基于盐岩损伤机理的深部巨厚盐层钻井液密度设计方法

为防止钻井过程中盐层蠕变发生塑性变形而导致卡钻等事故,传统的方法是建立蠕变本构方程及用实验确定蠕变参数,但是得到的控制盐层蠕变的钻井液密度不能很好地反映实际钻井情况.因而提出一种控制近井筒盐岩不产生扩容损伤变形的新方法,并利用该方法设计了深部巨厚盐层钻井液密度.通过室内试验分析了盐岩损伤变形过程中的声发射信号,确定了盐岩的扩容损伤边界.对于深部盐岩钻井工程中的井壁稳定性问题,根据八面体剪应力准则,井壁盐岩的应力状态控制在扩容损伤边界以内,设计了深部盐层安全钻井液密度窗口.与实际钻井对比分析表明,用该方法设计的钻井液密度窗口能够保证盐层安全钻井,且方法简单而有效,便于现场应用.     

深层盐膏岩蠕变特性研究及其在钻井中的应用

由于盐膏层易发生蠕变，钻井过程中易发生井眼闭合、卡钻等井下事故和复杂情况。为此，通过盐膏岩蠕变试验研究，分析了深井盐膏层三维蠕变压力，建立了蠕动方程及钻井液密度图谱，结合对盐膏层溶解规律的研究，从力学和化学两方面提出了确定钻井液密度的方法，并优选出了适合塔河油田盐膏层钻井的聚磺硅酸盐欠饱和盐水钻井液体系。研究成果在30多口井盐膏层钻井中得到了成功应用。     

盐膏层合理钻井液密度的确定

在阐述盐膏层蠕变规律的基础上,对某油田X区块盐膏层蠕变进行分析,利用有限差分模拟计算软件建立计算模型。通过数值模拟计算得出在不同钻井液密度下井眼缩径率随井深的变化规律,并绘制出盐膏层岩段不同缩径率下的钻井液密度图版,从而确定了顺利钻穿该区块盐膏层的合理钻井液密度。     

哈萨克斯坦肯基亚克油田盐下水平井钻井液技术

肯基亚克盐下油田地质构造复杂,地层倾角大,储层埋藏深,巨厚盐膏层易蠕变缩径和污染钻井液,下二叠系储层中存在异常高压气层(1.98～2.05)和裂缝性漏失层,钻井液密度窗口窄,漏喷转换致使井控风险大。多年开采,地层压力衰减造成区域内地层压力系数难以确定,高低压同层导致钻井周期长,复杂事故多,溢漏矛盾突出,井控风险高等技术难题。现场通过持续优化钻井液体系配方、堵漏材料及堵漏浆配方,细化润滑防卡处理措施,现场应用结果表明,复合盐水钻井液体系抗盐钙污染能力强,润滑防卡效果好,防漏堵漏效果显著,较好地解决了该区块定向水平段高低压同层造成的卡钻和漏喷转换等技术难题,为该区块后续水平井施工提供了技术支撑和借鉴经验。     

喀什山前高陡构造安全钻进钻井液技术

喀什北区块阿克莫木气田属山前高陡构造,钻井过程中事故频发.已完钻的4口邻井,在施工中遇到了因井漏和盐膏层蠕变引起的卡钻与套管变形等多起事故.针对该区块地层特点,研发了一套适合喀什山前高陡构造盐膏层安全钻井的欠饱和盐水钻井液体系.并针对喀什北区块浅层西域组和阿图什组的砾岩层和白垩系下统克孜勒苏群气层顶部的井漏问题,进行了薄弱地层防漏堵漏工艺研究,有效解决了钻井液严重漏失及盐膏层安全施工难题,所应用的阿克101井和阿克5井,各项钻井指标均居该区块之首.     

塔河油田盐下区块盐膏层钻井液技术

塔河油田第三系地层存在大段的膏盐层,并夹杂盐岩层、膏泥岩和"软泥岩",属于典型的复合盐岩层.钻盐膏层时井下事故频繁,特别是当钻开井眼后,盐膏层蠕动,常造成井眼失稳、卡钻、固井后挤毁套管等事故,钻井完井复杂情况和井下事故形态可概括为"溶、缩、塌、胀、漏、卡、喷、损"8个字,给钻井带来重大经济损失.通过研究与现场实践,形成了先期承压堵漏技术和聚磺硅酸盐欠饱和盐水钻井液体系等一套完整的钻盐膏层的钻井液工艺技术措施.现场应用表明,该套技术措施能够顺利钻穿埋藏深的盐膏层,方案合理、技术措施得当,解决了盐膏层的蠕变;合理控制Cl-含量,加上先期承压堵漏工艺技术的实施,钻井液密度可逐渐降低至1.65～1.68 g/cm3,改变了过去专封专打盐膏层必须下套管的做法,实现长裸眼井身结构,解决了钻盐下区块目的层的难题,满足了钻井施工及地质的要求,节约了钻井时间,降低了钻井成本.     

基于积分本构方程的盐膏岩蠕变参数反演

正确认识盐膏层蠕变规律是进行盐膏层钻井设计、合理确定起下钻时间及预防井下事故发生的关键。文中以相关系数作为盐膏岩本构模型辨识的准则函数,建立了井下盐膏岩蠕变模型的辨识方法。通过引入积分算子,建立了常见蠕变模型的积分型本构方程,并以此为基础提出了根据井径测量信息反演确定盐膏岩蠕变特性参数的位移反分析法。应用该方法可较好地预测井下盐膏层的蠕变规律,并由此确定井径缩小规律与钻井液密度的关系。在英买力区块的应用结果表明．理论预测结果和实际测试结果吻合较好。为盐膏层钻井工艺设计的合理编制提供了理论依据。     

哈萨克斯坦扎那若尔油田钻井液技术探索与实践

扎那若尔油田地质条件非常复杂，地层中有大段的盐膏层、塑性泥岩和可钻性极差的泥板岩，极易造成缩经、井塌、井漏、卡钻等井下事故和复杂情况。在总结经验的基础上结合现场实际，形成了一套适用于扎那若尔油田的钻井液技术。现场应用表明，该钻井液抑制性能好、抗膏盐污染能力强、防塌封堵能力优良，对安全钻穿井下盐膏层以及克服泥岩垮塌、蠕变起了重要作用，井下复杂事故出现率明显减少，提高了钻井速度，满足了扎那若尔油田钻井作业和完井作业要求。     

倾斜盐岩层段井眼蠕变缩径分析

文章用盐岩蠕变的非线性有限元法建立了具有倾斜盐岩夹层的地层有限元模型。研究了新疆某油气田钻遇的盐岩层段钻井液密度、地层倾角与井眼蠕变缩径的关系。研究表明，增大钻井液密度，可有效地减缓蠕变缩径。地层倾角对井眼蠕变缩径的影响较复杂，对于上覆岩层压力大于水平应力的情况下，井眼初始蠕变量随地层倾角增大而增大。地层倾角对井眼后期蠕变（稳态蠕变）缩径的影响不仅与倾角大小有关，还与蠕变应力差有关。当蠕变应力差较小时，即钻井液密度较大时，蠕变速率随地层倾角增大而减小。当蠕变应力差较大时，对于该井蠕变岩层段，地层倾角小于15°时，蠕变速率随地层倾角增大而增大，地层倾角大于15°时，蠕变速率随地层倾角增大而减小。该研究结果为盐岩段井眼稳定性分析和提供合理的钻井液密度具有指导意义。     

一种新型钻井液体系在海上某油田的成功应用

海上某区块其地层特点决定了施工难度大、极易发生井下情况复杂等,钻井作业难点就是该区块的涠二段和流二段大段易水化易垮塌的泥岩。针对这一地层特点项目选用新型油基钻井液体系在该地区进行钻井作业,取得了非常明显的效果。本文通过对海上某油田地质、钻井现场作业、新型油基钻井液体系现场应用进行了总结,对今后该区块现场钻井作业起到一定的借鉴和指导作用。     

宝南侏罗系地层井壁失稳机理的研讨

宝南区块自1996年7月开始钻探到目前为止共完钻5口井,这5口井在钻进侏罗系地层时均不同程度地出现了起下钻阻卡、卡钻、测井遇阻卡、断钻具、井漏等井下复杂情况与事故,严重影响了钻井周期,其原因是泥页岩/煤层井壁坍塌与砂砾岩蠕变缩径引起的井壁失稳.室内研究结果表明,井壁坍塌的根本原因是5口井的使用钻井液密度皆小于计算坍塌压力.砂砾岩地层井眼缩径的原因是这类地层具有一定的流变性,特别是在钻井液长期浸泡的情况下,地层向井眼内蠕变,导致井眼缩径.采用改进的三轴岩石强度试验机作试验装置,对砂砾岩地层的蠕变特征进行了测试,并在此基础上研究了井眼缩径的原因及对策.依据实验结果对砂砾岩地层井眼缩径率的计算结果表明:井眼缩径率随着井眼钻开时间的增加而增大,随着钻井液密度的增大而逐渐减小,而且不同类型钻井液在相同密度的情况下,井眼缩径造成阻卡的时间不同,例如采用醋酸钾强封堵钻井液或全油基钻井液,在使用合理的钻井液密度的情况下,可以延长安全钻井周期.     

塔北隆起盐下油气藏井眼缩径研究

采用Heard非线性蠕变模型作为深井段盐岩蠕变本构方程,并建立含盐膏岩夹层的有限元模型,得到了塔里木羊塔克区块巨厚盐膏层变形及井眼缩径规律.研究表明,由于上覆岩层应力的作用,羊塔克隆起构造盐岩层翘曲段逐渐趋于平缓;在同一盐膏层井段不同井深处井眼蠕变缩径的程度明显不同,顶部和底部盐膏层井眼缩径速率最快,缩径量较大.据此,现场钻井工程师在进行盐膏层井段钻进的时候要特别注意打开盐膏层和钻出盐膏层井段时的钻井液密度控制,优选钻井方案,防止盐岩层井段发生卡钻等井下事故.     

文、卫、濮结合部钻井液技术

中原油田文、卫、濮结合部地层具有中原油田各区块复杂地层的特点,即盐膏层发育,盐层厚,塑性流动性强,极易造成漏、喷、塌、卡等复杂事故。针对这种情况,在进入S_1盐层前将钻井液转化成聚磺盐水钻井波和聚磺饱和盐水钻井液,经过对该钻井液的密度、pH值、膨润土含量等性能的适当控制,顺利钻穿了盐层,井径规则。该钻井液体系维护处理方便,排放量少,满足了盐膏层钻井施工的要求。     

东营凹陷沙四段膏盐岩地层卡取方法

膏盐岩地层容易引起钻井井下复杂事故的发生,因此采用适当的方法及时、准确卡取膏盐岩地层具有重要意义。结合东营凹陷沙四段膏盐岩地层岩性特征分析,探讨了钻前综合分析预测与随钻对比相结合,实时根据钻时、电导率、氯离子质量浓度以及钻井液特征,并参考HF滴定是否反应的膏盐岩地层综合卡取方法。研究得出,钻遇膏盐岩地层时钻时下降至小于上覆泥岩基值的70%或小于10min/m;钻井液的电导率相对于上覆泥岩围岩明显上升,升高幅度一般为5%~35%;钻井液氯离子质量浓度相对于上覆泥岩围岩明显增加,主要集中在9000~20000mg/L;钻井液粘度升高,升高值为4~184MPa·s,钻遇厚层膏盐岩地层时,钻井液密度升高,通常升高值为0.01~0.06g/cm3;同时,利用HF和不同岩性化学反应的结果也可以有效识别膏盐岩地层。现场L 760井、T 190井的实际应用表明,该方法不但能够准确识别东营凹陷膏盐岩地层,而且可操作性好,便于现场应用。     

疏松砂岩储层水平井安全钻井周期确定研究

疏松砂岩层段打开井眼后有一个井眼收缩过程,井壁周围的围岩由于蠕变而逐渐向井眼收缩变形,导致缩径、卡钻以及下套管遇阻甚至挤毁套管等事故的发生。通过对渤中某区块砂岩储层的岩心进行蠕变试验,得到了蠕变方程及蠕变参数,结合地应力、钻井液密度以及蠕变参数对缩径率的影响,运用FLAC3D软件进行数值模拟计算,得到了该区块疏松砂岩水平井井眼变形随时间变化的规律,确定了疏松砂岩层水平井水平段安全钻井周期。结果表明该区块钻水平井时可以不考虑蠕变引起的钻井安全周期问题。     

土库曼斯坦阿姆河右岸B区高风险气藏安全钻井技术

在土库曼斯坦阿姆河右岸B区钻井史上,由于存在高压浅层次生气层、高压盐水层、高压高产气藏以及巨厚盐膏层的复杂地层,因而井喷、卡钻、高压盐水结晶导致井筒报废等事故频发,钻井成功率仅为64%,钻井安全风险极高,部分气田已禁止钻井施工。为此,针对性地开展了如下安全钻井技术试验与应用:(1)针对浅层次生高压气层,采用小尺寸领眼试钻,很大程度上减少了井筒容积,使进入井筒油气的量大大降低,减少了加重钻井液,加快了压井作业时间,提高了钻遇复杂层的安全性,同时在浅层气井区外围采用了钻大斜度井定向井强采方案;(2)针对高压巨厚盐膏层,优选了与盐膏层相配伍的欠饱和—饱和盐水钻井液体系,优选了盐岩蠕变模型,建立了盐膏层井眼缩径方程,形成了钻井液密度图版,确定了盐膏层安全钻井液密度,有效地提高了盐膏层段钻井液的抗污染性和抗蠕变性,保证了井筒安全。相关配套技术已推广应用近百口井,钻井成功率达100%,井喷发生率为零,解放了"钻井禁区",较好地解决了该区域高风险天然气井安全钻井难题。     

盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性研究

针对盐岩井段易发生蠕变缩径,引起卡钻、固井后又易发生挤毁套管等事故的现象,应用有限元方法,建立了描述盐岩层中斜井井眼蠕变缩径的空间力学模型,从岩石力学角度分析了塔里木油田羊塔克地区盐岩层钻大斜度井的井壁稳定性,论述了一定地应力状态下井斜角和方位角对井眼缩径的影响规律.该研究成果为盐层段定向井井眼轨迹设计、合理确定泥浆密度和盐岩层钻井施工提供了理论参考,已成功应用于塔里木地区钻遇盐岩层时钻井工程的设计和施工.     

乌兹别克斯坦费尔甘纳地区吉达4井钻井液技术

吉达4井位于乌兹别克斯坦费尔甘纳盆地卡拉吉达构造,是中石油部署在该区块的第二口超深探井.该区块地质结构复杂,储层埋藏深度在5 700～6 500 m左右,井底温度超过160 ℃,钻井液密度高达2.38～2.43g/cm<'3>,属高温、高压、高含盐、高含硫深层低渗油藏.上部和深部井段均存在高压盐水层和大段盐膏层,钻井过程中极易发生盐水侵、盐结晶、石膏层蠕变缩径、卡钻等井下事故.针对地层复杂情况,该井从三开井段开始使用欠饱和盐水聚磺钻井液.现场应用结果表明,该套钻井液在井底温度超过160 ℃时性能稳定,抑制性好,抗盐钙污染能力强,满足了"四高一超"(高温、高压、高密度、高含硫、超深井)条件下的润滑防卡、井壁稳定、流变性控制等一系列技术难题,未发生任何井下事故,实现了钻探目的,满足了施工要求.     

辽河油田马古区块深井长裸眼钻井液技术

介绍了辽河油田马古区块的地层特点与深井长裸眼简况,针对此区块长裸眼井井下复杂事故,提出了深井长裸眼钻井液技术难点.并总结了对应的钻井液技术措施,进行了现场应用.马古区块长裸眼井使用加有组合抗高温降失水剂和沥青的聚合物有机硅钻井液钻井,通过使用固液混合润滑防卡技术、井壁稳定及井眼净化技术.并保持钻井液有良好的稳定性能,较好地解决了该区块深井长裸眼井井壁失稳、卡钻、起下钻困难、电测遇阻等井下复杂事故.     

福山油田流沙港组井壁稳定技术

福山油田下第三系流沙港组地层以泥页岩为主,层理、微裂缝发育,易发生泥页岩坍塌及电测遏阻等复杂事故,影响了钻井速度和油气层保护.通过对流沙港组地层矿物组分、理化性能、地应力及地层坍塌压力等分析,对井壁失稳的机理进行研究,研选出了强抑制、强封堵的有机盐钻井液.利用地层压力预测分析的成果,确定了合理的钻井液密度.通过现场应用解决了福山油田流沙港组的井壁失稳问题,缩短了钻井周期,钻井液密度和压力预测结果很好的吻合,平均井径扩大率为2.69％～8.38％,一次电测成功率为100％,钻完井过程中均无井壁坍塌等复杂事故发生.