滨里海盆地巨厚盐膏层钻井液密度设计新方法

传统的盐膏层钻井液密度的设计方法是,根据井筒的液柱压力和盐岩的非线性粘弹性变形特点,分析不同液柱压力条件下井筒的缩径速率,然后根据现场安全钻井所允许的井眼缩径速率,确定合适的钻井液密度。在分析哈萨克斯坦滨里海盆地实钻井盐膏层钻井液密度的基础上,认为在钻进巨厚盐膏层时,只要控制井壁围岩的八面体剪应力,使盐岩不产生损伤扩容,即可保证盐层井段安全钻井。亦即给定盐岩井壁八面体剪应力处于扩容损伤边界值,就可以计算得到保持井壁稳定的钻井液密度安全窗口。3口井盐膏层钻井液密度的设计结果表明,利用该方法设计的钻井液密度完全可以满足现场安全钻井的要求。     

巴西Santos盆地钻穿厚蒸发岩层的井身设计

本文提出了一种方法,可用于钻井液和套管设计,以及钻穿很深的厚盐层的钻井方案.应用所开发的室内有限元代码可以完成数值模拟,以评价在高应力差、高温下盐岩(岩盐、杂盐、准水合物)的蠕变特性.对高蠕变速率、厚达2000m的各种蒸发岩的勘探进行了数值模拟,应用获得的结果对不同钻井液中井眼闭合度随时间的变化规律进行了预测,并对几种钻井方案进行了可行性分析.针对盐岩中固井失败的几种情况,完成了套管设计和环空钻井液设计,以确定不均匀载荷和盐层载荷时限对油井套管变形的影响.所设计的套管能够承受杂盐和准水合物的高蠕变速率.     

高温高压储层安全钻井液密度窗口确定技术

井壁温度变化和井壁渗流对高温高压储层安全钻井液密度窗口的影响不容忽视,而确定钻井时安全钻井液密度窗口的常规方法中没有考虑井壁温度变化及井壁渗流的影响,为安全钻井带来了隐患。为此,依据孔隙热弹性小变形应力叠加原理,从附加温变应力场以及附加渗流应力场作用下井周应力场计算出发,结合地层的强度准则,建立了综合考虑井壁温度变化及井壁渗流情况下高温高压储层坍塌压力、破裂压力的计算模型,并分析了井壁温度变化及井壁渗流对安全钻井液密度窗口的影响规律。为高温高压储层安全钻井液密度窗口的设计提供了依据。     

川东深层盐膏岩蠕变特性实验研究

埋藏深度较深的盐膏层受到高温和较大地应力的作用,会表现出塑性特性,在井眼钻开后发生蠕变,引起阻卡、套管变形等问题.掌握盐膏岩的蠕变参数是进行钻井液密度设计和套管选材的基础工作之一.通过对普光气田3 920～3 950 m盐膏岩进行蠕变实验,表明该气田深层盐膏岩蠕变规律符合Heard模式,并得出了Heard模式下的蠕变参数.根据力学模型分析,若在盐膏岩层段采用饱和盐水钻井液体系,保证钻井安全条件下需要较高的钻井液密度.     

中东某区块盐岩地层蠕变缩径的力学分析与应用

在统计中东某区块钻井过程中主要事故和复杂情况的基础上,发现盐岩蠕变、软泥岩流动的控制是解决复合盐膏层钻井技术难题的关键.文章应用Norton蠕变模型,建立了盐岩地层井眼半径随上覆岩层压力、钻井液密度、地层温度、裸露时间变化的解析解,并由此导出了一定蠕变速率下钻井液密度的确定方法.最后结合中东某区块的实钻资料绘制出了推荐现场使用的盐岩地层钻井液密度图版,为该地区能有效抑制因盐岩蠕变发生缩径卡钻等复杂事故提供了理论依据,对该地区井深2 950 m左右的钻井液密度的确定提出了具体方案,对现场有一定的指导意义.     

盐层钻井过程中合理钻井液密度及含盐饱和度的确定

盐层钻井是钻井技术中的难题,准确确定钻井液密度及含盐欠饱和度是解决难题的关键。从力学和化学两方面着手,在通过试验确定盐层蠕变本构方程及盐溶解本构方程的基础上,确定出不同工程条件下的钻井液密度及含盐欠饱和度值,研究的方法和结果对盐层钻井技术思路和具体操作都具有指导意义。     

高密度饱和盐水钻井液在大北30井的应用

塔里木山前克深、大北井区库姆格里姆层巨厚复合盐层发育复杂,埋藏深,盐底变化大,易塑性蠕变、造成阻卡;窄安全密度窗口导致溢流、井漏同存,钻井风险大;钻进中易造成高密度钻井液性能恶化,引起井下复杂。大北30井是塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带大北15号构造西高点一口预探井,实际盐层井段:2740-3837米,层位:库姆格列木群组。近几年山前大部分盐膏层段使用油基钻井液体系,但大北30井四开段1000米复合盐层使用水基钻井液完成。实钻中面临盐膏层段存在着长段盐岩、高盐膏层、高密度、窄密度窗口等钻井液技术难题。通过技术攻关使高密度饱和盐水钻井液体系在配制、维护、处理及现场应用得到了重大突破,四开段使用密度2.38g/cm3饱和盐水钻井液安全顺利钻穿1000米左右的盐膏层,助力该井顺利中完。     

库车凹陷山前地区钻井风险评价及措施研究

随着钻探开发不断向深部复杂地层发展,对钻井过程风险的控制越来越困难。在分析钻井工程特点的基础上,对库车凹陷山前地区钻井过程中的风险进行了评价分析,认为钻进过程中遇到的风险来自于井壁失稳、盐膏岩以及钻头性能等因素。通过对库车凹陷山前地区安全钻井液密度窗口的确定、钻井液体系的评价、盐膏层特性以及钻头性能的分析,提出了保证库车凹陷山前地区安全钻进的措施。所做的研究对有效规避库车凹陷山前地区钻进过程风险,制定库车凹陷山前地区安全钻进技术方案具有重要意义。     

盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性研究

针对盐岩井段易发生蠕变缩径,引起卡钻、固井后又易发生挤毁套管等事故的现象,应用有限元方法,建立了描述盐岩层中斜井井眼蠕变缩径的空间力学模型,从岩石力学角度分析了塔里木油田羊塔克地区盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性,论述了一定地应力状态下井斜角和方位角对井眼缩径的影响规律.该研究成果为盐层段定向井井眼轨迹设计、合理确定泥浆密度和盐岩层钻井施工提供了理论参考,已成功应用于塔里木地区钻遇盐岩层时钻井工程的设计和施工.     

钻井液密度对盐膏层蠕变影响的三维分析

井内钻井液密度设计和盐膏层蠕动变形规律的分析是成功地进行盐膏层钻井的关键。在研究盐岩力学特性基础上,对盐膏层特别是深部盐膏层钻井后因井内钻井液密度对地层蠕动造成井眼失稳进行了分析,并提出了盐膏层蠕动压力的计算模型。针对新疆塔里木盆地北部沙24井的盐膏岩蠕动压力进行了计算分析,结果表明,研究成果与实际观察到的现象相吻合。     

Deformation Mechanisms and Safe Drilling Fluids Density in Extremely Thick Salt Formations

Hydrocarbons are very often associated with salt structures. The oil and gas industry is often required to drill along and through long salt sections to reach and recover hydrocarbons. The unique physical properties of salt require special techniques to ensure borehole stability and adequate casing design. This paper assumed that the mechanical behavior of salt is regulated by the magnitude of mean stress and octahedral shear stress and under the influence of different stress conditions, the deformation of rock salt can be represented by three domains, i.e. compression domain, volume unchanged domain, and dilatancy domain, which are separated by a stress dependent boundary. In the compression domain, the volume of salt decreases until all microcracks are closed, with only elastic deformation and pure creep; in the volume unchanged domain the deformation is considered steady incompressible flow controlled by pure creep; and in the dilatancy domain the volume of salt increases during deformation due to micro-cracking, causing damage and accelerating “creep” until failure. This paper presents a hypothesis that the borehole is stable only when the magnitude of octahedral shear stress is below the dilatancy boundary. It gives the design method for determining drilling fluids density, and calculates the closure rate of borehole with the recommended drilling fluids density. If the closure rate of the borehole is less than 0.1%, the drilling fluids density window can be used during drilling through extremely thick salt formations.     

高矿化度盐水钻井完井液损害气层防治方法

盐水钻井液完井液对防止地层中盐层溶解、粘土水化膨胀分散而导致井壁不稳定和储层产生水敏损害具有很好的作用。室内试验结果表明，高矿化度盐水钻井完井液对气层的渗透率产生严重损害，损害率在90％以上；无固相的高矿化度盐水压井液对气层渗透率的损害率达80％左右。通过研究其损害机理，损害的主要原因是高矿化度盐水钻井液完井液中的盐组分在干气返排过程中的结晶堵塞问题。提出了防治高矿化度盐水钻井完井液和射孔压井液损害气层的技术对策，即，调整井身结构，用套管将盐膏层封隔，将钻井液矿化度降低到气层的临界矿化度再钻开储层，能有效地防止钻井液的盐结晶损害；现场施工中，可以在射孔压井液前打入一段盐结晶溶解液作为前置液，投产返排时，天然气驱替前置液，前置液驱替进入储层的射孔液，这样在射孔液还没有析出盐结晶前，就被驱出了气层，从而消除了高密度盐水射孔液盐结晶损害气层问题，达到保护气层的目的。     

页岩钻井储层伤害研究进展

由于非常规储层的特殊性(即低孔、低渗、易膨胀和易破碎等),该类储层在开发过程中极易受到不可逆的伤害。为了认识钻井过程中非常规储层伤害机理,以页岩储层为例,系统地调研了页岩钻井储层伤害的国内外研究现状,分析了目前研究中存在的问题,并对下一步储层保护工作开展提出了建议。研究发现,目前页岩钻井储层伤害研究主要体现在钻井技术和钻井液两方面,但针对非常规储层中井壁稳定性问题的研究相对较少,且对钻井液引起的储层伤害机理认识不够深入。结合页岩钻井储层伤害研究现状,应全面开展非常规储层井壁稳定性、钻井对储层伤害机理和非常规储层钻井液优选的研究。     

甲酸盐聚合物不分散钻井液在江苏洪泽地区的应用

江苏洪泽地区的钻井施工中,容易造成以盐敏、水敏和水锁为主、固相损害次之的油层伤害,因此,提高钻井液的抑制防塌性、维持井壁稳定,保证在低密度下钻井及做好屏蔽暂堵工作、减少对储层的损害,提高钻井液的矿化度,减小盐敏损害是钻井液技术关键.选用甲酸盐聚合物不分散钻井液进行施工.现场应用表明,该体系在化学护壁、保持井壁稳定的前提下,降低钻井液密度至1.08 g/cm3,增强了钻井液的抑制性,提高了滤液矿化度,并结合屏蔽暂堵保护油层技术,使油层渗透率恢复值达90%以上,且井眼规则,提高了电测、固井的一次成功率.     

保护油气层的防塌钻井液技术研究

保持井眼稳定和保护油气层不受损害涉及较多的工程环节,存在诸多影响因素,钻井液则是系统工程中的一个重要环节.钻井液是打开油气层的第一种工作液,其性能好坏不仅影响钻井施工的正常进行,而且直接影响油气层保护和油气产量.钻井液密度是钻井液的重要性能指标,直接关系到钻井压差的高低.如果按照钻井压差的大小则可把钻井液技术分为两大类,即正压差钻井液技术和负压差钻井液技术.从油气层保护的角度,分析了钻井液密度与井眼稳定和油气层保护的辩证关系,以及钻井液对油气层的损害机理和相应的保护措施,提出了多元协同防塌新原理,即在处理井眼不稳定现象时,除了要考虑钻井液的因素外,还要综合考虑地质、工程、水力学等方面的因素.重点介绍了目前国内外防塌与保护油气层的稀硅酸盐钻井液、有机盐钻井液、聚合醇(又称多元醇)钻井液和合成基钻井液等代表性钻井液新技术.     

3Cr钢在CO2环境中的腐蚀研究

由于非常规储层的特殊性(即低孔、低渗、易膨胀和易破碎等),该类储层在开发过程中极易受到不可逆的伤害。为了认识钻井过程中非常规储层伤害机理,以页岩储层为例,系统地调研了页岩钻井储层伤害的国内外研究现状,分析了目前研究中存在的问题,并对下一步储层保护工作开展提出了建议。研究发现,目前页岩钻井储层伤害研究主要体现在钻井技术和钻井液两方面,但针对非常规储层中井壁稳定性问题的研究相对较少,且对钻井液引起的储层伤害机理认识不够深入。结合页岩钻井储层伤害研究现状,应全面开展非常规储层井壁稳定性、钻井对储层伤害机理和非常规储层钻井液优选的研究。     

硅氟钻井液的研究与应用

为解决钻井施工中深部地层或复杂地层的井壁稳定、高温老化、抗盐抗钙和油层保护等技术问题，开展了以硅氟产品SF260、SFJ-1、SKHM为主剂的新型抗高温、抗盐，抗钙钻井液的研究．并对SF260和SFJ-1进行了综合评价及与同类处理剂的对比试验，针对盐膏层和泥页岩地层特点，优选出了硅氟聚磺钻井液配方。室内试验表明，SF260具有很好的抗高温、抗盐、抗钙的性能．降粘效果明显；SFJ-1能满足深井抗高温钻井施工要求，是一种良好的深井抗高温降滤失剂；SKHM具有良好的抑制泥页岩水化分散作用；硅氟钻井液转型较容易。现场应用表明，硅氟钻井液抗温能力强，流变性能稳定；具有良好的抑制性、膨润土容量限高，岩屑代表性强．保证了地质取全取准资料；具有良好的抑制防塌能力，缩短了钻井周期和油气层的浸泡时问，较好地保护了油气层，完井各项作业顺利。     

低固相甲酸盐钻井液体系研究

为了解决泥页岩井段井壁不稳定问题造成井下事故和地层损害等问题,研究出甲酸盐钻井液配方。该体系主要由增黏型降失水剂、降滤失剂、润滑剂、抑制剂、甲酸盐等组成。试验结果表明,甲酸盐钻井液具有滤失量小、固相含量低、体系摩阻小、抑制性好和抗污染能力强等优良性能,能较好地防止地层损害与稳定井壁。同时体系的剪切稀释性强,有利于降低循环压耗,充分发挥水力,提高钻井速度。     

新型钻井液——非渗透钻井液的研究与应用

非渗透钻井液是一种新型的、保护油气储层的钻井液体系,是通过在常规钻井液中添加非渗透处理剂配制而成,具有优良的油气层保护性能。文中详细阐述了非渗透钻井液的作用机理、渗滤性能评价方法及国内外应用实例。     

KCl-有机盐聚合物钻井液在川西双鱼石区块的应用

川西地区双鱼石区块目的层埋藏深,完钻井深在7 000 m以深,上部φ444.5 mm、φ333.4 mm井眼主要采用“空气钻”提速,空气钻井转钻井液如何保证井壁稳定至关重要,在“高效PDC+螺杆”提速方式下优质的钻井液性能也尤其重要。为此,KCl-有机盐聚合物钻井液在KCl、有机盐的共同作用下抑制能力强,能够抑制岩石组分水化分散、膨胀,封堵防塌剂可以快速形成致密泥饼,减少滤液侵入井壁地层,防止“空气钻”后干燥井壁“吸水”引起的井塌;抑制钻屑水化分散,钻井液流变性能稳定、波动小、易调控、现场维护处理简单;钻井液强抑制性、低黏度和切力可提高钻头水马力,减少钻屑在钻头上的吸附,防止钻头泥包现象,减少钻井液中微米、亚微米粒子,有助于提高机械钻速。双探8井等现场应用表明,KCl-有机盐聚合物钻井液确保了“空气钻”井段井壁稳定,顺利钻过沙溪庙组下部（沙一段）、凉高山组、自流井组及须家河组易垮塌地层,井眼畅通、井壁稳定、井径规则、电测顺利、井下安全、钻速较高,满足工程、地质录井需要。