南八仙油气田电阻率时间推移测井响应特征及侵入规律研究

南八仙油气田为轻质油气层,泥浆侵入影响很大,泥浆侵入深度与泥饼形成过程中泥浆液渗入地层的数量有关,泥浆滤液的渗入量与泥浆特性有关,也与泥浆柱压力和地层压力之差及钻井后至测井时的时间间隔有关,当泥浆矿化度低于地层水矿化度时,油气层与水层的径向侵入剖面电性有明显差别,各种测井响应都有相应的特征,利用时间推移测井找出泥浆浸泡时间对油气层双感应、双侧向测井浸入规律,为准确确定含油饱和度、减小泥浆侵入的影响有着很重要的作用 。     

泥浆侵入各向异性地层阵列侧向测井响应数值模拟

泥浆侵入和地层各向异性都会造成阵列侧向测井不同探测深度曲线的分离,而曲线分离是地层参数反演的关键。为此,采用三维有限元方法模拟泥浆侵入条件下各向异性地层的阵列侧向测井响应特征,研究各向异性、泥浆侵入、井斜、围岩等因素对测井曲线分离的影响。结果表明：①直井条件下阵列侧向测井响应曲线主要受地层层理方向电阻率的影响;随着地层倾角的增大,垂向电阻率的贡献增大;对于无限厚各向异性地层,RLA1~RLA5曲线间在低角度情况下呈负差异,高角度时呈正差异,翻转角约为60°。②在一般情况下,泥浆侵入对阵列侧向测井曲线分离的影响大于各向异性。③对于泥浆侵入各向异性储层,不同探测深度曲线间的差异特征杂乱,不能单纯利用曲线差异识别油、水层。④层状泥浆侵入各向同性地层,随着井斜角的增加,受低阻围岩的影响,曲线分离程度减小;当侵入深度不大（0.1~0.4m）时,随着井斜角的增加,曲线分离程度增大。研究成果对阵列侧向测井资料处理及储层评价具有借鉴意义。     

钻井液密度及电阻率对测井解释精度的影响

为研究钻井液密度及电阻率对测井曲线读值的影响,开展了钻井过程中钻井液侵入模拟实验和钻井液滤液电阻率与侵入带电阻率之间变化关系实验。结果表明:同一渗透率岩心侵入深度随压力增加而不断增大,但当渗透率达到某一数值时各级别岩心的钻井液侵入深度则近似相等;在泥饼未形成时钻井液侵入深度急剧增加,后随时间推移泥饼变厚,钻井液侵入深度增加速率变慢,最后趋于停止;侵入带电阻率随钻井液电阻率增大而增大。建立了侵入深度与岩石渗透率、压力、侵入时间等的函数关系以及侵入带电阻率与钻井液滤液电阻率的关系式。校正方法使储层厚度解释精度提高7.3%,为射孔方案编制提供了可靠依据。     

裂缝性岩样应力敏感性实验研究

川东北地区裂缝性地层存在严重的钻井液漏失问题,做好防漏堵漏工作的基础是需要认识储层初始裂缝宽度,并对钻井过程井壁地层裂缝变化规律进行研究.结合钻井过程,对应力敏感实验设备和实验程序进行了改进,设置了新的应力敏感实验方法,模拟了地层压力、围压和井筒流压条件下设置的实验方法更加符合钻井过程应力变化的实际.裂缝性碳酸盐岩应力敏感性实验结果显示,以原地有效应力点为中心,随着井筒钻井液液柱压力的增大裂缝张开,随井筒钻井液柱压力降低,裂缝闭合,而裂缝张开的幅度比裂缝闭合的幅度更大.因此,研究压裂液应力扰动条件下裂缝宽度变化能够对防止漏失提供基础依据.     

基于统一强度理论的牙齿侵入井底岩石的机理分析

为了弄清深部地层复杂钻进条件下的牙轮钻头破岩机理,研究了牙轮钻头牙齿侵入井底岩石问题。在考虑井底压力的条件下,基于统一强度理论对牙齿侵入岩石的力学过程进行了分析,建立了含有统一强度参数的井底岩石侵入方程,并给出了不受轴向载荷、侵入深度和刃尖角影响的侵入系数。该方程考虑中间应力对井底岩石侵入系数的影响,在中间主剪应力的效应系数为0时,方程计算结果与Mohr-Coulomb强度理论所得结果完全相同。根据侵入方程,分析了内摩擦角、液柱压力、孔隙压力和刃尖角对侵入系数的影响。结果表明,侵入系数随中间主剪应力的效应系数的增大而增大,随内摩擦角和刃尖角的增大呈指数增大,随液柱压力的增大呈线性增大,随孔隙压力的增大呈线性减小。研究结果为牙轮钻头的现场应用提供了理论指导。      

页岩储层的改进拉链式压裂裂缝间距优化

针对改进拉链式压裂优化设计的要求,在假设岩石为均质、各向同性材料的基础上,建立诱导应力计算模型,得出近井地带最大诱导应力差计算公式及最佳裂缝间距表达式,确定了中间裂缝最佳起裂位置,并建立多裂缝缝间诱导应力差计算模型。研究表明:随着泊松比的增加,诱导应力差最大值减小,缝间最佳间距增大;随着缝内压力的增加,诱导应力差最大值增大,缝间最佳间距不变;裂缝高度增加,诱导应力差最大值不变,缝间最佳间距增加;当裂缝间距增加时,近井地带诱导应力差先增大后减小,井间裂缝交汇处的诱导应力差逐渐减小,诱导应力差值分布趋于均匀化。进行压裂设计时,在满足裂缝转向条件的前提下,可根据实际情况适当扩大缝间距离,增加远场裂缝网络的复杂性,提高改造体积。     

预测高温高压下泥浆密度的数学模型

对于钻探井和超深井,特别在地温梯度较高的地层中钻进时,按恒定的泥浆密度来计算井底静液柱压力的传统做法会产生较大的误差,往往给井底压力控制带来严重问题。一般情况下,井下温度对泥浆密度的负影响明显超过压力对泥浆密度的正影响,随井深增加,泥浆密度趋于减小势态。本文在实验研究的基础上,运用回归分析方法,提出预测高温高压下泥浆密度的非线性模型,而后采用带阻尼的非线性最小二乘法(即Levenberg-Marquart法)求出模型中各种参数。经检验,在不同温度和压力条件下,各种泥浆密度实测值与计算值吻合性相当好。该模型可直观地反映温度、压力对泥浆密度影响程度,可应用于确定不同井深处的泥浆密度和准确计算井底静液柱压力,从而为泥浆密度的正确设计提供依据。     

表面缺陷深度对套管强度影响规律数值模拟研究

利用有限元软件ANSYS建立深井套管内磨损时的三维有限元模型,模拟计算深井状态下套管受力,分别获得了均匀磨损和非均匀磨损情况下,不同磨损长度和磨损深度时套管在外挤压力作用下的Mises应力值。研究结果表明：当套管磨损深度和外挤压力不变时,套管Mises应力随着磨损长度增加而呈指数关系增加,当磨损长度超过临界值时,套管Mises应力将会保持不变;当磨损长度一定时,均匀磨损时套管最大Mises应力也随着磨损深度增加而呈指数增加;非均匀磨损时套管最大Mises应力与磨损长度呈线性关系增长。并利用数值模拟计算结果回归出Mises破坏失效准则条件下的套管有效应力与磨损长度和磨损深度之间的计算公式,为磨损后套管应力计算提供参考。     

储层泥浆侵入深度预测方法研究

泥浆侵入半径的确定尚缺乏严格的验证标准.以油水两相渗流理论和离子扩散方程为基础,结合储集层特点,研究了不同储层参数下泥浆滤液对地层的侵入特性.数值模拟侵入时间选取10 d和20 d.数值模拟结果表明,侵入半径在渗透率不变的情况下随孔隙度的增大而减小,在孔隙度不变的情况下随渗透率的增大而增大;当渗透率和孔隙度都发生变化时,泥浆侵入半径一般随孔隙度的增加呈幂函数增加.依据这种关系对测井资料约束处理,得到的泥浆侵入半径较客观地反映了地层的真实情况.     

致密砂岩与井筒连通2条垂直裂缝宽度变化的计算机模拟

用断裂力学有限元法建立了与井筒连通2条垂直裂缝情况下的裂缝宽度预测模型，通过计算机模拟研究了致密砂岩中裂缝宽度、长度及井筒正压差的关系。结果表明，在同井筒液柱压力作用下，垂直裂缝与井筒连通时裂缝更易张开，随着正压差和裂缝长度的增大，井筒连通2条垂直裂缝宽度变化较井筒中单条裂缝大，裂缝宽度变化值在相同条件下比单条裂缝更大，而且在较小正压差下更易张开；裂缝越长破裂压力越小，但整体比单条裂缝小。通过对应力强度因子的预测表明，裂缝越长，应力强度因子越大、破裂压力越小、裂缝越容易延伸开裂，但2条垂直裂缝的破裂压力比单条裂缝小。     

页岩气井钻井液井眼强化技术

页岩气地层有着易表面水化剥落掉块、微裂缝发育、脆性好而裂缝易压裂等理化特性,目前,页岩气开发中常用的油基和合成基钻井液体系,起到了很好的防塌防卡效果。但随着开发的深入和地层特性的变化,如钻遇破碎带、裂缝异常发育的地层,采用油基体系仍然会出现大量掉块和严重井塌。为了解决易破碎性地层又垮又漏的复杂情况,需要及时有效地强化已形成的井眼。在钻井液中引入井眼强化剂YH11和BT100,室内实验对加入2种处理剂的钻井液进行了评价,研究出了一套适用于页岩气钻井液的井眼强化技术。该钻井液密度可调范围大,现场可控制在低密度范围1.14~1.50 g·cm-3,该体系抑制能力强,在防漏方面实现了低密度钻进,并且该钻井液体系具有良好的成膜封堵效果,解决了井壁稳定和承压能力低的矛盾,减少了井下复杂情况,确保了井下安全,进一步促进了机械钻速的提高。室内实验和现场应用都表明,井眼强化剂能及时胶结破碎性地带和封堵微裂缝而使井壁变得更致密,大大降低井壁的孔隙度和渗透性,有效阻止液柱压力向井壁孔隙的传递和阻止滤液的深度侵入,减少井壁支撑力的损失,获得防塌和防漏的双重效果。      

水平井密度测井影响因素的蒙特卡罗模拟研究

水平井随钻过程中的密度测井要受井眼尺寸、仪器和井壁的间隙、泥浆比重(含氢量)、泥饼、岩屑、水垫、泥浆侵入等环境影响.利用蒙特卡罗方法模拟水平井在改变井眼半径、地层岩性、孔隙度、岩屑厚度、储层厚度、水垫和泥浆侵入深度等条件的伽马能谱,则井眼尺寸和水垫厚度越大,远近探测器的伽马计数越高,且直线的斜率大小反映对远近探测器的影响大小;岩屑厚度越大,近探测器比远探测器的伽马计数率变化越快,地层的密度动态变化范围越小;泥浆侵入使远近探测器的伽马计数减小,且近探测器变化快,侵入深度达到12 cm后伽马计数率几乎不发生变化.水平井密度测井的探测深度大约为15 cm,为地质导向提供了理论指导作用.     

维持井壁稳定的充气钻井液密度确定方法研究

随着我国西部和海洋深层天然气勘探开发不断加快、深入，钻井不断遇到高温、高压、气侵环境，受气体侵入的井筒钻井液其密度随温度和压力的变化而变化，这导致常规井壁稳定研究确定的当量静态钻井液密度不能有效地阻止井下井壁坍塌、缩径引起的复杂情况。国内外高温高压条件下钻井液密度计算模型存在着明显的问题：①没有考虑气体在环空中的影响，此时环空中是气液两相流体的流动，不能用单相液体的情况来对待；②井筒温度用地温梯度来代替不合理。为此，在确定有气侵、压耗和温度影响的有效安全钻井液密度时，分析了气液两相钻井流体受井筒压力、温度、气侵量与钻井液密度的相互影响关系，结合地层参数、钻井水力参数和钻柱结构，通过对温度场与压力场的耦合求解，获取了有效安全钻井液密度的下限和上限，计算结果在实际钻井中得到了较为成功地应用。     

储层损害的岩石力学——化学耦合作用研究进展

以往研究储层的应力敏感性损害多是从纯力学角度出发，针对油气藏和工程作业的实际情况，提出重视力学-化学耦合作用对储层渗透率的影响。总结了压溶作用机理，明确了压溶作用最终导致裂缝闭合、岩石渗透率下降并具有不可逆性。压溶作用机理的基本模式为水薄膜模式、岛状沟道构造模式、格莱茨模式。压溶作用的主要影响因素包括温度、压力、矿物溶解性、流体化学性质、流体饱和度。水化学作用对恒定围压下裂缝渗透率变化起着主导作用，必须重视水化学效应对力学效应的影响。在钻井完井过程中应尽量保持压差恒定，防止应力敏感损害储层，并尽量避免滤液侵入油气层，特别是在高温高压环境下压溶作用导致渗透率下降的幅度更大。力学-化学耦合作用还弱化岩石结构面的连接，扩大裂缝宽度，使岩体强度急剧下降，导致发生诱发性井漏。研究岩石力学-水化学耦合作用对于保护储层、优化裂缝性油气藏具有重要的现实意义。     

对苏里格水平井水平段防漏防塌措施的探讨

以往苏里格气田水平井水平段钻遇泥岩,通过提高钻井液密度实现力学平衡保持井壁稳定、防止坍塌。目前苏里格水平井进入整体开发阶段,地层压力因采气降低,高密度钻进时易造成井漏,堵漏作业难度较大并且易引起托压或黏附卡钻。针对提高密度易引起井漏的原因和特点,提出了以提高封堵性、保持一定抑制性和活度、合理降低钻井液ECD、采用合理的流变性和工程措施配合的方式预防井漏。分析了水平段常见泥岩类型和钻井液性能要求,对发生井漏后的措施进行了探讨。提出了做好低密度钻井液的防塌工作是防漏,在水平段为砂岩或泥岩较稳定下,可以降低密度与排量配合恢复正常;水平段漏失为压差性漏失,采用挤堵方式容易造成裂缝,与邻井串通而加重漏失;区别对待泥质砂岩、砂质泥岩、灰色泥岩和炭质泥岩,采取不同的钻井液性能的观点。      

基于ABAQUS的裂缝性漏失过程动态模拟研究

裂缝性漏失最为普遍、复杂且难以解决，由于现场难以对其漏失过程进行准确预测，导致目前裂缝性漏失堵漏成功率较低。基于损伤力学原理，利用ABAQUS软件中的cohesive单元模拟漏失过程中裂缝的起裂和扩展，建立了三维地层裂缝性动态漏失模型。通过分析漏失过程中裂缝形态、井周应力及地层孔隙压力的变化情况，得到了裂缝性漏失过程的动态规律。研究结果表明，随着漏失时间的增加，裂缝的开度受扩展压力的影响先降低后逐渐增加；随着裂缝开度的增加，裂缝长度的增长幅度逐渐变缓；漏失裂缝的扩展使得裂缝开口（0°位置）附近井周压应力逐渐下降，在垂直于裂缝开口附近井周压应力逐渐增加；井周附近孔隙压力受钻井液侵入的影响，随着时间的增加逐渐增大。      

华北古近系及潜山内幕地层井壁稳定性研究

华北油田古近系地层以砂泥岩为主体,间或有玄武岩、煤层等,存在不同压力系统,复杂情况以垮塌、漏失、遇阻、划眼为主,潜山带灰岩地层裂缝发育,卡钻和井漏事故多发,钻井复杂事故占全井的73.62%。从矿物组分分析、岩石力学特征、地应力测试、钻井液浸泡的影响入手,探索出古近系地层井壁失稳机理。古近系地层黏土矿物含量高,岩石水化膨胀严重,地层岩石黏聚力和内摩擦角变化幅度大（6~25 MPa、26°~45°）,长时间浸泡后易形成缝网,当钻井液液柱压力高于坍塌压力达到某种程度时,裂隙宽度呈几何倍数增加,导致井壁掉块;奥陶系和蓟县系灰岩地层地应力差相对较大,岩石微裂缝发育,高地应力作用下易产生微裂缝,且多沿弱面破坏,而引起坍塌和漏失。为解决以上问题,在KCl-聚磺钻井液中引入了聚胺抑制剂和纳米防塌封堵剂BZ-PNP,提高抑制性和封堵能力,并增大润湿角,降低岩石亲水能力。该技术在阳探1、文安101x、安探1x等深井古近系地层进行了应用,取得了井壁稳定、钻井复杂事故为零的效果,其中阳探1井顺利钻穿邻井垮塌严重的大段泥页岩地层,平均井径扩大率1.8%,最大井径扩大率14.82%;安探1x风险探井钻井液密度最大为1.50 g/cm3,低于邻井的1.69 g/cm3。得出,在华北古近系地层使用密度过高的钻井液钻井,会增大微裂隙开启程度,并增加地层的吸水量,建议在井控安全前提下以高过坍塌压力当量密度15%为宜。      

玛湖区块易漏地层防漏堵漏技术

通过玛湖区块易漏地层的漏失量、地层孔隙度和裂缝发育以及漏失压力剖面,分析玛湖区块漏失特征和漏失机理,采用形貌分析和粒径匹配方法,筛选防漏堵漏材料,评价和优化区域防漏堵漏体系。研究发现,玛湖区块二、三开漏失量大且复杂时率高,其中八道湾组、白碱滩组、克拉玛依组和乌尔禾组等地层孔隙和裂缝发育,承压能力差,为漏失多发地层;针对现场使用的防漏堵漏材料,提出了新的形貌优化组合以及微米级、毫米级的粒径匹配原则;所构建的SDSZ防漏体系砂床滤失深度较现场体系降低50%左右,SDDL堵漏体系的承压封堵能力可达7 MPa以上,且堵漏剂土酸酸溶率达60%以上。现场应用效果显著,漏失易发井的防漏成功率高达75%,堵漏作业一次堵漏成功率可达80%。研究结果表明,该防漏堵漏体系,可有效解决玛湖油田易漏地层的井漏问题。      

双压力振动管钻井液密度在线测量装置

钻井过程中,钻井液密度的控制对预防井下复杂情况有着非常重要的意义。钻井液密度在在线测量难点较多,如井场的振动、流量和混入空气的影响等。在原钻井液密度在线测量装置的基础上进行了改进,设计了串联双压力振动管密度计作为在线测量钻井液密度的仪表,实现钻井液密度的在线测量。室内测试及现场试验表明,改进后的双压力振动管钻井液密度在线测量装置精密度高、准确度好,误差控制在0.003 g/cm3以内,并且在使用其范围内,测量结果不受温度、流速的影响。      

超临界二氧化碳钻井流体关键技术研究

超临界二氧化碳钻井技术是利用超临界二氧化碳作为钻井流体的一种新型钻井方法,具有能有效驱动深井井下马达,控制井底压力容易,破岩门限压力低、破岩速度快,能防止储层损害等优点,但成功利用超临界二氧化碳钻井技术的关键是充分了解超临界二氧化碳钻井过程中井筒中二氧化碳流体的温度和压力分布。为此,建立了考虑井筒流体与地层换热对井筒流体温度影响的井筒传热模型,根据能量守恒原理,推导出了井筒流体温度计算模型,并考虑到钻井过程中可能钻遇水层的情况,对该计算模型进行了修正;利用有限元方法,推导出了井筒内二氧化碳钻井流体的压力计算公式。实例计算表明:钻杆内二氧化碳流体的温度和压力随井深增深而增大,但与井深的关系是非线性关系;钻杆内二氧化碳流体的密度随井深的增加而减小,但到近钻头处开始增大。环空中的压力随井深的增加而增大,但两者的关系也是非线性关系;环空中的温度随井深增加先升高后降低;环空中的二氧化碳密度随井深增加而增大,但两者为非线性关系。