利用测井资料进行井壁稳定性分析

井壁稳定性问题是石油钻井工程面临的一个重大课题。利用测井资料研究井壁稳定性是一种有效的方法。文章利用声波、密度测井资料计算了岩石力学参数、岩石强度参数，在此基础上进行了地应力计算、进而确定了地层破裂压力和坍塌压力，预测了安全钻井液密度范围，为钻井设计提供参考，并可指导安全钻井。通过新疆X11井安全钻井液密度窗口的测井预测值与实际钻井液密度对比分析，证明利用测井资料评价井壁稳定性的可行性，并能准确地预报钻井液密度，具有工程应用价值。     

探井二开以下地层井壁稳定性钻前预测方法

综合分析钻井过程中通常遇到的井漏、缩径和坍塌等复杂情况,确定已钻层段的坍塌压力和破裂压力,结合神经网络理论建立地震层速度与坍塌压力、破裂压力之间的非线性映射关系,提出利用地震资料钻前预测勘探构造第1口井二开以下地层井壁稳定性的方法。中国西北地区某油田钻探某构造的YS—D井二开层段钻进过程中出现泥岩垮塌,三开层段开钻前利用该方法对三开层段坍塌压力当量钻井液密度和破裂压力当量钻井液密度进行了预测,基于预测资料调整了钻井液密度,钻进基本正常。该方法自2001年4月以来已在52口探井中成功应用。应用效果表明利用该法预测的三开层段钻头下部300m内地层的压力变化结果与实际钻井中得到的数据较为接近,达到了钻前预测井壁稳定性的要求。图3表1参25     

基于井眼坍塌角度和坍塌深度预测模型的泥岩水平段井壁稳定性评价方法

在水平井钻进过程中,泥岩水化会导致岩石强度逐渐降低。目前依据临界坍塌压力确定的钻井液密度只能维持初始阶段井眼平衡,难以保持整个钻进过程中水平井井壁稳定。为此,根据线弹性岩石力学理论,结合Mohr-Coulomb准则,建立了泥岩水化后的井眼坍塌角度和坍塌深度模型,分析不同地应力作用下井眼的破坏程度和扩径率。结果表明,井眼坍塌深度随着岩石强度衰减而增大,总体坍塌面积增大;随着岩石浸泡时间增加,岩石强度和弹性模量逐渐减小,岩石泊松比和内摩擦角逐渐增大,适时调整钻井液密度才能减少岩石强度衰减造成的井眼坍塌。在一口水平井案例应用中,利用建立的岩石强度衰减井眼扩径率模型,设计了井眼扩径率与合理钻井液密度匹配图版,根据该图版适时定量调整钻井液密度,可有效改善井眼坍塌风险。该方法可为水平井地层强度衰减的井壁稳定评价及合理钻井液密度设计提供理论依据。     

煤系地层工程录井异常预报技术探讨

通过对吐哈油田KKY区块近年来已完钻井资料的统计分析,探讨针对煤系地层的工程录井异常预报技术,其内容包括：地质＋工程参数对钻遇煤层的超前预报、地质参数对煤层的实时预报、立管压力参数曲线特征对井壁垮塌的预报、立管压力曲线特征对坍塌岩性的预报。现场应用该技术后,相继发现和预报复杂工况115次,异常预报符合率95．4％,有效地降低了卡钻事故的发生率。     

中江地区井壁力学稳定性研究

中江地区沙溪庙组地层在钻井过程中一直存在比较严重的垮塌现象，给该区钻井施工带来较大的技术难题和经济上造成较大损失。为弄清井壁稳定性机理，为该区钻井工程的设计与施工提供科学依据，文章从井壁应力状态角度出发，根据岩石力学理论分析和实验，利用钻井、录井、测井、测试、压裂等资料建立了计算中江地区沙溪庙组地层井壁力学系统合理的物理模型和计算方法，建立了该区地层孔隙压力、地应力、井壁破裂压力和井壁坍塌压力剖面，并在此基础上对井壁力学方面的稳定性进行了分析，发现在1600～1840m井段地层坍塌压力较高，与地层压力相当，出现了井壁扩大现象，井壁稳定性差，建议改进钻井液性能，降低地层坍塌压力。     

白云凹陷深水区井壁稳定性研究及应用

白云凹陷深水区是珠江口盆地重要的储量增长点,但是深水钻井安全钻井液密度窗口窄,钻井风险高,因此准确评估白云凹陷深水区井壁稳定性的规律和特点,对白云凹陷下一步的开发十分必要。针对白云凹陷深水区的钻井情况和地质特点,研究了地层压力体系特征,认为幂律模型和Eaton模型能够获得精度较高的地层密度和地层孔隙压力,得出了地层压力体系随水深的变化规律,其中地应力和破裂压力受水深影响明显。利用得到的地层压力对白云凹陷深水区的安全钻井液密度窗口进行了评估,认为白云凹陷深水区井壁坍塌风险较低,漏失风险高,主要是砂岩渗透性漏失,钻井液设计时需考虑其影响。     

涠洲12-1北油田涠二段井壁稳定性技术

控制井壁失稳是北部湾涠西南油田群钻井过程中遇到的一个难题。在钻井过程中往往出现地层垮塌、井漏、卡钻等井下复杂事故,钻井时效低、报废钻具多,作业成本居高不下,该问题近年来一直未能得到根本的解决。在涠西南油田群第1批井的钻井作业中,出现了较多的复杂情况及井下事故,作业进度严重滞后。而在进行第2批井作业之前,通过对前面已钻井的现场资料分析总结,同时开展了大量的室内实验和理论研究,进一步摸清了造成该地区井壁失稳的主要机理,并提出了具体的技术措施。通过研究成果的现场应用,该油田后期的钻井过程中井下复杂事故发生率大幅度地降低,从而解决了十多年困扰本地区钻井的井壁失稳难题。以涠二段井壁为例,介绍了井壁稳定技术的研究与应用,为同类油田控制井壁失稳提供了经验。     

深水钻井井壁稳定性评估技术及其应用

深水地层上覆岩层压力低,井眼破裂压力低,安全钻井液密度窗口窄,易发生井壁失稳,因此,准确评估安全钻井液密度窗口对深水钻井十分必要。深水地层井壁稳定性研究难点在于准确评估上覆岩层压力与建立浅层井眼坍塌压力和破裂压力计算模型,针对国外现有模型中对深水地层密度评估存在偏差的问题,从深水地层特性出发,认为深水浅层和深层处于不同的成岩阶段,应采用不同的模型进行密度评估;针对深、浅层井周应力状态的差异,分别对深水浅层和深水深层的井壁稳定性进行研究,得出了安全钻井液密度窗口计算的分段模型。利用该模型对南海某深水气田的安全钻井液密度窗口进行了评估,评估结果与实钻情况吻合,表明该模型准确、可靠,为深水钻井液密度设计提供了重要依据。     

DY地区须家河组地层井壁稳定性评价

从力学角度对DY地区井下复杂情况进行研究。结合声波时差和密度测井资料,运用ADS法间接求得现今地应力值。在此基础上,建立最小水平主应力与破裂压力的关系,并依此关系确定破裂压力的大小。运用经典岩石坍塌压力计算模型得到DY地区连续的坍塌压力剖面。通过实钻资料验证,证实了评价DY地区须家河组地层井壁稳定性方法的可行性和可靠性。     

渤中A3井井壁稳定技术研究

该文对BZ-A3井的钻井问题和井壁稳定性进行了分析和研究。BZ-A3井在钻进过程中遇到了大量的问题,并导致了两次侧钻及相应的经济损失。该文通过分析已有测井数据,建立井壁稳定岩石力学模型,进行井壁稳定性分析,发现由于使用了过低密度的钻井液,BZ-A3井及两次侧钻的井壁破坏范围大,而且井壁崩落弧长大于90°,这样就导致了较大的页岩块从井壁脱落甚至井壁垮塌,从而引起严重的卡钻问题;采用Eaton法进行了地层孔隙压力的计算,分析结果表明东营组及沙河街组存在明显超压,主要超压机制为欠压实及生烃,最大孔隙压力为1.4～1.5 g/cm3;基于孔隙弹性模型开展了水平地应力的计算,确定水平最大地应力方向为N65° E,这与该区块的地质构造和世界地应力图是一致的。该文找到BZ-A3井井壁失稳与卡钻的机理,对钻井泥浆密度提出建议,以帮助避免此类事故在今后本区块调整井钻井作业时重复发生。     

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.     

Research regarding coal-bed wellbore stability based on a discrete element model

Wellbore instability is a key problem restricting efficient production of coal-bed methane. In order to perform thorough and systematic research regarding coal-bed wellbore stability problems, a new discrete element model which fully considers the features of cleat coal-beds is established based on the Kirsch equation. With this model, the safe pipe tripping speed, drilling fluid density window and coal- bed collapse/fracture pressure are determined; in addition, the relationships between pipe tripping speed and pipe size, cleat size, etc. and wellbore stability are analyzed in the coal-bed drilling and pipe tripping processes. The case studies show the following results： the wellbore collapses （collapse pressure： 4.33 MPa） or fractures （fracture pressure： 12.7 MPa） in certain directions as a result of swab or surge pressure when the pipe tripping speed is higher than a certain value; the cleat face size has a great influence on wellbore stability, and if the drilling fluid pressure is too low, the wellbore is prone to collapse when the ratio of the face cleat size to butt cleat size is reduced; however, if the drilling fluid pressure is high enough, the butt cleat size has no influence on the wellbore fracture; the factors influencing coal-bed stability include the movement length, pipe size, borehole size.     

BZ13-1油田井壁稳定性研究及应用

位于渤海中部海域的BZ13-1油田在前期钻井中存在溢流、井漏、阻卡等较多复杂问题,制约了钻井速度。井壁稳定的力学分析方法主要利用钻井资料、测井资料、录井资料等,分析地层压力、地应力、地层强度参数的分布规律,结合岩体强度准则计算坍塌压力与破裂压力,得出钻井安全密度窗口。通过对BZ13-1油田井壁稳定性进行分析,得出了高压层、易漏失层、易坍塌层位置,并据此对开发井进行井身结构设计,分析结果在开发井钻井中取得了良好的应用效果,有效减少了钻井复杂问题。     

新型铝基防塌剂的研制及防塌作用机理

为了有效阻缓泥岩中压力传递及滤液侵入,提高泥岩井壁稳定性,研制了高效铝基防塌剂腐殖酸-铝(HA-Al)。泥岩压力传递和半透膜效率测试结果表明,腐殖酸-铝较聚合醇、硅酸钠(模数2.8)、沥青更能有效阻缓泥岩中的压力传递,较聚合醇、硅酸钠(模数2.8)更能有效提高泥岩半透膜效率。与其作用后的泥岩样品中传递1 MPa的压差需要约为20 h,较作用前的泥岩(约为1.5 h)有大幅度提高,泥岩两侧的渗透压也由初始的1.28 MPa增至3.60 MPa。借助核磁、扫描电镜(SEM)和能谱测试结果可知,腐殖酸-铝可通过在泥岩表面孔隙中形成团絮状沉淀,对泥岩表层0~1.5mm范围内孔隙进行充填封堵(封固),封堵层更为致密,腐殖酸-铝是一种高效的封堵防塌剂。     

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。     

综合录井井控监测技术应用现状及发展思考

钻井井控是石油勘探开发中的重要工作,如何实现钻井井控有针对性、有预见性,避免由于井喷失控而造成危害和损失,是石油工作者共同探讨的重要课题之一。围绕该课题,阐述了综合录井在井控中的重要性,针对起下钻与钻进过程,分析了综合录井以dc指数法为基础(成熟区有条件井可依据实测地层压力校正的dc指数),结合钻井液池体积、气测异常、钻井液出口流量与温度的变化以及相关特征参数,实现井筒压力的有效监测,确保井控安全。在此基础上,探讨了随着井控技术的发展和相应井筒检测手段研究的深入,综合录井现有井控监测技术与新的井筒井控监测技术相结合的途径,旨在提供更加可靠的井控监测技术,进而在确保井控安全的同时,实现优化钻井。     

井壁稳定问题的不确定性分析方法探讨

井壁稳定性失效是钻井工程中主要的复杂情况之一,给钻井作业带来了很大的困难和安全隐患。针对井壁稳定性问题,文中探讨了4种不确定性分析方法:蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟法、统计误差分析法、一次二阶矩法及一次可靠度法。分析发现,基于蒙特卡洛模拟法得到的结果更为保守,更有利于保持井壁稳定性。同时,对影响井壁问题的各个因素进行了敏感性分析,获取了井壁稳定性计算模型中最为敏感的因素:对于坍塌压力最为敏感的因素是最大水平地应力,对于破裂压力最为敏感的因素是最小水平地应力。研究结果有助于确定影响井壁稳定可靠度最为敏感的因素,并运用一定方法提高敏感因素的准确程度,最终减少坍塌及破裂压力预测结果的不确定性,从而提高井壁稳定的可靠度。