大庆致密油井页岩井壁稳定性实验研究

大庆致密油区块青山口组、泉头组页岩容易发生井壁失稳情况。目前用于评价页岩井壁稳定性的常规方法为热滚分散和线性膨胀实验。此类实验通常存在人为缺陷,会误导对页岩膨胀活性的认识和配伍性流体的选择。采用更接近井下地层条件的3种实验方法（多级三轴应力实验、压力传递实验（PTT）、厚壁圆筒实验（TWC））,对大庆致密油页岩进行研究。通过多级三轴应力实验,绘制摩尔-库伦破坏包络线,确定了维持井壁稳定性所需钻井液密度。压力传递实验反映了特定流体系统中所预期的钻井液压力侵入速率和孔隙压力升高的延迟情况。厚壁圆筒实验研究了过平衡压力下暴露在钻井液中的岩心样品的破坏特性。这3种实验方法,模拟了在钻井过程中钻井液对井下页岩地层应力的影响,对研究井壁稳定性的影响因素更具指导意义。     

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。     

适用于硬脆性泥页岩的钻井液井壁稳定性评价方法

为了提高硬脆性泥页岩的井壁稳定效果,通常强调钻井液的封堵能力,而未考虑钻井液水化作用对泥岩力学强度的影响。在传统钻井液封堵性能评价方法的基础上,重点考察了钻井液对岩石力学强度的保持能力,开展了钻井液水化作用对岩石抗压强度、抗张强度以及地层坍塌压力增量影响等评价实验,形成了一套适用于硬脆性泥页岩的井壁稳定性评价方法。结果表明,优良的井壁稳定性能不仅要具备较低的渗透封堵滤失量、良好的延缓压力传递能力,对岩心裂缝较高的封堵率,而且要具有较强的岩石力学强度保持能力(钻井液作用后岩石力学强度降幅最小,且地层坍塌压力增量最低)。建议初步开展PPT渗透封堵实验、压力传递实验及岩心裂缝封堵实验等,初选性能较好的钻井液配方,再进行钻井液作用对岩石力学强度的影响实验,结合钻井液作用对坍塌压力、破裂压力的影响分析,进一步确定井壁稳定钻井液最佳配方。该套评价方法从岩石力学角度全面评估了钻井液的井壁稳定性能,为体系的优化提供了借鉴。     

硬脆性泥页岩井壁稳定渗流-力化耦合研究

硬脆性泥页岩发育弱面结构且具有水化特性,易造成钻井过程中井壁失稳问题。在室内定量分析了钻井液对岩石弱面强度、基体强度、孔隙空间的影响程度。基于实验结果,利用线弹性理论和单一弱面准则,建立了考虑弱面结构、水化和渗流作用的渗流-力化耦合井壁稳定模型。实例计算表明：弱面结构的存在使得坍塌压力上升;弱面结构产状变化,造成坍塌压力分布复杂,不再存在单调变化的井斜方位;渗流应力变化对钻井初期坍塌压力影响较小,但在后期影响明显。该模型能准确地计算硬脆性泥页岩地层坍塌压力,对钻井工程有一定指导意义。     

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。     

高温高压泥页岩井壁稳定评价装置的研究与应用

从力化耦合角度研究了泥页岩的井壁稳定性,分析了目前室内用于评价井壁稳定性的实验方法、实验装置以及它们的优缺点。在此基础上研制了评价泥页岩井壁失稳的新型实验装置,并建立了相应的实验方法。利用新型实验装置完成人工井壁模拟实验、水力压力传递实验、化学渗透实验,为仪器的进一步完善提供实践基础。应用结果证明,该装置能够用于指导钻井液体系的优化,有助于稳定井壁、减小井下复杂事故的发生、缩短建井周期、降低油气资源勘探开发成本,进而带来巨大的社会效益和经济效益。     

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。      

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。     

渤海中深层井壁稳定流固耦合研究

渤海湾深部地层中存在大量的硬脆性泥页岩,易发生井壁失稳问题。鉴于此,将硬脆性泥页岩视作多孔弹性介质,探讨了流固耦合作用对井周岩石的应力和变形场的影响规律,建立了渗流-应力耦合作用下井壁稳定计算模型,在此基础上,分析了钻开时间对硬脆性泥页岩井周破坏的影响规律。研究结果表明:钻开瞬间,在最小地应力方位井壁内部附近孔压急剧升高,井周破坏首先出现在井壁内部;随着时间的延长,破坏程度呈现先降低后增长的趋势;在工程上可通过加强钻井液的封堵性或调整优化钻井液密度与流变性能,控制液柱压力向井周的扩散。所得结论一定程度上揭示了硬脆性泥页岩地层井壁失稳机理,对提高深层油气资源的勘探开发效率具有重要意义。     

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。     

大庆油田页岩油水平井钻井提速技术

针对大庆油田古龙区块页岩油水平井钻井过程中存在井壁易失稳、摩阻扭矩大和钻井周期长等技术难点,以大庆页岩油高效快速开发为目的,分析了该区块地层特点和钻井施工难点,优化了三开井身结构,确保页岩目的层施工安全;根据实钻经验及现有技术水平,对井眼轨道进行优化,降低施工难度;针对二开直井段缩径、三开造斜段和水平段钻井周期长等问题,进行了井壁修整工具、旋冲螺杆钻井工具、清砂接头和水力振荡器等工具研究,并进行了钻井参数优化,形成了大庆油田页岩油水平井钻井提速技术。该技术在大庆油田古龙区块3口页岩油水平井进行了现场试验,平均完钻井深4 691 m,平均机械钻速19.03 m/h,机械钻速提高53.7%,平均钻井周期35.23 d。研究与现场试验表明,大庆油田页岩油水平井钻井提速技术可为大庆油田页岩油高效开发提供技术支撑。      

大庆油田侧斜井井壁失稳预防技术

针对侧斜井施工过程中易发生井塌事故这一现状 ,研究了大庆油田侧斜井上部嫩江组n3～n4地层岩性性质及井壁失稳机理。通过室内和现场试验对修井液处理剂 :高聚物絮凝剂、防塌剂、降滤失剂等进行测试、优选 ,确定了侧斜井修井液密度 ,并复配出M 10 1防塌修井液。现场试验证明 ,该修井液具有独特的流变性 ,抑制防塌效果好 ,性能稳定 ,滤失量低且与地层配伍性好 ,携砂能力强 ,保证取套侧斜施工顺利进行。     

大庆长垣扶余致密油水平井测井解释

对大庆长垣扶余致密油藏水平井、导眼井或邻井测井和取心资料分析,搞清了水平井与直井的测井响应特征和差异,建立了井眼轨迹与地层几何关系确定方法和步骤。在"七性"参数评价成果基础上,总结了水平井甜点段、射孔位置划分原则和方法。通过对扶余油层已试20口水平井产能影响因素分析,优选水平段长度、有效孔隙度、含油饱和度、脆性指数和砂体厚度等参数,采用类比法建立了水平井产能预测模型。研究成果对水平井射孔位置、压裂段确定等工程设计提供了重要依据,对大庆长垣扶余致密油增储上产具有重要意义。     

大庆页岩油脱氮工艺实验研究

大庆页岩油用作催化裂化(FCC)原料时,因其碱性氮含量高,会降低催化剂活性和选择性,因此,在进入催化裂化装置前要进行脱氮预处理。大庆页岩油脱氮工艺是将大庆页岩油与自制脱氮剂在反应器内充分混合反应后,再经沉降器和聚结塔分离页岩油和氮渣的过程。考察了剂/油质量比、反应时间、沉降时间、反应温度和聚结塔床层空速对大庆页岩油脱氮效率的影响。结果表明,大庆页岩油脱氮工艺适宜的操作条件为剂/油质量比0.03、反应温度70℃、反应时间10 min、沉降时间180 min、聚结塔床层空速0.5 h^-1。在该条件下,大庆页岩油碱性氮质量分数从3775 μg/g 降为365 μg/g,可作为催化裂化原料。     

松辽盆地陆相致密油井壁失稳机理及钻井液对策

大庆油田松辽盆地北部为陆相致密油资源,在勘探开发中存在井壁失稳难题,制约着致密油的高效开发。因此,采用扫描电镜和X-衍射分析对地层岩心的微观结构和黏土矿物成分进行分析,并对其水化特性进行研究,从而分析了大庆油田致密泥岩油地层井壁失稳机理。通过研究钻井液抑制性、封堵能力、理化参数和泥饼质量对井壁稳定性的影响,最终研发了一套氯化钾低聚胺基钻井液体系。室内实验表明,该钻井液体系的抗温达120 ℃,极压润滑性系数小于0.12,滚动回收率大于96%,能抗10%膨润土侵,在大庆油田致密油区块现场应用20口井,井壁稳定效果良好,水平段平均井径扩大率小于6%,固井优质率大于90%,起下钻、下套管作业顺利。研究成果表明,氯化钾低聚胺基钻井液体系能够有效提高松辽盆地陆相致密油地层井壁稳定性,为提高大庆油田致密油开发效率、降低井下复杂事故提供了技术支撑。      

高性能水基钻井液在大庆油田致密油藏水平井中的应用

针对大庆油田中浅层致密油藏水平井钻井过程中常发生造浆、缩径和剥落掉块等问题,在对致密油储层岩心进行电镜扫描、铸体薄片分析等的基础上,利用聚胺、聚合醇的"两元协同"作用提高钻井液的抑制性,利用常规物理封堵与聚合醇化学封堵相结合的"双效"封堵作用提高钻井液对微裂缝的封堵能力。采用宏观与微观相结合的抑制性评价方法优选了聚胺抑制剂,并选用与其具有良好配伍性的聚合醇等处理剂,形成了抑制性突出、封堵能力强和润滑性良好的高性能水基钻井液。室内试验结果表明,高性能水基钻井液泥页岩滚动回收率大于95%,缝宽10~50 μm的微裂缝累计出液量小于2 mL,极压润滑系数仅为0.10。该钻井液在大庆油田致密油藏的9口水平井进行了应用,均效果显著,其中龙26-平9井的井径扩大率仅为9.31%,最高机械钻速达10.58 m/h。研究表明,高性能水基钻井液能够满足大庆油田致密油藏的钻井需求。      

大庆油田页岩油水平井钻井液技术

为了解决大庆油田齐家-古龙区块页岩油水平井井壁失稳的问题,对古龙区块地质特征、施工难点和失稳机理进行总结分析。针对施工中遇到的井壁稳定、钻井液流变性控制、井眼净化等油基钻井液技术难题,提出相应的技术对策。优选SFD-1、无荧光防塌剂BY和Soltex等关键封堵处理剂,并对目前使用的油包水钻井液配方进行优化和室内评价。实验结果表明,优化后的钻井液具有良好的性能,高温高压滤失量小于3 mL,抗岩屑侵可达30%。该钻井液技术在大庆油田古龙区块**2HC井进行现场试验,施工顺利,井下无复杂事故发生,能够解决长水平段井眼失稳问题,在大庆油田页岩油勘探开发中具有应用前景。      

大港油田页岩油水平井钻井液技术

针对大港油田沧东凹陷和歧口凹陷页岩油水平井水平段钻进过程中存在的井壁易失稳、井眼清洁效果差、摩阻和扭矩高等技术难点,在分析页岩油地层地质特征的基础上,制定了增强钻井液抑制性、封堵性和携岩性的技术对策,通过优选封堵剂、润滑剂等关键处理剂,形成了BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale强抑制强封堵高性能水基钻井液...     

大港油田页岩油水平井钻井关键技术

大港油田沧东凹陷页岩油水平井钻井过程中面临着破岩效率低、井眼轨迹控制难度大、摩阻扭矩大、完井管柱下入困难等技术难题,影响了页岩油的勘探开发效益。为了解决这些问题,进行了激进式水力参数设计、异形齿PDC钻头研制、深层水平段高效钻井技术、旋转导向井眼轨迹控制技术、强抑制强封堵高性能水基钻井液技术和旋转引鞋+旋转下套管工艺等技术攻关研究,形成了大港油田页岩油水平井钻井关键技术。该技术在13口页岩油水平井进行了现场应用,平均机械钻速13.16 m/h,钻井完井周期50.62 d,井下故障时效低于0.1%,均创造了大港油田的钻井纪录。研究与应用表明,大港油田页岩油水平井钻井关键技术为沧东凹陷页岩油高效勘探开发提供了技术支撑,也为国内页岩油水平井安全高效钻进提供了借鉴。