地质力学分析在利比亚水平井钻井中的成功应用：实例分析

Murzuq盆地某油田曾钻过相当多的直井,均未发生严重的井壁失稳问题,但是在2006年该油田实施第一口水平井时却遇到了这个问题,并导致第一口水平井的头两个分支井段钻井的失败.为了解该油田水平井钻井过程中井壁失稳的原因及优化后续水平开发井的钻井设计,进行了地质力学建模与研究.研究结果表明.水平井钻井中Tanezzuft页岩层坍塌压力有随井钭增加而上升的规律.根据地质力学模型研究成果设计的第二口水平开发井H2钻井获得成功,证明全面的地质力学分析具有大幅提高钻井效率、降低钻井费用的作用.     

泥页岩地层区域三维地质力学建模与应用

印尼A油田在钻井过程中泥页岩地层井壁坍塌严重,为安全快速钻井,减少复杂事故,文章提出了一种多源地质力学建模方法,该方法综合利用岩心实验数据、已钻井测井数据、地震反演数据和泥页岩失稳机理,对印尼A油田的地质力学参数进行了精细刻画,并建立了该油田三维孔隙压力空间分布、三维弹性模量空间分布、三维泊松比空间分布等三维属性体;利用有限元的方法,计算了该油田三维地应力分布,得到三维安全钻井液密度窗口。该模型有效耦合测井数据、岩心数据、地震数据等多源数据,可在钻井设计和钻井施工过程中根据目标井的坐标位置和井眼轨迹准确获取目标井的安全钻井液密度窗口,已在该油田B-8井中现场应用,模型所得到的安全钻井液密度窗口满足现场实际需要,实钻过程中无复杂,钻井周期相对油田前期平均钻井周期缩短40%。本模型为钻井设计及现场施工确定合理钻井液安全密度窗口提供了技术支撑,为解决泥页岩等易坍塌地层的井壁失稳提供一套地质工程一体化的解决方案。     

钻井地质力学参数空间建模技术

常规钻井地质力学参数预测方法广泛用于近井眼地层,但在推广至三维地层空间时建模精度和分辨率较低。针对此问题,基于层速度与地震属性之间存在的密切非线性映射关系,提出运用智能优化算法通过地震属性反演求取层速度的思路,据此构建了新型钻井地质力学参数空间建模技术。首先处理与分析目标工区内完钻井的声波测井和井旁地震记录等资料,针对所钻遇的各套地质层系,利用神经网络算法分层段确定工区内地震属性与层速度之间的定量映射关系,并将其推广至全工区范围内,用于预测未钻区域的层速度,进而建立目标探区三维空间上的各类钻井地质力学参数模型。在鄂尔多斯南部镇泾探区的现场应用情况表明,运用该技术建立的钻井地质力学参数三维空间模型具有较高的参数预测精度和成像分辨率,以此为基础进行的钻井工艺及措施优化具有较强的针对性和适用性。该钻井地质力学参数空间建模技术具有精度高、适用面广的特点,有利于指导钻井提速提效工作,具有推广价值。     

对压力敏感性油藏的耦合分析

利用单相流体模型与地质力学充分结合来评价压力、流体、储层性质等综合作用对压力敏感性油藏的影响,油藏流体的生产和地质力学耦合作用对油藏属性及应力状况的影响较显著.利用耦合数值模型,可对利用筒化关系所得的结果进行评价,利用数值分析定量地对油藏压力敏感性对试井的影响进行分析.在研究中所涉及的关键变量及评价压力敏感性油藏的重要参数包括渗透率、孔隙度、油藏岩石的本构特征后生作用、沉降条件.研究的数值结果表明对于分析高度压力敏感性油藏,地质力学和流体模型的充分耦合是十分必要的.     

对压敏感性油藏的耦合分析

利用单相流体模型与地质力学充分结合来评价压力、流体、储层性质等综合作用对压力敏感性油藏的影响,油藏流体的生产和地质力学耦合作用对油藏属性及应力状况的影响较显著.利用耦合数值模型,可对利用筒化关系所得的结果进行评价,利用数值分析定量地对油藏压力敏感性对试井的影响进行分析.在研究中所涉及的关键变量及评价压力敏感性油藏的重要参数包括渗透率、孔隙度、油藏岩石的本构特征:后生作用、沉降条件.研究的数值结果表明:对于分析高度压力敏感性油藏,地质力学和流体模型的充分耦合是十分必要的.     

页岩气储层工程地质力学一体化技术进展与探讨

南方复杂山地海相页岩气水平井钻井完井过程中存在井壁稳定性、井筒完整性和储层可压性等工程地质力学问题与挑战,套管变形已经成为制约页岩气资源高效开发的生产技术难点。综述了地质力学一体化建模、岩石力学各向异性测试和胶结结构基础性研究进展,建立了龙马溪组优质页岩构造模型和地质力学参数模型,以龙11亚段页岩为例,分析了矿物组分、胶结结构和剪切摩擦特性对裂缝稳态-非稳态扩展的影响,揭示了页岩颗粒矿物支撑结构的非稳态破坏和黏土胶结结构的稳态破坏机理。研究结果表明,强化地质工程一体化技术研究,依据水平井眼穿越不同小层的矿物组分、胶结结构和地质力学特征进行分段分簇压裂方案设计,可以实现我国页岩气的高效开发。      

利用地震数据反演改进复杂油藏钻井工艺

广东湛江W12-1北油田开发过程中遇到了钻井中井壁易垮塌、易剥落的难题,易造成井壁坍塌、掩埋钻井及仪器事故.为此,开展了系统研究工程,进行多学科、多角度的钻井井壁稳定性研究,即改进钻井地质力学的基本理论研究、精细化处理地震剖面图、岩心的古地磁应力测试、地层应力等势面的计算机模拟,井下岩心浸泡进行稳定周期预测等.研究结果在2005年该油田10口开发井的钻井设计、工艺编制与钻井实践中应用后,获得了预期的效果.     

对压力敏感性油藏的耦合分析

利用单相流体模型与地质力学充分结合采评价压力、流体、储层性质等综合作用对压力敏感性油藏的影响,油藏流体的生产和地质力学的耦合作用对油藏属性及应力状况的影响较显著。利用耦合数值模型,可对利用简化关系所得的结果进行评价,利用数值分析定量地对油藏压力敏感性对试井的影响进行分析。在研究中所涉及的关键变量及评价压力敏感性油藏的重要参数包括渗透率、孔隙度、油藏岩石的本构特征：后生作用、沉降条件。研究的数值结果表明：对于分析高度压力敏感性油藏,地质力学和流体模型的充分耦合是十分必要的。     

山前钻井液安全密度窗口的分层地质力学预测方法

山前地区受到多期构造运动的影响,高陡构造和复杂岩性发育,井壁失稳导致的事故复杂将严重制约钻井安全和效率,并影响固井质量。基于线弹性的常规计算模型并不适用山前地层,计算得到的钻井液安全密度窗口与现场情况存在偏差。以库车坳陷山前带的迪那2 气田为例,通过对区域地质特征和现场测、录、试井数据的关联分析,发现山前钻井事故复杂具有分层规律性。针对山前钻井特点,考虑地层温度、渗流和水化效应的叠加影响,建立适合山前直井的井周应力状态方程。在研究山前井壁失稳和破裂机理的基础上,提出山前钻井液安全密度窗口的分层地质力学预测模型。现场计算实例验证了模型的精度和适用性,该模型对山前地区后续安全高效钻井施工具有重要的指导意义。      

金龙2井区复杂地层水平井井眼方位优化探讨

金龙2井区位于准格尔盆地西北缘,地质条件复杂,二叠系储层乌尔禾组地层的直井钻井过程中遇到了严重的井漏问题。为改善金龙2井区的钻井作业条件,分析了已钻井的乌尔禾组地层的岩心实验数据、井史资料及测井资料,利用地质力学软件建立了该区块的地质力学模型。根据所建地质力学模型,位于分析井附近的新钻井水平井采用以前的钻井液密度,在乌尔禾组地层中沿NE180°钻进,避免了井眼失稳及其井下复杂,同时显著地减少了钻井液漏失。所建地质力学模型,可用于指导金龙2井区后续水平井钻井作业,以减少井漏及井眼失稳的发生。     

强封堵高密度油基钻井液在新疆油田高探1井的应用

高探1井是2018年新疆油田的一口风险探井,位于准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷高泉东背斜构造,该井塔西河组地层存在断层、破碎带,安集海河组地层具有极强水敏性,吐谷鲁群组地层存在高压水层。钻井过程中,易出现井壁失稳、阻卡、井下复杂情况高发等难题。针对该构造的地质特点,分析采用油基钻井液钻井过程中的技术难点,提出相应的技术对策。通过实验优选出强封堵高密度油基钻井液的配方,对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,强封堵高密度油基钻井液30 min高温高压滤失量2.8 mL,60 min高温高压滤失量2.9 mL,30 min后滤失量趋于0;对安集海河组泥岩的膨胀率为0.7%,岩屑滚动回收率为97.6%;抗10%岩屑、15%水、4%水泥、15%NaCl、3%石膏污染;在?30 ℃下,钻井液的漏斗黏度126 s、初切8 Pa、终切16 Pa。现场应用表明,强封堵高密度油基钻井液能够解决新疆准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷高泉东背斜构造地层钻井的难题,复杂事故率降至1%,钻井周期缩短50%、钻井综合成本降低50%,提质提效效果显著。建议在新疆准噶尔盆地南缘地区强水敏性地层、高地应力地层等复杂地层超深井中进一步推广应用。     

江苏富民永安地区坍塌压力剖面的建立及应用

江苏富民和永安地区在钻井过程中存在着井壁失稳等复杂问题,通过对永23井和富深X1井钻井中井壁稳定研究分析,建立了该地区坍塌压力剖面。经现场应用,有效地避免和减少了井下复杂情况的发生,提高了钻井效率,为钻井工程设计、现场钻井液密度的合理调整和实现安全快速钻进提供了科学的依据。     

XZ-新型高性能水基钻井液的研究及应用

为了解决准噶尔盆地深井储层钻探难度大,钻井成本较高等问题,基于"封堵、抑制、固化、双疏、润滑"理论,采用仿生抑制剂XZ-YZJ、仿生封堵剂XZ-FDJ、键和润滑剂XZ-RHJ、固化成膜剂XZ-CMJ、双疏剂XZ-SSJ等处理剂,形成了适合该区块的XZ-新型高性能水基钻井液。该钻井液具有较好的流变性能,且具有较好的长时间老化性能和抗污染性能,老化3 d后,或被2% CaSO₄或10%膨润土污染后,体系仍具有较好的流变性。该钻井液还具有较好的抑制性,对钠基膨润土岩心的线性膨胀降低率达94%以上;对于现场的泥页岩岩屑的滚动回收率均能达到95%以上。钻井液的这种较好的封堵性、润滑性、抑制性、低表面张力等有利于维持井壁稳定、润滑防卡、保护储层等,适用于复杂情况较多的深井及大位移井。现场试验表明,该钻井液体系可以降低井底复杂情况,缩小井径扩大率,缩短建井周期,满足了安全、高效、环保钻井的需要,具有很好的推广应用前景。      

异常高压复杂探井的试油工艺技术——以准噶尔盆地南缘霍10井为例

在异常高压区, 当地层压力系数高达2.5时,试油工程难度将大大增加。在超高压情况下,如果待试井段在钻井过程中曾经有过大量高密度泥浆漏入,再加之储集层成岩性差,岩石胶结疏松,那么,测试过程中地层随时都有可能出.砂和返吐泥浆,发生测试管柱被堵或被卡的事故。一旦发生这种事故,油气井将很难修复,最终可能导致油气井报废,在总结准噶尔盆地霍10井试油工艺的基础上,提出了对异常高压复杂井的试油工艺技术,这些技术包括:抑制出砂技术、优化射孔技术、管柱受力分析、井口自动监控、安全封闭方式等,这对于类似复杂井的试油具有重要的参考意义。     

川西地区高压天然气深井钻井完井技术

川西地区天然气储层埋藏深，纵向上普遍存在多个产层和异常高压气层，钻井过程中易出现井喷、井漏、井眼坍塌、卡钻等井下事故和复杂情况。针对复杂的地质条件，开展了技术攻关和现场试验，逐渐形成了包括深井井身结构设计、深井钻井液技术、储层保护技术、高压井控技术、深井长裸眼井段固井技术的深井配套钻井完并技术，并试验应用了包括螺杆钻具＋PDC钻头、深井PDC钻头、旋冲钻井技术、涡轮钻具等提高深井钻井速度的新技术、新工具。近年来，该地区高压天然气深井钻井速度、固井质量不断提高，井下事故及复杂情况不断减少，未出现井喷失控的重大事故，加快了该地区天然气勘探开发速度。     

琼东南盆地深水区探井随钻压力监测技术与应用

南海西部琼东南盆地深水区蕴藏着丰富的天然气资源,但钻进中面临着高温超压、水深、钻井液密度窗口窄等高风险难题,为降低探井施工作业风险,开展了随钻监测压力技术试验。在钻井过程中,以先进的随钻测量技术、数据传输技术作为支撑.将随钻测量的地球物理信息转换为井下地层3个压力数据,用于及时修正钻前压力预测模型,评估井眼稳定状况,调整钻井液密度;完井后,使用地层漏失试验、测压取样等资料再对地层压力进行计算,以便更新、完善钻前模型,为后续工作做好准备。该技术在深水区探井的实际应用表明,地层压力监测精度超过95%,同时,应用已完钻井的地层压力成果及实际钻井作业中实时监测获取的地层压力剖面,优化了后续滚动探井的井身构造,成功地减少了一层套管,极大地节约了钻井成本。目前该技术已在该盆地深水探井作业中被广泛采用.并取得了良好的经济效益。     

“零电位”水基钻井液体系

针对塔里木油田深井、超深井上部地层泥页岩水化膨胀阻卡,下部地层温度高,常规水基钻井液性能调控、维护困难等问题,通过优选阳离子抑制剂CPI、阳离子包被剂CPH-1和CPH-2、阳离子降滤失剂CPF-1和CPF、阳离子封堵剂CPA等,形成了一套"零电位"水基钻井液体系。该体系阳离子浓度可达8 000 mg/L,其黏土颗粒的Zeta电位可达-10 m V左右,稍高于原地层条件下岩屑颗粒的Zeta电位,从而阻止电荷迁移,稳定井壁;在1.0~2.3g/cm3密度范围内,在80~180℃下,在很少处理剂加量下,体系均表现出良好的流变性和降失水能力;能抗20%盐、2%钙和5%黏土污染。该钻井液在塔里木油田已应用20余井,由钻井液引起的事故与复杂损失时间相比于传统水基钻井液减少10.2%,机械钻速提高14.9%,钻井周期缩短9.8%,为深井安全、快速、高效钻井提供了新的钻井液体系。     

锦州25-1区块探井钻井实践与认识

锦州25-1油田是渤海湾近年钻探发现的大型油田。锦州25-1区块先后钻了十多口探井,在钻井作业中遇到上部井眼扩大严重、井径不规则、井垮、起下钻遇阻卡、电测作业遇阻、电测井底沉砂较多、井漏等复杂情况。通过对锦州25-1区块前面几口探井钻井中出现的问题进行认真分析,研究了锦州25-1区块的地层压力剖面分布。经过不断的总结与措施改进后,在后面的探井钻井作业中做到了起下钻顺利,上部井径扩大率较小,未出现井垮情况,电测一次到底,钻井作业生产时间大幅度提高,为锦州25-1油田的生产井钻井积累了宝贵的经验。     

2022 年 5 期目录

准噶尔盆地深层超深层已成为油气资源勘探开发的重要接替阵地,随着钻探深度增加,地质条件越来越复杂,钻井技术难度越来越大。结合准噶尔盆地超深井钻井技术进展,根据该盆地地质构造特点、压力体系分布和地层岩性特征,剖析了造成井漏、溢流、井壁坍塌、机械钻速低的主要原因,梳理了近年来在井身结构优化、控压钻井、井壁稳定和钻井提速等方面取得的技术进步,分析了准噶尔盆地39口超深井的钻井情况和存在的不足,提出了提升钻井地质环境描述能力、丰富井筒强化手段和深化高效破岩技术等发展建议,以期对准噶尔盆地超深井钻井技术发展起到推动作用。      

深井水包油钻井液高温高压密度特性模拟实验研究

深井、超深井中井下温度和压力高,井下钻井液密度变化较大,易引发一些复杂事故的发生。利用石油大学(华东)泥浆研究室研制的高温高压钻井液密度模拟试验装置,针对欠平衡深井钻井用的一种水包油钻井液体系,开展了高温高压条件下的钻井液密度特性模拟实验研究,为进一步开展井下钻井液静液柱压力的预测研究奠定了基础。研究结果表明,同一油水比水包油钻井液在同一温度下,密度随压力呈线性上升趋势,且两种温度下的上升斜率基本相近,在同一压力下密度随温度上升而下降;在不同油水比条件下,每种水包油钻井液在同一温度下,密度随压力上升的斜率基本相近,在同一压力下密度随油水比增大而下降。