泥页岩井壁失稳原因及对策分析

分析了引起井壁失稳的因素,介绍了防止井壁失稳的各种措施。泥页岩渗透水化对井壁失稳起决定性作用。要避免井眼失稳的发生,必须合理选择钻井液组分、钻井液处理方法,尤其是调节好钻井液的滤失量和矿化度。对各种失稳情况,应采取不同的措施加以防范。     

碱液侵蚀：一种泥页岩井壁失稳新机理

碱液不仅能增强黏土矿物的水化能力,而且对黏土矿物和石英等硅质矿物具有侵蚀作用。添加抑制剂或采用油基钻井液虽然可以有效抑制水化作用,但是高pH值钻井液的侵蚀作用仍可继续进行,从而可能导致泥页岩力学强度降低,故推测碱液侵蚀作用可能是导致泥页岩井壁失稳的原因之一。基于此认识,设计并开展了石英、黏土矿物和不同粒级页岩粉末样品的碱液侵蚀实验,结合扫描电镜(SEM)观察和岩石力学性质测试,探讨了碱液侵蚀对泥页岩结构和力学强度的影响。研究表明,在微米尺度范围内,当石英与黏土矿物粒径相当时,矿物碱液侵蚀序列为:蒙脱石>石英>高岭石>伊利石>绿泥石;泥页岩碱液侵蚀率受矿物组成和粒度控制,通常由黏土矿物主导;碱液侵蚀后,泥页岩产生大量侵蚀孔,结构变疏松,岩石抗压强度大幅下降。泥页岩碱液侵蚀作用,不仅在油基钻井液钻进时存在,而且在水基钻井液钻进中更加明显。因此,弱化并有效控制碱液侵蚀作用的程度及范围是控制泥页岩井壁失稳的重要方式之一。     

苏里格气田泥页岩井壁水化损伤失稳周期确定

钻井过程中复杂的应力和固液作用,使围岩产生了水化扩散和水化膨胀,改变了其中的应力场和力学参数,从而导致泥页岩井壁失稳。通过试验研究,探讨了泥页岩井壁围岩水化随时间和空间的变化规律以及岩石弹性模量和抗压强度随含水率变化的损伤弱化规律,进而结合强度变形破坏理论推导出泥页岩遇水后的损伤演化方程、损伤演化极限方程和确定坍塌周期的方法。应用该方法,得出苏里格气田泥页岩井壁坍塌周期为6.8 d左右。     

天长深层泥页岩井壁失稳机理及防塌对策

天长地区深层泥页岩钻井中发生井壁失稳,造成起下钻遇阻、长时间划眼、电测阻卡、填井侧钻等复杂事故,大幅增加钻探成本,影响钻井速度和电测资料的获取,延误该区深层油气藏勘探开发进程。为此,通过对已钻井资料及坍塌层组构特性分析,探讨了阜宁组泥页岩井壁失稳机理,研究提出整体抑制、分级封堵、协同增效的钻井液防塌对策。在室内研究基础上,采用聚胺、聚醚多元醇及纳米封堵剂与江苏油田常用复合金属离子聚合物钻井液体系复配,建立了强抑制强封堵聚醚醇胺钻井液体系配方。室内研究与现场应用表明,该体系能有效抑制天长地区深层阜宁组硬脆性泥页岩井壁失稳,为深层硬脆性泥页岩地层钻井施工提供了钻井液技术借鉴。     

钻井卸载对泥页岩地层井壁稳定性的影响

钻进泥页岩地层时井壁易失稳,且井周岩石极易因钻井卸载产生诱导缝,导致岩石强度降低,从而加剧井壁失稳。因此,为确保泥页岩地层井壁的稳定,采用三轴力学试验仪模拟钻井卸载过程中的岩石应力变化过程,分析了卸载对泥页岩力学特性的影响,采用回归方法回归了泥页岩内聚力、内摩擦角与卸载幅度的关系,并将该关系引入到常规井壁稳定性模型中,建立了考虑卸载作用的泥页岩井壁稳定性模型。结果表明:卸载会使泥页岩的强度降低,随着卸载幅度变大,泥页岩强度的降低幅度增大;考虑卸载作用后,泥页岩地层的坍塌压力增大,尤其在高地应力和各向异性较强的泥页岩地层,由卸载造成的坍塌压力增量更为明显;井筒与最小水平主应力的夹角较小时,可以降低卸载对泥页岩井壁稳定性的影响。研究结果表明,卸载对泥页岩地层坍塌压力的影响不可忽视,进行钻井液设计时应考虑卸载对坍塌压力的影响。      

靖边气田井壁失稳原因分析与建议

靖边气田目的层埋藏较深,钻井周期长,斜井段穿越地层极容易发生井壁失稳和井下复杂。在分析
导致靖南区块斜井段坍塌地质因素基础上,对斜井段易坍塌地层取样,通过对岩样全岩矿物、微观结构及理化性能
等方面分析,得到岩石组分主要以石英、长石、伊利石等组成的硬脆性泥质砂岩,黏土含量相对较高,而且黏土组成
主要以伊蒙间层为主,其次是伊利石;岩石孔隙复杂,发育成熟,有裂缝存在;同时岩心矿物阳离子交换容量较高,
水化膨胀及分散较弱。通过分析认为井眼坍塌的内因是节理、微裂缝发育,胶结疏松,易水化;外因是水的侵入和
外力作用。提出了防塌技术对策。     

哈拉哈塘油田硬脆性泥页岩井壁失稳机理及对策

针对哈拉哈塘油田三叠系和志留系硬脆性泥页岩井壁失稳问题,分别从地层力学和地层物理化学2方面进行失稳机理及对策研究。研究结果表明,油田地层3大主应力分布规律为σZσHσh,三叠系比志留系容易发生力学失稳;三叠系硬脆性泥页岩阳离子交换容量、蒙脱石率、胶体率和膨胀率分别为25.4 mmol/100 g、36.3%、76.4%和23.2%,表面水化能力较强,易发生物理化学失稳;志留系硬脆性泥页岩阳离子交换容量、蒙脱石率、胶体率和膨胀率都较低,分别为8 mmol/100 g、11.4%、25.1%和9.7%,水化膨胀能力较弱,但由于地层裂缝发育,易发生裂缝性失稳。通过提高钻井液在三叠系的密度、抑制性和在志留系的封堵性,在现场Ⅰ井和Ⅱ井试验均取得了较好的效果。     

钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力的影响研究

水基钻井液通常使泥页岩坍塌压力增加,研究钻井液及处理剂体系对地层坍塌压力的影响有助于研究优选防塌钻井液处理剂及体系.介绍了通过岩心力学性能测试分析计算地层坍塌压力的方法,研究了部分处理剂对地层坍塌压力的影响,认为增强抑制和封堵能力可降低地层坍塌压力.文中提出的钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力影响的研究方法是切实可行的,可用来优选研究防塌钻井液处理剂、优选防塌钻井液体系、确定合理的防塌钻井液密度.研究表明,在聚合物或聚磺钻井液中加入抑制剂(如KCl)和粒度及软化点适当的封堵材料可降低地层的坍塌压力.     

泥页岩地层井壁失稳理论研究及其进展

泥页岩地层井壁失稳理论及工程应用研究已发展成为既有理论基础、又有实践目标的工程技术。根据这一领域的研究现状及问题的实质,将深井泥页岩地层的井壁稳定性研究分为基于连续介质理论的均匀地层井壁稳定性研究、层理性地层井壁稳定性研究、裂隙性地层井壁稳定性研究以及井壁稳定性物理化学机理研究等方面,并对各理论研究的进展情况进行了总结。指出：以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理论和计算方法基本成熟,而具有显著“结构性（层理、裂缝）”的泥页岩地层井壁失稳问题仍是目前研究的重点和难点。需要从结构性地层的变形破坏特性、钻井液在结构性地层的渗流特征以及渗流对结构性地层的力学特性的影响规律等基础研究出发,开展泥页岩地层井壁稳定性综合研究是今后的发展方向。     

泥页岩井壁稳定研究及在临盘地区的应用

从岩石力学和物理化学两个主要因素简要分析了井壁失稳的机理，指出泥页岩井壁失稳是由力学与化学两方面因素共同作用的结果。钻井液与泥页岩存在化学势差，并改变了井壁附近的孔隙压力，降低岩石强度。借助于井壁处有效应力的变化,将泥页岩与钻井液相互作用时页岩水化所产生的力学效应与纯力学效应结合起来，计算出任意井斜方位井眼围岩应力状态，利用测井资料求出有关岩石力学参数和Mohr Couloumb准则，计算得出防塌的临界钻井液密度。     

一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法

为有效克服气体钻井过程中出现的井壁失稳现象,提出一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法.该方法在对传统气体钻井井壁稳定性理论的利弊进行分析的基础上,从气体钻井井壁围岩的力学特性出发,确定了井壁围岩应力场的分布,结合Mohr-Coulomb准则,建立了气体钻井条件的井壁稳定模型,即弹塑性模型和硬脆性模型,成功解释了气体钻井条件下地层进入塑性状态变形达到一定程度,井壁坍塌井径扩大后,地层趋于稳定的现象.将该计算模型应用于满东2井的井壁稳定性分析,结果表明:理论分析结果和工程实测数据对比,计算结果较为准确,验证了该模型较为有效.     

井壁稳定性研究中考虑中间主应力强度准则的对比分析

中间主应力σ_2对岩石强度具有显著影响,在井壁稳定性研究中需考虑σ_2效应。常用中间主应力强度准则有统一强度理论(UST)、Mogi-Coulomb(MG-C)准则、Drucker-Prager(D-P)准则、修正Lade准则、三维Hoek-Brown(H-B)准则和修正Wiebols-Cook(W-C)准则等6种。文中对比分析了上述6种强度准则在σ_1-σ_2平面内的曲线,并进行了井壁稳定分析。结果表明:在σ_1-σ_2平面内,除UST准则为双折线形式外,其他准则均为非线性形式;D-P准则所预测强度最高,其他准则预测结果相近。在当量坍塌压力计算中,UST准则(b≠0)、MG-C准则、修正Lade准则、三维H-B准则和修正W-C准则计算结果相接近,D-P准则所计算当量钻井液密度最低。对于安全钻井方位,UST准则下安全井壁稳定分布区域随着参数b值升高而逐渐减小;D-P准则下井壁稳定分布区域最高;MG-C准则、修正Lade准则、三维H-B准则和修正W-C准则所给出的井壁稳定分布区域相近。对比分析后,在井壁稳定性研究中推荐使用MG-C准则。该准则不仅反映了σ_2对岩石强度的影响,且形式简单,便于在实际工程中应用。     

二连油田巴音都兰地区防缩防卡钻井液技术

二连油田巴音都兰地区赛汗组～腾格尔组地层之闻。主要岩性为粉砂岩、砂砾岩和砂泥岩互层。砂砾层渗透性强；泥岩段富含泉脱石，水敏性强。施工过程中易发生缩径、拔活塞、大段划眼、卡钻等复杂情况。通过优选钻井液配方。调整钻井液维护处理方案．及时并保量地加入FT-103防塌剂和SMP高温高压降滤失剂，提高了钻井液抑制性，改善了泥饼质量；同时，提高钻井液四级净化设备的使用，配合相应的工程技术措施，使缩径拔活塞现象明显减少．平均机械钻速由原来的10．12提高到11．37m／h。复杂事故的时效由0．63％降为0,完井电测一次成功率由88％提高到92％。该钻井液防缩防卡技术能够满足巴音都兰地区的钻井需要。     

深水钻井安全钻井液密度窗口计算模型的建立与应用——以西非AKPO深水油田为例

以西非AKPO油田为例,对深水浅层和深层的井壁稳定性分别采用塑性力学和弹性力学理论进行了研究,建立了深水钻井安全钻井液密度窗口计算模型。该模型在AKPO深水油田钻井实践中得到了验证,对类似深水油田井壁稳定性分析有借鉴意义。     

海洋钻井井筒内温度确定

海洋钻井诸多问题的解决都依赖于井筒内温度的准确确定。根据能量守恒原理,推导出了海洋深水钻井温度场的控制方程,包括环空内、钻杆内以及地层内的温度场方程,并给出了方程求解的定解条件。计算结果表明:环空内的温度会受到钻井液密度和循环流量的影响,密度越大、流量越低,环空温度越接近于外部环境温度。     

鄂尔多斯盆地延长组页岩气井壁稳定钻井液

针对鄂尔多斯盆地延长组页岩气水平井钻井过程中存在的裸眼井壁失稳问题,对该组地层进行理化性能分析,明确了导致页岩井壁失稳的主要因素,即钻井液滤液沿地层微裂缝进入地层引起伊蒙混层膨胀,岩石强度降低,为此提出了采用油包水乳化钻井液的技术对策。在此基础上,通过室内实验优选了一套页岩水平井油包水乳化钻井液。室内性能评价实验表明：该体系可加重至1.60 g/cm3,破乳电压高于800 V,抗温120℃,封堵突破压力为7.28 MPa,浸泡后对页岩强度影响较小,能够有效抑制页岩膨胀和封堵裂缝性地层,对于解决该区页岩气钻井过程中的井壁失稳问题具有指导意义。     

井壁稳定的化学动力学分析

钻井液体系与泥页岩井壁之间存在化学作用.但是,在钻井液研究中,各种化学作用力多以文字的形式表述出来,很少见到有系统的数学公式表达.通过研究各种化学作用力的公式,如范德华力、静电引力、平行板电势能、毛细管张力、基质吸力、渗透压及浓差极化边界阻力等,并运用这些公式,定量描述了化学驱动力的大小.同时,还引用一些实验数据,验证...     

成膜防塌液的室内研究及其应用工艺——用于解决气—液钻井转换初期的井壁失稳问题

气体钻井结束后,在替入钻井液初期,钻井液中的水相会大量快速地进入地层,引起地层中的黏土矿物吸水膨胀而导致井壁失稳或形成厚滤饼,造成起下钻遇阻复杂,解决井眼通畅问题需要花费更多的处理时间。为此,提出了气体介质转换成钻井液介质的钻井初期有效控制井壁失稳新的技术思路——成膜防塌技术。在实验室内研制了一种由高分子有机物和无机物组成的混合液体,称之为"成膜液",并进行了人造岩心浸泡、泥球浸泡、防清水渗透的室内实验,分别对比考察了岩样的分散、岩心表面成膜及其防水膜的渗水性能。实验结果表明:该成膜液能在短时间(10~30s)内在实验岩心上形成一层光滑致密的防水渗膜,能有效阻止钻井液中的水相进入实验岩心的内部,起到了防止黏土水化分散、稳定井壁和有效防止厚泥饼形成的作用。最后分别推荐了气体钻井和雾化钻井的成膜液现场应用浓度范围及其操作性强的防渗膜"涂抹"工艺方法。     

破解塔里木盆地群库恰克地区井壁失稳难题的钻井液技术

塔里木盆地群库恰克地区油气产层主要位于石炭系和泥盆系,岩性复杂,已完钻的几口探井钻进过程中共发生了200次井下复杂及钻井事故,严重影响了钻井工程进度、增加了钻井成本。采用X射线衍射仪、页岩线性膨胀分析仪等对该地区失稳井段的地层矿物组分及其理化性质进行了分析测试,结合泥页岩线膨胀率评价试验、滚动回收率评价试验、失稳井段岩石黏土矿物和全岩矿物分析,找到了井壁失稳的原因：①失稳井段泥页岩的矿物成分以伊利石为主,其次为伊/蒙间层、高岭石和绿泥石,缺失蒙脱石,岩样泥页岩膨胀率低;②井壁不稳定的原因主要是伊利石的分散作用;③现场所用水基钻井液体系滤液进入地层是导致井壁不稳定的重要原因之一。据此认为：采用抑制能力和封堵能力强钻井液是预防和减少该区块井壁失稳的重要措施,具体的技术对策包括：①筛选合适的防塌钻井液处理剂及体系;②分地层设计和使用钻井液体系。现场应用结果表明,防塌钻井液和分地层钻井液设计较好地满足了该地区钻井工程的实际要求,降低了井下复杂和钻井事故的发生概率,缩短了钻井周期,提高了钻井效率,节约了钻井成本,经济效益显著。