不同温度钻井液浸泡岩石对其表面形貌的影响

为揭示钻井液浸泡岩石产生表面形貌损伤引起井壁失稳,选取砂岩、页岩岩样,利用三维光学显微镜,对不同温度钻井液浸泡作用前后的岩石表面形貌进行测试,定量分析其特征参数,探讨温度对岩石表面形貌的影响机制及损伤度。结果表明:随温度的升高,特征参数S_a、S_q、S_k整体上呈增大趋势,特征参数S_r整体上呈减小趋势,导致其形貌轮廓的粗糙度、离散性、波动性增加,轮廓起伏度降低,对称性优于浸泡前;在30～120 ℃时,形貌损伤度逐渐增加,在120～150 ℃时,形貌损伤度降低,形貌损伤度极值点T_S在120～150 ℃之间。砂岩和页岩的高度特征参数的损伤度大于纹理特征参数的损伤度。      

钻井液浸泡对延长组页岩坍塌压力的影响

运用X射线衍射、微观扫描电镜实验,结合岩石三轴抗压实验,研究了清水及不同钻井液浸泡对鄂尔多斯盆地延长组页岩坍塌压力增量的影响,测试了不同钻井液浸泡前后的岩石强度,分析了地层坍塌压力变化情况,为钻井液的选择提供技术参考。研究表明：延长组页岩地层层理、裂隙发育,水相将沿裂缝或微裂缝侵入地层,一方面降低弱结构面间的摩擦力,进而削弱页岩的力学强度,导致井壁垮塌;另一方面,侵入的液相将产生水力劈裂作用,导致地层破碎,诱发井壁失稳。通过分析钻井液浸泡前后页岩应力应变曲线变化情况,能够更加详细了解页岩地层井壁不稳定机理,从钻井液密度、抑制性和黏结能力等方面为页岩气井防塌钻井液设计提供技术参考。     

水基钻井液浸泡对浅层声波测井的影响及校正方法

采用水基钻井液时，浅层声波时差测井受井眼垮塌及泥岩蚀变的影响严重，而采用油基钻井液能获得原状地层的声波时差。分析胜利油区水基钻井液和油基钻井液条件下馆陶组声波时差变化与岩性的对应关系，建立了声波测井环境校正方程。40余口井用该方法校正声波测井资料，用校正后资料做的合成地震记录与井旁实际地震道的相位、能量的对应关系良好。图5参3     

岩石力学特性在钻井液优选中的应用

以塔里木盆地塔5地层为例,从岩石力学的角度对现用钻井液及优化后的钻井液进行了评价,通过硬度分析、强度分析和坍塌压力变化综合多项岩石力学参数对钻井液进行优选.优选出了具有良好效果的钻井液A体系,为其他同类地层的钻井液提供依据.     

钻井液微粒对油层特性的影响

本文主要是针对钻井液中的微粒侵入砂岩基质的机理所进行的研究成果。     

钻井液对钻柱振动特性影响分析

针对空气钻井存在钻具使用寿命短、钻具失效严重、钻具成本高的问题,应用ANSYS软件,建立了钻柱振动有限元模型,并对液体动力效应和浮力效应的淹没管道单元进行了数值模拟计算。以普光102-2井为例的计算结果表明,钻井液对钻柱振动特性有较大影响。考虑钻井液影响后,钻柱纵向和横向振动各阶固有频率均有较大程度降低,且随钻井液密度增大固有频率缓慢降低;但钻井液对扭转振动特性影响较小。谐响应表明,钻井液动力效应使钻柱低频共振响应加强,高频共振响应减弱,说明钻井液阻尼作用对钻柱的动力安全性有一定的积极意义,这正好与普光102-2井的典型钻柱失效事故的分析结果相吻合。     

钻井液对钻柱固有振动特性的影响

钻柱在钻井过程中主要进行旋转向下的运动，同时伴随纵向、横向、扭转和耦合振动。振动是导致钻柱失效的主要原因，而钻井液又是影响钻柱振动的关键。利用ANSYS软件建立钻柱整体有限元模型，采用Block Lanczos法进行固有振动特性分析，得出钻井液密度对钻柱纵向、横向和扭转振动固有频率及振幅的影响规律。钻井液密度降低，导致钻柱固有振动频率升高，振幅增大；钻井液的阻尼作用导致钻柱横向振动从钻头处开始向上逐渐减弱，直到井口处完全消失；当外界激振频率达到某种程度时，钻柱发生纵向和横向、横向和扭转耦合振动，导致振动更加剧烈。     

利用岩石声学特性评价致密砂岩储层含气性

致密砂岩气藏地质条件极其复杂,储层埋藏较深,在压实作用下孔隙空间变小,流体所占岩石体积含量降低,在测井信息中所占比例较少,使得致密气层的测井识别比常规气层困难.以岩石物理特征和气藏特征为基础,应用岩石物理实验手段和分析技术,通过对不同岩性、物性、含气性岩心声学特征参数变化规律的分析研究,建立非电法测井定量评价致密砂岩含气饱和度的方法,综合评判致密砂岩储层性质.通过对实际资料的处理解释和试气资料的成果验证,证实该技术在致密砂岩气层识别评价中具有较好的应用效果.     

碳酸盐岩储层岩石的声学特征

尽管全球一半以上的油气储量蕴藏在碳酸盐岩储层中，但是有关其岩石声学特征的研究文献却很少。其中的一个原因是受碳酸盐岩非均质性的影响，传统的观测技术（超声波、用于计算速度的初至拾取、用于计算衰减的谱比率）并不总是能够在碳酸盐岩研究中充分发挥作用。经常会遇到以下一此问题：     

油基钻井液对泥岩特性影响实验研究

油基钻井液在大位移井长裸眼段钻井过程中有较好的防塌效果。针对采用油基钻井液钻井时井壁是否存在垮塌周期问题,该文利用连续刻划实验,研究了油基钻井液浸泡对泥岩单轴抗压强度、弹性模量的影响。结果表明:油基钻井液长时间浸泡会降低泥岩单轴抗压强度和弹性模量,与水基钻井液类似,油基钻井液同样存在垮塌周期,因此,在长裸眼井段施工中要考虑井壁坍塌周期。     

钻井液特性对近井地带水合物分解的影响

针对钻井液的扰动会导致水合物储层中水合物的分解和井壁失稳问题,开发了用于模拟水合物储层钻井过程中水合物分解和井壁坍塌的流—固—热耦合三维模型,研究了钻井液特性对近井地带水合物分解的影响。结果表明:欠平衡钻井作业会导致严重的水合物分解,而过平衡钻井可以较好地减缓水合物的分解及由此导致的井壁失稳状况;钻井液温度也是影响水合物稳定性的重要因素,当钻井液温度从17.25℃增加到21.25℃时,水合物的最终分解范围增加近2倍;钻井液盐度的增加虽然有利于井筒安全控制,但会加剧水合物的分解。研究成果为水合物地层钻井液的配制提供了参考。     

钻井液特性对近井地带水合物分解的影响

目前,天然气水合物开采时,需要使用相应的钻井液,而每种钻井液具有不同的特点,会对进井地带水合物分解带来不同影响,准确了解这一影响情况,可以为钻井工作的开展以及钻井液的选择奠定良好基础。基于此,通过对相关理论的简单介绍,进而构建出相应的数学模型,最后从温度、密度、盐度等三个方面出发,利用上述模型展开了详细分析,进而确定出钻井液特性对近井地带水合物分解的影响,为钻井液的选择提供支持。     

随钻扩眼对钻井液循环特性的影响

随钻扩眼作业会对钻井液循环特性产生影响,但国内尚缺乏相关研究。针对该问题,基于计算流体力学方法开展数值仿真,研究了直线形刀翼的扩眼直径、刀翼倾斜角两参数对钻井液循环的影响规律。研究结果表明:在扩眼器刀翼切削位置,随着刀翼扩眼直径的增大,钻井液流场的低速区域不断增大,当扩眼直径大于特定值时,流场低速区域将急剧增大;随着刀翼倾斜角的增大,钻井液流场的低速区域呈现出先减小再增大的变化规律;对?215.9 mm(■in)扩眼器的刀翼,最优倾斜角为55°,最优扩眼直径为250 mm。研究结果对于随钻扩眼器刀翼结构参数的设计具有指导意义。     

钻井液对页岩力学特性及井壁稳定性的影响

钻井液长期浸泡会对层理性页岩产生影响,进而影响到页岩地层的井壁稳定性。利用川南地区龙马溪组页岩开展了不同钻井液浸泡后页岩单、三轴力学实验,分析了其力学特性及破坏形式的变化特征,并探讨了井壁失稳机理。结果表明:受层理影响,页岩力学特性具有明显的各向异性特征,且具有围压效应;油基钻井液对层理面的润滑作用增强了各向异性,页岩沿层理面发生剪切破坏,破坏形式受层理面控制;水基钻井液对页岩造成水化损伤,微裂缝扩展沟通层理,降低了各向异性,易发生复合破坏,破坏形式受基质体和层理面双重控制,井壁更易失稳;黏土矿物水化作用和孔缝毛细管效应是页岩地层井壁失稳的根本原因。该研究可为层理性页岩井壁稳定分析提供参考。     

钻井液浸泡页岩裂缝宽度的模拟及应用

鉴于我国页岩气开发试验区水平井油基钻井液钻井过程中,频繁出现严重的井壁失稳、井漏等井下复杂情况,选取渝东南龙马溪组露头页岩为实验岩样,开展了钻井液浸泡前后页岩岩石力学性质的测试,基于有限元数值模拟法建立了连通井筒单条垂直裂缝情况下的裂缝动态宽度预测模型,研究了钻井液浸泡后页岩裂缝宽度变化的行为,修正和完善了基于有限元的裂缝动态宽度预测方法,并讨论了裂缝宽度变化模拟在漏失性储层保护和井壁失稳控制方面的应用。结果表明,钻井液浸泡后页岩弹性模量减小,泊松比增加,岩石强度明显降低;钻井液浸泡后页岩裂缝动态宽度对井筒压力变化更加敏感,各裂缝长度和井筒正压差条件下的半缝宽增量均比浸泡前增加了约8%,且半缝宽增量随井筒正压差的增加而大幅度增加,动态缝宽可达数毫米量级;钻井液密度—裂缝宽度—架桥封堵颗粒粒径三者紧密相关。研究获得的裂缝动态宽度参数对优选钻井堵漏材料和粒径级配、控制合理钻井液密度、控制井漏和井壁失稳具有重要的意义。     

孔隙压力对砂岩岩石力学特性影响试验

揭示低渗透油气藏长期注水过程中动态裂缝的成因机理,首先要搞清孔隙压力对储层岩石力学性质的影响规律。利用美国GCTS公司RTR-1500高温高压岩石力学测试综合系统进行试验,研究灰褐色油斑细砂岩、细砂岩、钙质细砂岩3种岩样在不同孔隙压力条件下岩石力学性质的变化规律,分析不同岩性的抗压强度、弹性模量、泊松比、声波变化等参数的变化趋势。研究表明:这3种岩样的抗压强度、弹性模量和纵波速度均随孔隙压力增大而减少,泊松比变化无明显规律;随着孔隙压力的增大,岩样弹性阶段减短,塑性阶段增长;二项式可以很好地拟合孔隙压力与抗压强度的关系。     

东濮凹陷岩石声学和弹性力学参数特性试验研究

以东濮凹陷钻井取心岩样为例,在实验室模拟井下温压条件,研究了干岩样和孔隙充填流体岩石的声学特征,以含水饱和度20%为间隔,分别测量了纵波速度、横波速度、密度、泊松比、杨氏模量、弹性模量、切变模量、体积模量等8个岩石声学和岩石弹性力学参数,拟合了东濮凹陷1号样品在干岩样和100%含水时的压力与纵横波速度、纵横波速度比、泊松比及岩石弹性力学参数之间的关系,以及2号样品在油驱水过程中纵横波速度、波速比、泊松比及岩石弹性力学参数在不同压力和温度下随含水饱和度的变化规律,该拟合结果为东濮凹陷叠前弹性反演、岩性识别和流体检测等提供了可靠的基础数据。研究结果亦可为今后该地区的地质和地球物理特征研究提供岩石物理参考。     

温度对O/W水平井钻井液流变特性的影响

为了解O/W水平井钻井液在井筒内的流变性能,对胜利油田所使用的O／W水平井钻井液体系在温度作用下的流变性进行了试验研究,规定了该体系钻井液在不同温度下的流变特性,对试验数据进行回归处理,得出了O／W水平井钻井液在井下温度条件下流变参数的计算模式,为现场监测水平井钻井液的流变特性,采取相应的处理措施提供了科学依据。     

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。