地震层速度法预测南海北部深水钻井安全钻井液密度窗口

针对南海北部琼东南盆地深水油气田钻井过程中窄钻井液密度窗口导致的井漏问题,建立了适合深水环境的井壁稳定分析计算模型,应用地震层速度资料对L4井的地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力进行了计算。结果表明,坍塌压力随井深增加而增大,但总体都小于地层孔隙压力,因此将地层孔隙压力作为安全钻井液密度窗口的下限。破裂压力随井深增加而增大,在海底泥面处最小,仅为1.02 g/cm3,地层孔隙压力与地层破裂压力下限的范围仅为0.021~0.092 g/cm3,最大也只有0.290 g/cm3,表明安全钻井液密度窗口窄。结合目标井的实际情况,考虑ECD、激动压力等的影响,推荐了不同层段钻井液密度范围,计算结果与实钻情况吻合,满足实际需要,表明应用层速度计算安全钻井液密度窗口是可行的。     

海洋深水钻井水基钻井液密度的预测

在海洋深水钻井条件下,不同的海水深度和温度梯度环境将对钻井液密度产生影响.因此根据不同温度和压力条件下水基钻井液密度的测量结果,建立了温度、压力影响下的水基钻井液密度计算模型.     

深水窄密度窗口地层封堵承压钻井液技术

针对深水地层压实程度低、钻井液安全密度窗口窄、易导致井漏的技术难题,以烯类单体、大分子交联剂及层状结构硅酸盐矿物等为主要原料制备了柔性颗粒封堵剂,以此为基础构建了深水抗高温封堵承压水基钻井液。室内实验证明,柔性颗粒封堵剂韧性好,抗温达160 ℃,在10%盐水中性能稳定,对渗透性岩心、裂缝及砂床均具有良好的封堵效果,显著提高承压能力;构建的深水抗高温封堵承压钻井液160 ℃老化前后流变性能稳定,黏度和切力合适,4 ℃与25 ℃下的动切力比值小于1.35,具有显著的低温恒流变特性,封堵后岩心的渗透率接近于零,承压能力达11 MPa,抗膨润土粉及氯化钠污染的能力强,保护储层效果良好,岩心渗透率恢复率大于90%。该深水抗高温封堵承压水基钻井液在南海陵水区块进行了现场应用,提高了易漏地层的承压能力,承压能力提高6～11 MPa,确保了复杂井段的钻井安全。      

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。     

一种准确预测钻井液安全密度窗口的新方法

准确预测钻井液安全密度窗口是井身结构设计和钻井液密度合理选择的前提。常用的钻井液安全密度窗口预测方法是基于Mohr-Coulomb破坏准则和拉伸破坏准则而建立的。但是,由于Mohr-Coulomb破坏准则未考虑中间主应力的影响,预测的钻井液密度偏高,不利于钻井提速和储层保护。为此,引入Mogi-Coulomb破坏准则,建立了3种地应力状态下预测直井钻井液安全密度窗口的新方法,克服了传统方法计算坍塌压力过于保守和计算破裂压力未考虑剪性破裂的不足。将其应用于川西地区H1井砂泥岩地层的钻井液安全密度窗口计算中,结果表明,新方法的预测结果较传统方法的计算结果更符合实际情况,且精度高、实用性强,对解决钻井中的井壁失稳问题有重要的指导意义。     

窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨

在深部地层及深水钻井过程中,钻遇窄安全密度窗口(即地层破裂压力与孔隙压力相关不大)的情况越来越普遍,导致井底压力控制难度加大,井底压力稍高就发生井漏,井底压力稍低就发生井涌。在窄安全密度窗口环境中,常规钻井设计由于采用各种设计系数经验值会引起钻井液密度设计不准确、套管下深设计不合理等问题。为此,在安全钻井井底压力分析的基础上,提出了用设计系数计算值代替经验值进行钻井设计的思路,并给出了考虑温度、压力影响的钻井液密度设计方法,有效提高了设计的准确性,有利于保证窄安全密度窗口环境中井下作业的安全。      

山前钻井液安全密度窗口的分层地质力学预测方法

山前地区受到多期构造运动的影响,高陡构造和复杂岩性发育,井壁失稳导致的事故复杂将严重制约钻井安全和效率,并影响固井质量。基于线弹性的常规计算模型并不适用山前地层,计算得到的钻井液安全密度窗口与现场情况存在偏差。以库车坳陷山前带的迪那2 气田为例,通过对区域地质特征和现场测、录、试井数据的关联分析,发现山前钻井事故复杂具有分层规律性。针对山前钻井特点,考虑地层温度、渗流和水化效应的叠加影响,建立适合山前直井的井周应力状态方程。在研究山前井壁失稳和破裂机理的基础上,提出山前钻井液安全密度窗口的分层地质力学预测模型。现场计算实例验证了模型的精度和适用性,该模型对山前地区后续安全高效钻井施工具有重要的指导意义。      

深井安全钻井液密度窗口影响因素

考虑钻井液渗滤造成井壁岩石孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变,推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系,建立了考虑孔隙压力、温差及孔隙度变化的深井安全钻井液密度窗口计算模型。应用模型计算结果表明:①深井钻井井壁岩石与钻井液温差一定时,随着钻井液渗滤作用的增强,井壁岩石孔隙压力增加,导致坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。②当井壁岩石孔隙压力一定时,若钻井液使井壁岩石降温,则随着温差的增加,坍塌压力减小,破裂压力增加,安全钻井液密度窗口范围变大,有利于安全钻井;若钻井液使井壁岩石升温,则随着温差的增大,坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。     

南海西部某井区安全钻井液密度窗口的确定

莺歌海盆地深水区地质条件复杂,为典型的高温高压区域,压力预测极为困难,溢流、卡钻甚至上漏下喷等问题时有发生。为解决上述问题,结合L-1井区的实钻情况和独特的地质条件,建立了一套基于地震层速度资料的地层压力预测模型。采取伊顿法计算有测井资料的深部井段的孔隙压力,对于缺少测井资料的浅部地层,则采取基于地震层速度的孔隙压力预测方法。采用邓金根法预测破裂压力,对于坍塌压力则在确定地应力后将其代入库伦摩尔准则可得。确定了L-1井区地层压力剖面从而预测出安全钻井液密度窗口,为合理设计井身结构,精准确定不同井段深度处的钻井液密度值提供科学指导。     

多场耦合作用下泥页岩地层钻井液安全密度窗口预测

在建立流-固-化耦合作用下泥页岩井壁稳定分析模型的基础上，开发了流固-化耦合作用下泥页岩地层钻井液安全密度窗口预测软件，并进行了实际应用。通过对5种钻井液的压力传递实验结果进行分析，对钻井液进行了优选，得出聚合醇钻井液最有利于稳定井壁，其次是硅酸盐钻井液。利用预测软件对W12—1N油田涠二段泥页岩进行了流-固-化耦合作用下的钻井液安全密度窗口预测。研究发现：对于钻井液水活度大于地层水活度的情况，考虑化学作用时钻井液密度窗口明显小于不考虑化学作用情况下的钻井液密度窗口；对于钻井液水活度小于地层水活度的情况，考虑化学作用时钻井液密度窗口明显大于不考虑化学作用情况下的钻井液密度窗口。     

钻井液密度窗口随钻预测理论及其工程应用

将岩石力学方法与地震勘探理论相结合,通过考察地震记录、岩石物理参数与孔隙压力之间的定量关系,建立了利用地震数据直接反演孔隙压力的模型。根据岩石力学参数地质统计特性,实钻过程中充分利用录井、钻井等实时信息,通过随机反演方法随钻预测钻头前方待钻地层的孔隙压力。依据孔隙压力反演结果进一步求取地应力、岩石强度、坍塌压力与破裂压力,通过对预测参数的综合分析,最终实现对待钻井段的安全钻井液密度窗口进行随钻预测。该方法在川东北HB探区的2口深探井进行了工程应用,现场应用情况表明该方法预测精度较高、实时操作简捷、计算过程稳定,具备良好的随钻适用性。     

神经网络技术在钻井工程事故预测、预报中的应用

工程事故预测、预报是录井技术解决现场问题的主要任务之一.由于钻井工况的多态性以及工程参数变化受各种环境因素影响的复杂性,对备类事故快速、准确的预报一直是工程事故预测、预报的难点.针对上述问题,采用具有高度非线性识别能力的人工神经网络与遗传算法相结合的方法,探讨了建立智能预报模型的基本方法,进一步阐述了如何提高预报准确度的问题,并结合工程事故预报实例检验了神经网络模型的可行性.检验结果表明,该方法能够较好地把握工程事故发生的规律,能够对工程施工过程中的各类事故进行合理预报.     

深水钻井隔水管悬挂窗口确定方法

隔水管悬挂窗口为允许隔水管进行悬挂作业的环境载荷极值条件,钻前形成悬挂窗口对于指导隔水管现场作业至关重要。提出隔水管软、硬悬挂模式作业窗口分析方法,建立隔水管轴向动力分析有限元模型,基于隔水管悬挂作业限制准则,进行不同海况条件下的隔水管悬挂窗口研究。波高周期作业窗口分析表明,隔水管硬悬挂窗口受平台升沉运动与波浪周期共同影响,波浪周期在10~16 s、20~24 s 之间的作业窗口较窄,硬悬挂自存时推荐平台艏向取45°浪向角;隔水管软悬挂窗口主要受伸缩节冲程限制,不同浪向角下的作业窗口基本相同。波浪海流作业窗口分析表明,海流流速越大隔水管悬挂允许的最大波高越小。对比两种悬挂模式下的作业窗口,软悬挂模式较大地扩展了隔水管的悬挂作业窗口。     

新型深水钻井隔水管技术进展及在我国南海应用的建议

新型深水钻井隔水管技术既可降低对钻井船的要求,也可显著减少深水钻井的作业时间,甚至无需改造和升级即可显著提高钻井船的深水能力.对近10年来国外研究与应用的新型深水钻井隔水管技术进行了概括,主要包括双梯度钻井隔水管技术,夹式隔水管与超静定集成系统,自由站立隔水管技术,高压表面防喷器钻井隔水管技术,细型钻井隔水管系统,非旋转钻杆保护器技术,非钢质钻井隔水管技术等,对部分新技术给出了适用性评价,并对深水钻井隔水管技术在我国南海的应用提出了建议.     

硅酸盐钻井液防塌机理与应用技术

利用Zetasizer3000胶体电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪以及SHM泥页岩化学-力学耦合模拟试验装置等先进的实验仪器和研究手段，初步探索了硅酸盐钻井液防止井壁坍塌的微观作用机理。研究表明，浓度为5％的硅酸盐水溶液的粒度分布较窄、颗粒较均匀，协同使用的无机盐最佳加量为3％，且粒度分布受溶液pH值和硅酸盐模数影响较大。硅酸盐胶体溶液Zeta电位为-41．O～-31．0mV，对泥岩钻屑分散体系具有很强的稳定作用；硅酸盐与泥页岩作用可以形成致密的“隔膜”，具有较理想的阻止滤液侵入和压力传递的作用。研究开发了硅酸盐钻井液配方，现场试验表明，硅酸盐钻井液流变性好，井壁稳定能力强。图6表3参11     

深水表层钻井液密度与流变参数相关性研究

钻井液流变参数和密度的确定是钻井工程中一项十分重要的工作,它直接关系到钻井工作的成败.通过实验研究钻井液密度与流变参数的相关性,参照海上表层钻井液的配方,配制不同密度的钻井液测其性能,对实验数据作图,建立了密度与流变参数的数学模式.根据数学模式就可以通过钻井液的密度来初步确定钻井液的流变参数.     

钻井液录井参数在钻井工程异常预报中的应用

通过现场录井实践及资料的分析,认为钻井液流量、体积、出入口密度、出入口温度、出入口电导率等钻井液录井参数的变化通常直接反映井下地层流体的活跃程度及井筒压力与地层压力的平衡情况,重视钻井液参数异常的预报,可以避免井喷、井漏等重大事故的发生,及时处理油气侵、盐侵、水侵,为顺利施工创造条件。钻井事故发生的可能性贯穿于钻井作业的整个过程,它是影响井身质量、钻井速度、经济效益和勘探效益的重要因素,也是威胁钻井安全的主要隐患。综合录井使钻井作业的全过程处于仪器的全天候监控之中,实现了对钻井工程异常的连续检测和量化的分析判断,从后期的被动发现到前期的主动预报,并将井涌预报细分为4个阶段;在检测和预报钻井事故、保证钻井安全方面起到了钻井监视器的作用。分析了钻井液相关事故类型与钻井液录井参数响应特征,有利于提高综合录井操作人员的现场技术水平和工程异常预报准确率,可达到保障钻井施工安全、减少投入、提高勘探开发整体效益的目的。     

煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液密度窗口的确定

在煤层中钻井时,保持井壁的稳定具有重要意义。为此,利用有限元软件分析了近井壁裂纹尖端的受力状况,比较了尖端与井壁两处应力集中的情况,结果表明,裂纹尖端受力高于井壁的应力集中约一个数量级。从断裂力学的角度,研究了近井壁裂纹的扩展,分析了裂纹扩展在节理煤岩井壁失稳中所起的作用,讨论了裂纹表面闭合、孔隙压力及井壁渗透性等因素对井壁失稳的影响。利用经典断裂力学理论即应力强度因子理论和最大周向应力准则,对近井壁的裂纹进行了抽象建模,建立了煤岩井壁失稳的判据。根据失稳判据,提出拉剪破坏压力和压剪破坏压力的概念,两者分别为节理煤层钻井液密度窗口的上下临界值,两者之间为井壁稳定,两者之外便是井壁失稳。利用山西沁水盆地的岩心数据及现场钻井资料进行了实例计算,基于常规岩石力学方法求出的破裂压力和坍塌压力分别为19.1MPa、6.4MPa,而用所建立的方法得到的上下临界压力为18.1MPa、7.6MPa。由此证明了所建立的方法得到的密度窗口小于前者,与实际情况更加相符。     

HEM聚胺深水钻井液南中国海应用实践

深水钻井在安全和环保方面对钻井液技术提出了更高的要求,如极强的抑制性,优质的润滑性,不易形成气体水合物,维护简单、操作方便、提高钻速等。为预防黏土膨胀,利用聚胺抑制剂、低分子包被剂、防泥包润滑剂及流型调节剂等材料,构建了一套强抑制的深水用HEM聚胺钻井液体系,并采用水合物软件模拟计算了抑制水合物生成的配方。HEM聚胺钻井液在南中国海成功应用15口井,对深水钻井过程中预防气体水合物的形成奠定了基础。     

深水钻井中浅层水流的预防与控制方法

浅层水流是深水钻井中常见的地质灾害之一,由此所造成的经济损失是十分巨大的。如何避免和减轻可能要面对的浅层水流灾害是一个很有挑战性的课题。因此非常有必要开展相关预防与控制方法研究。介绍了诱发浅层水流的4种机理,分别为:高压砂体机理、裂缝诱导机理、流体储藏诱导机理以及高压传递机理。根据浅层砂体的特性和浅层水流诱导机理,提出了浅层水流钻前预防方法和钻井过程中浅层水流预防方法。针对已识别的浅层水流,归纳总结了控制浅层水流发生的5种方法:提高钻井液密度、使用海底分流器、使用化学钻井液、泡沫胶结固井以及使用导管穿过浅层水流层。该研究对于深水钻井中有效地预防和控制浅层水流的发生具有重要意义。