井壁稳定性传统方法与有限元数值模拟对比研究

钻井过程中的井壁失稳不仅增加了钻井作业的难度,而且难以保证固井质量.井壁坍塌是井内钻井液液柱压力过低不能对井壁提供足够的支撑所致,井壁发生破裂的原因是由于井内钻井液液柱压力过大.为保证钻井过程快速、安全地进行,用传统方法建立模型,并运用ANSYS进行有限元数值模拟.通过两者对比研究,得出满足现场工程实践中可以应用的钻井液密度值.     

高密度钻井液致地层坍塌机理分析

为研究高密度钻井液导致井壁坍塌的机理,分析了直井的井周应力分布规律,以及径向、周向和垂向应力随钻井液液柱压力的变化规律,得出当提高钻井液密度时,井壁沿水平最大地应力方位易发生剪切破坏;基于井周应力分布特点和Mohr-Coulumb强度准则获得了井壁最大、最小主应力分别是径向、周向应力和垂向、周向应力两种情况下的坍塌压力解析表达式,并通过一口高压井实例分析了井壁坍塌压力随井深的变化规律,证明钻井液密度过高时会导致井壁坍塌.研究结果可为钻井液密度安全窗口的设计提供理论依据.     

煤岩坍塌的特殊性及钻井液对策

在煤层气钻井中，煤岩坍塌造成接单根困难，起下钻遇阻遇卡，蹩泵等事故和井下复杂，通过煤岩力学性能测试和结构构造特征分析，分析了煤岩失稳的特殊性及钻井液和其它因素的影响，确定了煤层钻井的钻井技术液技术对策。优选出钻井液体系及配方，应用表明钾铵聚合物钻井液能有效地防止煤岩井壁失稳。     

天然气超深井井底压力计算与应用

钻井液喷空后的井底压力可以精确计算,为正确地保证井底压力大于或等于地层压力提供了科学的数据。钻井液喷空后的深井超深井的天然气井,关井后的静气柱压力不是很小。井内有钻井液(或修井液)井底进入天然气时,井底压力在合理地处理井内天然气在井内的运移(体积法放压法)与二次循环法压井循环出进入井内的天然气是相同的,为钻井井控现场为避免压裂套管鞋处或地层压力低的地层提供了可靠的依据。     

适用于北部湾盆地易坍塌地层的水基钻井液研究

北部湾盆地存在大量易垮塌的复杂地层,钻井过程中容易发生井壁失稳问题.针对北部湾盆地W油田主要目的层的实际情况,为解决井壁失稳问题,减小对储层的伤害,研究改进水基钻井液配方,形成新型水基钻井液体系和储层改造液.实验测试结果显示,新型水基钻井液体系具有良好的封堵性、抑制性和携砂能力,有利于井壁稳定;储层改造液对储层岩心具有...     

水基钻井液侵入对乌石YQ油田地层坍塌压力的影响

水基钻井液与地层相互作用易引起测井数据失真,导致据此计算出的坍塌压力不能反映地层真实情况.为此,提出了声波时差测井资料的校正方法,并针对乌石YQ油田开展了单井原状坍塌压力计算及井壁失稳分析.室内试验结果显示,钻井液会造成岩石理化性质发生改变,其中声波时差加大尤为明显.通过校正得到原状地层声波时差,进一步获得未受钻井液影响的原状地层坍塌压力.同时,WZ2段地层因水化能力强而致整体坍塌压力增大,LS2段、LS3段泥页岩微裂缝发育,坍塌压力增幅与泥质含量成正相关.建议在WZ2段地层加强水化抑制性,在LS2段、LS3段地层加强水化抑制性及封堵性能.     

复合盐层多元协同稳定井壁钻井液技术

复合盐层性质复杂,钻井过程中易发生井壁失稳．通过分析多个地区复合盐层的矿物组成、微观结构、理化性质及界面力学特性,探讨了井壁失稳机理．结果表明,地层孔隙和微裂缝发育、盐岩蠕变及溶解、膏泥岩水化是造成复合盐层井壁失稳的关键原因．提出了强化钻井液封固井壁作用-抑制盐膏溶解与膏泥水化-水活度平衡-有效应力支撑“多元协同”稳定井壁钻井液技术对策．依据水活度对泥岩水化膨胀和分散的影响规律,明确了钻井液水活度安全窗口的设计依据．针对中东地区M油田、乌兹别克斯坦H-S油田以及中国新疆地区复合盐层井壁失稳问题,采用“多元协同”稳定井壁技术对策,设计了相应的防塌钻井液体系．现场应用表明,该技术可有效提高复合盐层井壁稳定性,大幅减少井下复杂事故,提高钻井作业效率．     

谢凤桥油田红花套组定向井钻井方位确定研究

定向井钻井方位的确定是定向井钻井成败的关键。通过对定向井井壁周围应力的分布情况分析,依据库伦-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,建立定向井井壁坍塌压力和破裂压力计算模型,并据此编制了定向井井壁稳定性分析软件。通过对谢凤桥油田地质、钻完井和测井资料的分析,确定了红花套组地应力大小及方向,并利用所编制的软件对不同钻井方位、不同井斜情况下定向井井眼稳定规律进行了模拟研究,最终确定沿最小水平主地应力方位钻井安全系数最高。     

临56区块钻井液配方优化及应用

通过对处理剂进行优选,优化了钻井液体系配方,研发了聚胺强抑制防塌钻井液体系,配合现场钻井液维护处理工艺,解决了临56区块钻进过程中存在的起下钻遇阻和井壁失稳的难题,保证了该区块定向施工的顺利进行,提高了机械钻速,缩短了钻井周期,为该区块安全及高效钻井提供了有力的技术保障。     

裂缝性储层最大下钻速度确定

针对塔中Ⅰ号气田碳酸盐岩储层压力敏感、孔隙发育,安全密度窗口窄,一般为(1.20 g/cm3~1.23 g/cm3)。当下入钻具过快使井内液柱压力大于地层压力时,钻井液很容易透过裂缝、孔隙、裂缝—孔隙、溶洞发生漏失,这种情形下的漏失往往是有进无出,导致循环失返。通过建立地层破裂压力和瞬态波动压力模型,求出不同泥浆密度的下钻速度。文章以TH62-X井为例预测了不同井深处下钻速度。     

玉北地区钻井液技术

针对玉北地区古近系膏岩层易蠕变缩径、二叠系火成岩地层易垮塌掉块、奥陶系灰岩地层易漏,导致的钻井周期长、机械钻速低、复杂情况多等问题,优选了适合各开次的钻井液体系。一开选用膨润土聚合物体系,利用其高膨润土含量解决地表流沙层的井壁稳定与井眼清洁问题;二开选用KCl聚磺钻井液,通过强化钻井液的抑制封堵能力与抗污染能力解决了因泥岩段水化膨胀、砂岩段形成虚泥饼造成的阻卡问题,实现了井壁稳定;三开选用KCl聚磺防塌钻井液,解决了高密度钻井液的抗污染问题,实现了深部地层的快速钻进;四开选用低固相聚磺钻井液,大幅度提高了深部地层的钻进速度。     

小井眼侧钻水平井波动压力计算模型

石油钻井过程中,准确确定起下钻引起的波动压力是保持井下压力平衡、防止井下复杂事故的发生和实施近平衡钻井的关键。随着近年来小井眼水平井钻井技术的不断应用,迫切需要解决钻小井眼水平井时的波动压力的计算问题。文中根据小井眼水平井的特点,用Ｈ－Ｂ模式描述钻井液的流变性,从流体运动的基本方程出发,建立起了小井眼侧钻水平井的波动压力计算模式。实例计算表明,该模式是可靠的,且具有较高的计算精度,完全可以用于小井眼侧钻水平井的钻井设计和施工。     

彰武地区稠油井产出液井筒流动规律研究

基于热量传递原理和井筒多相管流理论,建立了彰武地区稠油井产出液沿井筒流动与传热的数学模型,计算了产出液沿井筒的温度分布和压力分布以及产出液的粘度随井筒的变化规律.计算结果表明井筒上部温度较低,不利于原油的流动,采用电加热以后,井筒温度得到了提高,改善了原油的流动性.井筒压力基本上呈线性分布;含水率对产出液温度稍有影响,但幅度不大,含水率越高,产液温度就越高,流体粘度就越低,就越利于油井生产.     

井壁稳定性的断裂损伤力学分析

为了研究石油工程中的井壁失稳问题,将断裂力学和细观力学相结合,给出了一种新的计算方法.根据断裂力学和微观损伤力学原理,研究了脆性岩石中含微裂纹的扩展条件、扩展方向和变形机理.由井壁附近的应力状态和岩石破坏准则,建立了井壁坍塌和地层破坏的力学计算模型,并对井壁稳定性的问题中的井壁坍塌和地层破坏进行了定量的分析,确定了钻井液密度的范围.所给出的计算结果与传统的油井工程中采用的摩尔-库仑准则所得出的结论相同.同时通过细观力学分析和考虑岩石断裂韧性的影响,提出了岩石的内禀断裂应力的概念.此概念将揭示岩石变形机理的本质,并为钻井工程设计提供理论参考依据.     

斜井坍塌压力计算公式的理论研究

采用经典弹性力学理论,解析斜井井壁上的三向主应力.利用Mohr - Coulomb准则研究井壁岩石发生剪切破坏的条件,建立斜井井壁坍塌压力的求解方程,并给出了垂直井和水平井情形下井壁坍塌压力的解析公式.     

动边界影响的低渗双重介质油气藏试井解释模型

从低渗透油气藏的开发以及试井工作的实践可知,低渗透油藏中流体的渗流存在启动压力梯度,试井曲线往往表现为不易出现径向流直线段或不出现径向流直线段,其压力波传播的特点是流体动边界不断向外扩展.针对这种情况,首先建立了考虑井筒储存和表皮效应影响的低速非达西渗流定产量生产的固定边界数学模型,用格林函数法求出了井底压力的拉普拉斯空间解;然后根据流体从静止到流动所需的启动压差确定不同时刻的动边界半径,再用固定边界模型计算井底压力与时间的关系,以此作为动边界模型的一种数值逼近.用Stehfest数值反演算法绘制了井底无因次压力与无因次时间关系曲线,讨论了动边界、启动压力梯度、储容比和窜流系数对井底无因次压力的影响及非达西渗流与达西渗流时井底压力动态的差别.     

吐哈油田玉果区块防塌钻井液技术研究

针对吐哈油田玉果区块深层复杂泥页岩地层,选取代表性泥页岩岩心,通过X射线衍射、扫描电镜、水化膨胀/分散、比表面积、比亲水量等测定,对该油田岩样进行了地层组构和理化性能分析,分析了该区块深部复杂地层井壁失稳的机理,提出了"物化封堵-抑制水化-有效应力支撑"的三元协同防塌钻井液技术对策。通过单剂优选和配方优化,研制出了适合玉果区块复杂地层的防塌钻井液体系。现场试验表明,该钻井液体系防塌、封堵能力强,钻井液维护处理简单,使用该钻井液可以显著提高机械钻速,节约成本。     

罗681井高密度钻井液技术

罗681井是罗家鼻状构造带罗68断块的一口评价井,完钻井深3860m．该区块地质构造复杂,施工过程中先后钻遇沙三断层、盐膏层、高压油气层、地下水层及沙四段等多套压力体系,经常出现井壁坍塌、井漏和井喷等复杂情况,施工难度和风险系数都比较大．通过使用聚合物防塌钻井液体系和聚磺防塌钻井液体系,配合相应的泥浆工艺和工程技术措施,预防了复杂情况的发生,施工中井壁稳定,井下安全,井径规则,满足了施工要求,也为本区块其它井的施工提供了详实的工艺参数．     

塔河油田氮气与水混注时井筒压力分布计算

对于气水混合注入井井筒压力的计算,通常是将两相流经修正后近似为单相流处理。将气、水两相分开处理,考虑两相界面效应,建立不同气水比注入条件下的井筒压力计算模型,并根据储层压力对井底流压的影响给出模型的边界条件,最后编程求解井筒压力分布。实例验证计算压力与实测压力的相对误差小于3.56%,平均相对误差为1.71%,均在合理误差范围内。     

塔河油田长裸眼井段聚胺钻井液研究及应用

塔河油田长裸眼井段钻井过程中井壁稳定问题突出。通过分析代表性岩样的组构和理化性能,结合现场施工情况,初步确定塔河油田长裸眼井段井壁失稳机理,提出相应的钻井液技术对策:以聚胺强抑制剂为关键处理剂,分别针对塔河油田上、下部地层特征,室内优化出2套防塌钻井液配方。其中上部地层为聚胺聚合物钻井液体系,可分别抗(质量分数)10%NaCl、5%劣土、1%CaCl₂、1%CaSO₄ 的污染,岩屑回收率大于75%;下部地层为聚胺聚磺钻井液,可分别抗(质量分数)5%NaCl、5%劣土、1%CaCl₂、1%CaSO₄ 的污染,岩屑回收率大于85%。现场应用结果表明,优化的聚胺聚合物钻井液能有效抑制上部地层的水化膨胀,试验井段平均井径扩大率为4.47%;聚胺聚磺钻井液能有效防止下部地层的剥落掉块,提高井壁稳定性,试验井段平均井径扩大率为9.42%,有效解决了长裸眼井段的阻卡、剥落掉块等问题,提高了钻井综合效益。