顺南区块裂缝性储层置换式气侵影响因素研究

塔河油田顺南区块塔中北坡奥陶系鹰山组上段属于碳酸盐岩裂缝孔洞型储层,钻进该层段时气侵现象严重,现场常采用提高钻井液密度和循环排气的方式处理气侵。为解决裂缝性储层在高密度钻井液条件下易发生漏失、循环排气方式处理时间较长等问题,对裂缝性储层置换式气侵发生时间的影响因素进行了研究。通过建立漏失速率模型与置换式气侵模型,分析了裂缝宽度、高度、长度,地层压力、压差及钻井液的黏度、密度对气侵发生时间的影响。研究发现,裂缝宽度越小、高度和长度越大,钻井液黏度越大、密度越小,以及地层压力越低、压差越大时,气侵发生时间越长。研究结果表明,现场施工中合理控制钻井液密度和压差,可以控制和减小置换式气侵速度。      

碳酸盐岩地层重力置换气侵特征

碳酸盐岩地层钻井中,重力置换气侵时常发生,会对井底压力产生影响,若控制不当,重力置换气侵则会引起井喷事故。根据气-液两相流理论,建立了井筒气侵计算模型及气侵边界条件和初始条件;通过对井底不同进气量模拟,得到了重力置换气侵井底压力、泥浆池增量及井筒不同深度含气率的变化,得到了井口回压对重力置换的影响;通过改变边界条件,得到了重力置换气侵转变为欠平衡气侵时井筒流动参数的变化。研究认为,当井底压力控制不当时,重力置换气侵会转变为欠平衡气侵,井底压力、泥浆池增量和井底含气率会发生突变,造成井筒压力失控,对过平衡钻井重力置换气侵认识及控制具有指导意义。     

裂缝性地层漏失模拟试验研究

裂缝性地层在油气田中普遍发育,由此导致漏失现象也经常发生,如何有效模拟裂缝性地层漏失是个普遍性难题。采用粒径3～5cm具有一定高度的砾石层来模拟地下裂缝性地层;试验结果表明,砾石层可以有效模拟1～2cm的裂缝。同时,利用该方法评价并优选了裂缝性地层堵漏材料,认为单一的刚性材料、纤维材料或片状材料对于裂缝性地层堵漏效果均不理想,刚性材料和纤维状材料以及片状材料复合堵漏效果比较明显。3%粗粒石灰石+3%核桃壳+3%锯末+1%云母,对1～2cm裂缝可以有效堵漏。     

裂缝性地层H-B流型钻井液漏失流动模型及实验模拟

随着油气勘探开发逐步面向深层、超深层、深水、高温高压高含硫及多压力层系等复杂地层,井漏问题异常严峻,严重迟滞了油气勘探开发进程。因此,开展钻井液漏失诊断研究,揭示钻井液漏失动态行为及其特征,对认识井漏和优化防漏堵漏技术有重要意义。建立了二维平面裂缝H-B流型钻井液漏失流动模型,揭示了钻井液漏失动态行为及其影响因素。研究结果表明,二维平面裂缝的纵横比、裂缝面积、延伸长度、裂缝变形及裂缝面倾角越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越大。钻井液稠度系数及动切力越大,钻井液漏失速率及累积漏失量则越小。利用高温高压钻井液漏失动态评价仪评价了0.5 mm和1mm缝宽的平面裂缝的钻井液漏失行为,与漏失模型模拟结果整体趋势吻合,误差小于25%,表明所建二维平面裂缝钻井液漏失流动模型具有一定的合理性。     

天然裂缝性地层水力裂缝延伸物理模拟研究

为了研究天然裂缝性地层中天然裂缝网络对水力裂缝延伸的影响规律，采用室内大型试验模拟装置进行了物理模拟。根据实际地层条件和施工参数确定试件参数和试验条件，并采用高温加热自然空气冷却的方法使试件中产生随机裂缝。研究发现，天然裂缝显著影响水力裂缝的延伸，天然裂缝性地层中水力裂缝的延伸具有一定的随机性。裂缝性地层中的水力裂缝是由少数几条尺寸较大的主裂缝和大量尺寸较小的次裂缝组成的系统。压力曲线随时间波动幅度大，在实际压裂施工中表现为压裂液的大量滤失，容易造成过早砂堵，推荐采用高黏度压裂液。     

碳酸盐岩裂缝性地层气液重力置换实验

碳酸盐岩裂缝性地层在钻进过程中常出现由气液重力置换导致的溢漏同存现象,造成井下复杂、井控困难和储层伤害。笔者建立了气液重力置换室内实验装置,可模拟溢漏同存工况,具有裂缝尺寸、钻井液性能等关键参数可调、数据自动采集与分析、置换过程可视化等特点。基于该装置模拟了气液重力置换现象,可观察到裂缝中存在明显的气液分界面。通过改变裂缝宽度、裂缝钻开程度、钻井液黏度、井底压力等参数,研究了裂缝性地产气液重力置换特点。研究结果表明：漏失速率随裂缝缝宽和裂缝钻开程度的增加而增加,且对裂缝宽度更为敏感,而钻井液黏度增大对气液重力置换的抑制效果明显。基于室内实验结果,提出了气液重力置换的预防措施,可为碳酸盐岩裂缝性地层安全钻井施工提供参考。     

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

保护裂缝性气藏的超低渗透钻井液体系

理论分析和油田现场钻井实践表明,钻井液中液相及固相颗粒侵入裂缝是造成裂缝性气藏储层伤害的主要因素。将理想充填暂堵理论扩展应用到裂缝性气藏的储层保护,把理想充填暂堵剂与成膜剂进行复配优化,利用"迭加增效"作用优选出了保护裂缝性气藏的新型超低渗透水基钻井液。室内评价试验表明:该钻井液体系流变性能优良,易于调整和控制,抗高温能力强,泥饼致密、光滑,可在井壁形成一层致密的隔离层(非渗透膜)。API滤失量可控制在2.3 mL以下,高温高压动态累计滤失量≤0.3 mL,可显著提高裂缝性气藏的储层保护效果。     

顺北油田破碎地层井壁稳定钻井液技术

针对顺北油田多口井钻遇破碎地层时发生坍塌掉块、阻卡频繁的技术难题,开展了地质研究、钻井液对策和室内优化研究及现场应用。研究发现,破碎地层岩性为非黏土矿物,钻井液或滤液侵蚀后使自发育孔缝网易增压连通,使层理界面黏合力降低,单元变得松散,进而诱发大规模剥落掉块和坍塌卡钻等。在岩性组成无黏土矿物但应力集中且地层破碎的基础上,实现亚微米-微米级（0.1～100 μm）全面有效封堵,遏制钻井液或滤液侵入井周地层孔缝,保证钻井液具有高效携岩性,是破碎地层钻井液稳定井壁的关键。以原四开抗高温聚磺钻井液为基础,进行室内配方优化,研发了适合破碎地层的井壁稳定钻井液。四开应用全程未出现掉块阻卡等钻井事故,安全顺利钻达设计井深8014 m,创该区块储层段钻时最短记录。顺北Y井现场应用表明,井壁稳定钻井液性能优异,可防止破碎地层坍塌失稳,推广意义重大。     

Technology and Applications of Foam Drilling Fluid in Fractured and Complex Formations

Abstract

Fractured and complex formations where types of fractured and porous mud loss occurred in commonly induced instability of wellbore and drilling accidents such as borehole collapse and blowout; therefore, it is the technological bottleneck for the development of oil and gas. Solid free recyclable foam drilling fluid was developed and aimed to deal with the MIS oilfield of Iran, which has abnormally low pressure and developed fracture-cave hydrocarbon reservoir with a high concentration of H₂S, which has problems such as serious lost circulation and H₂S risk. A sectionalized drilling fluid system has been adopted in this oilfield, and drilling with water can meet the operation requirements during first spud and saturated salt polymer system or undersaturated salt polymer in second spud; the horizontal section adopts solid free recyclable foam drilling fluid to achieve near balance drilling and effectively solves the lost circulation problem in fractured limestone formation. The spot application indicates that solid free recyclable foam drilling fluid has excellent rheology, and meets the requirement of drilling engineering. Meanwhile, the system can retard the H₂S corrosion effect on drillstring and guarantee to provide a good MWD transmission signal. A new idea has been provided for drilling engineering in fractured and complex formations.     

泡沫钻井液动密度随井深变化关系模拟研究

提出了测定泡沫钻井液动密度与压力、温度关系的方法，根据现场实测温度、压力与井深的关系，测定和分析了泡沫钻井液密度随压力、温度的变化关系。结果表明，相同压力下泡沫钻井液动密度随温度的升高而降低；同一温度下随压力的升高，泡沫钻井液密度快速升高，大于一定压力后密度增加缓慢。泡沫钻井液动密度随井深的变化趋势可以分为三段：低压快速上升段、中间弯曲段和高压高温下降段。由于气泡内及气泡表面的各种力的综合影响，井深大于一定值后．温度升高引起的体积膨胀稍大于压力升高引起的体积缩小，泡沫钻井液的动密度会稍有下降，并且动密度始终是小于1．0kg／L的，能够满足现场欠平衡钻井的要求。     

循环钻井液气测录井资料在油气层解释中的应用

循环钻井液气测井,是判别储层流体性质和侵入程度的重要手段。它不仅可以识别随钻气测录井的真假异常,且能够确定油气显示的深度。该文将循环钻井液实测资料划分了三种不同类别。并探讨了钻井液在静止过程中出现储层油气上窜的现象。摸索出油气上窜深度的计算方法,较传统的计算方法有了新的改进。使循环钻井液气测资料解释在松辽盆地大安地区获得了较好的地质应用效果。     

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天然气水合物是一种赋存于低温和高压条件下的新型清洁能源，被喻为潜在的常规能源的替代品。文章首先介绍了天然气水合物勘探现状，进而以维持天然气水合物相态平衡的分解抑制法为基础，介绍了维持水合物相态平衡的低温钻井液体系的应用情况，分析了钻井液在低温条件下的性能，提出在进行天然气水合物勘探的低温钻井液体系研究时，务必要注意对有机高分子聚合物和无机盐添加剂的选用，使钻井液体系具有良好的流变性能和稳定性。     

新疆呼图壁储气库钻井液技术

新疆呼图壁储气库井上部井段阻卡频繁,安集海河组泥岩地层易发生剥落、掉块和散塌,三开高密度钻井液由于存在较强的水敏性泥岩污染,维护困难。为减少钻井工程中的复杂事故,采用了强抑制性钻井液体系,包括钾盐钻井液、钾盐-有机盐钻井液、钾盐-双膜屏蔽钻井完井液等,成功解决了各开次钻井液的技术难点,减少了钻井复杂事故,缩短了钻井周期,在目前开钻的10口储气库井中,顺利钻穿安集海河组6口,已完钻3口,其中发生卡钻事故1井次、井漏2井次,完钻井的平均钻井周期为137 d,而以往的勘探开发井发生卡钻15井次、井漏9井次,且阻卡频繁,平均钻井周期为195 d。总结出一系列针对性的技术措施并进行了广泛应用。     

气体组成对钻井液中水合物形成动力学影响

深水钻井中,极易在钻井液中生成天然气水合物,给深水钻井带来极大的危害。气体组成不同,形成水合物的条件也不相同,给深水钻井中水合物的防治带来较大的困难。利用研发的钻井液中天然气水合物形成抑制试验装置,研究了3种不同组成的气体在2种水基钻井液中形成天然气水合物的动力学过程。研究表明,在实验的3种气体中,绿峡谷气最易形成水合物,简单混合气次之,而甲烷气体最难形成水合物;相同条件下,同种气体在不同的钻井液中水合物生成具有明显的差异,因此必须对钻井液体系相平衡条件进行测试,并优选有效的水合物抑制剂。对于烷烃来说,分子量越大,越易于生成天然气水合物。     

柴窝铺地区复杂地层钻井液技术

针对柴窝铺地区地层的复杂情况, 研制了钾基聚合物石灰钻井液体系。室内试验及在柴３ 井的现场试验表明, 该体系具有较强的抑制性、良好的抗ＣＯ２ 污染能力, 可操作性强, 值得在该地区推广应用。     

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。     

泡沫随钻堵漏钻井液体系

针对冷家油田老区块胶结差、破碎地层的井漏问题,通过分析井漏原因,制定解决对策,优选出泡沫聚合物钻井液体系和高效随钻堵漏剂CLPA-1。通过室内实验,选择XC与CMC按1∶2的比例复配作增黏剂,SMP-1、SAS、CMS按0.75∶0.5∶1的比例复配作降滤失剂,发泡剂和稳泡剂的浓度约为0.025%。CLPA-1是一种由预交联凝胶颗粒、吸水性树脂和高分子聚合物为基本材料合成的随钻堵漏剂,其瞬时滤失量小,在加量为3%时堵漏效果好,承压达到5 MPa;为提高滤饼承压能力,体系还加入了2%超细碳酸钙。介绍了该体系在冷42-41-164CH和洼60-H2302井的成功应用情况;在该油田其他相同区块易漏层应用的8口井,提前防漏效果显著,预防井漏发生4口井,井漏后一次堵漏成功3口井,且堵漏后再钻无漏失情况,堵漏成功率大于80%。该微泡沫低固相聚合物体系和随钻堵漏剂CLPA-1,利用密度控制技术,能解决亏空、胶结性差、存在微裂缝的老区块二次开发中产生的井漏难题。