控制井壁稳定的钻井液技术专利跟踪与分析

调节钻井液性能是解决井壁稳定这一工程性难题的重要手段之一。通过对该领域的专利检索和深入分析,揭示了水化膨胀抑制剂、封堵裂缝处理剂、特种功能组分和多组分协同作用为该领域的主要发展重点,为开发钻井液新技术提供新的思路和方法,对规避研发风险,提高技术起点有重要意义。     

井壁稳定与滤液性质之间的关系探讨

引起井壁失稳的因素很多，只从化学因素、钻井工程因素、钻井液性能变化分析引起井壁失稳的影响因素，提出了防止井壁失稳的预防措施，制定合理的工程方案，加强钻井液的封堵能力，降低钻井液的滤失量或提高滤液的抑制能力，控制合理的工程参数，减少井壁失稳的发生。     

东濮凹陷井壁稳定钻井液技术应用

东濮凹陷地质复杂，地层破碎，地层压力系统复杂多变，富含盐膏层、含膏泥岩等复杂岩层，钻井过程中的“喷、漏、卡、塌”等井下复杂事故频繁出现。针对地层不稳定的种种因素．介绍了解决井壁坍塌的钻井液技术、控制河岸地区严重垮塌的钻井液技术、提高井壁稳定性的钻井液技术、保持井壁稳定的钻井液技术以及防止因井漏造成井壁垮塌的综合防漏技术，这些技术的应用抑制了井壁坍塌，满足了安全钻井施工的需要。     

东濮凹陷井壁稳定钻井液技术应用

东濮凹陷地质复杂,地层破碎,地层压力系统复杂多变,富含盐膏层、含膏泥岩等复杂岩层,钻井过程中的"喷、漏、卡、塌"等井下复杂事故频繁出现.针对地层不稳定的种种因素,介绍了解决井壁坍塌的钻井液技术、控制河岸地区严重垮塌的钻井液技术、提高井壁稳定性的钻井液技术、保持井壁稳定的钻井液技术以及防止因井漏造成井壁垮塌的综合防漏技术,这些技术的应用抑制了井壁坍塌,满足了安全钻井施工的需要.     

高温深井钻井液体系井壁稳定机理及对策研究

高温深井环境下钻井液性能将受较大影响,改变原有特性,易造成井壁失稳的现象。文章分析了高温对钻井液性能的影响,并针对高温环境下钻井液体系影响井壁稳定性的因素提出了应对措施。     

硅酸盐抑制性及稳定井壁机理探讨

硅酸盐钻井液是一种抑制性能优良、环境相容性好、成本较低的水基钻井液体系。国外近年研究应用较多,而国内研究应用相对滞后。通过抑制性实验、针入度实验及凝胶生成等实验研究,认为该体系稳定井壁机理是:堵塞泥页岩孔隙和微裂缝,阻止滤液进入地层;抑制页岩中粘土矿物水化膨胀和分散;硅酸盐与地层粘土矿物发生化学反应生成利于井壁稳定的新矿物;配合使用的高浓度氯化钠或氯化钾的协同稳定作用。     

井壁稳定地质力学分析

系统分析了各种地质力学参数、井眼剖面参数对安全钻井液密度窗口的影响规律,这些参数有井斜角、方位角、原地应力状态、抗拉强度、抗剪强度、地层孔隙压力、有效应力系数和钻井液液柱压力对地层强度的影响等。同时研究了各参数定量变化对安全钻井液密度窗口影响的敏感性,为提高地层三个压力剖面预测精度进一步开展工作指明了方向。     

泡沫钻井液井壁稳定性评价研究

泡沫流体的结构特点虽能缓解泥页岩地层自吸水的能力,但不能阻止泥页岩地层水化的趋势,随着钻井时间的增加,泥页岩水化加剧,进而引发井壁失稳问题。因此,采用合适的评价方法寻求性能优越的抑制剂配方,成为人们普遍关注的重点。通过对泡沫流体引发井壁失稳过程进行分析可知,在对泡沫钻井液进行性能评价时应从两方面入手,即泥页岩自吸水能力以及泥页岩抑制能力。泥页岩自吸水是引发泥页岩水化的先决条件,通过泥页岩自吸水测试,可以筛选出具有一定封堵或减缓泥页岩吸水速度的泡沫钻井液配方。对于泥页岩抑制能力测试可以将膨润土抑制性测试、滚动回收实验以及硬度测试相结合,这样便于优选出抑制能力强且具有持久抑制作用的泡沫钻井液配方。     

一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法

为有效克服气体钻井过程中出现的井壁失稳现象,提出一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法.该方法在对传统气体钻井井壁稳定性理论的利弊进行分析的基础上,从气体钻井井壁围岩的力学特性出发,确定了井壁围岩应力场的分布,结合Mohr-Coulomb准则,建立了气体钻井条件的井壁稳定模型,即弹塑性模型和硬脆性模型,成功解释了气体钻井条件下地层进入塑性状态变形达到一定程度,井壁坍塌井径扩大后,地层趋于稳定的现象.将该计算模型应用于满东2井的井壁稳定性分析,结果表明:理论分析结果和工程实测数据对比,计算结果较为准确,验证了该模型较为有效.     

温度和化学耦合作用对泥页岩地层井壁稳定性的影响

钻井工程中,泥页岩地层井壁失稳问题严重。由于泥页岩地层的强水化膨胀性,目前大部分研究都集中于此,从而弱化了其他因素对井壁稳定性的影响。基于热孔隙弹性理论,考虑泥页岩的半透膜效应,对钻井过程中泥页岩地层温度和化学渗流作用对井周应力和坍塌压力的影响程度进行了分析。结果表明:钻井液与地层的温差和化学渗流均会产生相应附加应力,该附加应力会造成地层坍塌压力上升。同时由于温差和化学渗流的附加应力存在,井周应力分布发生变化。井周应力的重新分布使井周失稳区域改变,近井地带岩石稳定性较差,造成扩径率增大。因此,对于泥页岩地层井壁稳定性分析,在着眼于泥页岩水化特性的同时,温度和化学渗流作用不能忽视。     

非均匀地应力下井壁Von Mises应力及稳定性分析

为分析非均匀地应力作用下井壁Von Mises(米塞斯)应力及其对井壁稳定性的影响,建立了非均匀地应力作用下井壁附近岩石的力学分析模型。根据弹性力学中应力与应力函数之间的关系,应用叠加原理,导出了非均匀地应力下井壁径向应力、环向应力和剪切应力计算公式,分析了非均匀地应力对井壁稳定性的影响,确定了以钻井液密度为自变量的井壁Von Mises应力的二次拟合公式。采用拟合公式计算的井壁Von Mises应力误差小于2.5%,利用该公式可以确定井壁岩石不会破裂的钻井液密度。     

钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识

对钻井液中膨润土含量、钻井液密度、抑制性、滤失量、固相控制、处理剂质量和井壁稳定等问题进行了探讨,认为根据具体情况合理控制并提前考虑调整钻井液性能,有利于改善钻井液的稳定性和提高抗温、抗污染能力。并提出在井壁稳定和堵漏处理中要用动态的观念进行分析,以提高措施的针对性和有效性。     

鄂尔多斯盆地延长组页岩气井壁稳定钻井液

针对鄂尔多斯盆地延长组页岩气水平井钻井过程中存在的裸眼井壁失稳问题,对该组地层进行理化性能分析,明确了导致页岩井壁失稳的主要因素,即钻井液滤液沿地层微裂缝进入地层引起伊蒙混层膨胀,岩石强度降低,为此提出了采用油包水乳化钻井液的技术对策。在此基础上,通过室内实验优选了一套页岩水平井油包水乳化钻井液。室内性能评价实验表明：该体系可加重至1.60 g/cm3,破乳电压高于800 V,抗温120℃,封堵突破压力为7.28 MPa,浸泡后对页岩强度影响较小,能够有效抑制页岩膨胀和封堵裂缝性地层,对于解决该区页岩气钻井过程中的井壁失稳问题具有指导意义。     

泥页岩井壁稳定耦合研究

从实验和理论研究2个方面,对近年来国内外泥页岩井壁稳定耦合研究的现状进行了分析。目前,泥页岩井壁稳定耦合研究主要有3种方法:一是通过泥页岩水化实验和吸水实验,用热弹性比拟法研究由于含水量变化引起的水化应力;二是通过压力传递实验,用非平衡热动力法研究化学渗透作用引起岩石内部孔隙压力变化而导致的附加应力;三是通过压力传递与水化实验,用总水势法研究基于膨胀机理和耦合渗透流动而导致的膨胀应力。通过分析认为,泥页岩井壁稳定的研究虽然取得了一定成效,但仍然存在着复杂的问题和不足,还需要进一步深化机理和应用方面的研究。     

温度影响天然气水合物地层井壁稳定的有限元模拟

由于天然气水合物特殊的理化性质,水合物地层要比常规地层的井壁稳定问题更加复杂,钻井液温度对天然气水合物地层的稳定性影响将是一个不容忽视的因素。为此,考虑热传导、对流、水合物分解、地层力学性质变化等诸多因素及其相互耦合作用,建立了温度影响天然气水合物地层井壁稳定的数学模型,并进行有限元求解。最后以国外某深水天然气水合物地层实际取得的地质资料为例,计算分析了钻井液温度对地层水合物分解、地层力学性质变化及井壁稳定的影响规律。结果表明：地层水合物因受热分解会导致地层力学性质急剧变差,进而极易导致地层屈服失稳,选择低温体系钻井液并控制其温度低于水合物相平衡温度,有助于维持井壁稳定,实现安全钻进。     

气体钻井井壁稳定性模型的建立

气体钻井井壁稳定性研究是解决气体钻井适应性评价问题的关键,对促进气体钻井技术推广应用、提高钻井速度、加快油气勘探开发步伐都具有重要意义。借鉴近年来岩石的全应力-应变实验成果和弹塑性分析理论模型的最新成果,考虑岩石材料峰后的应变软化特性、剪切膨胀特性,建立了气体钻井井壁稳定性模型。研究结果表明：气体钻井时井壁围岩可能出现弹性状态、塑性软化状态和塑性残余状态,当岩石处于弹性状态和塑性软化状态时井壁都能够保持稳定;塑性临界状态时井壁围岩恰好达到塑性残余状态,井壁将发生坍塌;岩石峰后的应变软化特性和剪切膨胀特性对塑性临界状态有重要影响。依据井壁围岩是否达到临界塑性状态而不是弹性极限状态来判断井壁稳定性是气体钻井井壁稳定分析模型的特殊之处。该研究结论与现场实际情况较为吻合,对气体钻井适应性评价具有重要的应用价值。     

井壁稳定性评价准则分析

井壁坍塌失稳大多由于井周岩石的剪切破坏造成,而剪切破坏准则的选择是井壁稳定性预测的关键因素。通常使用的Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则都存在明显的缺点,致使井壁稳定性预测结果不准确。于是,引进了一种新的破坏准则——Mogi-Coulomb准则。该准则较为合理地考虑了中间主应力对岩石强度的影响,使强度预测结果更加准确。为验证其优势,利用岩石真三轴试验数据对3种准则的强度预测结果进行了对比分析。结果表明:在真三轴应力状态下,Mogi-Coulomb准则预测岩石强度的精度要高于Mohr-Coulomb准则和Drucker-Prager准则,且具有表达简单、使用方便、预测结果准确等优点。因此,建议推广使用Mogi-Coulomb准则预测井壁稳定性。