硬脆性地层井眼失稳剪切破坏程度定量预测

钻井过程中,硬脆性地层的井壁失稳的主要形式为剪切破坏（坍塌或掉块）。由传统的井壁失稳力学模型设计出的钻井液密度值偏高,不利于提高钻井速度和降低钻井成本。然而,实钻过程中井眼往往存在一定的井径扩大现象,并产生一定程度的坍塌掉块而不会发生井壁失稳和井筒复杂事故。为此,有必要建立硬脆性地层
井壁失稳程度的定量预测模型。根据硬脆性地层井壁破碎前仅出现弹性变形的特征,基于线弹性理论!推导出直井的井壁围岩应力模型!建立了井壁失稳（剪切破坏）程度与地应力、孔隙压力、岩石力学参数、井筒液柱压力之间的定量关系,并对主要影响因素进行了敏感性分析。对比实例井的实测数据,该模型计算结果与实钻情况一致,具有很好指导意义。     

松辽盆地古龙页岩水平井井壁失稳机理

松辽盆地古龙页岩层理发育,层理密度高,黏土矿物以伊利石为主,质地偏硬脆性.古龙页岩水平井施工中反复出现坍塌卡钻、井眼扩大等井壁失稳问题.为了大幅度提高水平井的井壁稳定性,开展了岩石力学测试,建立有限元应力—流场耦合模型,求取不同工况条件下井壁稳定的坍塌压力上限.结果表明:井斜角、井斜方位、弱结构面数和弱结构面倾角是井筒...     

缅甸Inyashe-2井井塌情况分析与原因探讨

缅甸C2区块地质条件复杂、井壁失稳严重,为了控制后续钻井的井壁失稳,对已经发生的井壁失稳原因进行深入分析与研究。缅甸C2区块Inyashe-2探井在?311.1 mm井段遭遇了较为严重的井壁坍塌,通过分析该井的测井数据、井径数据、地层岩性、压力剖面,评价钻井液性能,结合该井的坍塌情况及特点,探讨了其失稳原因,认为Inyashe-2井井壁失稳主要原因一是部分井段钻井液液柱压力低于地层坍塌压力;二是钻井液封堵性不足,致使钻井液进入裂隙发育的地层,从而引发岩石强度下降,坍塌压力增高,井壁失稳。     

井径变化的影响因素与固井水泥注灰量的关系

1.影响井径变化率的主要因素 钻头钻穿地层所形成的真实井筒断面形状,无法直接获知。只有通过井径测量间接获得有关井径变化的信息。钻井实践表明钻穿砂岩地层所形成的井眼形状较规则,且井壁较平滑;而钻穿泥岩页岩地层所形成的井眼形状则很不规则,井壁凹凸不平,形成所谓的大肚子或缩径。井径变化是由井壁不稳定直接造成的。井壁失稳问题是钻井中较为复杂的问题,由于影响因素较多,目前还没有更有效的解决办法,而地质因素是最根本的影响因素。各地区各层段差别很大。岩性也千变万化。因此解决井眼不稳定问题是很困难的,到目前为止还没有从根本上解决井眼不稳定问题。     

渤海油田泥页岩地层坍塌失稳机理分析

渤海油田钻井中遇到大量由于井壁坍塌失稳造成的复杂问题,主要表现为起泥球、返出掉块、阻卡、憋压、井径扩大等,处理复杂情况影响钻井速度并增加钻井成本,因此有必要从岩石力学和钻井液化学角度进行研究,澄清井壁坍塌失稳机理。通过对渤海部分油田的钻井复杂特点、泥页岩黏土矿物含量和理化性能、井壁坍塌压力随时间的变化关系等进行分析,得出了泥页岩地层井壁坍塌的主导机理。在上部明化镇组,主要是蒙脱石含量较高的泥岩发生水化坍塌,在下部东营组至沙河街组,主要是裂缝发育的硬脆性泥页岩由于存在弱面及钻井液渗流发生坍塌掉块。针对不同地层的失稳机理,提出了相应的钻井技术对策。     

脆性泥页岩椭圆形井眼坍塌规律分析

脆性泥页岩在钻井过程中受到钻头机械碰撞等容易造成井壁部分崩落,井眼形状偏离理想的圆形,按照圆形井眼研究地层坍塌规律会带来一定误差。为此,将真实井眼近似为椭圆形状,分析得到井壁应力分布模型,利用"弹性-应变软化-塑性"模型预测井壁坍塌压力,对影响脆性泥页岩直井井壁坍塌失稳因素进行敏感性分析,并利用有限元软件建模分析椭圆形井眼的塑性损伤破坏特性。研究结果表明:与常规圆形井眼相比,椭圆形井眼坍塌压力较高,且由于椭圆长轴端点处周向应力集中程度随椭圆度增加而增大,椭圆形井眼坍塌压力也随椭圆度的增大而进一步提高;脆性泥页岩塑性损伤破坏表现为局域化的破坏断裂带形式,而不是相对均匀的塑性区。研究结果对更好地认识脆性泥页岩的坍塌失稳机理有一定的指导意义。     

顺北油气田碳酸盐岩破碎性地层防塌钻井液技术

为了解决顺北油气田奥陶系碳酸盐岩破碎性地层易发生井壁坍塌的问题,从地质构造特征、地层裂缝发育及充填程度和井壁岩块受力等方面分析了井壁坍塌的原因,发现造成井壁坍塌掉块的主要原因是强挤压段应力集中、地层微裂缝发育和定向井段受重力影响。虽然地层破碎、应力集中无法改变,但可以提高钻井液的封堵性能,通过有效充填、封堵微裂缝阻止压力传递,同时钻井液保持较高的密度支撑井壁,从而解决井壁坍塌问题。为此,综合考虑强化钻井液封堵能力、控制钻井液高温高压滤失量和优化钻井液动塑比等,优选了防塌钻井液配方,并保持较高的钻井液密度以支撑井壁,形成了防塌钻井液技术。该技术在顺北X井进行了现场试验,钻进中扭矩稳定,机械钻速较高,井径扩大率较小,防塌效果良好,可为其他油气田破碎性地层的高效、安全钻井提供借鉴。      

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。     

哈拉哈塘碳酸盐岩储层井壁失稳动态评价及失稳形态分析

井壁失稳是碳酸盐岩储层钻完井及开发过程中十分常见的工程难题.塔里木盆地哈拉哈塘油田奥陶系碳酸盐岩油藏油井井壁失稳、出泥砂严重,井壁失稳给油井投产、生产等带来一系列问题.为了对失稳现象进行有效分析,明确失稳来源和失稳形态,发挥油井产能,基于工程表象和作业数据提出井壁失稳程度动态评价指标体系,在生产动态和探冲砂作业基础上,...     

唐家河油田井壁失稳因素分析及对策

大港油田在许多区块的勘探、开发过程中，都不同程度地存在井壁不稳定问题。钻井过程中经常出现井壁掉块、井径扩大、缩径等现象，严重制约了钻井的速度，并给优化钻井设计带来了困难。为了弄清井壁失稳破坏的机理，对现场中存在的问题和现象进行了调研分析，并通过对钻井液性能与井眼扩大率现场数据的回归统计分析，找出了钻井液性能中影响井壁失稳的敏感性因素。该研究成果对今后制定维护井壁稳定的钻井液方案具有一定的指导作用。     

盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性研究

针对盐岩井段易发生蠕变缩径,引起卡钻、固井后又易发生挤毁套管等事故的现象,应用有限元方法,建立了描述盐岩层中斜井井眼蠕变缩径的空间力学模型,从岩石力学角度分析了塔里木油田羊塔克地区盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性,论述了一定地应力状态下井斜角和方位角对井眼缩径的影响规律.该研究成果为盐层段定向井井眼轨迹设计、合理确定泥浆密度和盐岩层钻井施工提供了理论参考,已成功应用于塔里木地区钻遇盐岩层时钻井工程的设计和施工.     

Numerical Wellbore Stability Analysis Using Discrete Element Models

Wellbore instability, which is considered as failure of borehole wall, is a complex and time-consuming analysis. Numerous factors such as well path, rock mechanical properties, in situ stress regimes, pore pressure, mud weight, bedding planes, and fractures play a role in borehole instability. Many wellbore stability analyses methods consider only a few of mentioned parameters and majority of them are based on continuum mechanics. However, most of the methods presented for wellbore stability analyses do not consider the impact of fractures. In the present work discrete element models (DEM) are used for numerical wellbore stability analysis of horizontal wells, while the presence of fractures is considered. In this study the effect of mud cyclic loading, hole length, stress regimes, and fluid pressures in fracture plane are examined. The results of analyses showed that direction of minimum horizontal stress is the optimum drilling direction. To evaluate the effects of mud cyclic loadings and open hole lengths, two other models are also considered. These models reveal that mud cyclic loading reduces the stability of borehole. Moreover, it was concluded that mud weight must be increased as open hole length increases and it should not exceed the upper mud weight limit.     

顺北油气田深部破碎性地层井壁失稳机理及对策研究

顺北油气田多口探井在奥陶系碳酸盐岩地层钻遇破碎带,井壁失稳严重,已成为制约顺北油气田安全建井的突出问题。文章在综合分析顺北奥陶系破碎性碳酸盐岩地层井壁失稳类型及理化特性、裂缝面物理—力学特性和岩石力学实验的基础上,提出了井壁稳定钻井液技术对策。研究发现,区域断裂带附近地应力方向复杂,地应力差大;地层天然多尺度裂缝发育、破碎程度大、岩体等效强度较低;钻井液易沿天然裂缝侵入地层,钻井液-裂缝面水岩作用造成缝面粗糙度减小、摩擦系数降低,易诱发地层沿裂缝面失稳,是深部破碎性地层井壁失稳的主要机理。明确“合理密度支撑+钻井液刚柔并济多级配封堵”,配合使用“耐高温随钻/段塞固壁剂”是顺北油气田深部破碎性地层稳定的井壁钻井液技术对策。研究成果对促进深部破碎性地层安全高效钻井具有重要借鉴意义。     

陕北某气田井筒堵塞原因分析

陕北某气田井筒存在腐蚀和结垢,导致井筒堵塞严重.选取22口典型堵塞井为研究对象,通过堵塞因素与日均减产量之间的灰关联分析井筒堵塞主要影响因素,同时基于主成分分析对气井影响因素进行降维处理,并研究与井筒堵塞之间的关系.结果表明,引起陕北某气田井筒堵塞的原因主要有井筒腐蚀、CaCO3结垢和气井出砂;引起气井堵塞的主要原因排...     

Properties and Field Application of LFW (Low Free Water) Drilling Fluid

Wellbore instability is known to be a significant problem that has plagued mud engineers for many years. In order to solve this problem, mud engineers have studied on pressure control, increasing inhibition of drilling mud, and plugging the formation, but the relationship between flowing state of free water in drilling fluid with wellbore instability has been always ignored. The authors discuss the properties and field application of the low free water (LFW) drilling fluid in more than 10 wells drilled in China. It is a new kind of drilling fluid, which has less free water contrasting with counterparts. In addition, it is also a new concept to solve wellbore instability. Field application shows that LFW drilling fluid can increase bearing capability of the formation, decrease the density of drilling fluids when finishing drilling, and shorten the drilling time.     

力学温度和化学耦合作用下泥页岩地层井壁失稳研究

为减少泥页岩地层,特别是高温-高压泥页岩地层的井眼失稳问题,将泥页岩地层视为孔隙介质,在综合考虑岩石特性、井眼周围三维地应力、化学及热效应等因素对泥页岩地层井眼稳定的影响的情况下建立了井眼周围有 效应力计算模式,通过有限差分法进行求解。结合地层失效准则,得到了温度、渗流以及岩石特性对坍塌压力和破裂压力的影响规律。研究的结果表明对低渗透率的泥页岩来说,热效应以及化学反应在确定钻井液密度窗口时起到重要作用。计算结果对实际钻井有理论上的指导意义。     

深水浅部水合物储层水平井井筒温度计算模型

利用水平井开发水合物储层具有动用范围大,产气速率高,经济效益高的特点,但由于井下温度的变化,水合物易在钻井时发生分解,诱发井壁失稳。基于南海神狐海域储层和钻井基本参数,研究了水平井钻井过程中井筒热量传递过程,构建了泥浆循环过程中井筒温度剖面计算模型,研究了地面泥浆排量、密度、初始温度、水平位移等参数对井筒温度场的影响规律。研究发现:泥浆注入排量是影响井筒温度剖面的主要因素,而泥浆密度则是次要因素;水平位移越大,井筒内泥浆与地层的热传导越充分。该研究成果可为南海神狐海域水合物储层水平井试采时泥浆参数和井身结构设计提供参考依据。     

Study on Mechanisms of Borehole Instability in Naturally Fractured Reservoir During Production Test for Horizontal Wells

During the production test for horizontal wells, down-hole pressure will drop down significantly to induce the crude oil flowing out of the wellbore, which always leads to wellbore collapse problems, especially in naturally fractured reservoirs. Hence, some special researches on this problem were carried out. Based on the mechanisms of wellbore stability and failure criterion of weak plane, the authors established the stress state around the horizontal wellbore and mathematical model of minimum down-hole pressures required to maintain the wellbore stable. This model is complex nonlinear equations, which involves several variables, including natural fracture occurrences, wellbore orientation, in situ stress, and rock strength. The combination impacts of these variables on the minimum down-hole pressure were quantified by solving this nonlinear model. The study helps deepen the understanding of the mechanisms of wellbore stability in naturally fractured reservoir.     

乍得H区块BaobabN-8井防塌钻井液技术

在勘探开发过程中．乍得H区块下部地层存在严重的井壁失稳问题。利用X射线衍射、阳离子交换容量等试验手段．对BaobabN-8井岩样进行了系统分析．探讨了该地区复杂地层的井壁失稳机理。、通过大量的单剂优选和配方优化试验．优化出适合乍得H区块下部地层特性并符合环保要求的防塌钻井液体系。研究结果表明,该体系可抗120℃高温,抗岩屑污染达到10％,抗钙污染达到1％,抗NaCI污染达到10％,可满足乍得H区块易坍塌地层钻井的需要．