地层出气对气体钻井井壁稳定性影响规律研究

针对气体钻井在实际试验应用过程中暴露出的井眼失稳问题，特别是异常高压地层大量出气后，井壁的稳定性问题，从分析气体钻井井壁岩石力学特征着手，建立了气体钻井过程中地层大量出气条件下井壁稳定性的评价计算方法；并结合实际工程地质特征，从孔隙压力变化对井眼失稳的影响、垂向应力变化诱导井眼失稳、临界出气量和地层压力系数的影响以及钻后分析评价等方面，对川西特殊复杂地层出气情况下气体钻井井壁的稳定性进行了定量评价，评价结果与现场施工情况基本吻合。     

井壁稳定性实时预测技术研究

井壁稳定性问题一直是困扰钻井过程的重要问题。目前钻井中井壁不稳定的现象频频发生,加大了了钻井作业的施工困难,也使固井的质量下降。本文分析井壁稳定性的目的和意义,井壁失稳的原因、机理,提出了目前在钻井方面采用的井壁稳定性预测的主要方法:基于地震属性的井壁稳定性预测方法和利用测井资料的井壁稳定性预测方法。     

气体钻井井壁稳定性模型的建立

气体钻井井壁稳定性研究是解决气体钻井适应性评价问题的关键,对促进气体钻井技术推广应用、提高钻井速度、加快油气勘探开发步伐都具有重要意义。借鉴近年来岩石的全应力-应变实验成果和弹塑性分析理论模型的最新成果,考虑岩石材料峰后的应变软化特性、剪切膨胀特性,建立了气体钻井井壁稳定性模型。研究结果表明：气体钻井时井壁围岩可能出现弹性状态、塑性软化状态和塑性残余状态,当岩石处于弹性状态和塑性软化状态时井壁都能够保持稳定;塑性临界状态时井壁围岩恰好达到塑性残余状态,井壁将发生坍塌;岩石峰后的应变软化特性和剪切膨胀特性对塑性临界状态有重要影响。依据井壁围岩是否达到临界塑性状态而不是弹性极限状态来判断井壁稳定性是气体钻井井壁稳定分析模型的特殊之处。该研究结论与现场实际情况较为吻合,对气体钻井适应性评价具有重要的应用价值。     

海洋深水钻井完井液关键技术研究

主要研究了海洋深水钻井完井液关键技术及其应用。深水钻井的完井液在井壁稳定、钻头清洗、油气井壁封堵等方面起着非常重要的作用。文章介绍了完井液的组成、性质及其影响因素,并探讨了完井液的选用、设计、优化等关键技术。同时,文章还讨论了完井液的环保性、安全性等问题,为海洋深水钻井工程提供了重要的参考。     

浅层稠油油藏水平井井眼稳定性分析

在稠油开采中,储层岩石力学及应力特征对钻井、完井和注汽开采全过程的影响比其它类型油层均更为显著。提出了新疆浅层稠油砂岩在钻井和完井阶段静态固-液耦合的岩石力学特征和表观弹性常数的概念,并对新疆超浅层稠油油藏水平井进行热弹塑性应力分析。在以上基础上分析了新疆超浅层稠油油藏水平井井眼稳定性问题。     

地应力类型影响定向井井壁稳定的规律

定向井井周应力状态和井壁稳定性规律与直井有着明显的差别,开展地应力类型对定向井井壁稳定性的影响规律研究,对定向井井眼轨迹设计具有一定的指导作用。为此,根据正常、走滑和反转三种地应力类型,深入分析了定向井井斜角和井眼方位对井壁坍塌破坏的影响规律。结果表明：①随着井斜角的增加,正常和反转地应力类型的井壁稳定性逐渐变差,即直井比定向井或水平井井壁稳定性更好;②随着井斜角的增加,走滑地应力类型的井壁稳定性逐渐增强,即水平井井壁稳定性最好;③定向井钻井或完井过程中,井壁稳定的最优钻井方位与最大水平地应力方向的夹角按正常地应力、走滑地应力和反转地应力类型依次为90°、45°和0°。     

大港油田侧钻井完井方式研究

侧钻井技术是降低油田开发成本、挖掘老油田剩余油潜力、提高采收率、恢复长期关停的报废井、低效井等生产能力、提高油田经济效益的有利途径.一口井完井方式的合理与否,直接关系到今后的开发开采能否顺利进行.具体的完井方式必须与储层地质特性相适应.在大港油田实施的侧钻井中,储层普遍埋藏浅、压实程度低、胶结疏松、生产时容易出砂.把油藏是否出砂、井壁稳定与否、储层是否单一作为完井方式选择的主要依据.文章根据大港油田的具体情况,提出了确定完井方式的分析方法,并结合实际情况进行了现场的应用分析.     

钻前井壁稳定预测方法的研究

国内外对井壁稳定研究一般都在钻井过程中或钻井结束后进行,通过钻井、测井、录井和岩心资料的综合分析,确定井壁失稳主导机理,选择安全泥浆密度与泥浆体系,该方法相对容易且符合研究井的实际工程要求,但得到结果的实用性易受地质构造影响。此外,野猫井的井壁稳定性一般凭经验判断,所以复杂地层的井壁失稳事故在所难免。为此,本文在神经网络的基础上,研究了利用地震资料钻前预测井壁稳定性的方法,建立了井壁稳定性钻前预测模型,该模型在现场得到较为成功的应用。至目前国内外在这一领域的研究还是空白。     

气井完井技术探讨

根据四川地质情况及气井完井方式,论述气井在优选完井方式中,需要考虑气藏类型,气层特性、产层以上纵向地层特征和工程措施。提出了影响选择完井方式的井壁稳定性、产层岩石坚固程度判断和３个划分标准;提出了完井工程的３点建议。     

SK气田井壁稳定性判别图版的测井研究

SK气田古近系地层发育巨厚的膏岩、泥岩、夹泥质粉砂岩,构造高陡,处于异常高压和强地应力状态,钻井过程中井壁垮塌和井漏较严重.利用声波时差和密度等测井资料和岩心实验及实钻数据,针对古近系地层钻井井壁失稳的问题,从岩石力学角度出发,考虑地层倾斜对地应力的影响,建立适合工区高陡地层的地应力计算模型;考虑岩石剪切强度、裂缝发育情况和水平主应力比对井壁稳定性的影响,引入抗剪强度、渗透率增大系数和水平主应力比建立古近系地层钻井井壁稳定性判别图版.利用该图版能快速准确地判断钻井过程中是否发生井壁垮塌和井漏,可为钻井设计及施工提供理论指导和决策依据,值得推广应用.     

考虑岩石强度尺寸效应的脆性地层井壁坍塌压力统计模型

在钻井过程中，不同尺寸的井眼揭开地层时，井壁上揭露的裂隙、节理等缺陷不同，实践表明同样地层井眼越小，井壁一般越稳定，这种直观认识缺乏理论支撑，由于井壁裂隙、节理等缺陷不能被精确地刻画，井眼尺寸对井壁稳定的影响也很少用在坍塌压力计算中。针对这一问题，建立了基于Weibull 统计强度尺寸效应理论的脆性地层井壁稳定模型，并对不均匀性、井眼尺寸等主要影响因素进行了讨论。结果表明:随着井周围岩均匀性的增加，井眼尺寸对井壁稳定的影响减小；相对于参考标尺的6″井眼，井眼尺寸增加，坍塌压力增加。对实际施工而言，在满足其他工程要求的前提下，对易垮塌地层应尽量采用小的井眼。     

Effectiveness of Copolymer of Polymethylmethacrylate and Styrene as a Plugging Agent in Water-Based Drilling Fluids

Chemistry and Technology of Fuels and Oils - In the development of shale gas, it is important to ensure the stability of the borehole wall. The stability of the borehole wall depends on the...     

破裂岩体中井壁稳定性分析

为了弄清破裂地层井壁失稳的力学原因和确定维持该地层井壁稳定所需的合理钻井液密度,本文将碎裂岩体在受力上假设为拟连续岩体,应用碎裂介质岩体力学理论和结构面莫尔-库仑强度准则,分析了井壁碎裂岩块的失稳机理。并根据井壁面岩块的极限稳定条件,建立了防止井壁岩块失稳的极限及井内钻井液柱压力模型。同时还计算分析了岩块的井壁切割面与径向交角以及结构面内摩擦角对岩块失稳深度和极限钻井液压力的影响,得出了一些具有参考价值的结论。     

井壁强化作用影响因素的数值模拟

近年来,井壁强化等先期封堵技术逐渐得到了应用和发展,但其相关影响因素及作用机理还未得到深入揭示。通过建立多孔弹性介质的有限元模型,考虑地应力各向异性、架桥位置、漏失速率及裂缝后端压力等因素的影响,对井壁强化机理及相关影响因素进行了分析。模拟结果表明,刚性封堵材料通过减缓裂缝后端由于压力下降所产生的形变,并将该形变向井壁周围传递,使架桥后裂缝附近的井壁周向应力增加,从而导致裂缝趋于闭合;地应力各向异性越小,裂缝闭合趋势越明显;漏失速率越大,越有利于封堵颗粒的快速架桥,井壁强化效果越好;封堵材料架桥时,架桥位置距离裂缝端口越近,架桥位置后端压力越接近地层孔隙压力,越有利于裂缝的闭合及抑制裂缝尖端的扩展。      

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钻井液和泥页岩接触后必然会发生一系列复杂的传递和相互作用,分析研究它们间的传递和相互作用及其对井眼稳定性的影响有助于泥页岩井壁失稳的机理,有助于设计新的和完善旧的防塌钻井液体系,从而更好地解决泥 岩井段井壁失稳问题。在分析钻井液和泥页岩间的传递作用及其机理的基础上,详细分析了传递作用对井壁稳定的影响。认为钻井液和泥页岩间通过扩散、对流和渗透三种机理而发生水分子和溶质的传递,水力压差和化学处差化学自     

页岩气储层井周孔隙压力传递数值分析方法

由于页岩基质致密、层理和裂隙发育、富含黏土矿物,使得页岩具有超低渗透、各向异性和水敏等特性,钻井液与页岩接触产生的水化作用引起自由水在页岩中传输,从而导致井周孔隙压力不断变化,但现有方法并未考虑页岩物性特征的影响。为此,基于非平衡热动力学理论,建立了各向异性页岩的井周压力传递数学模型及有限差分求解方法,分析了井周压力分布特征、传递规律及影响因素。结果表明,各向异性页岩井周压力分布与井周角有关,并以主方向呈对称分布;钻井液化学作用对井周压力传递的影响显著,低浓度钻井液情况下井壁附近孔隙压力显著增加,而高浓度钻井液情况下却显著降低,井周压力传递集中在1倍井径范围内;井周孔隙压力的增加不利于井壁稳定,而孔隙压力的降低有利于井壁稳定;溶质扩散系数越小、膜效率系数越大、水力扩散系数越小,则井壁附近孔隙压力变化幅度越大;反之,孔隙压力变化幅度越小。该方法比常规方法更符合实际,且更加实用。     

考虑泥页岩黏弹性的钻井液密度计算方法

泥页岩地层受到外来流体侵入后，岩石具有明显的流变效应，易造成井壁坍塌。为了研究泥页岩井壁受入井流体影响产生的黏弹性力学行为对井壁稳定性的影响，建立了黏弹蠕变本构模型来反映井壁流变失稳破坏的力学机理与演化规律。根据井壁围岩受力推导出平衡方程、几何方程，结合物理方程和边界条件，得到考虑泥页岩黏弹性特性的钻井液密度方程。结合现场钻井数据给出不同时间、不同收缩速率下泥页岩的钻井液密度图版。结果表明:泥页岩地层钻进时，井眼的收缩速率越小，则所需的钻井液密度越大；井越深，钻井时间越长，所需钻井液密度越大。     

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。      

苏里格气田泥页岩井壁水化损伤失稳周期确定

钻井过程中复杂的应力和固液作用,使围岩产生了水化扩散和水化膨胀,改变了其中的应力场和力学参数,从而导致泥页岩井壁失稳。通过试验研究,探讨了泥页岩井壁围岩水化随时间和空间的变化规律以及岩石弹性模量和抗压强度随含水率变化的损伤弱化规律,进而结合强度变形破坏理论推导出泥页岩遇水后的损伤演化方程、损伤演化极限方程和确定坍塌周期的方法。应用该方法,得出苏里格气田泥页岩井壁坍塌周期为6.8 d左右。     

空气泡沫钻井流体的室内研究

通过对空气泡沫钻井流体用处理剂的优选,室内确定了阴离子型空气泡沫钻井流体的基础配方,对该泡沫流体性能进行了评价。结果表明,所研制的空气钻井泡沫流体具有良好的耐温性,耐温达90℃;良好的抗污染能力,耐NaCl量为6％,耐Ca^2＋浓度为500mg／L;较强的抑制性,能使泡沫在井壁形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌。并且,通过合理使用化学消泡剂,可达到泡沫基液循环利用的目的。