气体钻井最小注气量模型的优化

气体钻井施工中保持合理的气体体积流量对钻井的成功至关重要,为实现气体体积流量的准确预测,根据修正的Tabatabei携液最小动能理论,结合考虑岩屑和侵入流体影响的环空压降计算方法,建立了气体钻井连续携岩、携液的最小注气量模型。其中,Tabatabei携液最小动能理论的修正考虑了温度对表面张力的影响及雷诺数和液滴球形度对曳力系数的影响;由于模型所确定的最小注气量是地面条件下的,因此引入了原油体积系数、天然气体积系数、地层水体积系数来表征温度、压力对油、气、水等流体的影响。模型计算结果分析表明,气体钻井连续携岩、携液需要更大的注气量;注气量的大小与机械钻速、环空截面积、井口回压有关。     

气体钻井携带液体最小注气量计算

气体钻井是以空气或氮气作为循环相把钻屑和液滴带到地面的钻井技术,井筒出水未带出的液滴与钻屑混合形成的泥环,会导致岩屑和液体在井底聚集并降低渗透率,影响油气产量。因此,准确预测能携带岩屑和液体的最小注气量是目前亟待解决的问题。基于Boyun Guo的井底压力四相流模型和携带液体最小动能理论,并引入Qian Fang考虑的雷诺数和液滴球形度的滑脱系数理论,建立了求解气体钻井中携带液体的最小注气量方程,注气量计算结果与现场实测数据非常接近,并得出了相比仅携带固体钻屑,同时携带固体钻屑和液滴所需注气量更大的结论。     

硬脆性泥页岩井壁稳定研究进展

硬脆性泥页岩的井壁失稳是制约深层油气资源和页岩气等非常规油气资源有效开发的关键问题。基于此,从硬脆性泥页岩的基本特征出发,根据其组成成分和结构特征的差异,总结了纯力学、渗流– 应力耦合和渗流– 应力– 化学耦合3 种井壁稳定基本分析方法及各自适用条件。研究了硬脆性泥页岩4 种力学失稳机制、钻井液侵入裂缝的驱动作用、存在和不存在活性黏土矿物情况下强度弱化机制以及不同裂缝形式下的井壁稳定计算模型。指出硬脆性泥页岩基质和裂缝充填物中是否含活性黏土矿物及裂缝的分布规律是影响井壁稳定分析的关键因素,从微观角度描述多场耦合作用下硬脆性泥页岩裂缝扩展连通导致井壁失稳的渐进过程将成为未来研究的热点和难点。     

硬脆性泥页岩水化稳定性研究

文章在分析泥页岩水化失稳基本结构的基础上，抽象出硬脆性泥页岩的物理模型，然后依据抽象出的物理模型，考虑钻井液滤液与页岩之间可能进行的各种物理化学反应，综合各种运移驱动力对滤液各组分运移的影响，以多孔介质传导（能量与物质）、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为依据，建立起泥浆滤液在裂缝性泥页岩地层中的渗透运移规律及由此产生的水化应力和造成的地层强度变化的规律，最后落脚到应力、应变张量和破坏强度准则，形成了泥页岩水化稳定性的裂缝-孔隙双重介质分析模型系统。     

非水化地层微量出水后气体钻井最小注气量理论研究

气体钻井过程中,当钻遇水层时,地层出水容易造成岩屑聚并,影响井眼净化效果,严重时会导致施工无法正常进行,因此地层出水是限制气体钻井应用范围的最大障碍之一。当地层微量出水时,可采用增大气体注入量的方法继续钻进,而计算增加多少气体注入量是关键。前人只研究了地层大量出水条件下,地层出水量与注气量的关系。为此,在前人研究的基础上,对气体钻井过程中地层微量出水时的携岩基本规律和有关理论进行了研究,并对气体钻井过程中最小气体注入量模型进行了分析和修正,从而推导出了确定地层微量出水时气体钻井所需最小注气量的计算公式,以方便现场计算地层微量出水时所需的最小注气量,指导气体钻井安全顺利进行,以达到提高钻井速度、节约钻井成本的目的。      

硬脆性泥页岩井壁稳定评价新方法

以伊利石、伊蒙混层为主的硬脆性泥页岩微裂缝发育,容易引起井壁失稳,一直未能找到很好的评价方法。因此,建立对硬脆性泥页岩井壁稳定的评价手段十分迫切。介绍了一种新型的硬脆性泥页岩井壁稳定评价方法——微裂缝的模拟及其封堵。室内利用加工的3种岩心模拟出了1~50μm的微裂缝,分别研究了流速、围压和裂缝宽度之间的关系,并用不同介质对不同宽度的裂缝进行了封堵试验,构建的硅酸盐钻井液体系对3种岩心的封堵效率均达到90%以上。试验结果表明:该方法具有一定的可行性,对提高钻井液体系的封堵能力有一定的指导作用。     

气体钻井中泥页岩地层遇水时的井壁稳定性研究

常规钻井液钻井中,水在正压差、毛管力和化学势等作用下进入泥页岩发生井壁失稳,而气体钻井除了自身的力学失稳外,主要在毛管力作用下吸收下部地层水造成泥页岩地层井壁失稳。因此,随着气体钻井技术的发展,在钻遇下部地层出水后,泥页岩地层的井壁失稳机理值得研究。从分析气体钻井条件下泥页岩吸水扩散系数、吸水膨胀系数和吸水后的力学参数变化入手,结合建立的力学化学耦合模型,紧紧抓住气体钻井和水基钻井液钻井的不同点,使得该模型能较好地运用到气体钻井泥页岩井壁稳定性的分析中,并通过DY1井气体钻井实践验证了文中的模型。     

地层水矿化度对硬脆性泥页岩蠕变规律影响的试验研究

硬脆性泥页岩层理、微裂缝发育,易造成井壁坍塌,特别当受到外来流体侵入时,泥页岩具有明显的流变效应。以硬脆性泥页岩为研究对象,进行了不同矿化度地层水饱和岩样的单轴压缩蠕变试验。在相同的外载条件下,矿化度6.0×104 mg/L地层水饱和岩样的蠕变变形量最小(0.001~0.014),矿化度8.0×104 mg/L地层水饱和岩样的蠕变变形量稍大(0.005~0.024),矿化度4.0×104 mg/L地层水饱和岩样的蠕变变形量最大(0.010~0.030)。借鉴经典元件组合模型的建模思路,建立了反映蠕变三阶段的蠕变模型,模型中瞬时弹性模量、黏滞系数和加速蠕变黏滞系数等3个重要参数都明显趋于下降。试验结果表明:矿化度与泥页岩蠕变变形量之间呈二次非线性函数关系,太高或太低都会对泥页岩的力学性质产生较大的影响。研究认为,在现场钻井中应考虑钻井液矿化度对井壁稳定的影响。      

气体钻井中泥页岩地层声波时差的实验研究

普通声波测井的径向探测深度甚小于泥页岩的水化深度,在水基钻井液井孔中只能测到泥页岩水化后的信息.用这种声波测井数据直接进行气体钻井原状地层的井孔稳定性分析,存在一定偏差.因此,有必要设法从泥页岩水化后声波时差来反求原状地层声波时差.为此,进行了不同声波频率的高压空气泥页岩钻心室内实验研究,分析了水化时间、水化程度与声波时差变化的关系.实验表明,泥页岩的纵波时差随水化时间的增加而增大;大量的微裂缝会使纵波时差在水化后变小;频率增加会使声波时差变小.     

微观地质特征对硬脆性泥页岩井壁稳定性影响与对策研究

硬脆性泥页岩引起的井壁失稳是钻井过程中经常遇到的一个十分复杂的难题。利用扫描电镜、压汞、X-衍射、比表面分析仪等岩矿测试手段研究硬脆性泥页岩的微观地质特征,根据研究结果分析其对硬脆性泥页岩井壁失稳的影响,并提出保持硬脆性泥页岩井壁稳定的措施,为硬脆性泥页岩井壁稳定性研究提供一种新思路。研究结果表明,硬脆性泥页岩中发育的一部分微裂缝是导致井壁失稳的重要原因。在钻井过程中,钻井液滤液沿着泥页岩中的微裂缝进入到地层内部,导致粘土矿物的水化膨胀,使孔隙压力增加,泥页岩强度降低,最终发生井壁失稳。最后根据研究结果提出在钻井液中加入一部分和泥页岩孔喉相匹配的封堵粒子,期望它能降低或阻止钻井液滤液在泥页岩中的漏失,达到稳定井壁的目的。     

气体钻大斜度水平井最小注气量计算方法研究

针对气体钻井如何确定合理的钻井流体力学参数的难点。以前沿用的气体钻井参数计算方法，因其依据的假设条件带有局限性，其设计气量都比实际情况偏小。为此，通过钻铤与钻杆交界面、套管与裸眼交界面进行分析和判断，以空气钻井流体力学参数设计为依据。从力学分析入手，根据空气动力学翼型的气动特性，引入薄翼理论，对岩屑颗粒进行受力分析，探讨了气体钻大斜度水平井有效携带岩屑的最小排量问题。在此基础上，提出了计算气体钻大斜度水平井流体力学参数的方法和公式，并且利用数值模拟软件对井内环空压力分布规律、环空携屑能量分布规律进行了分析，确定了水平井携岩的最小气量。计算结果与油气田实际应用情况符合性较好。     

随钻测井技术在页岩气钻井中的应用

我国页岩气钻井存在着较高的风险,主要问题是"甜点"钻遇率低、井壁坍塌问题严重、钻井周期长、经济效益差。利用随钻测井技术,可进行页岩岩石力学与油层物理特征分析、建立地层应力和三压力剖面、确定储层"甜点"、并指导地质导向作业,能减少页岩气钻井的井壁失稳问题、缩短钻井周期、降低钻井风险、提高钻井效率。文章总结了北美地区进行页岩气钻井时利用随钻测井技术解决页岩气钻井难题的方法,我国应借鉴北美经验,大力开展页岩气随钻测井技术和工具的研发,提高随钻测井技术在页岩气钻井中的应用程度,实现页岩气开发中的安全高效钻井。     

气体钻井注气量计算方法研究进展

气体钻井过程所需注气量是关系到气体钻井成败的重要参数。目前计算气体钻井所需注气量的3种方法各有不足,根据这些方法得出的计算结果与现实情况都有差异,有时差异还很大。为了准确计算气体钻井所需注气量,应对影响气体钻井注气量的因素进行深入研究并对现有计算方法进行改进。经过对现有方法的分析,建议应从以下几个方面进行深入研究：①建立准确计算气体钻井时环空流体温度的模型以确定温度对注气量的影响;②应用气液两相流理论分析气体携水能力,以确定地层出水时气体钻井所需注气量;③钻屑直径对气体钻井所需注气量的影响;④气体钻井所需注气量与井斜角的关系;⑤对“关键点”处钻具外形进行优化设计以改善该处气体的携岩能力。     

威远构造页岩气钻井技术探讨

当前常规天然气资源经过长期开采已逐步衰竭,页岩气等非常规天然气资源已引起新的重视。国外页岩气勘探开发表明其生产周期长、单井产量低、产量递减快、资金回收慢、环境污染等问题,是阻碍页岩气藏工业化开发步伐的主要因素。而水平井是页岩气藏成功开发的关键因素,水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程。文章以四川油气田威远构造的第一口龙马溪页岩气水平井—威201-H1井为依托,进行页岩气水平井钻井技术的探讨,为今后在该区块的钻井设计和钻井技术提供了一定基础支撑。     

页岩气藏体积改造中的慢滑移现象

页岩压裂中慢滑移产生的剪切变形,能在水力裂缝周围诱发大量具有渗流能力的网络通道,是页岩气单井产量的重要来源。四川两口相邻页岩气水平井,采用相同的体积改造工艺、压裂规模、压裂液及地面微地震监测技术,压裂试气产量却相差很大。在获取井物性参数的基础上,结合微地震监测及解释结果,利用气藏数值模拟方法,进行了压后产量拟合,同时对两口井压裂施工压力进行比较分析,并进行了压裂净压力拟合。结果表明:产量较高的压裂井压裂过程中,存在微地震无法监测到的沿着天然裂缝或断层不产生高频地震波的由慢滑移形成的裂缝网络,其对产量的贡献达到了71.5%。     

泥浆盖帽强钻技术在威远页岩地层的应用

钻井作业中发生漏、喷或塌时,对治理难度大、耗时长的复杂井可采用泥浆盖帽强钻,通常采用清水作强钻液,这就要求待钻井段地层必须稳定。威201-H3井已钻井段的龙潭组为区域垮塌层,而待钻的龙马溪地层为该区域易塌层,该井钻至1044.24m发生有进无出的恶性井漏、堵漏效果差,同时井漏液面下降造成严重的溢流显示。使用泥浆盖帽并采取吊灌方式保持一定液面高度、平衡漏层上部井段的气层和稳定垮塌层,进入待钻易塌层使用复合盐高分子防塌强钻液快速钻至固井井深,从而实现了安全、快速、低成本的钻井施工,泥浆盖帽强钻技术进一步扩大了使用领域,并探索出了适宜威远地区页岩气井快速处理喷、漏、塌复杂井的工艺,实现页岩气低成本钻井目标。     

气体钻井井筒与地层流动耦合分析

气体钻井具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点,是开发低压低渗油气田的有效方法。为了分析气体钻井钻开储层时流体的流动规律,基于可压缩流体不稳定流动理论以及地层渗流力学理论,建立了该过程中井筒与地层的耦合流动模型,并结合边界条件与初始条件对模型进行了数值求解。最后,结合钻井实例分析了不同工况下井内流体的流速分布规律和压力分布规律,结果表明,不同的钻井工况在经历一定时间的不稳定流动后都有达到稳定的趋势。     

页岩气吸附模型对比分析与应用

页岩气等温吸附数学模型的建立对于计算页岩气吸附量具有重要意义,常用的理论吸附模型有分子层吸附模型、微孔充填模型、SLD吸附模型及Ono-Kondo吸附模型。各理论模型都具有一定的应用条件,能否直接用于描述致密页岩储层下超临界吸附过程还有待深入探讨。通过归纳总结目前已有的页岩气吸附模型,结合模型适用条件与页岩气吸附特征,先后对比分析了19种单组分页岩气等温吸附数学模型,讨论了各模型的优势与不足。认为分子层模型多无法描述页岩气超临界吸附特征,而基于分子势能所建立的吸附模型恰能弥补这一不足,但需完善模型在高温高压下的适用性论证。同时,为确保页岩气等温吸附模型的可靠性,应依据页岩储层实际情况进一步完善等温吸附实验条件及吸附模型。     

济阳坳陷古近系存在页岩气资源的可能性

北美的勘探实践证实，页岩气作为非常规天然气资源，是现实的接替能源。通过对大量地震、钻井、矿物、地球化学资料的分析，认为渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组普遍发育泥页岩，有机质丰度高，有机质类型以腐泥型-混合型为主，有机质成熟度分布范围宽，具备大量形成页岩气的物质基础；其具体地质条件与北美具有可比性，且各凹陷泥页岩发育大量的顺层、低角度和垂向、高角度裂缝，页岩层段普遍出现气测异常，可能存在着巨大的页岩气资源量，是值得关注的天然气勘探新领域。