地层坍塌压力的计算及应用研究

地层坍塌压力是地层三大压力之一,它的准确确定对于井壁稳定及安全钻井至关重要．文内利用某油田X区块的测井资料计算了该地区的地层坍塌压力,该方法和计算结果对于保护X区块的井壁稳定及钻井设计和施工都具有指导意义．     

地层坍塌压力的计算及应用研究

地层坍塌压力是地层三大压力之一,它的准确确定对于井壁稳定及安全钻井至关重要,文内利用某油田Ｘ区块的测井资料计算了该地区的地层坍塌压力,该方法和计算结果对于保护Ｘ区块的井壁稳定及钻井设计和施工都具有指导意义。     

安棚油田地应力及安全钻井液密度范围的测井确定方法

针对安棚油田的地质特征，对地应力计算经验模型进行了优选，根据选出的地应力计算模型的理论基础和井壁岩石的破裂机理，确定出了适合安棚油田的地层破裂压力和坍塌压力的计算模型。采用测井资料计算了模型中的各种中间参数，实现了对地应力、地层破裂压力以及坍塌压力的连续计算。在此基础上，综合使用地层压力、地层破裂压力以及坍塌压力等因素确定出了安全钻井液密度范围。利用该方法对安棚油田b252和an2051井的资料进行了处理。结果表明，利用测井资料计算得到的地应力值和安全钻井液密度范围是准确的，能满足现场钻井施工的需要。     

地层坍塌压力的计算及在新站地区的应用

新站地区地质情况比较复杂,在钻井施工过程中极易发生井塌等情况,严重者由于井塌而导致了新钻井被迫报废进尺。井壁不稳定问题已严重制约着新站地区的钻井作业,并带来了很大的经济损失。如何合理地计算地层坍塌压力,给出合理的钻井液密度,是新站地区最为关心的问题。首先通过岩石力学理论,建立起地层坍塌压力计算模型,并给出模型中的参数与测井数据之间的关系,进而利用新站地区的常规测井资料连续地计算了该区的地层坍塌压力,从而有效地指导了钻井施工,收到了良好的效果。     

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地层坍塌压力剖面的准确确定,对于井眼稳定和安全钻井至关重要。文章在建立了地层坍塌压力计算模型之后,着重研究了如何从测井信息中准确提取模型中所涉及的岩石力学参数。将该法应用到罗家寨构造LJ2井等多口井的测井资料精细解释处理中,计算出该井不同井深与不同层位地层坍塌压力及保持井壁稳定的泥浆密度。此结果应用到实际钻井中,效果良好,且实用性强,为该地区科学钻井提供了合理的泥浆密度设计依据。     

江汉油田拖市地区欠平衡钻井技术

根据江汉油田的地质特点,指出采用欠平衡钻井所面临的技术难点。针对这些技术难点给出了解决的办法：①确定地层压力,②确定高压低渗油藏钻井液体系,③确定高压低渗地层的欠压值;给出了欠压值的控制工艺。在拖市地区采用高压型旋转控制头进行了液相欠平衡钻井技术应用,解决了高压、低渗油藏欠平衡钻井存在的一系列技术难题,大幅度提高了该地区钻井速度,并形成了一套适合江汉油田地质特点的欠平衡钻井技术。     

井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用

通过对井壁失稳现象、机理及钻开井眼前后井壁应力状态的分析和计算,建立了一套分析地层坍塌压力及地层相关物理力学特征参数的数学模型,并编制了相应的计算软件,以利用测井资料进行坍塌压力的计算,进而对井壁稳定性进行研究.用该研究结果解释了哈萨克斯坦Kolzhan油田普遍存在的井壁失稳的原因,并推荐出了合理的钻井液密度窗口,地层坍塌压力和安全钻井液密度窗口的计算结果与现场实际吻合,为Kolzhan油田钻井过程中的井壁稳定提供了技术参数.     

姬塬地区延长组地层坍塌压力的测井预测研究

坍塌压力剖面的准确确定,对井眼稳定及安全钻井至关重要。文章首先建立了地层坍塌压力预测模型,利用测井资料连续计算了姬塬地区延长组地层坍塌压力及其当量泥浆密度。同时结合岩石力学实验,用有限元方法预测其井壁稳定性,与已钻井扩径率的对比分析表明,计算结果与工区实钻情况相吻合且能够用于指导工区的安全钻井。通过多口井地层坍塌压力的测井计算,发现长2～长4+5段的地层坍塌压力当量密度为0.890～1.098g/cm3,个别井段坍塌严重,宜使用1.1g/cm3泥浆钻进;长6～长9段地层坍塌压力当量密度为0.890～1.079g/cm3,井壁总体比较稳定,宜使用1.08g/cm3泥浆钻进,这为工区新井的钻井设计与施工提供了理论依据。     

地层压力计算模型及其现场应用

利用岩石力学分析理论,并结合库仑-摩尔准则和拉伸破坏准则建立了地层三项压力(地层孔隙压力、地层破裂压力和地层坍塌压力)的计算模型,并利用大庆油田英台地区的常规测井资料连续地计算了该地区的地层三项压力.通过地层三项压力剖面分析,针对不同井段地质复杂的实际情况,采取了相应的预防技术措施.经现场应用,有效地避免或减少了井下复杂情况的发生,提高了开发效果和钻井效率,为该区安全快速钻井提供了科学依据.     

新场构造三压力剖面计算方法

新场构造地层岩石致密、硬度大、可钻性差,机械钻速低,欠平衡钻井能有效地提高机械钻速,由于该地区地层压力高、泥页岩发育稳定性差,有必要开展欠平衡钻井适应性研究,建立地层三压力剖面,优选适合欠平衡钻井地层及确定合理的欠压值,为工程施工优化设计提供科学依据.在分析欠压实理论的基础上,运用伊顿法利用测井资料,结合实测资料建立了新场构造钻遇地层准确的孔隙压力剖面;通过井壁力学理论分析,结合实钻井资料,确定了井眼扩大率为60％是新场构造允许井眼最大垮塌范围,然后计算出井眼扩大60％时地层坍塌压力;根据岩石最大拉应力理论,结合钻井试压和储层水力压裂资料,建立了较准确的地层破裂压力剖面.三压力剖面计算结果表明,新场地区地层破裂压力比孔隙压力和坍塌压力高,差值较大,具有较宽的泥浆窗口;须二以上地层坍塌压力与孔隙压力之差相对较大,适合液体欠平衡钻井,欠压值在0.3 g/cm3左右,须二地层孔隙压力与坍塌压力接近,不适合液体欠平衡钻井;同时须二段地层孔隙压力与上部须三段地层坍塌压力一致,目前以须二段为目的层的常规钻井四开次钻井身结构可以进一步优化,简化井身结构,加快建井周期.     

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。     

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.     

高温井地层温度变化对井壁稳定性影响规律研究

高温井钻井过程中保持井壁稳力的常规方法中并没有考虑地层温度变化的影响,为安全钻井带来了隐患.从钻井过程中井壁及地层温度场的数值模拟和附加温变应力下井壁周围应力场的计算出发,研究了井壁及地层温度变化规律和井周围岩应力状态.依据控制体单元能量守恒原理建立了钻井过程中井壁及地层温度场控制方程,并利用有限差分法对控制方程进行了离散,并对数值求解方法进行了优化,实现了温度场的快速计算.依据孔隙介质热弹性理论对井壁周围的应力分布规律进行了计算,结合地层的强度准则确定了考虑温度变化情况下地层坍塌压力、破裂压力的计算模型,为高温井安全钻井液密度窗口的设计提供了依据.     

伊朗Y油田F地层防卡技术

为解决伊朗Y油田在钻进F地层时卡钻事故频发的问题,分析了F地层的地质特征、压力特征和卡钻特征,分析认为,由于F地层裸眼井段存在不同的压力层系,钻井液液柱压力与地层压力之间存在高压差,从而造成了卡钻。根据钻柱与井壁的摩擦力计算公式,提出了防卡技术措施:采用无渗透钻井液封堵近井地层,将钻井液液柱压力与低压地层隔开,阻断压差传递;优化钻井液性能,改善泥饼质量,降低钻柱与井壁的摩阻系数;简化钻具组合,减少钻具组合与井壁的接触面积;分段封堵、控制井眼轨迹和缩短钻具在井内静止时间等配套技术措施。伊朗Y油田的13口井采取该防卡技术措施后,在钻进F地层时没有出现卡钻事故。这表明,采取所提出的防卡技术措施能解决F地层的压差卡钻问题。      

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。     

气液两相流循环温度和压力预测耦合模型

为保证欠平衡钻井安全钻进,需要给欠平衡钻井设计提供井筒温度和压力分布等基础数据。基于气液两相流钻井液循环时的流动特征和井筒与地层的传热机理,建立了适用于欠平衡钻井预测气液两相流钻井液循环温度和压力的耦合模型,给出了模型的离散方法和求解方法。在模型的求解过程中,考虑了温度和压力对气相（空气、氮气）的密度、比热、比焓、动力黏度、热导率等热物性参数的影响及热源对气液两相流钻井液温度场的影响,保证了气液两相流循环温度和压力的计算精度。基于大庆油田升深2-17井充氮气欠平衡钻井试验数据,利用气液两相流钻井液循环温度和压力预测耦合模型对欠平衡钻井时的井底温度和压力进行了计算,计算结果与实测结果吻合程度高,验证了模型的有效性。对比分析了以地温、地面温度作为气液两相钻井液温度和考虑井筒换热3种情况下的环空压力剖面特征,为欠平衡钻井设计及控压钻井设计和施工提供了理论基础和技术支持。     

史深100油田钻井液体系优选与应用

史深100油田勘探开发的主要目的层为沙3中段的高压低渗储层，二开多为长裸眼，所需钻井液密度较高，钻井过程中容易发生井壁失稳和井漏、粘卡等井下复杂情况和事故，并且油气层保护难度较大，胜利油田针对该油田的地层特性，结合胜利油田目前中深井钻井液技术现状，对现有钻井液体系与处理剂进行优选，形成了适应史深100油田的聚硅氟屏蔽暂堵钻井液体系。室内试验和现场应用表明，该钻井液体系具有很好的抗温、抑制、防塌、油气保护性能和润滑性等，而且该钻井液体系维护简便，性能稳定，能减少粘卡、井漏等钻井事故的发生几率，从而提高了钻井速度。     

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。     

欠平衡钻井坍塌压力计算模型

欠平衡钻井过程中井壁稳定是保证欠平衡钻井成功的关键。在欠平衡钻井过程中，地层流体不断流入井内，促使井筒周围的应力将伴随地层流体的流入而重新分布，进而影响井壁的稳定性。根据原地应力产生的应力与地层流体向井眼径向流动产生的拖拽力叠加而求得了欠平衡钻井井周应力的解析解，考虑欠平衡钻井过程中地层流体对岩石拖拽作用后地层坍塌压力更大即井壁更易失稳，运用Mohr-Coulomb强度准则建立了欠平衡钻井坍塌压力的计算模型。将所建立的计算模型应用于塔中722井的井壁稳定性分析，结果表明：理论分析结果与工程实测数据对比，计算结果较为准确。