泥页岩水化对气体钻井井壁稳定性影响规律研究

气体钻井钻遇地层水后,井壁岩石力学特征变得复杂,给钻井施工带来较大的安全威胁。从泥页岩水化机理着手,通过实验和理论计算方法,对气体钻井过程中泥页岩水化对井周岩石力学参数的影响规律进行分析研究,给出地层出水条件下泥页岩井段井壁稳定性分析评价方法,结合工程地质特征,对川西特殊复杂地层出水情况下气体钻井井壁稳定性进行定量评价。分析结果表明,由于川西地区中浅～中深井段泥页岩层段较多,且地层水丰富,气体钻井过程中井壁容易发生失稳破坏。因此在气体钻井过程中,应充分认识待钻井段地层出水情况和泥页岩地层的纵向分布规律。     

川东北复杂地层气体钻井井壁稳定特征研究

川东北地区的上部陆相地层具有岩石致密坚硬、地层可钻性差、高陡构造应力关系复杂等地质特点,
采用常规钻井面临钻速低、周期长、经济效益差等难题。近些年来,在该地区上部陆相地层开始尝试采用空气钻井
技术,钻井速度得到大幅提高,在一定程度上解决了上述难题,但在气体钻井施工中,又出现了井壁稳定问题,成为
本地区推广气体钻井提速的瓶颈。研究了川东北地区空气钻井壁失稳机理,建立了井壁稳定预测方法,并对川东
北地区空气钻井井壁稳定性实钻案例进行了分析,表明预测方法与实际情况吻合,本研究结果对该地区开展气体
钻井适应性评价具有指导作用。     

气体钻井井壁稳定性分析

首先分析了用钻井液钻井时钻井液与地层的相互作用，并以多孔介质传导、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为基础，建立起钻井液滤液在井周地层中的渗透运移规律和水化应力与地层强度随时间变化的规律，对地层应力应变状态受钻井液的影响进行定量化分析。并将用于校正后由测井资料得到的围岩强度性质及应力状态，从而得到气体钻井条件下井周地层的强度性质及应力状态。最后选择适当的强度准则，形成气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以七里北1井的测井资料为基础，运用该模型系统分析了七北101井气体钻井井段的井壁稳定性，其结果与该井钻井实际情况一致，表明该模型系统是准确、可靠的。     

气体钻井替换过程中保持井壁稳定的对策

针对气体钻井过程中地层出水、扭矩、摩阻过大或起下钻困难、影响钻井安全等复杂情况的发生而不得不转换成常规钻井液钻井的问题,通过对气液转换过程中工作液对井壁稳定的影响机理分析,由此而提出气液转换对钻井液性能要求,提出进行钻井液转换时可考虑先采用较低密度的钻井液,待钻井液在井壁形成滤饼后再提高钻井液密度平衡地层流体,所选用的水基钻井液可以考虑强抑制乳化防塌钻井液、非渗透钻井液、聚硅醇钻井液、设计者钻井液（designermud）、MEG钻井液和聚合物沥青钻井液。     

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。     

川西中江地区井壁失稳机理研究

中江地区井壁失急是该区钻探过程中普遍遇到的问题。为了弄清楚井壁失稳的机理,对该地区地层粘土矿物结构和理化性能及粘土矿物的膨胀、分散性能作了大量的室内研究,对易引起井壁失稳的一些工程因素也进行了比较全面的分析,为该区的防塌技术对策提供了依据。     

气体钻井井壁稳定性评价方法分析

由于气体钻井技术在某些方面有着常规钻井液钻井不可比拟的优势，在国内得以大范围地试验应用。但是，作为一项新技术，气体钻井本身具有一定的局限性，其实用范围尚不完全清楚。因此，在现场试验过程中已经暴露出不少问题，井壁稳定性就是其中最为突出的问题之一。在常规钻井液钻井过程中，井筒与地层孔隙压力之间存在正压差，正压差对井壁起到一定的支撑作用，在一定程度上抑制了井壁坍塌，有利于井壁稳定。而在气体钻井中，这种支撑作用并不存在。为此，从气体钻井井壁岩石力学的基础着手，建立了气体钻井条件下井壁稳定性分析的评价方法，并结合实际工程地质特征，对川西特殊复杂地层没有流体产出情况下气体钻井井壁稳定性进行了定量评价，分析评价结果与现场施工情况吻合。     

气体钻井井壁稳定处理剂评价方法探讨

气体钻井遇到地层出水时,通常就要转化为雾化钻井、充气泡沫钻井或钻井液钻井。工作液中液相浸入,引起地层岩石的物理化学变化,可造成井壁垮塌,甚至会导致井下复杂情况及事故。为此,深入分析和总结了气体钻井遇地层出水后的特殊井下情况,提出了在特殊井下情况下泥页岩井壁稳定对处理剂的性能要求,并对气体钻井井壁稳定处理剂的实验评价方法进行了探讨。结果表明:综合运用滚动回收实验、封堵效果评价,压力穿透测试、抗毛细管力自吸测试以及岩石力学参数测试等方法,能够较全面地评价井壁稳定处理剂的抑制性、封堵性、抗毛细管力自吸等性能以及该处理剂对岩石力学性质的影响。     

柴达木盆地西北地区井壁失稳要因分析

柴达木盆地西北地区油气勘探潜力大,地层岩石成分复杂、埋藏较深,同时存在大量裂缝,随着储层埋藏深度的增加,高温和高压愈发显著,钻井过程中井漏、井塌等复杂事故也越来越多。以柴达木盆地西北地区D井组作为研究对象,以岩石特征及岩石理化性能分析为基础,从地质、工程和井筒流体等方面开展井壁失稳机理研究。研究结果明确了影响井壁稳定性的主要因素是裂缝力学弱面效应,失稳地层坍塌压力的准确计算和钻井液密度的合理选择有助于维护井壁稳定,强化钻井液的有效封堵性有助于预防井壁坍塌,较好的钻井液携岩能力可以避免井底岩屑堆积。研究成果对减少卡钻、井漏、井塌等钻井事故的发生有着一定的指导意义。     

高压气层气体钻井井壁稳定性分析

在利用气体钻井技术揭开高压气层的初期,由于低密度气体在井底产生的压力很小,远远低于气层的孔隙压力,高压气层的气体在压力势差作用下由地层向井眼高速流动,导致高压产气层段井壁稳定性下降,易引起井下复杂事故。通过分析高压气层高速产气影响气体钻井井壁稳定性的作用机理,建立了一套高压产气层气体钻井井壁稳定性的评价方法。结果发现：高压气层高速产气过程中,一方面导致产气层近井壁地带的孔隙压力降低,形成一个压降漏斗,作用在井壁表面岩石上的有效应力增加,有利于气层的井壁稳定;另一方面由于产层孔道迂回曲折,高压气体在快速流出地层时,在近井壁地带会产生一个附加径向应力,降低了井底气体对井壁岩石的有效支撑作用,不利于气层的井壁稳定。综合分析正、反两方面的影响因素后发现：高压产气层被气体钻井揭开瞬间,气层井壁表面岩石稳定性最差;随后,井壁表面岩石孔隙压力降低,井壁稳定性变好;随着产气层暴露时间的增加,气层深部位置点高压气体开始流动,井壁稳定性先变差后变好。     

川西大邑地区气体钻井井壁稳定性评价研究

给出了川西大邑地区气体钻井井壁稳定性的评价方法及井周应力方程,引入"井径扩大系数"研究不同井径扩大率条件下地层坍塌压力变化规律,结合大邑地区钻井实际情况,探讨出该地区气体钻井井壁稳定性分布规律,最后对该地区的钻井设计提出了建议.     

气体钻井钻前水层预测与井壁稳定性研究

井眼稳定和地层出水问题限制着气体钻井技术的推广应用.采用细观损伤力学方法建立了气体钻井井眼稳定的力学模型,通过跟踪声发射信号研究了井壁围岩在应力下的损伤演化,着重探讨了井眼稳定的特殊机理、均匀分布载荷和不均匀分布栽荷下井眼周围的损伤特点.研究发现,气体钻井的井眼稳定存在一个临界状态,在该状态以内,井眼周围出现范围较小的损伤区(塑性区),但井眼是稳定的;超过该状态,损伤区(塑性区)大范围扩展导致井眼失稳,井眼周围损伤区内形成了微裂纹和裂缝,造成转换介质后井壁失稳.数值模拟结果和室内真三轴试验结果吻合.开发了利用综合测井资料进行钻前水层预测和气体钻井井壁稳定评估的软件,在几个区块的应用检验表明,预测结果和实际情况吻合.     

一种考虑合理井筒破损的气体钻井井壁力学稳定性分析方法

在非均匀地应力作用下,井眼钻成后在井周发生应力重分布,井壁容易在最小主应力方位发生井壁垮塌,最大主应力方位发生破裂以达到自然释放井周应力集中的目的。文章结合这种井筒自然的合理破损的工程现象,考虑工程允许的井筒破损时的应力环境,基于井径特征分析、测井资料分析及力学稳定性理论,发展了一种
任意井斜条件下的考虑合理井壁破损的气体钻井井壁力学稳定性分析模型。分析结果表明,这种方法力学原理明确,建立的模型准确可靠,应用简单,且与实际情况更为吻合,克服了传统完整井筒极限平衡条件下的井壁力学稳定性分析的建议井段远低于气体钻井实际实施井段的问题,为气体钻井的井壁力学稳定性分析提供有效的基础参考。     

防止碳酸盐岩地层井壁失稳的对策研究

井壁稳定是钻井的关键技术之一，而且是世界性的钻井难题。根据不稳定地层的特性，给出相应的防范措施，对钻井工程中保持井壁稳定起着举足轻重的作用。井壁失稳问题不仅在砂泥岩剖面中存在，而且在碳酸盐岩剖面中也司空可见，但碳酸盐岩剖面井壁失稳的地层主要集中在地应力不平衡的地层、具有塑性和蠕变特性的盐膏岩地层、裂缝性地层及胶结性差的易破碎地层等。针对碳酸盐岩地层实际钻井过程中所遇到的各种引起井壁失稳的因素，对地应力因素引起井壁失稳控制技术、钻遇盐膏层预防措施、裂缝较发育的地层及胶结性差的破碎性地层井壁失稳对策进行了研究，并对保持井壁稳定的唯一可控因素，即安全钻井液密度窗的确定进行了探讨。这一整套对策对碳酸盐岩地层安全、经济、快速地钻探具有科学的指导作用。     

影响气体钻井地层出水因素

气体钻井具有钻速高,成本低,环保性好等优势,但地层出水极易导致井下情况复杂,严重制约了空气钻井技术的推广应用。本文总结了空气钻井地层出水的危害,介绍了地下水的分布情况,分析了影响地层出水的因素,对气体钻井现场施工有一定的指导意义。     

气体钻井地层出水监测新方法

气体钻井钻遇水层后,当钻屑和水的比例达到一定值时,钻屑就会粘附在钻具和井壁上形成泥饼环,容易引起井下复杂情况或事故.针对目前常用的几种判断地层出水的方法在刚打开水层、出水量较小时无法及时准确判断的问题,提出了在排砂管线上安装湿度传感器,通过监测环空返出气体相对湿度的变化判断地层出水的新方法.在川西多口井的成功应用表明,该方法具有反应快、操作方便等优点,能够及时准确地监测到地层出水(仅需3～4min),为气体钻井的顺利进行提供了安全保障.     

一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法

为有效克服气体钻井过程中出现的井壁失稳现象,提出一种气体钻井井壁稳定性分析的简易方法.该方法在对传统气体钻井井壁稳定性理论的利弊进行分析的基础上,从气体钻井井壁围岩的力学特性出发,确定了井壁围岩应力场的分布,结合Mohr-Coulomb准则,建立了气体钻井条件的井壁稳定模型,即弹塑性模型和硬脆性模型,成功解释了气体钻井条件下地层进入塑性状态变形达到一定程度,井壁坍塌井径扩大后,地层趋于稳定的现象.将该计算模型应用于满东2井的井壁稳定性分析,结果表明:理论分析结果和工程实测数据对比,计算结果较为准确,验证了该模型较为有效.     

地层出水后的气体钻井携岩携水机理研究

近年来,由于气体钻井技术在某些方面有着常规钻井液钻井不可比拟的优势而在国内得以大范围地推广应用。但是,作为一项新技术,本身具有一定局限性,其实用范围尚不是完全清楚,因此,在实际应用过程中已经暴露出不少问题,地层出水后的携岩携水规律就是其中最为重要的关键技术难题之一。气体钻井过程中,地层出水将导致气体携岩规律复杂化,需要的最小注气量也会相应增加;当地层出水量继续上升时,可能会严重影响携岩效率,最终导致发生卡钻等井下复杂情况。文章对气体钻井过程中地层出水后的携岩携水基本规律和有关理论计算方法进行了研究,建立起相应的计算方法;并结合实际工程地质特征,对川西特殊复杂地区气体钻井过程中地层出水后的携岩携水规律进行计算分析,分析结果与现场施工情况基本吻合,表明文章给出的评价方法是可靠的。     

大港滨海油田深井井壁失稳原因分析及对策

在大港滨海油田深井钻探过程中,多口井不同程度地出现了井壁失稳现象,为此开展了井壁失稳原因分析。通过对滨海油田深层地层矿物成分、泥页岩理化性能、区域地应力分布规律和岩石力学强度等项研究表明,滨海油田深井井壁失稳的主要原因是黏土矿物含量高、容易出现水化分散和膨胀。通过现场常用钻井液体系的性能测定与评价,配制了BH-KSM钾盐聚合物钻井液体系,该体系能够满足滨海油田深井井壁稳定的要求。