破坏准则,建立了3种地应力状态下预测直井钻井液安全密度窗口的新方法,克服了传统方法计算坍塌压力过于保守和计算破裂压力未考虑剪性破裂的不足。将其应用于川西地区H1井砂泥岩地层的钻井液安全密度窗口计算中,结果表明,新方法的预测结果较传统方法的计算结果更符合实际情况,且精度高、实用性强,对解决钻井中的井壁失稳问题有重要的指导意义。     

地震层速度法预测南海北部深水钻井安全钻井液密度窗口

针对南海北部琼东南盆地深水油气田钻井过程中窄钻井液密度窗口导致的井漏问题,建立了适合深水环境的井壁稳定分析计算模型,应用地震层速度资料对L4井的地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力进行了计算。结果表明,坍塌压力随井深增加而增大,但总体都小于地层孔隙压力,因此将地层孔隙压力作为安全钻井液密度窗口的下限。破裂压力随井深增加而增大,在海底泥面处最小,仅为1.02 g/cm3,地层孔隙压力与地层破裂压力下限的范围仅为0.021~0.092 g/cm3,最大也只有0.290 g/cm3,表明安全钻井液密度窗口窄。结合目标井的实际情况,考虑ECD、激动压力等的影响,推荐了不同层段钻井液密度范围,计算结果与实钻情况吻合,满足实际需要,表明应用层速度计算安全钻井液密度窗口是可行的。     

南堡4号构造定向井钻井液安全密度窗口的建立

受滩海环境和地面条件限制,南堡4号构造深层油藏以长位移大斜度井开发为主,在钻井实践中深部地层复杂事故率高。从井壁稳定的岩石力学机理出发,分析大斜度井井周应力分布规律,选择库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算大斜度井壁坍塌压力、破裂压力。分析了井眼轨迹随井斜、方位变化对钻井液安全密度窗口影响规律,为合理确定钻井液密度,选择最优长位移大斜度井井眼轨迹设计方案提供了科学依据,也为南堡4号构造深层低渗储层压裂改造井位合理部署提供了参考。     

多场耦合作用下泥页岩地层钻井液安全密度窗口预测

在建立流-固-化耦合作用下泥页岩井壁稳定分析模型的基础上，开发了流固-化耦合作用下泥页岩地层钻井液安全密度窗口预测软件，并进行了实际应用。通过对5种钻井液的压力传递实验结果进行分析，对钻井液进行了优选，得出聚合醇钻井液最有利于稳定井壁，其次是硅酸盐钻井液。利用预测软件对W12—1N油田涠二段泥页岩进行了流-固-化耦合作用下的钻井液安全密度窗口预测。研究发现：对于钻井液水活度大于地层水活度的情况，考虑化学作用时钻井液密度窗口明显小于不考虑化学作用情况下的钻井液密度窗口；对于钻井液水活度小于地层水活度的情况，考虑化学作用时钻井液密度窗口明显大于不考虑化学作用情况下的钻井液密度窗口。     

呼2井钻井液技术

本文着重介绍了山前构造上呼２井的钻井液使用技术，对钻井中出现的一些问题进行了分析总结，较好地解决了呼２井的钻井液存在的一系列技术难点，掌握了钻该井应采取的钻井液体系密度、性能指标，以及保持井壁稳定的工艺措施和方法，总结出了该区今后钻井时使用钻井液应注意的问题和经验。     

煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液密度窗口的确定

在煤层中钻井时,保持井壁的稳定具有重要意义。为此,利用有限元软件分析了近井壁裂纹尖端的受力状况,比较了尖端与井壁两处应力集中的情况,结果表明,裂纹尖端受力高于井壁的应力集中约一个数量级。从断裂力学的角度,研究了近井壁裂纹的扩展,分析了裂纹扩展在节理煤岩井壁失稳中所起的作用,讨论了裂纹表面闭合、孔隙压力及井壁渗透性等因素对井壁失稳的影响。利用经典断裂力学理论即应力强度因子理论和最大周向应力准则,对近井壁的裂纹进行了抽象建模,建立了煤岩井壁失稳的判据。根据失稳判据,提出拉剪破坏压力和压剪破坏压力的概念,两者分别为节理煤层钻井液密度窗口的上下临界值,两者之间为井壁稳定,两者之外便是井壁失稳。利用山西沁水盆地的岩心数据及现场钻井资料进行了实例计算,基于常规岩石力学方法求出的破裂压力和坍塌压力分别为19.1MPa、6.4MPa,而用所建立的方法得到的上下临界压力为18.1MPa、7.6MPa。由此证明了所建立的方法得到的密度窗口小于前者,与实际情况更加相符。     

扩展钻井液安全密度窗口理论与技术进展

钻井液安全密度窗口狭窄易引起井壁失稳、漏失性储层损害和其它钻井复杂情况的发生，严重制约着油气资源的开发速度和经济效益。通过钻井液安全密度窗口的确定方法及影响安全密度窗口大小的地质及工程因素的概括，归纳了扩展密度窗口的技术条件，从物理、化学、力学的角度讨论了扩展安全密度窗口的方法，并举例说明了典型方法的成功应用。研究指出，预处理地层以提高井壁强度、用封堵、堵漏原理提高地层承压能力是扩展安全密度窗口的主要途径。建议开展多尺度井壁失稳及复杂性预测理论研究，加强用于过程监测的智能化、自动化井下测量工具研发，重视新材料开发并大幅度提高井壁强度。     

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。     

深井超深井安全钻井液密度窗口研究进展

随着深部油气藏的勘探和开发，深井及超深井的数量大幅度增加，而深井超深井在高温高压条件下，窄安全密度窗口内的安全钻井是当前国内外都未能很好地解决的重大技术难题。确定安全钻井液密度窗口是钻井设计的重要组成部分，对于深井超深井更是具有重大意义。研究表明：温变应力、水化作用及渗流产生的附加应力场对深井超深井安全钻井液密度窗口的确定有很大影响。为此，综合考虑各种影响因素可为准确确定深井超深井的安全钻井液密度窗口提供重要依据。     

窄安全密度窗口钻井液封堵技术在跃满区块的应用

塔里木油田跃满区块钻井二开裸眼段长达5 500 m,钻遇多套地层,安全密度窗口仅为0.01~0.02 g/cm~3,钻井过程中,渗透性漏失与井壁失稳现象严重。为有效解决这些问题,针对跃满区块不同地层,优选出随钻堵漏剂、超细碳酸钙、纳米封堵剂等封堵材料,通过评价钻井液的高温高压滤失量、高温高压渗透失水、高温高压砂床滤失量、高温高压砂床渗透失水以及正反向岩心驱替等性能,得到强封堵配方,并在跃满3-3井钻井液体系中复配使用,钻井过程中未发生明显漏失。该技术的应用为解决跃满区块渗透性漏失、井壁失稳等技术难题提供了一种新方法。     

普光地区安全钻井液密度窗口的测井方法研究

根据井壁围岩应力分布规律和强度破坏准则全面分析了井壁岩石的所有可能的破裂情况,在此基础上提出了利用测井资料确定安全钻井液密度窗口上下限的方法,并利用普光2井的资料对该方法进行了实例验证.结果表明,利用测井资料能较准确地确定安全钻井液密度窗口上限和下限,为钻井设计和实钻过程中采用合理的钻井液密度提供科学依据.     

大位移井井壁稳定机理及安全密度窗口分析

从井壁稳定的岩石力学机理出发,分析大位移井周的应力分布规律,建立大位移井井壁稳定的力学模型.根据库仑一摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算大位移井的井壁坍塌压力与泥浆安全密度窗口.利用Visual Basic语言编制了大位移井井壁稳定分析计算软件,分析影响大位移井井壁稳定性的因素,并计算大位移井的井壁坍塌压力与泥浆安全密度窗口.采用某油田的实际资料,计算出在不同井斜角和井斜方位角下的坍塌压力与泥浆安全密度窗口.计算结果表明,大位移井井壁坍塌压力、安全密度窗口与原地应力状态、井斜角和井斜方位角有直接关系,并提出了最优的井眼轨迹设计方案.     

库车山前地区复杂地层性能测试与钻井液对策

库车凹陷储层埋藏深,压力系统异常,盐膏层发育,钻井周期长,井下复杂情况较多.复杂地层X-射线衍射分析结果表明,吉迪克组、苏维依组和巴什基奇克组发育膏层并含有方解石,黏土‘矿物以伊利石和绿泥石为主.扫描电镜分析表明,岩石较致密,颗粒充填片状泥质,微孔隙不同程度发育.对于盐膏层较发育的吉迪克组和苏维依组,钻井液应以盐水基钻井液为主并以适宜的钻井液密度来应对盐膏层的蠕变和溶解;对于舒善河组具有一定活性泥岩应提高钻井液抑制性并采用适宜的密度以稳定井壁.由于该区存在多压力系统,应保持高密度条件下钻井液具有较好的流变性.