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。

煤层气钻井井壁失稳机理及防塌钻井液技术

针对沁水盆地煤层气钻井中存在的井壁稳定技术难题,采用X射线衍射、扫描电镜、泥页岩膨胀实验、页岩分散实验测试了泥页岩和煤岩体的组构及理化性能,分析了井壁失稳机理。依据"多元协同"防塌原理,研选出了高效包被抑制剂、封堵防塌剂和活度平衡剂,构建了泥页岩地层防塌钻井液体系QSFT和煤层钻开液QSMZ。评价结果表明,QSFT体系的粘度、切力适中,滤失量低、泥饼薄,对200μm裂缝的封堵承压能力达3.0 MPa;QSFT和QSMZ具有较强的抑制水化能力,并能显著增加岩样单向抗压强度,对煤岩体岩心湿测渗透率的损害均低于30%,干测渗透率恢复值达到95%以上,可作为沁水盆地煤层气井的钻井液和储层钻开液。

川中震旦系灯影组井壁失稳机理及防塌钻井液技术

针对川中震旦系灯影组地层钻井中存在的井壁失稳难题,采用X-射线衍射、扫描电镜、渗透率孔隙度测定仪、多频率超声波测量仪、三轴抗压实验测试仪测试了岩石组分、地层结构及力学特性,基于测井数据构建的地应力剖面得出了灯影组地层地应力特征,分析了井壁失稳机理,依据"多元协同"防塌原理,优选出了固壁剂CQ-GBF,刚性封堵剂FLM-1和柔性封堵剂ZL-7的组合及抑制剂HCOOK,构建了防塌钻井液配方体系。通过常规性能、抑制水化性能、封堵承压性能、岩石强化性能和储层保护性能评价实验,结果表明,该防塌钻井液的黏度、切力适中,滤失量小、滤饼韧性好,能够满足钻井工程需要,同时具有较好的抑制水化和封堵能力,能增加岩心抗压强度,对地层岩心的渗透率恢复值达到85%以上,在高石001-X23井进行了现场试验,现场效果表明:在灯影组地层钻进过程中井壁稳定、井眼畅通,井下安全。

冷湖五号构造井壁失稳机理研究

冷湖五号构造地层岩性以泥页岩为主,导致该区钻井事故复杂频发,事故复杂时效高达36%,影响该区安全、快速钻井。开展地层矿物组分分析及微观结构分析,结果表明岩性脆性矿物及粘土矿物组分高,微孔隙较为发育,提供了钻井液进入地层的通道;对岩芯进行抗张强度及抗剪强度实验评价,试验结果表明岩芯抗张强度远小于水化应力,水化作用改变井眼周围应力分布,发生剪切破坏时首先表现为层理面的开裂,地层岩性的物理性质及钻井过程的水化反应引起了井壁失稳机理,降低进入地层的钻井液滤液量是预防井壁失稳的关键。

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。

东海低孔渗油气田井壁失稳分析与对策

东海低孔渗油气田前期钻探过程中,存在着井壁失稳等原因引起的起下钻遇阻、倒划眼困难、测井遇阻、卡钻等井下复杂情况。利用X射线衍射、扫描电镜、比亲水量与泥页岩压力传递等实验手段,分析复杂地层的微观组构及其理化性能,探讨该区井壁失稳机理。研究表明,东海低孔渗油气田复杂地层井壁失稳与其自身的微观孔隙结构特征紧密相关,页岩微裂缝、层理发育是导致其井壁失稳的主要内在因素。钻井过程中,在井底压差、毛细管力、化学势差等驱动力作用下,钻井液滤液沿微裂缝或层理面迅速侵入页岩内部,造成近井壁地层孔隙压力增加;同时,钻井液滤液侵入,改变了地层原有的物理化学平衡,发生水化作用,降低岩石强度,最终导致井壁失稳。基于"多元协同"井壁稳定新理论,提出井壁稳定钻井液技术对策,选用化学固壁剂,加强钻井液的物理封堵/化学固结井壁能力,增强抑制与有限化学位活度平衡控制,提高井下液柱压力的有效力学支撑作用,实现"多元协同"稳定井壁作用。

塔里木盆地深部煤层失稳机理及防塌钻井液技术

针对塔里木盆地深部煤层钻井过程中钻井液漏失和井壁垮塌等井下复杂问题,采用镜质体反射率分析、X射线衍射、扫描电镜等方法测试了煤的微观结构和理化性能。明确了煤层的失稳机理:煤中固定碳质量分数平均超过60%,镜质体反射率大于1.0%,煤化程度高、性脆、易破碎;黏土矿物总的体积分数低于25%,黏土中不含强水敏性矿物蒙脱石;煤层割理呈网状分布,其宽度主要集中在1~10μm,易漏失。综合判定煤层失稳类型为力学失稳。以煤层微观结构为目标,结合钻井液材料粒度分布,优选沥青类封堵剂,设计出适用于煤层的沥青质聚磺防塌钻井液体系,其性能测试结果表明:沥青质聚磺防塌钻井液滤失量低、泥饼薄,能有效封堵煤的绝大部分割理,减少钻井液侵入量,防止煤层垮塌。研究成果一定程度上为塔里木盆地深部煤层的安全高效钻井提供技术保障。

“多元协同”稳定井壁新理论

全面总结了井壁稳定技术研究发展历程,深入分析了井壁失稳机理及防塌技术措施。在此基础上,提出了“物化封固井壁阻缓压力传递—加强抑制水化—化学位活度平衡—合理密度有效应力支撑”的“多元协同”钻井液稳定井壁新理论。通过对胜利、塔河、吐哈等油田复杂泥页岩地层井壁失稳机理的系统研究,依据“多元协同”井壁稳定新理论,研制出了相应的防塌钻井液配方。现场验证结果表明,该理论方法大大减少了井下复杂事故,缩短了钻井周期,节约了钻井成本。

库车北部构造侏罗系煤层井壁稳定对策研究

为解决塔里木盆地库车北部构造带侏罗系煤系地层井段井壁稳定问题,采用X射线衍射、扫描电镜等方法对煤岩理化性能和微观结构进行分析,明确了煤系地层井壁失稳机理;建立考虑多割理面影响的煤层井段坍塌压力模型,评价了煤系地层地质力学参数和井壁稳定性,并优化了煤系层段井眼轨迹;根据煤岩微观结构特征,开展了钻井液封堵材料优选,形成煤层段水平井井壁稳定对策。结果表明,煤系地层主要为力学失稳,推荐煤层沿最大主应力方位、井斜45°~80°钻井,钻井液密度1.70~1.74 g/cm3,钻井液封堵复配体系为3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细钙;应用发现煤系层段定向钻井无复杂事故,煤层斜井段井壁稳定防治效果好。研究成果对塔里木盆地库车北部构造带侏罗系油气安全高效开发具有重要指导作用。

复合盐层多元协同稳定井壁钻井液技术

复合盐层性质复杂,钻井过程中易发生井壁失稳.通过分析多个地区复合盐层的矿物组成、微观结构、理化性质及界面力学特性,探讨了井壁失稳机理.结果表明,地层孔隙和微裂缝发育、盐岩蠕变及溶解、膏泥岩水化是造成复合盐层井壁失稳的关键原因.提出了强化钻井液封固井壁作用-抑制盐膏溶解与膏泥水化-水活度平衡-有效应力支撑“多元协同”稳定井壁钻井液技术对策.依据水活度对泥岩水化膨胀和分散的影响规律,明确了钻井液水活度安全窗口的设计依据.针对中东地区M油田、乌兹别克斯坦H-S油田以及中国新疆地区复合盐层井壁失稳问题,采用“多元协同”稳定井壁技术对策,设计了相应的防塌钻井液体系.现场应用表明,该技术可有效提高复合盐层井壁稳定性,大幅减少井下复杂事故,提高钻井作业效率.

新型高效井壁稳定钻井液体系研究

针对陆上某油田钻井时易发生井壁坍塌、卡钻、电测遇阻以及井漏等问题,研制出了一套适合该油田的井壁稳定钻井液体系,并对钻井液的综合性能进行了评价。钻井液体系综合性能评价结果表明:该钻井液体系在120℃条件下老化后仍具有良好的流变性能,且滤失量较小;天然岩心在井壁稳定钻井液体系中的吸水率仅为5.18%,具有良好的束缚水的能力;钻屑在井壁稳定钻井液体系中的滚动回收率达到95%以上,线性膨胀率仅为2.9%,体系具有良好的抑制性能;此外,该钻井液体系还具有良好的封堵性能和储层保护效果,能够满足目标油田对钻井液的要求。

南海东部某油田古近系复杂煤层防塌钻井液技术研究

我国南海东部海域深层古近系资源潜力巨大,但多发育风化壳、煤层,其中煤层特别是煤泥互层井壁失稳风险高,钻完井过程中复杂情况频发,极大阻碍了勘探开发进程。针对南海东部某油田古近系复杂煤层的井壁稳定技术难题,通过对煤岩微观结构、力学性能等分析,探讨了其井壁失稳机理,并提出了基于“物理封堵-化学固结-抑制水化”的“多元协同”稳定井壁钻井液技术对策,构建了适合南海东部某油田古近系复杂煤层的防塌钻井液配方。评价结果表明,该钻井液配方具有较好的流变性、滤失性、润滑性、封堵性及抑制性,抗污染性能优良,且可在一定程度上提高复杂煤层岩样的抗压强度,有利于复杂煤层井壁稳定,符合现场钻井工程需要。

国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向

综述了国内外页岩气井井壁失稳机理、稳定井壁主要方法及水基钻井液技术研究与应用现状,讨论了当前中国页岩气井钻井液技术面临的主要技术难题,分析了美国页岩气井与中国主要页岩气产区井壁失稳机理的差异,指出了中国页岩气井水基钻井液技术研究存在的误区与不足,提出了中国页岩气井水基钻井液技术发展方向。

陆丰古近系复杂地层防塌钻井液技术研究

针对陆丰古近系复杂地层钻井过程中存在的井壁稳定技术难题,采用X射线衍射、扫描电镜、页岩滚动分散和膨胀实验等,测试分析复杂地层的矿物组构和理化性能,探讨其井壁失稳机理。基于"强化封固井壁-抑制泥页岩水化-合理密度支撑"的多元协同井壁稳定技术对策,优选了降滤失剂、聚胺、封堵防塌剂等关键处理剂,构建陆丰古近系复杂地层防塌钻井液配方。评价结果表明,该钻井液黏度较低,切力适中,流变性能良好;滤失量低,泥饼薄而致密,具有较好的滤失造壁性能;随钻封堵性能较好;抑制泥页岩水化能力较强,可以满足陆丰古近系复杂地层安全高效钻井工程需要。

乌鲁木齐矿区大倾角地层煤层气水平井技术研究

准南煤田乌鲁木齐矿区是新疆煤层气勘探开发的重点区域,相比常规的丛式井,水平井作为一种成本不是很高但增产效果非常好的井型,已经越来越多地应用于矿区煤层气开发。但乌鲁木齐矿区具有地层倾角大、目标煤层结构复杂等特点,需要结合实际地质特征对水平井钻井技术进行优化和适宜性研究。结合水平井施工特点,开展了井壁失稳机理研究、低伤害钻井液体系研究和井身结构优化设计,并进行现场试验,取得了良好的效果。