气体钻井井斜有限元岩石应力分析

气体钻井易井斜,钻井施工主要通过调整钻具组合和钻井参数进行轨迹控制,然而在高陡构造地区,气体钻井井斜变化严重超出井身质量控制要求,为后期作业带来了严重影响。因此,气体钻井井斜变化必须考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定程度的影响,而现有的数学模型复杂,计算量大,不能真实地模拟井下钻井的力学变化。为此,利用有限元理论,建立了实体三维力学模型,可以充分考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定性的影响进行Von Mises应力计算,根据地层应力值的变化,可以直观地分析出气体钻井井斜规律。通过对该模型力学计算结果的分析表明：在相同地层倾角和岩石强度下,气体钻井井斜幅度大于钻井液钻井的井斜幅度,井壁更不稳定,钻井时更易出现井眼扩大现象;当地层倾角小于45°时,井斜具有上倾趋势;地层倾角等于45°时,井斜趋势不明显;地层倾角大于45°时,井斜具有下倾趋势。     

气体钻井井斜的原因及防斜技术

在归纳气体钻井井斜规律的基础上,对比分析了气体钻井与钻井液钻井两种情况下,地层各向异性、地层倾角、井眼几何参数及钻井参数等因素对井斜的影响。结果表明：气体钻井与钻井液钻井相比,地层各向异性显著增加是气体钻井容易井斜,且井斜后较难控制的根本原因;在中、大钻压下,井径扩大是气体钻井容易井斜的重要原因;而地层倾角、钻压、钻头切削各向异性和钻具组合对气体钻井井斜的影响与钻井液钻井相似。建议在现场推广应用空气锤、钟摆钻具组合和空气螺杆钻具组合三项气体钻井防斜技术来防止气体钻井井斜。     

欠平衡钻井条件下地层造斜特性研究

钻井实践中发现,由于对欠平衡钻井条件下的地层造斜特性不够了解,不能有的放矢地采取措施有效控制井斜。因此,欠平衡钻井条件下地层造斜特性的研究,是一项迫切需要开展的工作,对于欠平衡钻井技术的发展具有重要意义。应用有限元方法分析了不同井底压差下倾斜地层近井底岩石应力的分布状态,得出了井底压差和地层倾角对井底应力分布的影响规律;同时分析并确定了井斜趋势的判定依据,进而研究了欠平衡钻井条件对地层造斜作用的影响。结果表明,欠平衡钻井中井底保持负压差,放大了井底上倾和下倾两侧岩石应力的不对称性,增强了地层的造斜作用;地层倾角越大,这种增强作用越显著。     

空气钻井井斜问题与地层倾角的规律探讨

由于可以有效的保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优点使得空气钻井得到迅速发展,然而在一些地层的钻进过程中,使用空气钻井时出现了在钻井液钻井时不会出现的井斜问题。针对这一问题,采用弹塑性有限元法建立了空气钻井和钻井液钻井中井筒在不同地层倾角情况下的高度非线性力学分析模型,重点从岩石力学的角度分析和探讨了空气钻井中井筒岩石的应力分布、破岩趋势以及井斜与地层倾角的变化关系,得到了空气钻井的井斜规律;同时与钻井液钻井进行了比较,证明了空气钻井比钻井液钻井更易发生井斜的观点。     

本期导读

<正>由于对欠平衡钻井条件下的地层造斜特性了解不够,不能有效控制井斜。张辉等应用有限元方法分析了不同井底压差下倾斜地层近井底岩石应力的分布状态,得出了井底压差和地层倾角对井底应力分布的影响规律,确定了井斜趋势的     

气体钻井地层自然造斜力计算研究

气体钻井循环介质为气体,井底压力很小,井底岩石受力状态及对井底钻头及岩石的冷却性能等差异,造成岩石破碎方式与常规钻井液钻井的差异。常规钻井液钻井中地层造斜力的求取与气体钻井必然存在差异。以岩石力学为基础,分析了气体钻井破岩机理,认为气体钻井破岩机理不同于常规钻井液钻井,井底岩石破坏方式为体积破坏;建立了气体钻井地层造斜力的计算模型,实例计算表明该模型可用于气体钻井地层造斜力的求取,     

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在南方海相川东断褶带黄金口构造带，由于受多期地质构造运动和沉积条件的影响，地层倾角较大，在毛坝1井直井钻探过程中发现，大部分地质构造表现出了较强的地层自然造斜能力，防斜和打快形成了尖锐的矛盾，该地区的其它直井也面临同样的矛盾，严重制约了该地区的勘探和开发进程，急需寻找经济有效的钻井技术提高机械钻速。对此开展了该地区的地层自然造斜规律研究，利用反演法、统计法和参比法等，结合毛坝1井地层倾角测井解释结果和实钻数据分析，反演出了该地区的地层倾角和走向，最终得到了地层自然造斜规律，其研究结果用于指导毛坝2井的井眼轨道设计和井眼轨迹控制施工，利用地层自然造斜规律设计定向井的方位角和轨道剖面，在实际钻井过程中，充分利用地层自然造斜规律优配钻具组合和优化钻井参数以控制井眼轨迹，已取得了解放钻井参数，减少定向钻进时间，提高钻井速度的良好效果。     

气体钻井岩石应力应变场对井斜的影响分析

井斜问题是气体钻井技术应用过程中的主要技术瓶颈,因为井底负压差条件使地层岩石的视强度显著降低,一方面有利于地层岩石破碎与提高机械钻速,另一方面也容易在较短的时间内形成较大的井斜角.目前对气体钻井过程中的岩石力学特性研究甚少.以传统的井周应力模型为基础,考虑地层孔隙压力和原始地应力的作用,利用Ansys软件分析了气体钻井井周与井底岩石应力应变场分布.分析结果认为,气体钻井井底岩石应力分布的差异是造成井斜的主要原因,井眼轨迹有向最大水平主应力方向漂移的趋势.     

气体钻井井斜机理研究

气体钻井存在井斜不易控制的难题,其机理尚不明确。应用纵横弯曲BHA(底部钻具组合)分析方法和钻头与地层相互作用模型,根据实钻资料对比分析了气体钻井和钻井液钻井的地层造斜特性,进而探讨了气体钻井的井斜机理。结果表明,与钻井液钻井相比,气体钻井条件下地层造斜力和钻具降斜力都有增加,但地层造斜力增加的幅度更大,这正是气体钻井更容易发生井斜的原因。因此,建议在用气体钻井技术打直井段时,通过调整钻具组合和钻进参数适当增加钻具的降斜力,以提高井身质量。     

川东北地区井斜因素与防斜打快技术方案

直井钻探井眼易斜是制约我国川东北地区钻井速度的主要技术难题之一。分析认为地层倾角大、岩性变化大、岩石可钻性级值高以及钻井方式单一、技术措施不合理是易发生井斜的主要因素。推荐利用φ279．4大尺寸钻铤塔式钻具组合、“PDC＋单弯马达＋MWD”复合钻进、利用地层自然造斜规律以及采用自动垂直钻井技术等技术方案进行现场应用,试验效果较好。建议充分利用地层自然造斜规律,通过改变井口位置,将直井改变为定向井钻探,有效减小施工中井斜问题的困扰,提高钻探效率。     

油气钻井技术在干热岩开发中的适应性分析

干热岩地热资源潜力巨大,其开发技术主要依赖于油气钻井技术的移植。鉴于干热岩地热资源的特殊性,需要分析油气钻井技术在其开发中的适应性,以便进行改进,从而更快、更好、更经济地开发该资源。在分析干热岩地热资源地层分布特征及其与常规油气资源异同点的基础上,总结了干热岩地热资源开发对钻井工程方面的技术需求;结合当前油气资源开发在安全高效快速钻井、耐高温、高效破岩、高精度表征描述、低成本开发等方面的技术特点,分析了常规油气钻井技术在干热岩地热资源开发中的适应性,明确了可移植于干热岩地热资源开发的油气钻井技术,提出应重点研制耐高温井下工具和工作流体。研究表明,部分油气钻井技术可移植于干热岩地热资源开发,但是鉴于干热岩地热资源对钻井技术的特殊要求,还需要开展针对性的科技攻关。      

徐深气田气体钻井破岩机理的初步研究

根据气体钻井实钻情况及其与常规钻井方式的差异,借鉴前人研究成果,提出了一种新的破岩机理——内能释放破碎机理,即气体钻井依靠岩石脱离巨大压持作用而将岩石内积聚的巨大内能进行释放的破碎理论。岩石破碎过程为:原始岩石内能积聚;径向岩石受力变化产生的内能膨胀;径向岩石膨胀及微裂纹产生;钻头敲击裂纹扩展及延伸阶段;钻头齿吃入岩石并旋转使裂纹延伸;剪切岩石使其产生脆性炸裂。因此,使岩石破碎由常规钻井的塑性破碎转变为脆性炸裂。在徐深气田进行了现场实钻,初步验证了该机理的准确性。依据该机理可以进行气体钻井的优化设计以及实钻中钻头和钻井参数的优选。     

川西南地区二、三叠系碳酸盐岩断带裂缝气藏

川西南地区二、三叠系碳酸盐岩是该区天然气的主要产层之一,储集空间以孔洞为主,裂缝为通道,连通性较差.实钻证实,并下存在有较多断层,沿断带常常获气,但其与相邻气井则不一定彼此相互连通,而自成一气藏.对该区1991年前在该两系钻遇断层的井进行了研究,按断错不同层位、不同岩性接触,二、三叠系俱可分为九种不同类型的晰层,研究证明只有将二叠系茅口组断开的断层才对断带裂缝气藏具有较好的勘探价值,成功率可达47%以上,其余类型断层均不理想.     

邛崃1井氮气钻井事故分析(Ⅰ)——构成事故的重要事件

位于四川盆地西部的邛崃1井在侏罗系沙溪庙组地层实施氮气钻井时发生了恶性井喷爆燃事故,这是发生在我国的第一起氮气钻井事故,对尚处于起步阶段的气体钻井技术的发展产生了很大的负面影响,并已经导致了气体钻井应用的大幅度减少。因此,对该次事故进行系统分析并形成正确的认识将是恢复气体钻井技术良性发展的紧迫需要。为此,首先证明了地层产气量过大并非该井事故的根本原因,然后推测了构成事故的重要事件;首次发现气体钻井钻穿裂缝性气层时由于岩石突然爆碎而引发的岩石和天然气猛烈喷出的现象,并将这种现象命名为气体钻井中的"气炮式岩爆井喷",参考矿山行业术语简称"岩爆"或"岩炮"。研究结果表明:①在裂缝性致密砂岩气层中实施气体钻井时的"岩爆"现象是第一位的重要事件或根源事件;②岩爆的大量碎屑和高压气体喷入井内,并在井内反复产生堵塞和卡钻,是岩爆的诱发事件;③然而事故最直接的重要事件却是岩爆碎屑在排砂管线内的堵塞和由此产生的井口高压;④井口高压使得排砂管线爆裂并引发天然气喷出和爆燃,这是事故的直接表象。     

页岩气井脆性页岩井壁裂缝扩展机理

页岩钻井中井壁失稳是制约页岩气大规模开发的关键技术难题。阐述了页岩井壁稳定技术现状和存在的问题,借助固体力学、断裂力学和界面化学理论,建立了介质润湿特性控制的裂缝扩展模型,提出了基于润湿理论的页岩井壁稳定评价方法。研究结果表明,页岩地层钻井时水基钻井液应减小钻井液界面张力和增大钻井液与岩石的润湿角;油基钻井液应减小钻井液界面张力和润湿角,从而强化井壁围岩强度、防止页岩井壁发生垮塌。页岩地层井壁稳定性尺度效应明显,不同尺度条件下井壁围岩裂缝扩展机制各异。探索不同尺度条件下页岩井壁围岩失稳机制,对页岩气井钻井液设计具有重要的意义。      

气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置

针对现有冲蚀磨损试验方法和试验装置不能模拟实际气体钻井过程气体携岩冲蚀钻具的问题,开发了气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置。该装置由风机、送风管、加料管、混合室、加速管、试验管、连接管、旋风分离器、尾管、水箱、气体流量计等组成。它能模拟气体钻井过程中,不同气体排量、机械钻速等钻井工艺参数及不同属性岩屑对钻具冲蚀磨损的情况,具有结构简单、管道封闭、不污染环境、运行噪声小等特点;也可以开展管道气固两相流的相关试验研究。     

应用空气锤钻进提高钻速机理分析

气体钻井是目前国际上迅猛发展的一项技术,被广泛应用于钻井提速、降低成本、保护油气藏等方面。在气体钻井中应用空气锤能够改善钻井性能,提高钻速。从空气锤钻进过程中井底岩石的力学性质、冲击旋转的钻井方法以及清洁井底方面分析了提高钻速的原因,并结合实验室岩石破碎状态,对空气锤钻井破岩特点进行分析,得出提高钻速得利于井底负压、高频冲击动载及清洁的井底。     

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。     

南堡油田酸化解堵实验研究

冀东南堡油田1、2号构造东一段(Ed1)砂岩储层在钻井过程中,钻井液漏失量较大,对油气层造成了严重污染和堵塞,造成在钻井时有良好油气显示,完井生产时没有油气产量或产能很低。在模拟地层条件下,在室内进行了酸化流动实验研究,对比评价了多种酸液体系。以实验结果为依据,综合考虑储层矿物组成和流体性质,确定多氢酸体系作为钻井液污染酸化解堵处理酸液。     

基于灰色关联分析的川西深井钻头选型测井研究

测井资料在油气钻井工程中的应用正日益拓宽。川西地区砂泥岩互层发育,石英砂岩地层岩性致密,局部含砾岩层,岩性在纵横向上差异较大。同一构造相同地层的不同井机械钻速明显不同,特别是须家河和小塘子组地层,石英含量高、岩石硬度大、研磨性强,导致川西深层气藏的钻探成本较高。本文从测井资料中提取地层抗钻参数,采用灰色关联分析方法,结合实钻资料,优选适合川西深井砂泥岩地层的钻头类型。应用表明,该法计算简单,实用性强,有助于井场提高机械钻速。