深部煤层力学参数反演和气体钻井井壁稳定性

如何确定深部煤层的地质力学参数是气体钻井井壁稳定评价的关键。基于量化的地质强度指标GSI和Hoek-Brown强度准则分析了反演深部煤层地质力学参数的方法,结合DB1井氮气钻井,以弹塑性方法分析了侏罗系炭质泥岩和煤层的井壁稳定性。研究表明,塔里木盆地依奇克里克区块侏罗系煤GSI介于45~55,变形模量约在1 560~2 850 MPa之间。井眼钻开后炭质泥岩和煤层井周存在塑性区,炭质泥岩层井周塑性区约为1.37倍井眼半径,煤层井周塑性区约为2.07~2.59倍井眼半径。塑性区应力松弛造成围压减小,导致节理岩体抵抗工程扰动的能力减弱。以工程允许塑性半径等于1.5倍井眼半径为临界稳定条件,井眼钻开后煤层会出现大面积坍塌失稳,不宜采用气体钻井;工程扰动造成炭质泥岩井眼扩径,扩径后井眼仍能保持稳定。     

灰岩在三轴变围压循环压缩中的变形特征研究

 岩石在周期荷载作用下的力学性能是影响岩体工程长期稳定性的重要因素之一,需研究循环荷载作用下岩石的特性及演化规律。首先采用声波纵、横波波速测量方法,对岩样进行筛选。设计灰岩在施加不同围压和恒定循环上限应力作用下,三轴变围压循环加卸载下岩石变形特征测试方案。三轴变围压循环试验在GCTS–1000型岩石力学测试系统上进行,通过对试验结果的分析表明：(1) 灰岩在变、恒围压加、卸载循环中,形成一封闭的塑性滞回环。在轴向变形上滞回环面积逐次缩小;而变围压循环在径向变形上滞回环面积逐次增大,而恒围压循环在径向变形上滞回环面积几乎相等。(2) 在三轴变围压循环压缩试验中,围压增加和循环上限应力不变,残余变形量随着循环次数的增加而呈现出一个递减的趋势,轴向应变和径向应变的发展趋势是相反的。(3) 在整个循环加卸载过程中,各个加卸载阶段变形模量值不同,卸载阶段变形模量高于加载阶段变形模量。(4) 变围压循环加、卸载阶段变形模量的值大于恒围压循环加、卸载阶段下变形模量的值。通过试验,揭示灰岩在三轴变围压循环下,加载和卸载2种力学状态时变形特性的差异。同时分析变围压循环和恒围压循环状态下岩石弹性参数的差异性。     

基于真实裂缝试验装置的液液重力置换试验研究

为了解裂缝性地层发生液液置换过程中流体在裂缝中的真实流动形态,通过扫描现场实际露头裂缝,构建了真实的裂缝空间,根据裂缝性地层液液重力置换机理,利用可视化井筒-地层耦合流动试验装置进行了钻井液与模拟地层流体的可视化重力置换试验,分析了裂缝宽度、井口回压、钻井液密度、钻井液黏度和地层流体黏度对定容性地层液液置换量的影响规律,并根据量纲分析理论回归了置换量与各影响因素的关系。结果表明:裂缝宽度、井口回压和钻井液密度增大,置换速率和置换量均增大;钻井液和地层流体黏度升高,置换速率和置换量均减小;循环当量密度相同时,采用低密度钻井液加回压的方式,置换量较小。这表明,裂缝两端的压差是发生液液置换的主要原因,而钻井液与地层流体的密度差与黏度差是导致裂缝两端产生压差的主要因素。      

气体钻井高效开发致密砂岩气藏的典型案例分析

目前气体钻井开发致密砂岩气藏是否高效建产受多方面制约,建产机理尚不清晰,阻碍了气体钻井发挥技术优势。为此,文章选取塔里木迪北地区和川西地区的典型高产井为研究对象,在综合分析随钻资料的基础上,探究了高效建产的共性特征。研究发现,产气点的井深与砂泥岩岩性界面存在高度相关性,证实了岩性界面处发育的缝网系统是有利渗流通道;有水致密气藏中,受断裂带影响,地层水在断层下降盘上部富集概率高,部署在断层上升盘的井产水程度低,加之岩性界面缝的存在,使气水实现同产、稳产。分析认为,井位部署应以构造高部位和断层上升盘为依据,确保气源富集的同时避免水体突进,井轨迹应将岩性界面缝作为重点穿越目标,上部井段下套管应避免完全封隔目的层泥岩段,以充分释放岩性界面缝的产气潜力。未来还应加强技术攻关,提升气体钻井钻穿复杂砂泥岩互层的能力。     

页岩膨胀应变及固井质量对套管变形的影响研究

威荣地区页岩气井套管变形问题突出,但目前引发该区域套管变形的机理尚不明确。该文基于页岩理化性质,分析了页岩膨胀应变对套管应力的影响,研究了考虑页岩膨胀应变条件下的固井质量与套管变形的关系。研究表明:威荣地区页岩呈硬脆性,力学强度高,水化后强度变化不明显;页岩膨胀应变及固井质量的综合作用对套管应力有明显影响,当水泥环缺失及存在微环隙时,能为膨胀应力提供足够的释放空间,降低套管应力,当膨胀应力不能被充分释放时,需尽量保证井筒组合体结构的完整性。高密度射孔对膨胀应力的释放具有积极效果,在合理的射孔参数条件下开展高密度射孔作业是预防套管变形的有效措施之一。该研究为同类页岩气藏套管变形机理研究提供了参考。     

合理的井底压差设计及应用效果分析

钻井施工中,合理的井底压差可以达到提速增效和保护储层的目的。为此,应用计算机仿真系统、岩石破碎学理论研究了不同压差下井底应力场分布及岩石变形状况。结果表明,与正压差相比,在负压差钻井条件下更利于井底岩石破碎,提高机械钻速。但井底压差不能无限制地降低,需要结合具体井位的地质和工程特征,在保证不发生溢流和井壁垮塌的前提下,将井底压差设计在一个合理的范围值内:在渗透性地层钻井时,静液柱压力小于地层孔隙压力时,地层流体将流入井筒,这时设计的最低液柱压力应略高于地层孔隙压力(约0.02MPa)。现场应用表明,井底压差在合理的范围内越小时,机械钻速越高。     

充气控压钻井气液两相流流型研究

充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。本研究将多相流体流动简化为气液两相流动,建立了充气控压钻井循环系统的物理模型,系统地总结和对比了气液两相流流型转换准则、压降计算模型,通过大量的模拟实验,验证、修正了常规气液两相流流型判别准则和压降模型,得出适用于充气钻井的压降计算模型。通过流型敏感因素分析,得出气液比、地面回压、流道的几何形状是流型主要影响因素,该研究结果为充气控压钻井的压力控制提供了理论依据。     

非全过程欠平衡钻井储层损害机理研究

论述了非全过程欠平衡产生的原因及其损害机理,讨论了全过程欠平衡钻井技术,即欠平衡钻进／欠平衡起下钻、欠平衡测井、欠平衡完井,从钻开储层到交井投产的全过程欠平衡保护储层的机理。全过程欠平衡避免了正压差引起的液相、固相侵入造成的损害,减少了处理井漏、卡钻的等复杂事故带来的损害。以邛西3井实例说明了全过程欠平衡钻井在储层保护、提高产量以及快速、真实、准确地发现和评价储层方面的优势。     

从井底岩石受力分析研究气体钻井对机械钻速的影响

采用气体钻井时机械钻速较高,目前已被钻井界普遍认可;但对气体钻井是如何提高机械钻速的研究还不多。为此,通过有限元软件对井底岩石所受应力及其垂向应力积分曲线进行分析,结果发现,气体钻井过程中井底岩石上凸,表现为类似"张力"的外张趋势,其垂直于井底平面向下应力影响范围也比常规钻井液的大,由于没有钻井液静液柱压力的压持效应,岩石开始从塑性向脆性转变,这和所预期的结果一致;这一转变更利于钻头切削面与岩石接触,提高岩石破碎效率;也就是说,如果在使用相同的钻头、钻具组合以及机械参数等作用下,岩石破碎的区域更大,钻进速度也更快。     

井筒连续携液规律研究

我国己开发的气田中,大多数气藏均属于不同程度的有水气藏。气藏在开发过程中都会产出地层水或凝析液。产出液若不能及时排出,就会聚积在井底,严重时造成水淹停产。在天然气生产过程中如何配产以连续携液是十分重要的。以往有学者认为产水气井只要井底不积液则气井就具有能连续携液的能力。本文利用相应的模型公式进行理论计算得到温度、压力对气井连续携液影响规律。同时,对川西气田7口井各重要参数进行了敏感性分析从而得出天然气井连续携液的规律性认识,即:在产液量较小时,井筒中的压力损失较小,而温度损失较大,温度成为影响携液的主导因素,井筒中的最大临界流量出现在井口附近;随着产液量的增加,温度损失较小,压力损失较大,压力成为影响携液的主导因素,井筒中的最大临界流量出现在井底附近。这也说明低压气井最大临界流量易出现在井底,而高压气井最大临界流量易出现在井口附近。