泾河油田页岩油储层井壁失稳机理研究

针对鄂尔多斯盆地南部泾河油田延长组长7段页岩地层井壁失稳技术难题,开展了页岩矿物组分、微观结构及理化性能测试分析以揭示井壁失稳机理。结果表明,长7段页岩地层层理、裂缝发育,属于弱水敏硬脆性页岩,地层层理结构造成岩石弱结构面被破坏,黏土水化引起岩石结构强度降低,钻具机械扰动导致井壁失稳;同时,建立了页岩地层三压力剖面,理想钻井液密度为1.13 g/cm^(3),对于泾河油田页岩油“安全、高效、经济”钻探具有借鉴意义。

鄂尔多斯盆地深部煤层井壁失稳机理及钻井液对策

针对鄂尔多斯盆地深部煤层井壁失稳问题,从岩心矿物组分、微观结构、理化性能和力学性质等角度揭示了纳林1井区本溪组8#煤储层井壁失稳机理,发现煤岩的割理裂缝结构及碳质泥岩的易水化分散矿物含量高是导致井壁失稳的主要原因。结合“多元协同”井壁稳定理论,提出“封堵性+抑制性+润滑性”的三效协同防塌钻井液技术对策。通过优选关键抑制剂、封堵剂和润滑剂,形成了适用于纳林1井区本溪组的防塌钻井液体系,并从基本性能、封堵性、抑制性和压力传递能力等角度进行了综合评价。该防塌钻井液流变性能良好,API滤失量仅为2.4 mL,高温高压滤失量仅为7.5 mL;抑制能力强,滚动回收率大于90%,16 h线性膨胀率小于5%;封堵性能优良,400μm开度裂缝的承压能力达到5 MPa。现场应用表明,新研制的防塌钻井液能有效抑制纳林1井区深部煤层坍塌,应用井段井径扩大率降低,机械钻速提高,无井下复杂事故发生,该套体系能够满足现场煤岩气钻井的需要,具有较好的推广应用前景。

涠洲组井壁失稳的应对措施

北部湾盆地涠洲组井壁失稳事故频发,井壁失稳后往往导致多个复杂情况连锁反应,少则增加处理时间,多则造成钻具被埋、井眼报废,致使北部湾区域钻井复杂事故发生率一直保持在南海西部乃至中国海洋石油“之首”,严重制约北部湾区域钻完井作业。通过理论计算出钻井液安全钻进的密度、预测井壁失稳垮塌周期以及对井身结构进行优化再配合现场钻井液相关工艺措施,提出了如何应对涠洲组井壁失稳的措施,为后续作业提供了思路。

XS气田311mm井眼井壁失稳原因及改进措施研究

本文针对XS气田311mm井眼稳定的相关问题,总结得到了XS气田发生井壁失稳问题的主要表现形式,并以此为基础系统的阐述了井壁发生失稳问题的主要原因,之后结合岩石力学以及物理化学的相关理论,对井壁发生失稳问题的主要原理进行了分析,最终提出避免井壁出现失稳问题可以采用的各项控制以及配套技术。

塔河油田三叠系井壁失稳影响因素分析研究

此次以塔里木盆地塔河油田三叠系为主要研究对象,基于对研究区广泛覆盖的地质、工程资料的分析研究,从钻井液密度、API滤失量、高温高压滤失量、氯根离子以及狗腿度的研究角度来综合探讨塔河油田三叠系井壁失稳的影响因素,明确塔河油田不同区块影响井壁稳定性的主次因素,为下阶段钻井液的优化提供参考。通过充分的文献调研和现场钻井资料总结分析,分析跃满、果勒、鹿场、哈得及富源五个区块近五年已钻井的井径扩大率与钻井液密度、氯根含量、钻井液API滤失量、高温高压滤失量及狗腿度之间的相关系数,分析井壁稳定性与这些因素之间的相关性大小,找出影响井壁稳定性的主次因素。为油气钻探技术的发展提供理论支持,为安全、优质、高效的钻井提供基础理论,最终实现油气高效、经济开发。

泸州深层页岩气钻井井壁失稳机理及主控因素分析

泸州页岩龙马溪组地层钻井深度大、地层压力异常等因素不利于井壁稳定性。本文采用离散元法,建立了一种考虑钻井液侵入的流固耦合模型,用以剖析井壁失稳的机理与主控因素。通过对模型位移和屈服面分布的监测,本研究探究了岩石内聚力、非均匀地应力、裂缝密度以及钻井液密度对井壁稳定性的影响。模拟结果表明,裂缝密度和钻井液密度是井壁稳定主要的控制因素,且较小的裂缝密度、合理钻井液密度有利于提高井壁的稳定性。

玛18井区水平井井壁失稳机理及强封堵钻井液技术研究

为解决玛湖油田玛18井区致密油气藏水平井钻井过程中存在掉块、垮塌和缩径等井壁失稳问题,对克上组及百口泉组岩心进行了X射线衍射、扫描电镜、接触角、岩石力学实验,分析了该地层的理化性质、微观结构和力学性能。实验结果表明,黏土水化作用、岩石孔缝十分发育、钻井液侵入降低结构面强度是导致井壁失稳的主要原因。根据现场实际,采用油基钻井液增强对岩石的水化抑制效果。针对目的层岩石具有较多微纳米孔隙及裂缝的特征,研发出新型纳米封堵剂聚丙二醇接枝改性纳米SiO_(2),粒径范围为17~197 nm,优选出复合型强封堵剂“3%氧化沥青+2%超细碳酸钙+2%纳米封堵剂”,构建了强封堵油基钻井液体系,该体系在120℃热滚16 h后,高温高压滤失量仅为1.2 mL,两次滚动回收率均大于97%,60 min后渗透性封堵滤失量为1.4 mL,具有良好的流变性、抑制性及封堵性。研究成果有效解决了玛18井区水平井井壁失稳难题,具有广阔的推广应用前景。

中江区块沙溪庙组井壁失稳机理及烷基糖苷防塌钻井液

针对川西中江区块沙溪庙组井壁失稳技术难题,分析了沙溪庙组泥岩的矿物组成、微观结构及理化性能,揭示了沙溪庙组井壁失稳机理。沙溪庙组属于典型的硬脆性泥岩,黏土矿物含量高,水化作用强,其中伊利石含量最高,微纳米尺度裂隙发育,钻井液滤液侵入后,伊利石、伊蒙混层等分布不均匀,比亲水量大,水化膜斥力大,裂缝不断扩展,易发生井壁坍塌。结合“多元协同”井壁稳定理论,优选了烷基糖苷类抑制剂、微纳米封堵剂等,构建了适用于沙溪庙组的烷基糖苷高性能防塌钻井液体系。通过室内实验可知,该体系流变性良好,API滤失量小于3 mL,高温高压滤失量不大于8 mL,岩样滚动回收率为98.87%,膨胀率小于3%,抑制性优良,对微裂缝和孔隙封堵能力强。现场应用表明,烷基糖苷高性能防塌钻井液能有效抑制沙溪庙组地层坍塌,机械钻速高,无井下复杂事故发生,为保证中江区块沙溪庙组“安全、高效、经济”钻井施工提供了技术支撑。

顺北油气田深部破碎性地层井壁失稳机理及对策研究

顺北油气田多口探井在奥陶系碳酸盐岩地层钻遇破碎带,井壁失稳严重,已成为制约顺北油气田安全建井的突出问题。文章在综合分析顺北奥陶系破碎性碳酸盐岩地层井壁失稳类型及理化特性、裂缝面物理—力学特性和岩石力学实验的基础上,提出了井壁稳定钻井液技术对策。研究发现,区域断裂带附近地应力方向复杂,地应力差大;地层天然多尺度裂缝发育、破碎程度大、岩体等效强度较低;钻井液易沿天然裂缝侵入地层,钻井液-裂缝面水岩作用造成缝面粗糙度减小、摩擦系数降低,易诱发地层沿裂缝面失稳,是深部破碎性地层井壁失稳的主要机理。明确“合理密度支撑+钻井液刚柔并济多级配封堵”,配合使用“耐高温随钻/段塞固壁剂”是顺北油气田深部破碎性地层稳定的井壁钻井液技术对策。研究成果对促进深部破碎性地层安全高效钻井具有重要借鉴意义。

松南气田泥岩井壁失稳形式及失稳机制的微观数字化分析

针对松辽盆地松南气田青山口组、泉头组和登娄库组泥岩井壁失稳的问题,运用高精度CT扫描数字化成像技术建立了数字岩样,并应用岩石微观结构数字图像数值分析方法提取物性参数,通过综合对比不同地层泥岩矿物组成、理化性能,以及泥岩经蒸馏水、不同钻井液处理剂溶液和现场钻井液浸泡后内部微观结构损伤变化等,揭示了泥岩井壁失稳的形式及其机制。3组泥岩岩样黏土矿物含量平均达到34.56%,且以伊/蒙混层、伊利石为主,均具有较强的毛细管自吸水化作用;因组构特征不同,水化损伤微观裂变扩展、裂变过程及其破裂模式与程度存在明显差异;裂变扩展过程决定了次生裂缝的走势与强度,从而决定了泥岩地层井壁宏观上的失稳形式主要是片状剥离和掉块坍塌;不同测试液抑制泥岩水化的作用机理不同,其效果存在明显差异,预防泥岩水化的关键是有效控制或阻缓水分子侵入。分析结果表明,采用数字化成像分析技术进行井壁稳定性评价时,在岩样微观结构损伤的直观刻画、定量描述及对比分析等方面具有明显优势;泥岩地层井壁失稳形式及失稳机制的揭示,为松南气田钻井液处理剂的优选和钻井液配方的优化提供了科学依据。

盐城凹陷阜宁组地层井壁失稳原因及对策

盐城凹陷阜宁组地层易垮塌、密度窗口窄,阜二段“七尖峰”、“四尖峰”以黑色硬脆性泥页岩为主,该地层特点为层理、微裂缝性发育,坍塌压力系数较大,井壁不稳定,易导致划眼、电测遇阻、井漏、井眼报废等井下复杂故障。对已钻井资料压力曲线、阜宁组地层岩样矿物组分和微观特征分析,探讨了阜宁组地层井壁失稳的原因。根据阜宁组地层压力系数、岩性特征等特点,提出了优化封堵材料的配比,有效封堵阜宁组地层微裂缝,确定合理的钻井液密度,有效控制钻井液及滤液进入该地层,保持硬脆性泥页岩的井壁稳定,降低复杂故障发生的技术措施。现场应用表明,钾胺基聚合物钻井液体系及配套措施抑制封堵性能强,稳定井壁性能好,与同区块其他施工井比较,井下复杂故障率低。该技术措施为同类井施工提供了成功经验。

苏里格硬脆性泥岩地层井壁失稳机制及钻井液技术对策

苏里格区块石盒子组与山西组泥岩基本不含极易水化的蒙皂石,膨胀性不高,但沿微裂缝侵入的滤液会使得泥岩内部膨胀不均,产生膨胀压,加剧微裂缝扩张,继而导致井壁失稳。在此基础上,优选了微纳米封堵剂MAT,能够改善硬脆性泥岩微裂缝的封堵效果,减缓泥岩岩心的压力传递;优选了胺基硅醇抑制剂,加强钻井液抑制性能,减轻泥岩受钻井液浸泡后内聚力降低的程度,并构建了纳米封堵高效抑制水基钻井液体系。现场应用表明,该体系具有较好的流变性、滤失性、封堵性、抑制性,在苏53-X井取得成功应用。

高含硫地层井壁失稳机理及安全高效钻井技术研究

为保证高含硫地层钻井施工的安全,对引起高含硫地层钻井过程中井壁失稳现象的机理进行了分析,提出了针对性的防治对策。应用了一套适合高含硫地层的安全高效钻井液体系,成功进行了现场应用。造成高含硫地层井壁失稳的机理主要包括地应力崩塌、泥页岩水化作用、温度和压力的影响、物理作用以及硫化氢的影响等,在此类地层井施工时应注意控制合适的钻井液密度,提高钻井液的抑制性能、润滑性能和封堵性能,并注意钻井液的除硫措施。安全高效钻井液体系具有良好的基本性能、抗高温性能、抑制性能、润滑性能和抗污染性能,除硫剂RMS-2的引入能够有效降低钻井液中的硫化氢含量,并且其与钻井液体系的配伍性能较好。现场应用中,安全高效钻井液体系能够满足高含硫储层钻井施工的需求,S-101井施工过程顺利,未出现井下复杂事故,现场应用效果良好。

龙马溪页岩井壁失稳机理及高性能水基钻井液技术

目前长水平井段井壁失稳问题仍是制约国内外页岩气资源钻探开发的重大工程技术难题。为解决龙马溪组页岩长水平井段的井壁失稳问题,采用X射线衍射分析、氦气孔隙体积测试、高压压汞测试、高分辨率场发射扫描电镜、CT扫描、岩石连续刻划强度等实验,分析了龙马溪组页岩微观组构特征及理化特性,探讨了微观组构特征、理化特性对龙马溪组页岩井壁稳定的影响。研究表明:龙马溪页岩富含脆性矿物,黏土矿物以伊蒙混层为主,微纳米孔隙发育,微裂隙呈缝状、近平行分布,敏感性矿物的存在及其层理、微裂缝发育是导致页岩井壁失稳的主要内在因素。为此,针对性地提出了多元协同稳定井壁水基钻井液防塌技术对策,即"强化封堵-适度抑制-合理密度-高效润滑"。应用该技术对策构建了高性能水基钻井液优化配方,评价表明,该体系有较好的封堵性和抑制裂缝扩展的能力。该体系在黄金坝区块2口井三开进行了现场试验。现场试验结果表明,该体系较好地解决了页岩长水平井段的井壁失稳和水平段摩阻较大的问题,为中国采用水基钻井液技术高效钻探开发页岩气资源提供了新的思路及经验。

哈拉哈塘油田硬脆性泥页岩井壁失稳机理及对策

针对哈拉哈塘油田三叠系和志留系硬脆性泥页岩井壁失稳问题,分别从地层力学和地层物理化学2方面进行失稳机理及对策研究。研究结果表明,油田地层3大主应力分布规律为σZ>σH>σh,三叠系比志留系容易发生力学失稳;三叠系硬脆性泥页岩阳离子交换容量、蒙脱石率、胶体率和膨胀率分别为25.4 mmol/100 g、36.3%、76.4%和23.2%,表面水化能力较强,易发生物理化学失稳;志留系硬脆性泥页岩阳离子交换容量、蒙脱石率、胶体率和膨胀率都较低,分别为8 mmol/100 g、11.4%、25.1%和9.7%,水化膨胀能力较弱,但由于地层裂缝发育,易发生裂缝性失稳。通过提高钻井液在三叠系的密度、抑制性和在志留系的封堵性,在现场Ⅰ井和Ⅱ井试验均取得了较好的效果。

复合盐层井壁失稳机理及防塌钻井液技术

针对两伊(伊朗、伊拉克)边境A&M油田复合盐层钻井过程中存在的稳定井壁技术难题,采用X线衍射、扫描电镜、滚动分散及膨胀实验测试复合盐层的矿物组构和理化性能,分析井壁失稳机理。制定"强化封固井壁作用—抑制复合盐层溶解及水化—化学位活度平衡—合理密度支撑井壁"多元协同防塌钻井液对策,优选出适合复合盐层钻井的封堵剂和无机、有机复合盐等关键处理剂,构建密度为2.3 g/cm3的多元复合盐水钻井液。研究结果表明:该钻井液黏度低,切力适中,有效地控制当量循环密度;高温高压(120℃,3.5 MPa)下滤失量为7.0 m L,滤失造壁性优良;不同矿物组成的复合盐层岩样在钻井液中的回收率均在90%左右,有效抑制复合盐层的溶解、分散;对宽度为200μm的裂缝的封堵承压能力达到5.5 MPa以上,具有优良的随钻封堵性能,可满足复合盐层钻井技术需求。

破解塔里木盆地群库恰克地区井壁失稳难题的钻井液技术

塔里木盆地群库恰克地区油气产层主要位于石炭系和泥盆系,岩性复杂,已完钻的几口探井钻进过程中共发生了200次井下复杂及钻井事故,严重影响了钻井工程进度、增加了钻井成本。采用X射线衍射仪、页岩线性膨胀分析仪等对该地区失稳井段的地层矿物组分及其理化性质进行了分析测试,结合泥页岩线膨胀率评价试验、滚动回收率评价试验、失稳井段岩石黏土矿物和全岩矿物分析,找到了井壁失稳的原因:①失稳井段泥页岩的矿物成分以伊利石为主,其次为伊/蒙间层、高岭石和绿泥石,缺失蒙脱石,岩样泥页岩膨胀率低;②井壁不稳定的原因主要是伊利石的分散作用;③现场所用水基钻井液体系滤液进入地层是导致井壁不稳定的重要原因之一。据此认为:采用抑制能力和封堵能力强钻井液是预防和减少该区块井壁失稳的重要措施,具体的技术对策包括:①筛选合适的防塌钻井液处理剂及体系;②分地层设计和使用钻井液体系。现场应用结果表明,防塌钻井液和分地层钻井液设计较好地满足了该地区钻井工程的实际要求,降低了井下复杂和钻井事故的发生概率,缩短了钻井周期,提高了钻井效率,节约了钻井成本,经济效益显著。

川南硬脆性页岩井壁失稳机理实验研究

川南地区是我国最早开发页岩气的地区,肩负着推动我国页岩气发展的重要任务。但是川南地区页岩气藏钻井过程中井壁垮塌严重,影响了该地区页岩气藏的勘探开发进程。基于现场取芯室内实验,从微观结构、矿物组分及流体对岩石物性的影响,对该地区页岩进行研究。分析了硬脆性页岩稳定性。得出该地层井壁失稳机理主要是在井筒压差以及毛管力作用下钻井液滤液沿层理面渗入,导致层理面的力学性质发生变化,从而引起页岩整体强度下降出现剥落,最终造成井壁失稳垮塌。通过对该区块页岩实验研究分析,为该地区页岩钻井过程中钻井液优选提供有效的理论支撑,确保页岩层段钻进高效、顺利地进行。

气体钻井突发性井壁失稳动力演化机理及试验研究

从致密砂岩损伤破坏的角度出发，综合考虑致密砂岩的物理力学性质、地应力、裂缝圈闭高压等因素，在分析孔隙压力、地应力、裂缝圈闭高压在突发性井壁失稳过程中所起的作用基础上，将气体钻井突发性井壁失稳具有强烈时间效应的动态力学过程分为孕育、突变、井筒运移和终止4个阶段。对裂缝圈闭高压、地应力作用下致密砂岩的加速损伤演化引起的突发性井壁失稳机理进行了阐述，裂缝圈闭高压是突发性井壁失稳的主要动力源，地应力对突发性井壁失稳起辅助作用。通过模拟实验表明，受地应力破坏后的致密砂岩岩体在有裂缝情况下，卸压初始时刻释放的能量是无裂缝时的5～10倍，且该能量与动力学失稳密切相关。

气体快速钻井井壁失稳研究

随着气体快速钻井试验应用区域的进一步拓展和面临地质对象的日益复杂,地层产水、产气、产油等复杂条件下的井壁失稳问题已成为制约其进一步发展应用的瓶颈难题。为此,探讨了复杂条件下气体钻井井壁失稳机理、一般评价方法与模拟实际工况的特殊评价方法,并提出了应对复杂条件下气体钻井井壁失稳问题的技术思路。结果表明,气体钻井井壁失稳机理主要包括由于缺乏足够井筒流体压力支撑引起的力学失稳,地层产水、产油、雾化、钻井液转换过程中的力学-化学耦合失稳,钻遇产层段的岩石崩爆与相邻泥岩动力学失稳等;原地岩石力学性质、地应力状态与力学-化学耦合作用规律是气体钻井井壁稳定评价的重点,同时需要尽可能模拟实际复杂工况条件下对井壁稳定性的影响;对于存在严重力学失稳现象的地层应通过气体钻井选层加以规避,更为高效、能够适应气体钻井复杂工况的井壁稳定处理剂与处理工艺是亟待攻关的方向,同时气体钻井条件下的流体预测与随钻流体封堵技术值得研究。