井壁稳定的力化耦合模型研究

以多孔介质弹性力学理论为基础,以渗流力学理论为纽带,建立泥页岩地层井壁稳定的力学与化学耦合分析模型. 利用该力化耦合模型,可以分析钻井液活度、膜效率等因素对坍塌压力的影响规律,因此可以优选钻井液体系. 为泥页岩井壁稳定研究提供一定的理论依据.     

水化对泥页岩地层“安全”钻井的影响

泥页岩地层与其它“惰性”岩石不同,当其与水基钻井液接触时,岩体强度、内部应力都将随钻井液类型及地层与钻井液的接触时间变化而变化,因此,一个有效的力学本构方程应该能够体现出发生在泥页岩地层中的力学和物理化学动态过程,ＹｅｗＣＨ等在这一领域作了开创性工作;并引用ＹｅｗＣＨ等提出的水化应力模型,计算分析了水化对水敏性泥页岩地层井周应力分布状态,地层坍塌应力和破裂应力的影响。     

苏里格气田水平井S77-5-8钻井液技术

苏里格地区二叠系井壁失稳问题一直是油田勘探与开发的技术难点,采用适当密度的钻井液技术是复杂地层钻井成功的关键。通过分析该地层不稳定因素及钻井液施工技术难点,对钻井液的配伍进行改进,优选适合该地区的聚磺钻井液体系。该钻井液体系具有良好的流变性、造壁性、润滑性和抑制性。现场应用表明,该钻井液体系对该地区顺利钻进、井下安全及油气层保护有非常好的效果。     

玉北地区钻井液技术

针对玉北地区古近系膏岩层易蠕变缩径、二叠系火成岩地层易垮塌掉块、奥陶系灰岩地层易漏,导致的钻井周期长、机械钻速低、复杂情况多等问题,优选了适合各开次的钻井液体系。一开选用膨润土聚合物体系,利用其高膨润土含量解决地表流沙层的井壁稳定与井眼清洁问题;二开选用KCl聚磺钻井液,通过强化钻井液的抑制封堵能力与抗污染能力解决了因泥岩段水化膨胀、砂岩段形成虚泥饼造成的阻卡问题,实现了井壁稳定;三开选用KCl聚磺防塌钻井液,解决了高密度钻井液的抗污染问题,实现了深部地层的快速钻进;四开选用低固相聚磺钻井液,大幅度提高了深部地层的钻进速度。     

复合盐层多元协同稳定井壁钻井液技术

复合盐层性质复杂,钻井过程中易发生井壁失稳．通过分析多个地区复合盐层的矿物组成、微观结构、理化性质及界面力学特性,探讨了井壁失稳机理．结果表明,地层孔隙和微裂缝发育、盐岩蠕变及溶解、膏泥岩水化是造成复合盐层井壁失稳的关键原因．提出了强化钻井液封固井壁作用-抑制盐膏溶解与膏泥水化-水活度平衡-有效应力支撑“多元协同”稳定井壁钻井液技术对策．依据水活度对泥岩水化膨胀和分散的影响规律,明确了钻井液水活度安全窗口的设计依据．针对中东地区M油田、乌兹别克斯坦H-S油田以及中国新疆地区复合盐层井壁失稳问题,采用“多元协同”稳定井壁技术对策,设计了相应的防塌钻井液体系．现场应用表明,该技术可有效提高复合盐层井壁稳定性,大幅减少井下复杂事故,提高钻井作业效率．     

川西雷口坡组不稳定地层长水平段白油基钻井液技术

川西雷口坡组四段地层破碎、坍塌压力高于孔隙压力、水基钻井液体系易发生失稳掉块导致阻卡严重,难以满足长水平段安全钻井。从井壁失稳机理分析入手,明确井壁失稳的主要原因。为此开发适用于不稳定地层的白油基钻井液体系,通过关键处理剂的研选,构建白油基钻井液体系,完成关键性能的室内评价分析。在PZ4-4D井和PZ5-4D井三开雷四段地层应用,解决井壁失稳和酸液污染难题,保障川西气田长水平段安全钻井。     

塔河油田钻井三开井段井眼失稳机理及钻井液控制技术

以室内实验数据为基础，结合其它资料，对塔河油田钻井三开井段井眼失稳机理进行了探讨，认为塔河油田钻井三开三叠系、石炭系井段井眼扩径的因素除钻井工艺影响外，主要与该井段泥页岩易水化膨胀形成较高的膨胀压和该井段地层存在较高的坍塌压力有关；对能有效地抑制三开井段地层坍塌、井眼扩径的两种钻井液—钾基聚磺钻井液和多元醇聚磺钻井液体系的作用机理、配方、现场应用效果进行了论述。     

适用于北部湾盆地易坍塌地层的水基钻井液研究

北部湾盆地存在大量易垮塌的复杂地层,钻井过程中容易发生井壁失稳问题.针对北部湾盆地W油田主要目的层的实际情况,为解决井壁失稳问题,减小对储层的伤害,研究改进水基钻井液配方,形成新型水基钻井液体系和储层改造液.实验测试结果显示,新型水基钻井液体系具有良好的封堵性、抑制性和携砂能力,有利于井壁稳定;储层改造液对储层岩心具有...     

征1-斜5井钻井液技术

征1-斜5井位于准噶尔盆地中央隆起带中部征1区块。该区块地层岩性复杂,钻井液技术难度大。针对不同井段地层岩性,使用聚合物抑制封堵钻井液体系和铝胺润滑防塌钻井液体系,辅助相应的现场钻井液维护处理工艺,保证了施工的顺利进行,解决了吐谷鲁群地层水化引起的起下钻遇阻及泥包钻头、侏罗系坍塌掉块及长裸眼定向过程中井壁失稳的难题;机械钻速较邻近同井深直井高,达到了优快钻井的目的。     

井壁稳定性的断裂损伤力学分析

为了研究石油工程中的井壁失稳问题,将断裂力学和细观力学相结合,给出了一种新的计算方法.根据断裂力学和微观损伤力学原理,研究了脆性岩石中含微裂纹的扩展条件、扩展方向和变形机理.由井壁附近的应力状态和岩石破坏准则,建立了井壁坍塌和地层破坏的力学计算模型,并对井壁稳定性的问题中的井壁坍塌和地层破坏进行了定量的分析,确定了钻井液密度的范围.所给出的计算结果与传统的油井工程中采用的摩尔-库仑准则所得出的结论相同.同时通过细观力学分析和考虑岩石断裂韧性的影响,提出了岩石的内禀断裂应力的概念.此概念将揭示岩石变形机理的本质,并为钻井工程设计提供理论参考依据.     

HD4-88H井钻井液技术

HD4—88H井是塔里木油田哈得地区的一口水平井。该井裸眼段长,钻遇地层复杂。上部地层起下钻易出现挂卡和泥包钻头,下部地层三叠系、二叠系和石炭系地层微裂缝发育,大段的火成岩中夹杂泥岩,存在严重剥蚀、坍塌掉块井段,易发生阻卡、泥包、井塌掉块等复杂情况。针对不同井段的实际情况,确定采用聚合物．聚磺钻井液体系,并制订了相应的维护调整措施,顺利完成了施工任务。现场应用结果表明,该体系与其它处理剂配伍性好,具有较强的抑制性、防塌性,携砂能力强,润滑性好,满足了哈得地区复杂地层的施工要求。     

无土相淀粉聚合物饱和盐水钻井液体系在伊朗油田的应用

伊朗某油田钻井施工在三开井段遇到石膏层、岩盐层和高压盐水层时,采用低固相聚合物饱和盐水钻井液体系继续钻进。石膏侵和盐水侵会导致钻井液黏度难以控制、流动性变差、动切力较大、循环水动力不足,因此研究改用无土相淀粉聚合物饱和盐水钻井液体系。该钻井液体系改善了钻井液的流变性,减缓了地层钙离子对钻井液性能的影响,确保了钻进的正常进行,并取得了很好的经济效果。     

济阳坳陷罗151井区火成岩储层岩石学特征

通过岩芯观察、薄片鉴定、电镜扫描等方法,从岩石学特征、储集空间类型、孔隙结构类型等方面详细研究了辉绿岩油藏储层的岩石学特征.指出储集岩为辉绿岩和以硅灰石为主成分的角岩,储集空间类型主要为硅灰石角岩的微孔隙、辉绿岩的溶蚀孔洞-裂缝,研究结果较好地指导了罗151井区的火成岩油藏勘探开发.     

空气钻转为泥浆钻的技术分析与探讨

对空气钻转为泥浆钻的气液转化技术进行优化配方,为提高上部地层钻进速度找到了一条切实可行的成功之路。实践表明:(1)气液转化技术应从化学因素和钻井工艺因素入手,除选择高效钻井液体系、合理的钻井液密度外,还应采用封堵固壁技术,封固地层微裂隙,提高地层整体强度,达到稳定井壁的目的,并且稳定井壁必须采取多专业多学科共同治理才有成效。(2)建南地区巴东组以上地层相对稳定,适合空气钻井作业,如果配合使用空气锤,速度提高幅度会更大(在普光106井的气体钻井由于使用了空气锤,机械钻速达到10m/h以上)。     

肯基亚克盐下油田的钻井液技术研究

肯基亚克盐下油田的主要地质特点是:下二叠系盐层发育,在盐丘主体部位钻井,盐层厚度可达3 000 m;石炭系灰岩油层孔隙压力系数高达1.90～1.94,钻井液安全密度窗口窄,溢漏同层,极易出现先漏后喷的复杂局面.因地质条件引发的复杂事故严重制约了肯基亚克盐下油田的钻井工作.针对肯基亚克盐下油田复杂地质条件,研究开发了钻井液体系及配套技术,经2002、2003年肯基亚克盐下油田9口井的应用,钻井复杂事故率大大降低,钻井速度显著提高,原油产量大幅上升,钻井成功率达100%,取得了良好的效果.     

Finite element analysis for inclined wellbore stability of transversely iso-tropic rock with HMCD coupling based on weak plane strength criterion

The finite element analysis (FEA) technology by hydraulic-mechanical-chemical-damage (HMCD) coupling is proposed in this paper for inclined wellbore stability analysis of water-sensitive and laminated rock, developed basing on the recently established FEA technology for transversely isotropic rock with hydraulic-mechanical-damage (HMD) coupling. The chemical activity of the drilling fluid is considered as phenomenological hydration behavior, the moisture content and parameters of rock considering hydration could be determined with time. The finite element (FE) solutions of numerical wellbore model considering the chemical activity of drilling fluid, damage tensor calculation and weak plane strength criterion for transversely isotropic rock are developed for researching the wellbore failure characteristics and computing the time-dependent collapse and fracture pressure of laminated rock as shale reservoirs. A three-dimensional FE model and elastic solid deformation and seepage flow coupled equations are developed, and the damage tensor calculation technology for transversely isotropic rock are realized by introducing effect of the hydration and the stress state under the current load. The proposed method utilizing weak plane strength criterion fully reflects the strength parameters in rock matrix and weak plane. To the end, an effective and reliable numerically three-step FEA strategy is well established for wellbore stability analysis. Numerical examples are given to show that the proposed method can establish efficient and applicable FE model and be suitable for analyzing the timedependent solutions of pore pressure and stresses, and the evolution region considering the hydration surrounding wellbore, furthermore to compute the collapse cycling time and the safe mud weight for collapse and fracture pressure of transversely isotropic rock.     

聚合物型无固相钻井液的实验研究

通过正交实验优选出水溶性高分子聚合物无固相钻井液主剂与交联剂组分.该钻井液性能指标优良:漏斗黏度17～30 s,API失水量6～24mL/30 min,属于假塑性幂律流体,具有良好的剪切稀释作用.在岩石表面吸附速度快,对松散砂及风化碎石层的胶结能力强,能起到"下金属套管"固壁作用,具有良好絮凝钻屑聚沉的能力,维持体系无...     

为什么火成岩地球化学需要地质学、岩石学和矿物学证据约束？

近年来,涌现了大量有关火成岩数值岩石学或化学岩石学的论文。但这不但没有导致科学问题的减少,反而出现了更多难以理解的难题。导致这种困境的主要原因是许多认识缺乏地质学、岩石学和矿物学约束,以及研究人员对火成岩理论研究进展的不关心。岩浆型矿床的成因是一个典型实例。基于此,分析了地球化学数据多解性的原因,介绍了岩浆系统的一般性质,并以四川攀西地区白马铁钛氧化物矿床为例,讨论了利用地质学、岩石学和矿物学证据约束地球化学数据的方法。在此基础之上提出:①全岩成分本质上不包含成因信息,相容元素的丰度可以表达岩石的潜在相组成,而不相容元素的丰度则可以表达岩石经历过的流体过程,因而数值岩石学只有得到严格的地质学、岩石学和矿物学约束才具有真实地质意义;②大型岩浆型矿床的形成同样需要巨量的含矿流体,透岩浆流体成矿模型可以更合理地解释白马铁钛氧化物矿床的成因。     

肯基亚克盐下油田复杂地层的泥浆工艺对策

肯基亚克盐下油田油藏埋藏深、压力高、地质条件复杂、钻井难度极大.其主要地质特点是:下二叠系盐层发育,盐层厚度可达3000m以上;石炭系灰岩油层孔隙压力系数高达1.90～1.94,钻井液安全密度窗口窄,溢漏同层,极易出现先漏后喷的复杂局面.由西南石油学院针对肯基亚克盐下油田复杂地质条件研究开发的钻井液系列技术,包括钻巨厚盐层技术、漏喷同层的压力控制技术、高密度盐水流变性控制等技术,大斜度井防卡、解卡技术、灰岩裂缝性油气层的保护技术等,解决了诸多直接影响钻井安全的问题.经2002、2003年肯基亚克盐下油田9口井的应用,钻井复杂事故率大大降低,钻井速度显著提高,油井原油产量大幅上升,钻井成功率达100%,取得了良好的效果.(该文是"肯基亚克盐下油田的钻井液技术研究"一文的续文.)