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。     

莺歌海盆地DF13-1气田井壁稳定性研究

DF13-1气田是高温高压气田,温度会对井壁稳定产生很大影响。传统的井壁稳定模型多未考虑温度的影响,为研究东方13-1气田的井壁稳定,在室内试验的基础上研究了该气田地层强度纵向分布规律,建立了考虑温度效应的井壁稳定分析模型,分析了温度对井壁稳定性的影响。指出在DF13-1 气田钻井最大的挑战是井
壁温度降低使破裂压力大幅降低,从而导致钻井液漏失,而钻井液密度过低又无法压住地层高压,准确预测地层破裂压力是DF13-1气田安全钻井的关键。在高温高压储层钻井时,考虑井壁温度变化的影响能提高安全钻井液密度窗口预测精度,对实际钻井具有指导意义。     

高温高压储层安全钻井液密度窗口确定技术

井壁温度变化和井壁渗流对高温高压储层安全钻井液密度窗口的影响不容忽视,而确定钻井时安全钻井液密度窗口的常规方法中没有考虑井壁温度变化及井壁渗流的影响,为安全钻井带来了隐患。为此,依据孔隙热弹性小变形应力叠加原理,从附加温变应力场以及附加渗流应力场作用下井周应力场计算出发,结合地层的强度准则,建立了综合考虑井壁温度变化及井壁渗流情况下高温高压储层坍塌压力、破裂压力的计算模型,并分析了井壁温度变化及井壁渗流对安全钻井液密度窗口的影响规律。为高温高压储层安全钻井液密度窗口的设计提供了依据。     

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。     

四川气田GM区块地层三压力剖面建立及应用

地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面是钻井井身结构优化设计及安全钻井液密度窗口确定的基础。利用测井方法计算三压力剖面,结合现场实测三压力数据,建立了GM区块地层三压力剖面;在充分认识三压力剖面特征基础上,开展了GM区块井身结构优化及安全钻井液密度窗口制定。研究提出,该区针对须二目的层的钻井具备三开制井身结构优化条件,同时指出前期钻井以地层孔隙压力为依据制定钻井液密度存在不合理处,推荐J3p-T3x5段地层采用微超地层坍塌压力设计钻井液密度较为合理,T3x4段以深地层采用微超地层孔隙压力设计钻井液密度较为合理。研究结果为GM区块钻井工程设计及现场施工提供了科学依据,经现场应用,提高了钻井效率、降低了钻井成本,取得良好经济效益。图2表1参10     

深水浅层安全钻井液密度窗口预测技术及工程应用

深水浅部地层成岩性差,井眼易塌、易漏,钻井液安全密度窗口窄,安全钻井液密度窗口的精确预测是深水钻井作业安全和成功的关键。通过分析水深浅部地层地应力、成岩特征,提出了深水地层密度分段预测方法,并据此确定了深水井的3个地应力纵向剖面(上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力);建立了深水浅层塑性地层井壁坍塌压力极限应变计算模型,实现了深水浅层安全钻井液密度窗口的精确预测,并在西非赤道几内亚湾深水S1井进行了应用,确定了S1井的钻井液安全密度窗口,保障了该深水井的安全快速钻井。     

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。     

温度对岩石力学特性及井壁稳定性的影响

高温下地层岩石力学特性会发生明显转变,因此井壁稳定分析时需考虑温度的影响。文章开展了不同温度下岩石三轴压缩试验,分析计算了井壁当量坍塌压力和破裂压力随温度变化规律。试验结果表明,抗压强度和弹性模量均随着温度升高而逐渐降低,而泊松比随着温度升高先升高后降低。利用Mohr-Coulomb准则、MogiCoulomb准则和拉伸破坏准则分析了不同温度下井壁当量坍塌压力和当量破裂压力,结果表明随着温度降低,当量坍塌压力降低的幅度小于当量破裂压力降低幅度,安全钻井液密度范围逐渐变窄;随着温度升高,当量坍塌压力升高的幅度小于当量破裂压力升高幅度,安全钻井液密度范围逐渐变宽。由于M-C准则未考虑中间主应力σ_2的影响,所得结果较保守;随着温度升高,安全井眼轨迹分布区域略微减小。     

温度及渗流对疏松砂岩储层钻井液密度窗口的影响规律研究

在井壁稳定分析中,将疏松砂岩储层作为孔隙介质,依据孔隙热弹性小变形应力叠加原理,建立温度及井壁渗流等多种因素影响下,疏松砂岩储层井眼周围有效应力计算模式,结合井壁岩石破坏准则,给出了地层坍塌压力、破裂压力计算模式,研究了温度变化和井壁渗流等因素对安全钻井液密度窗口的影响规律,为确定疏松砂岩地层的安全钻井液密度窗口提供理论依据.研究结果表明,随着地层渗透性增大,地层破裂压力降低,坍塌压力升高,安全钻井液密度范围变小;井壁温度降低,地层坍塌压力和破裂压力同时降低,安全钻井液密度范围变窄;井壁温度升高,地层破裂压力和坍塌压力同时升高,安全钻井液密度范围变宽.但在温度降低及井壁渗流综合影响下,地层承压能力大幅下降,地层坍塌压力也降低,为了保证钻井安全,应适当降低钻井液密度.     

考虑温度效应的高温高压直井井壁稳定性规律

海外A区块探井的高温高压井段因频繁发生井漏、卡钻等井下复杂情况,井壁不稳定,导致原井眼报废。根据经典的坍塌压力和破裂压力计算模型,钻井液安全密度窗口为0.2 g/cm3,但实际作业过程中发现在高温高压井段安全密度窗口更窄。由于温度变化产生的温变应力会对井壁稳定性造成影响,因此考虑井壁温度效应,探索了温度变化对高温高压直井井壁稳定性的影响。通过分析井壁附加温变应力场,建立了考虑温度效应的坍塌压力和破裂压力计算模型,发现了温度变化对井壁稳定性的影响规律。低温钻井液在高温地层循环产生的附加温变应力,使地层坍塌压力和破裂压力减小。该方法为该区块后续生产井的顺利实施提供了技术支撑,相比探井,钻井周期大幅缩短。考虑温度效应的地层坍塌压力和破裂压力计算模型,对今后窄安全密度窗口高温高压直井的井壁稳定性研究具有参考价值。     

定向井坍塌压力上限对钻井安全密度窗口的影响

一般钻井安全密度窗口通过计算坍塌压力与破裂压力确定,钻井液密度过低会引起井壁坍塌。实际钻井情况反映,钻井液密度超过坍塌压力上限也会造成井壁坍塌。结合井壁成像测井,分析了高密度钻井液下的井周应力状态,建立了σ_z'＞σ_r'＞σ_θ'模式的坍塌压力上限计算模型,推导得出了直井的解析表达式与定向井的数值计算方法。结果显示:不论直井或定向井,对于强度低于某一临界值的地层,以传统的破裂压力作为安全密度窗口的上限将会低估井壁失稳风险;地层强度临界值的大小取决于主地应力、孔隙压力、有效应力系数。对定向井而言,坍塌压力上限随井斜角和方位角变化的敏感性较高,沿水平最小地应力方向钻进的井眼坍塌压力上限较高;随井斜角增大,坍塌压力上限与破裂压力值逐渐趋于接近。研究结果可防范高密度钻井液引起的井壁损伤和井塌现象。     

伊拉克艾哈代布油田地层压力预测技术研究与应用

准确的地层压力剖面是钻井工程设计的基础,是钻井液及井身结构设计不可缺少的关键数据。文章通过地层压力分析的基本理论和方法研究,结合地层压力预测分析软件,利用自然伽马、电阻率、声波时差等测井资料进行综合分析,对伊拉克艾哈代布油田的几个主要区块进行了地层孔隙压力、地层破裂压力和井壁坍塌压力的分析和计算,并建立了不同区块的单井压力随深度变化的模型,确定出各个区块的安全钻井液密度窗口,预测结 果误差小于５％,从而为工程设计与施工提供了依据,钻井液密度更趋近于近平衡,为油田提高钻井速度、缩短钻井周期,提高开发综合效益奠定了坚实的基础。     

控压钻井井底压力控制方案研究及其应用

窄钻井液密度窗口极易造成漏、喷、塌、卡等钻井复杂情况,尤其是当钻遇窄钻井液密度窗口泥页岩井段时,水化膨胀作用导致安全钻井问题变得更加复杂。安全钻井液密度窗口的准确建立以及井底压力的精确控制,是窄钻井液密度窗口地层安全、快速钻井的关键。为此,研究了一套窄钻井液密度窗口地层安全钻井井底压力精确控制方法。该方法以精细地应力场及泥页岩水化特性研究为基础,通过安全钻井液密度窗口、泥页岩坍塌周期以及钻井液当量循环密度分析,优选合理的安全钻井井底压力;并针对砂岩、泥页岩地层的不同特性,分别制定相应的井底压力控制方案,实现安全钻进。研究成果可用于指导控制压力钻井井底压力控制方案的设计施工。     

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。     

泥页岩井壁流-固-化耦合安全密度窗口计算方法

针对页岩气开发钻井工程中亟待解决的泥页岩钻井井壁安全密度窗口计算难题,通过对Heidug-Wong的广义Biot有效应力原理进行修正,使用Weibull统计模型描述水化应变相关的强度损伤,考虑钻井液封堵层,结合流动-扩散耦合模型建立了钻井液抑制-封堵-渗透作用下的泥页岩安全密度窗口计算方法。以此为基础,分析了钻井液封堵性、抑制性等关键参数对安全密度窗口的影响:提高钻井液封堵性,能够阻缓泥页岩井壁孔隙压力传递,减少溶质扩散;钻井液的抑制性,尤其是对强度损伤的抑制,对水化显著的泥页岩井壁坍塌压力具有决定性的作用,钻井液封堵-抑制性能的提高可以降低坍塌压力、提高破裂压力,从而拓宽安全密度窗口,延长井壁的坍塌周期。若泥页岩内存在渗透流动,钻井液渗透作用能够拓宽安全密度窗口,且钻井液封堵性越强,其影响幅度越大。利用安全密度窗口计算方法可以有效分析坍塌压力、破裂压力与钻井液防塌性能的关系,可用于安全密度窗口的准确计算及钻井液性能的优化。图11表3参29     

斜井井壁稳定的测井预测方法

从影响井壁稳定的力学因素出发,通过井壁围岩应力分析提取影响斜井井壁稳定的主应力,结合岩石破坏的强度准则建立地层坍塌压力和破裂压力的测井预测模型.针对研究工区地质情况对模型进行适当修正,建立了该区安全钻井液密度窗口.通过精细解释测井资料预测的井壁稳定情况表明,测井资料能够较好地预测井壁的稳定性,为防止井漏、井塌等工程事故...     

渤海油田科学探索井地层压力预测技术

在油气钻探过程中,地层压力预测是一项十分关键的基础工作,特别是对于科学探索井,精确的地层压力预测能够为钻井液密度选择、钻井参数优化和井身结构设计提供科学依据。基于渤海某科学探索井的地震资料,以及周边区块已钻井的地质、地震、钻井、测井、测试等资料分析,得出了科学探索井地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力及漏失压力剖面,建立了合理的钻井液安全密度窗口。现场应用结果表明,该地层压力预测结果具有很高的预测精度,很好地指导了该科学探索井的钻完井施工,取得了良好的应用效果。     

深水油气田钻井安全密度窗口计算方法

近年来深水油气勘探发展迅速,与陆上及浅海区域的钻井相比,深水上覆岩层压力较低,容易发生漏失。另外,深水浅层泥页岩也容易发生水化坍塌。因此,深水钻井中要求提供更精确的安全密度窗口,以防止发生复杂事故。通过借鉴陆上与浅海地区钻井中的井壁稳定性分析方法,结合深水钻井自身特点,得出了深水钻井安全密度窗口计算方法,其中上覆岩层压力利用密度积分方法计算,孔隙压力可以利用测井数据根据Eaton法进行计算。针对深水浅部地层的特殊性,建立了塑性区半径评价法用于浅部地层坍塌压力计算,并且认为深水钻井中漏失压力等于水平最小主应力,钻井中将漏失压力作为允许使用钻井液密度的上限。根据上述计算方法可以得出深水钻井的安全密度窗口,为钻井工程提供参考。     

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。     

T453井三叠系石炭系地层安全钻井液密度窗口的确定

塔河油田三叠系、石炭系地层钻井过程中井壁垮塌严重，井径扩大率太，严重影响了钻井效率和固井质量。利用三叠系、石炭系地层岩心，进行了地应力与岩石力学参数室内试验研究，并根据试验结果标定了岩石力学测井解释的模型，根据S68井的测井资料分析了其坍塌压力、地层破裂压力，建立了安全钻井液密度窗口。根据研究成果，确定了T453井三开井段安全钻井液密度窗口，推荐了现场钻井作业的钻井液密度程序。现场试验表明，严格按照设计的钻井液密度程序施工可避免井壁垮塌、缩径导致的起下钻遏阻以及卡钻等井下复杂情况或事故。