泥页岩井壁稳定流固化耦合模型

考虑泥页岩-钻井液体系电化势渗透产生的流体流动和离子运移、泥页岩-钻井液体系中流体流动和溶质扩散过程的非线性、流体流动和离子运移对固体变形的影响,建立泥页岩井壁稳定流-固-化耦合模型。应用建立的模型计算实例井井眼周围地层随时间变化的孔隙压力、应力以及破坏指数。结果表明,若不考虑泥页岩膜离子选择性形成的扩散电势,计算的孔隙压力和应力偏小,而线性模型过高地预测了井壁周围的孔隙压力场和应力场。根据破坏指数可以看出,坍塌破坏首先发生在井壁附近地层,坍塌压力随时间延长增大且变化较明显,破裂压力随时间延长减小但变化不显著,钻井液密度窗口随时间变窄。     

泥页岩渗透水化作用对井壁稳定的影响

钻井过程中,当存在水基钻井液化学渗透作用时,泥页岩井壁将更加不稳定.建立了力学-化学耦合作用下井壁周围应力分布模型,通过采用有限差分法对该模型求解,得出了井壁周围应力分布,通过利用破坏准则计算井壁坍塌压力,得出了合理的防塌钻井液密度,同时研究了井周应力分布和坍塌压力的时间效应.研究表明,泥页岩地层的膜效应较好时,渗透水化作用越大,膜效应不存在时则不发生渗透水化作用;维持泥页岩井壁稳定所需的防塌钻井液密度是随时间增大而增大,当使用钻井液溶质浓度低时,破坏发生在地层内部,需使用高密度钻井液防止井壁坍塌,对于过平衡钻井,当使用高浓度钻井液时破坏发生在井壁,对实际钻井有理论指导意义.     

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。     

钻井卸载对泥页岩地层井壁稳定性的影响

钻进泥页岩地层时井壁易失稳,且井周岩石极易因钻井卸载产生诱导缝,导致岩石强度降低,从而加剧井壁失稳。因此,为确保泥页岩地层井壁的稳定,采用三轴力学试验仪模拟钻井卸载过程中的岩石应力变化过程,分析了卸载对泥页岩力学特性的影响,采用回归方法回归了泥页岩内聚力、内摩擦角与卸载幅度的关系,并将该关系引入到常规井壁稳定性模型中,建立了考虑卸载作用的泥页岩井壁稳定性模型。结果表明:卸载会使泥页岩的强度降低,随着卸载幅度变大,泥页岩强度的降低幅度增大;考虑卸载作用后,泥页岩地层的坍塌压力增大,尤其在高地应力和各向异性较强的泥页岩地层,由卸载造成的坍塌压力增量更为明显;井筒与最小水平主应力的夹角较小时,可以降低卸载对泥页岩井壁稳定性的影响。研究结果表明,卸载对泥页岩地层坍塌压力的影响不可忽视,进行钻井液设计时应考虑卸载对坍塌压力的影响。      

充气控压钻井过程压力影响因素分析

常规钻井技术钻遇复杂地层时,钻井液安全密度窗口窄,钻井液性能可能发生剧变,压差卡钻、粘附卡钻、喷漏同层、上漏下喷和井壁垮塌等复杂问题经常发生,甚至导致钻井作业无法正常进行,增加诸多非钻井作业时间,使钻井周期和费用大幅度上升;充气控压钻井(MPD)作为一种新的钻井技术,能够降低甚至避免诸类钻井问题,结合环空多相流水力学模型,综合分析了钻井液排量、注气量、机械钻速、井口回压和井身结构等因素对MPD环空压力的影响,实现MPD环空及井底压力保持在一定的范围内准确、快速可调,从而提高钻井效率,降低作业成本.在不久的将来,控压钻井将会是一种更安全、更快、更有效的钻井技术.     

泥页岩构成及泥页岩井壁表面和岩屑表面特征对井稳定性的影响—文献综述

泥页岩的构成及泥页岩井壁表面和岩屑表面的特征对井壁稳定的影响是防塌技术研究领域值得不断深入研究的课题,是客观全面地研究防塌机理和方法的基础。本文综述有关这方面的研究文献,希望能为拓宽防塌技术研究的思路提供一些有益的启示。     

力学温度和化学耦合作用下泥页岩地层井壁失稳研究

为减少泥页岩地层,特别是高温-高压泥页岩地层的井眼失稳问题,将泥页岩地层视为孔隙介质,在综合考虑岩石特性、井眼周围三维地应力、化学及热效应等因素对泥页岩地层井眼稳定的影响的情况下建立了井眼周围有 效应力计算模式,通过有限差分法进行求解。结合地层失效准则,得到了温度、渗流以及岩石特性对坍塌压力和破裂压力的影响规律。研究的结果表明对低渗透率的泥页岩来说,热效应以及化学反应在确定钻井液密度窗口时起到重要作用。计算结果对实际钻井有理论上的指导意义。     

泥页岩三轴试验及其井壁稳定性研究

在钻井过程中,泥页岩井眼最容易发生井壁失稳,经常出现井壁的坍塌、剥落掉块以及缩径等问 题,严重的影响施工进度,造成巨大的经济浪费。而泥页岩井壁稳定性研究的基础就是要准确求出相应 的岩石力学参数,根据试验得出的岩石力学参数才能较好的进行力学性质分析并确定出钻井液密度安全 窗口。采用三轴岩石力学试验机进行泥页岩三轴试验,根据试验得出的静态弹性模量、泊松比、抗压强 度、内聚力、内摩擦角等岩石力学特性参数,对泥页岩井壁进行了力学分析,并求出了包括坍塌压力和 破裂压力在内的钻井液密度安全窗口,为该工区的井壁坍塌问题找到了原因。     

气体钻井中泥页岩地层遇水时的井壁稳定性研究

常规钻井液钻井中,水在正压差、毛管力和化学势等作用下进入泥页岩发生井壁失稳,而气体钻井除了自身的力学失稳外,主要在毛管力作用下吸收下部地层水造成泥页岩地层井壁失稳。因此,随着气体钻井技术的发展,在钻遇下部地层出水后,泥页岩地层的井壁失稳机理值得研究。从分析气体钻井条件下泥页岩吸水扩散系数、吸水膨胀系数和吸水后的力学参数变化入手,结合建立的力学化学耦合模型,紧紧抓住气体钻井和水基钻井液钻井的不同点,使得该模型能较好地运用到气体钻井泥页岩井壁稳定性的分析中,并通过DY1井气体钻井实践验证了文中的模型。     

控压钻井井筒压力控制技术初探

常规钻井技术钻遇压力衰竭或复杂地层时,经常遇到钻井液安全密度窗口窄,并引起漏、喷、卡、塌等井下复杂问题。控压钻井(MPD)通过控制井筒环空循环流体介质的流量与流态、井口施加压力等因素,结合环空压降模型计算,使环空压力保持在一定的范围,就可以降低甚至避免这些钻井问题,减少非钻井作业时间,提高钻井效率,降低作业成本。     

精细控压钻井井底压力自动控制技术初探

控压钻井技术是当前油气钻井工程领域的前沿技术之一。钻井各个工况的井底压力须保持恒定,才能确保窄密度窗口复杂地层井段的安全、顺利钻进。为此,通过分析前人对各个工况井底压力计算的研究成果,提出了精细控压钻井井底压力计算模型,该模型的环空循环压耗计算包含了多相流动的重力压降、摩阻压降和加速度压降梯度。在塔里木盆地实施了1口井的精细控压钻井作业,用停泵工况由地面回压泵施加的回压值与计算值比较,最大误差为0.30 MPa,能满足工程实际需要,为今后精细控压钻井井底压力精确计算与控制提供了理论支撑。     

页岩气藏水平井井壁稳定性研究

页岩气藏开发采用的井型一般为水平井,在层理发育的页岩地层中钻井一般都存在严重的井壁失稳问题。为此,根据有效应力理论改进了层理地层水平地应力计算模型,并结合川南地区所取岩心进行室内强度实验,选取适当的破坏准则,对比2个地层水平地应力计算模型和水平井眼井周应力状态,得出了页岩气藏水平井坍塌压力随层理面产状的变化规律。研究结果发现：对于页岩地层而言,采用常规的均质地层水平地应力预测模型研究井壁稳定性,低估了水平井的地层坍塌压力;采用改进的水平地应力预测模型计算得出的坍塌压力与实际情况吻合较好;沿最小水平地应力方向钻进的水平井,地层坍塌压力在某一地层倾角处存在极大值,更高的倾角反而有利于井壁稳定。研究结论可以为页岩气井钻井设计提供参考。     

火山岩复杂地层控压钻井技术应用

火山岩地层存在地层硬、研磨性强、岩石可钻性差和裂缝性漏失等客观条件,严重制约了火山岩的勘探开发。KLML气田前期钻探工作中,钻井遇到了3个突出难题：频繁井漏、机械钻速低、井壁容易失稳。常规钻井工艺已不能解决这些复杂情况同时存在的情况,造成钻井工艺在油气勘探上的极大制约。控压钻井利用专用井口控制设备在井口产生一个回压,根据地层孔隙压力和地层坍塌压力等因素,精确调节节流阀的开启程度来改变井口回压的大小,从而改变井内钻井液当量密度的压力剖面。它具备防漏、防喷、提高机械钻速和防止井壁失稳等问题的技术优势,应用于KLML气田钻井实践证实：该方法在实践过程中有效防止了漏失和井壁不稳,同时较大幅度地提高了机械钻速。在复杂地层钻井中,控压钻井将成为不可缺少的重要手段。     

控制压力钻井气体溢流处理方法分析与改进

控制压力钻井(MPD)发生气体溢流后,如果处理不当有可能会造成进一步的溢流或者井漏,甚至会发展成为井喷。为解决以上问题,分析了控制压力钻井过程中影响井底压力稳定和井控安全的主要因素,给出了控制压力钻井最大允许气体溢流量的计算公式,并提出了一种控制压力钻井补液、排气新方法。通过数值模拟以及全尺寸井筒实验,证明了补液排气新方法的可行性,完善了控制压力钻井气体溢流的处理方法。     

超临界CO2钻井井筒压力温度耦合计算

超临界CO2钻井过程中,井筒温度和压力对CO2的密度、黏度、导热系数、热客等物性参数影响较大,这些参数的变化对温度和压力产生反作用.利用Span-Wagner基于亥姆霍兹自由能的气体状态参数计算方法,建立了超临界CO2钻井井筒压力温度耦合计算模型,并以超临界CO2连续油管钻井为例进行了实例分析.计算结果表明,钻杆压力和...     

鄂尔多斯盆地西部页岩油水平井井壁稳定技术

页岩油水平井储层段的井壁稳定至关重要,应用电镜扫描、X衍射、膨胀分散性实验及岩石力学测试等方法,对储层段泥岩矿物组构和理化性能进行了研究。结果表明,研究样品发育微裂隙,黏土含量高达62.24%,以伊利石为主,不含蒙脱石;呈现弱膨胀、弱分散、强亲油弱亲水的特征,在水基钻井液浸泡36 h后,抗压强度下降24.8%。基于以上研究,优化水基硅酸盐钻井液性能及配套措施,形成了页岩油水平井井壁稳定技术。东平1井水平段长625m,一趟钻顺利完钻。     

高压气井钻进过程中控制回压值研究

对于高压气井特别是含硫气井安全钻井的控制回压值确定,目前还没有明确结论.文中以漂移流动理论为基础,建立了高压气井带回压井筒气液两相流动计算模型,并结合算例采用数值方法分析了不同井口回压对气体膨胀抑制效果及井底压力的影响.在综合考虑抑制气体膨胀、控制井底压力降低幅度、井控装备工作安全和不同回压下井控人员心理压力等因素的前提下,给出了保持高压气井钻井安全宜施加2-5 MPa井口回压的建议.