钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力的影响研究

水基钻井液通常使泥页岩坍塌压力增加,研究钻井液及处理剂体系对地层坍塌压力的影响有助于研究优选防塌钻井液处理剂及体系.介绍了通过岩心力学性能测试分析计算地层坍塌压力的方法,研究了部分处理剂对地层坍塌压力的影响,认为增强抑制和封堵能力可降低地层坍塌压力.文中提出的钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力影响的研究方法是切实可行的,可用来优选研究防塌钻井液处理剂、优选防塌钻井液体系、确定合理的防塌钻井液密度.研究表明,在聚合物或聚磺钻井液中加入抑制剂(如KCl)和粒度及软化点适当的封堵材料可降低地层的坍塌压力.     

水基钻井液配方组合的回顾与展望

综合分析了我国水基钻井液技术的发展，包括：①聚磺钻井液的形成过程及包括约10种处理剂的配方组合模式；②硬脆性泥页岩地层井壁稳定厦钻井液体系（抑制剂＋封堵剂）；③从半透膜机理发展出的4种新体系（聚多醇类，甲酸盐类，甲基葡糖苷。硅酸盐粪）。介绍了国外水基钻井液最新技术：④无侵害钻井波及其处理剂，滤失量的砂床法测定蛄果及应用；⑤胺基钻井液及其处理剂，钻屑整体硬度测试和耐崩散性测试；⑥设计者钻井液。认为在押制机理上成膜和封堵是今后发展方向，在配方组合上应由聚合物＋磺化物体系转向聚合物＋封堵剂体系。图7表2参27。     

地层坍塌压力的计算及应用研究

地层坍塌压力是地层三大压力之一,它的准确确定对于井壁稳定及安全钻井至关重要,文内利用某油田Ｘ区块的测井资料计算了该地区的地层坍塌压力,该方法和计算结果对于保护Ｘ区块的井壁稳定及钻井设计和施工都具有指导意义。     

破碎性地层坍塌压力计算模型

破碎性地层裂缝、微裂缝及层理十分发育,地层各向异性明显,地层坍塌压力高,安全钻井液密度窗口窄,在低井筒液柱压力下井壁易垮塌,在高井筒液柱压力下又容易发生井漏。不同于均质各向同性地层,这类地层的井壁围岩力学稳定性主要取决于这些单元体结构面的强度(抗滑能力)。当单元体所受应力超过了其结构面抗滑能力时,井壁围岩即出现滑动失稳。由均质各向同性地层井壁力学稳定性分析理论出发,引入地层岩石破碎程度指数Bd来定量的描述地层岩石破碎程度对井壁围岩等效应力状态的影响,并根据Mohr-Coulomb准则建立了破碎性地层坍塌压力计算式,Bd值越大,井壁坍塌压力越大,井壁越易失稳,实例计算表明所建立的模型计算结果与工程实际吻合较好。     

优质低密度钻井液试验研究

水基钻井液大多要增加地层坍塌压力,且不同钻井液体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同。通过研究地层岩石与钻井液作用前后力学性质及强度变化和它们对地层坍塌压力的影响,以现用钻井液体系为基础,加以改进、完善而研究出能将所钻地层坍塌应力明显降低的钻井液体系及其应用技术。YT1-7井及YT3井的现场试验表明:优质钻井液的密度比邻井钻井液密度大幅度降低,并且井壁稳定,机械钻速显著提高。     

考虑三向应力作用的渤南泥页岩地层坍塌压力

渤南区块罗家地区沙三储层以泥页岩为主,泥页岩厚度大、分布广,有机碳含量高,富含油气。但是该组地层微裂缝发育,岩石强度各向异性明显,加上水化作用影响,水平井钻井过程中井壁稳定问题突出,使用传统坍塌压力预测模型不能有效计算泥页岩储层的坍塌压力,普通考虑弱面的分析模型通常忽略了中间主应力对岩石强度的影响,预测结果也不如意。在对罗家地区泥页岩矿物成分和微裂缝分布情况分析的基础上,基于弱面强度理论,综合考虑三向应力的影响,建立了更精确的坍塌压力预测模型。实例分析表明,对于该区域的泥页岩钻井,一味地增大钻井液密度并不能保证井壁稳定,该区块岩石碳酸盐矿物含量较多,原始强度较高,且地层孔隙度低,如果使用控压钻井,使井底压力略低于地层压力,可增加岩石强度,增大井壁稳定性,并降低钻井成本,增加钻速。      

地层坍塌压力预测技术在钟市地区的应用

地层坍塌压力剖面的准确确定,对于井眼稳定和安全钻井至关重要,本文建立了地层坍塌压力的计算模型,并利用江汉油田钟市地区的测井资料连续地计算了该地区的地层坍塌压力,与已钻井井径扩大率的对比分析表明,计算模型正确,能应用于江汉油田钟市地区的实际钻井中。     

水化应力和滤饼质量对地层坍塌压力的影响分析

在井眼力学化学耦合稳定性评价的基础上,考虑了滤饼质量因素后,对坍塌压力变化进行了对比分析,结果表明,地层坍塌压力当量密度有一定的变化。给出了考虑水化作用和滤饼质量后预测井壁稳定性的方法,同时将该方法应用于现场,取得了较好的预测效果。     

地层坍塌压力的计算及应用研究

地层坍塌压力是地层三大压力之一,它的准确确定对于井壁稳定及安全钻井至关重要．文内利用某油田X区块的测井资料计算了该地区的地层坍塌压力,该方法和计算结果对于保护X区块的井壁稳定及钻井设计和施工都具有指导意义．     

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。      

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。     

一种多功能水基钻井液在临盘油田的应用

胜利，临盘油区济阳坳陷惠民凹陷营子街断裂带在钻井中易出现井壁严重失稳垮塌现象，针对该区块地层特点，通过室内试验，优选出了适合该区块的一种多功能水基钻井液体系，用正电胶、聚合物控制地层造浆，用聚合醇、双保型纳米乳液（SDI-3）增强钻井液的防塌性，并对该钻井液体系的性能进行了综合评价。现场应用表明，该钻井液体系具有良好的流变性，携砂能力强、润滑效果好、抑制性强、性能稳定且能防止井壁失稳，保护油气层，提高机械钻速，实现近平衡压力钻井。     

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.     

基于岩石力学特性的钻井液优选研究——以鄂尔多斯盆地长7页岩地层为例

钻井液稳定井壁性能是决定页岩地层能否安全高效钻进的基础,常规评价方法主要针对钻井液化学性能,但页岩井壁垮塌的本质是力学失稳。基于此,通过硬度、抗压强度等多项岩石力学参数对钻井液进行优选,与常规钻井液性能评价方法相比,本方法可实现钻井液保持页岩力学强度及井壁稳定性的量化评价,更具有现场应用价值。钻井液与页岩接触,水相介质进入页岩,与内部黏土发生水化作用,导致页岩硬度与抗压强度均出现明显下降,造成井壁失稳;同时,钻井液作用48 h后的页岩地层坍塌压力当量密度增加了0.43 g/cm³,增加了井壁失稳的可能性,使安全密度窗口大幅变窄,不利于安全钻进。通过对比优化后的钻井液对目标页岩地层硬度、抗压强度和坍塌压力的影响程度,优选出具有良好效果的钻井液体系,为研究区及其他地区同类地层的钻井液优选提供依据。     

适用于辽河致密油地层的高性能钻井液技术

根据辽河油田沈北区块致密油储层的特点,对该区块沙河街组四段灰色硬脆性泥页岩易水化膨胀、垮塌掉块等问题进行了研究。通过对致密油页岩进行黏土矿物分析、纳米CT扫描成像和SEM电镜扫描实验,确定了油页岩的黏土矿物含量、平均孔隙半径和微裂缝的发育情况。根据致密油页岩地层的特点,针对性地进行了纳米级封堵剂的复配实验,在此基础上构建了一套强封堵、强抑制和弱冲刷的高性能钻井液体系,该钻井液在泥页岩岩屑中的一次回收率为93%以上,三次回收率接近80%,渗透率降低超过50%。现场应用2口井,成功解决了油页岩地层水化坍塌、井壁失稳导致的划眼、卡钻等技术难题。2口井应用结果表明,"高黏度"和"高切力"高性能钻井液体系使用后,易垮塌地层未出现井壁坍塌,恶性事故得到了有效控制,事故复杂率下降17%,完井周期减少150 d,提速效果明显。     

即时封堵防塌水基钻井液在四川页岩地层的应用

针对四川盆地多个构造采用普通的水基钻井液体系斜穿页岩井段时遇到的井壁失稳难题,结合国内外对页岩理化性能的研究成果,在钾聚磺钻井液的基础上引入润湿反转技术、固相粒度分布调节技术、瞬时失水控制技术,形成一套具有即时封堵井壁孔隙、即时胶结近井壁带微裂缝、即时形成油润湿性致密滤饼特征的钻井液技术。该技术
在公山庙、莲花山、张家坪等构造大斜度长页岩井段和破碎性垮塌井段进行了应用,取得了钻井周期节约 33.5%,机械钻速提高 29.4%,井径扩大率降低 52.0%,划眼时率降低 93.9% 的良好效果,同时为使用水基钻井液钻页岩水平井提供了一定的技术积累和新的思路。      

T453井三叠系石炭系地层安全钻井液密度窗口的确定

塔河油田三叠系、石炭系地层钻井过程中井壁垮塌严重，井径扩大率太，严重影响了钻井效率和固井质量。利用三叠系、石炭系地层岩心，进行了地应力与岩石力学参数室内试验研究，并根据试验结果标定了岩石力学测井解释的模型，根据S68井的测井资料分析了其坍塌压力、地层破裂压力，建立了安全钻井液密度窗口。根据研究成果，确定了T453井三开井段安全钻井液密度窗口，推荐了现场钻井作业的钻井液密度程序。现场试验表明，严格按照设计的钻井液密度程序施工可避免井壁垮塌、缩径导致的起下钻遏阻以及卡钻等井下复杂情况或事故。     

逆流自吸效应对页岩油储层坍塌压力的影响研究

页岩油储层在采用水基钻井液欠平衡钻进时,由于毛细管力作用,钻井液滤液仍会进入地层,降低地层稳定性。为此,进行了逆流自吸效应对页岩油储层坍塌压力的影响规律研究。基于两相渗流理论,建立了逆流自吸作用下的水侵模型,分析发现页岩油储层井眼附近的含水饱和度随欠压差值增大而降低;在考虑水化作用对地层岩石强度的影响的基础上,建立了井周应力模型,对页岩油储层的坍塌压力当量密度变化规律进行了分析。研究发现:逆流自吸作用下,钻井时间越长,欠压差值越小,页岩油储层坍塌压力越大,越不利于井眼稳定;当只改变欠压差值时,页岩油储层最大井径扩大率存在最小值。研究认为,建立的井周应力模型可为页岩油储层欠平衡钻井设置合理欠压差值以及调整钻井液密度提供理论依据。      

水化作用对南海东部泥页岩地层井壁坍塌的影响分析

在我国南海东部油气田钻遇韩江组和珠江组的钻井过程中,常遇到泥页岩井壁坍塌问题,制约了钻井速度,造成了一定的经济损失。为此,分析了该地区泥页岩地层井壁失稳机理,通过试验确定了泥页岩吸水扩散系数,研究了泥页岩吸水对其抗压强度、弹性模量等力学参数的影响规律,根据Mohr-Coulomb准则计算了泥页岩水化后井壁坍塌压力随井眼钻开时间的变化规律。这对解决该海域泥页岩地层井壁坍塌问题有较大的指导意义。     

页岩地层产状对水平井井眼破坏的影响

页岩地层的钻井作业尤其是水平井的钻井作业持续增加,页岩地层的水平井钻井过程往往伴随着一
系列井壁稳定问题。为此,利用坐标转换和弱面滑动破坏理论,建立了页岩地层水平井井眼破坏程度预测和坍塌
压力计算模型。利用所建模型分析了页岩地层产状对水平井井眼破坏形状的影响和坍塌压力的影响。分析表明,
页岩层理面滑动破坏后的水平井井眼总体呈“四叶状”,破坏程度较小时可能呈“狗耳朵”状;垂直于层理面或与层
理面夹角较小的水平井破坏程度较小,甚至不会发生层理面滑动破坏。所建模型及分析结果可用于优化页岩地层
水平井钻井方向,避免钻井过程中发生层理面滑动破坏,防止水平井井眼稳定因页岩层理面而恶化。