鄂尔多斯盆地陆相页岩气中生界储层井壁坍塌压力研究

鄂尔多斯盆地陆相页岩气中生界储层地质条件复杂,钻井过程中易发生井壁失稳。根据库仑—摩尔准则,建立了大斜度井、水平井井壁坍塌压力计算模型,对延长陆相页岩气中生界储层大斜度井、水平井钻井过程中的井壁坍塌压力进行定量化研究,计算结果表明:钻井过程中井斜角超过50°左右,井壁坍塌压力将大幅增大,不利于井壁稳定;在井斜角小于50°的条件下,沿着水平最大地应力方位钻进时,大斜度井、水平井井壁坍塌压力最大;在井斜角大于50°的条件下,沿着水平最小地应力方位钻进时,大斜度井、水平井坍塌压力最大;延长陆相页岩气中生界储层在不同方位上钻井水平井的坍塌压力在1.18~1.26之间,为陆相页岩气井钻井工程设计提供了参考依据。     

华北ND1区块气体钻井地层适应性评价

华北地区ND1区块ND101井中深部古近系沙河街组首次采用气体钻井提速,因井壁失稳、地层流体产出及井下燃爆等一系列的难点,严重阻碍了该区块气体钻井的实施。为此,基于气体钻井理论并与现场实践相结合,建立了一套有效的气体钻井适应性评价分析体系,包括气体钻地层井壁稳定评价和产出地层流体影响评价。通过评价产出地层流体对气体钻井壁坍塌、井下燃爆的影响,得到了3个方面重要认识：①快速产出的储层气体降低了近井壁地层孔隙压力,对气体钻井壁稳定更有利,因而,适当提高注气量可保障沙河街组氮气钻井有效进行;②修正的气体钻井井壁稳定分析模型提高了地层产水条件下坍塌压力当量密度预测的精度,可作为合理筛选该地区中下部地层气体钻井井段的依据;③采用邻井测井资料估算地层出水量并计算不同产水量下立管压力的方法,可确定维持气体钻井在一定湿度范围内的相应注气量参数,实钻中可根据立管压力、排砂管线湿度变化判断井下地层出水、出油及井壁干燥情况,及时调整或改变钻井措施。     

尼日利亚A区块Kukaku-1井卡钻事故的处理

Kukaku-1井是尼日利亚A区块的第一口探井,该井地质情况复杂,在阿格巴达组存在着高压层。钻进中在?311.1 mm井眼中提前钻遇高压层并发生井涌,压井液密度和漏失密度窗口太窄导致压井中发生井漏,堵漏过程中由于堵漏浆与材料储备不足,采用海水循环后导致井壁垮塌而造成卡钻。处理卡钻事故中由于井壁垮塌程度加剧、卡点不断上移并最终埋掉了几乎所有裸眼井段的钻具,通过三次切割钻具后起出部分钻具,最终该井眼报废,填井侧钻。该事故处理过程中的经验和教训对该区块后续钻井的顺利施工具有重要借鉴意义。     

地应力场对水平井井底临界坍塌压力的影响

井壁的剪切垮塌,是钻井过程中经常遇到的井壁稳定性问题,严重地影响着钻井的速度、质量及成本。为减少井下事故、规避钻井风险,降低钻井成本,基于线弹性力学模型,运用Drucker-Prager(德鲁克-普拉格)准则针对地应力场对水平井井底临界坍塌压力的影响进行了计算分析。结果表明,在井壁稳定性问题中,水平井井底临界坍塌压力的大小不仅受地应力场中应力大小关系的影响,而且与水平井方位角、井周角存在着一定的关系。在实际钻井过程中应根据实际地应力大小、方向及储层条件确定最佳钻井方式,以期达到最佳钻完井效果。     

基于实钻资料的井壁稳定实时预测理论

实际工程要求对井壁稳定问题做到提前预知,因而井壁稳定实时预测研究意义重大。基于实钻录井和测井资料提出了井壁稳定实时预测方法。将发生变形的井眼看作椭圆形,应用弹性理论的复势解法及叠加原理得到井壁应力分布,从而建立井壁围岩的变形程度与岩石物理力学性质、地应力、孔隙压力、泥浆密度及理化性质的关系,在此基础上由泥浆录井和测井资料,反算地应力及孔隙压力,从地震反演得到的岩石力学模型中提取钻头下方一定深度范围内的地层密度和声波时差数据,计算待钻地层的压力曲线,从而实时预测钻头下井段井壁稳定。该方法应用在川东北部地应力复杂地区,取得了较满意的效果。     

新区块及未钻井深部地层孔隙压力预测方法——以准噶尔盆地南缘高压气井为例

地层孔隙压力预测通常基于声波和电阻率等测井数据来进行计算,并且只能在有已钻井或者目标井邻近存在已钻井的情况下才能进行。而新区块或未钻井深部地层由于资料有限,没有测试地层压力可以参考,给钻井液密度、井身结构的安全合理设计带来了风险。为此,在Eaton法中引入三维地应力和层速度来计算地层孔隙压力,首先由地震层速度计算未钻井地层的声波时差、岩石密度、最大地应力、最小地应力,然后由Gardner经验公式法代入地震层速度计算上覆岩石压力中的岩石密度,进而对目标区块三维精细地应力场进行有限元建模计算,从而得到了目标区块的精细地应力场三维数值解,获得垂直地应力(最大主应力)、最小水平主应力,最后得到了地层孔隙压力。采用上部已钻井地层所获得的测井密度、声波、地层破裂压力、地层压力等资料,对Eaton法得到的关键参数进行了校验。准噶尔盆地南缘X1井按上述方法设计四开钻进至上白垩统连木沁组4 131～5 650 m井段,发现气显示,表明该井段的孔隙压力与钻井液密度接近。结论认为,对于新区块或未钻井深部地层采用基于层速度和三维地应力预测地层孔隙压力的方法是可行的,该方法可以为类似地区的钻井设计提供借鉴和参考。     

G构造深部地层井壁稳定研究

在东海西湖凹陷G构造勘探开发作业过程中,花港组以下深部地层多次发生由井壁失稳引发的起下钻遇阻、井壁掉块等井下复杂情况。该文选取伊顿法计算了地层孔隙压力纵向剖面,发现异常压力主要集中在花港组以下深部地层。并根据莫尔库伦准则进行井壁稳定钻后分析,该构造地区井壁失稳的主要原因是钻井液密度低于地层坍塌压力导致的力学失稳,以及由钻井液泥浆性能引起的泥岩水化。为确保后续钻井作业安全,建议在G构造相关区块开展钻前压力预测研究,并优选油基钻井液以避免泥岩水化。     

渤海油田科学探索井井壁稳定性预测技术

渤海油田科学探索井设计井深5355m。是目前渤海湾最深的一口预探井。地质油藏部门预测该井井底温度将超过160℃,地层压力系数最高可迭1．65。该井是目前渤海地区最深的一口真正意义上的高温高压井,钻前对井壁稳定性的预测能够保证该井成功钻达目的层。通过分析邻近区块已钻井资料,得出该井在钻井过程中不同层位可能出现的复杂情况;由地应力和构造地质运动的关系,确定了3个主应力的相对大小关系,通过对邻近区块地应力方向的研究,确定了该井最大水平主应力的方向。将取自邻近区块上部井段的岩心经钻井液浸泡后进行力学性能测试。分析了钻井液失水对井眼稳定性产生的影响。研究结果对于该井现场作业具有一定的指导意义。     

油藏开发对井壁稳定性的影响研究

许多油气田在开发中后期都会面临储层压力衰竭问题,孔隙压力的降低将导致水平地应力大小和方位均发生变化,进而会影响定向井的井壁稳定性。利用某油田储层的岩石力学参数,计算了压力衰竭前后水平地应力大小和方位的变化,分析了定向井钻井过程中井壁失稳风险分布规律。结果表明,就定向井安全钻井方位而言,考虑孔隙压力衰竭对地应力方位的影响,与过去未考虑该因素时得出的结论相比有较大差异。研究结果可以为压力衰竭油气田的定向井钻井设计提供参考。     

井壁稳定性预测模型的不确定性评价

由于油气开发转向更具挑战性和复杂的油藏环境,所以提高钻井作业水平的需求越来越迫切。之前,不同的不确定因素影响许多井的井壁稳定分析,导致错误的结果。本文使用随机方法确定典型的断裂和坍塌模型关于输入参数的不确定性。评估输入数据的不确定性,包括在地应力,岩石强度数据,和孔隙压力,来显示这些因素如何影响预测模型的不确定性。通过蒙特卡罗仿真的方法,同时进行敏感性分析。此方法可以减少了许多钻井问题,如循环漏失,卡钻和井塌。     

北部湾涠西钻井液技术

涠西地区地质构造复杂,尤其是涠洲组涠二段和流沙港组流二段泥页岩地层断层多、地层破碎,微裂缝发育、水敏性强,在钻井过程中极易发生井壁坍塌、漏失,甚至发生卡钻事故。通过分析研究涠西南地区易垮地层岩性、硬脆性泥页岩的垮塌机理,研发了KCl-聚合醇强抑制封堵钻井液体系,并利用这一体系已成功完成了海2井、涠4井、涠5井的施工。现场应用表明,该钻井液有良好的抑制性和封堵性能,保证了井壁的稳定及井下安全。应用该钻井液已成功施工3口井,井径较规则,无井下复杂情况,成功解决了涠西地区的井壁稳定问题,并在涠4井试油过程中发现高产油气流,日产油气超过千吨。     

印度尼西亚M气田泥页岩井壁失稳机理及对策

印度尼西亚M气田地质构造复杂,泥页岩裂缝发育,存在异常高温高压,钻井期间频繁发生坍塌卡钻事故,严重影响了作业效率.通过对M气田地层孔隙压力、地应力、安全钻井液密度窗口进行定量计算,并根据现场井壁坍塌特征及地层特性,分析了该气田井壁坍塌原因主要是泥页岩裂缝发育,存在高密度下的“呼吸”效应及水化作用.根据该气田井壁坍塌机理...     

准噶尔盆地南缘H101井高密度油基钻井液技术

准噶尔盆地南缘H101井三开井段安集海河组地层以泥岩为主,在钻井过程中因泥岩水化膨胀、分散造浆而造成高密度钻井液维护处理困难、井壁垮塌、卡钻等井下故障,为此设计应用了高密度油基钻井液。根据安集海河组地层的特点、油基钻井液的实践及钻井要求,确定了高密度油基钻井液配方,并对其流变性、稳定性及抗污染性能进行了评价,结果表明,流变性、稳定性及抗污染性能达到设计要求。H101井三开井段钻进安集海河组地层过程中,高密度油基钻井液的密度最高达2.46 kg/L,除出现几次阻卡现象外,未发生其他井下故障。与邻井相比,三开井段平均机械钻速提高6倍以上,钻井周期缩短100 d以上。这表明,使用高密度油基钻井液可以解决安集海河组地层钻井过程中存在的卡钻、井漏等井下故障,并能提高机械钻速,降低钻井成本。      

满深1井奥陶系桑塔木组高性能防塌水基钻井液技术

满深1断裂带奥陶系桑塔木组为泥岩、泥灰岩地层,裂缝发育,井壁坍塌风险极高,给安全钻井带来了极大挑战。满深1井钻进至井深7 392.54 m(桑塔木组)时钻遇走滑断裂带,发生坍塌卡钻,处理难度大,最终选择回填侧钻。为此,分析了桑塔木组地层特点,研究应用了高性能防塌水基钻井液技术:选择合理的钻井液密度,强化对井壁的力学支撑,并采用复合降滤失措施降低水敏性泥岩地层的水化;在引入多氨基井壁抑制剂的同时,提高K⁺质量浓度,实现多元抑制防塌;提高钻井液的抗温能力、润滑性能及封堵性能,以满足桑塔木组对抑制、封堵防塌及抗高温稳定性的要求。现场应用表明,该井侧钻过程中钻井液性能稳定,K⁺质量浓度保持在35 000 mg/L左右,150℃温度下的高压滤失量由11.3 mL降至8.0 mL,桑塔木组钻进过程中未发生井眼失稳情况,顺利钻至三开中完井深,套管一次下到设计位置。这表明,高性能防塌水基钻井液防塌效果显著,达到了预期目标。     

杭锦旗区块锦58井区钻井液技术实践与认识

杭锦旗区块锦58井区钻井过程中普遍存在严重漏失及井壁失稳问题,为此,开展了该井区钻井液技术研究。在深入分析井漏和井壁垮塌原因及主要技术难点的基础上,从"预防为主"出发,优选钻井液处理剂、优化钻井液配方和性能,确定了随钻承压防漏堵漏和井壁稳定技术,以达到兼顾防漏防塌、确保安全钻进的目的。该技术在锦58井区的JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井进行了现场应用,大大减少甚至避免了漏失和井壁失稳问题,取得了显著效果。其中,JPH351井钻井过程中顺利钻穿刘家沟组易漏地层,堵漏时间缩短40%以上,减少了漏失次数,缩短了处理时间;石千峰组和石盒子组地层井壁稳定,平均井径扩大率仅为4.73%;水平段累计钻遇长泥岩段11段513.00 m,泥岩占比达35.92%;3 200.00~3 292.00 m泥岩井段揭开52 d后仍未出现井壁垮塌失稳问题。应用结果表明,随钻承压防漏堵漏和井壁稳定技术能够解决该井区的井漏与井壁失稳问题,保障高效安全钻井,具有推广应用价值。      

库尔德油田SN-2井钻井液技术

伊拉克库尔德油田是世界上为数不多的未开发大型油田之一,库尔德地质条件十分复杂,储层高含硫化氢,井漏、井塌、卡钻等复杂事故经常出现,导致钻井周期长、施工难度大、钻井成本高的一系列问题。介绍了SN-2井安全钻进的钻井液技术。该井应用清水钻进技术、井眼净化技术和平衡封堵防塌技术,解决大井眼失返性漏失的问题和窄密度窗口钻进的难题;应用密度达2.2 g/cm3的欠饱和盐水钻井液体系,解决盐膏层卡钻和硫化氢处理的问题。通过优选各开次钻井液体系和井下复杂处理技术,SN-2井钻井周期比邻井缩短65 d。     

伊拉克东巴油田Tanuma组泥页岩高效防塌钻井液技术

伊拉克东巴油田South-2区块采用水平井开发Khasib组储层,但该区块首口以Khasib组为目的层的水平井在钻井过程中,因Tanuma组泥页岩多次发生坍塌卡钻,导致井眼报废。研究Tanuma组矿物组成、孔缝发育情况和水化膨胀特性发现,该组泥页岩具有黏土矿物含量高、水敏性较强、宏观层理发育明显、微观孔缝发育度高和水化膨胀速率快等特点,导致钻井过程中因黏土矿物快速水化膨胀而发生井眼失稳问题。基于此,通过室内试验,优选了封堵剂N-Seal及抑制剂U-HIB,对氯化钾聚磺钻井液的配方进行了优化,形成了高效防塌钻井液。室内试验发现,高效防塌钻井液具有良好的流变性、较强的封堵和抑制能力,能够满足Tanuma组泥页岩井段高效封堵的要求。该防塌钻井液在South-2区块3口水平井进行了现场试验,均成功钻穿Tanuma组泥页岩层段,顺利钻至设计井深,未出现坍塌掉块等井眼失稳问题。室内研究与现场试验结果表明,高效防塌钻井液能够有效解决Tanuma组泥页岩坍塌的技术难题,为实现Khasib组储层的有效开发提供技术支撑。      

ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层坍塌压力研究

硬脆性裂缝油页岩地层钻进易发生井壁坍塌,严重制约页岩油气有效开发.考虑化学势差、水力压差和裂缝渗流对近井带地层压力的影响,建立页岩井周应力分布模型,基于页岩地层裂缝面产状,构建了任一裂缝面产状下剪应力与正应力计算模型,并以裂缝面上剪应力大于摩擦力为含裂缝面页岩地层的破坏准则,形成了含裂缝面页岩地层的流-固-化-热井壁稳...     

DY地区须家河组地层井壁稳定性评价

从力学角度对DY地区井下复杂情况进行研究。结合声波时差和密度测井资料,运用ADS法间接求得现今地应力值。在此基础上,建立最小水平主应力与破裂压力的关系,并依此关系确定破裂压力的大小。运用经典岩石坍塌压力计算模型得到DY地区连续的坍塌压力剖面。通过实钻资料验证,证实了评价DY地区须家河组地层井壁稳定性方法的可行性和可靠性。     

利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法

准确获取深部地层地应力的方向和大小,对于井眼轨道设计、井壁稳定、压裂增产等具有重要意义。重点研究了利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法,提出结合测井资料分析采用数值模拟方法反演最大水平主应力大小的方法。研究表明:利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力大小的数值模拟方法可行,能够真实反映深部地层的应力环境、地层岩石的力学特性,比较准确地确定最大水平主应力的大小,且方法简单易行。