储层压力衰竭对安全泥浆密度窗口的影响

油气田在开发中后期易出现储层压力衰竭现象。孔隙压力降低,导致地应力发生变化,影响井壁稳定。考虑压力衰竭对地应力的影响,利用某油井储层的岩石力学参数,借助有关计算模型,计算分析坍塌压力、破裂压力随压力衰竭程度的变化规律。结果表明:地层压力衰竭,坍塌压力会降低,破裂压力在井斜角30°—45°范围外也降低。当井斜角小于某区间时,安全泥浆密度允值随地层压力衰减程度增大而增大;当井斜角大于该区间时,安全泥浆密度窗口变窄,安全密度允值随地层压力衰减程度增大而减小。安全泥浆密度窗口变窄的程度,在水平最大主应力方位大于水平最小主应力方位。井斜角越大,对应的安全钻井液密度窗口收缩越明显。大斜度井或水平井钻进时,沿水平最小地应力方向钻井,相对比较安全。

某海上油田砂岩地层井壁稳定研究及应用

本文应用构造地质力学方法研究了该区域地应力的相对大小和大致方位,并应用井壁崩落椭圆法最终确定了该区块的最大地应力方向,从井壁稳定的力学机理出发,分析定向井井周应力分布规律,对坍塌压力、破裂压力随井斜、方位的分布规律进行了计算分析。

深层地应力测量新方法

实验研究了深部地层岩芯的声波速度各向异性及在恢复加载条件下的声发射Kaiser效应,提出了一种简便的深部地层地应力测量新方法。全尺寸岩芯被钻取后,其应力卸载的各向异性导致声波速度各向异性,利用这一原理可确定水平最大、最小地应力的相对位置,对上述位置岩芯进行取样,进行围压下的声发射Kaiser实验,就可测量出水平主地应力大小。该方法一则解决了一直困扰Kaiser实验的对岩芯完整性高标准要求的问题,二则完善了超深井地层的地应力测试方法,同时,为超深井水力压裂设计和维持井壁稳定的安全泥浆密度确定提供了最重要的参数。

利用地震记录钻前预测井壁稳定性研究

根据地震波动力学 ,建立了地震记录和测井数据间的合理的非线性映射关系 ,通过获取地震记录的自回归系数、分形维数、最大Lyapunov指数和突变参数 ,得到了声波时差和地层密度测井曲线 ,建立了地层弹性参数、强度参数的获取方法。在利用非线性函数曲线拟合预测钻前井壁稳定模型的基础上 ,提出了利用地震记录钻前预测维持井壁稳定的安全泥浆密度窗口理论与方法 ,克服了层速度井壁稳定性预测精度低且不能预测薄夹层的缺陷。该方法主要解决以第一口探井二开有测井数据为前提 ,预测二开下部待钻地层的井壁稳定性。

利用测井资料预测镇泾油田三个压力剖面的方法及应用研究

为了满足华北局分公司镇泾油田钻井提速、原油快速上产的需求,开展利用测井资料预测地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力三个压力剖面的方法研究工作,其成果在推广应用中,最大程度规避了钻井在面对镇泾油田低渗透油藏多变的地层压力及裂缝发育地层时给施工带来的泥浆漏失、井壁坍塌等方面的困扰。对所建立的单井压力剖面与事故井段进行对比验证,表明利用测井资料确定的安全泥浆密度窗口可信度较好,可以满足工程应用需要,其研究成果为钻、完井及油气开发方案提供了强有力的依据。

断裂构造对井壁稳定影响的有限元分析

断裂构造影响地应力的大小和方位,直接影响过断层井段的安全泥浆密度窗口。应用有限元法研究了断层对地应力场的影响,分析了断层与最大主应力夹角、岩石与断层弹性模量比、最大与最小水平应力比对地应力大小的影响,探索了断层附近地应力方向的变化规律。研究表明:断层内部及附近的最大和最小主应力普遍低于正常地应力,且随着岩石与断层弹性模量比的降低、最大与最小地应力比的增加,断层端部的应力差逐渐增加,井壁失稳现象愈加严重;断层周围最大主应力方向向着与断层走向平行的方向偏转,而破碎带内的最大主应力方向则向着与断层垂直的方向偏转。针对渤中区块沙河街组顶部断裂构造的深井,分析了断裂构造对地应力及井壁稳定的影响,结果表明断裂构造深度处的安全泥浆密度窗口范围减小,不利于井壁稳定,为断裂构造发育油田的井壁稳定研究提供了参考依据。

国内外井壁强化技术研究进展

地层枯竭和薄弱区域一直是钻井的挑战之一,随着油田的中后期开发,钻探难度不断加大,如何应对并有效地解决这个制约因素尤为重要。典型的钻井复杂漏失、卡钻和井眼不稳定问题,导致了处理时间和钻井成本显著增加。井壁强化技术是20世纪80年代发展起来的一项新技术,其理论基础是岩石力学和断裂力学,目的是用堵漏材料封堵井壁上的裂缝来控制漏失。根据前人研究成果,井壁强化理论主要有井眼应力增加法(包括应力环法和裂缝闭合应力法)和裂缝延伸强度法。现场应用中可能是两种原理协同作用的结果。最常用的现场施工方法间歇性加固和连续加固各有其优缺点,针对不同的区域和地层要具体分析。其总体效果都是提高了地层的承压能力,拓宽了钻井液的安全密度窗口。因此提前计划采取堵漏措施很有必要,井壁强化技术有着广阔的应用前景。

Kingfisher区块过断层地应力变化规律及井壁稳定性

Kingfisher区块断层发育,钻穿断层时井壁坍塌、钻井液漏失等复杂情况频发。根据孔隙弹性理论及Mohr-Coulomb强度准则,分析了正断层对地应力的影响规律,结合断层对地层力学性质的影响建立过断层时井壁稳定预测模型。结果表明,过正断层后垂直断层迹线水平应力明显增加;断层附近发育断层破碎带,使地层强度降低、坍塌压力升高;过断层时的安全泥浆密度窗口大大减小,为防止断层破碎带发生漏失,应以最小水平主应力作为安全泥浆密度窗口的上限;合理的钻井液密度及优良的封堵性是保证安全钻井的关键。研究结果与Kingfisher区块实钻情况吻合,对Kingfisher区块过断层时的钻井安全具有指导意义。

基于围岩本体Mogi-Coulomb强度准则的层理性岩层斜井井壁稳定模型

层理性地层中进行大斜度井施工的井壁失稳问题较为突出,在传统井壁稳定模型基础上,以弱面对岩石强度的弱化作用实验为依据,引入欧拉变换充分考虑三维地应力方向的任意性,利用Mogi-Coulomb准则强化中主应力对围岩本体强度的影响,结合单弱面强度准则建立分析层理性地层斜井井壁稳定问题的模型,并进一步给出计算斜井坍塌压力与破裂压力的方法与公式。实验与计算结果表明:当加载方向与弱面夹角为30°时岩石强度最低;Mogi-Coulomb准则因考虑了中主应力的影响而对围岩本体强度的估计更为有效;考虑层理弱面影响的井壁坍塌破坏区域明显增大,破坏位置也发生改变;取得最小坍塌压力值的钻井方向在空间中与层理面并非简单的垂直关系;空间中关于地应力主平面对称的井孔破裂压力相同。利用所建模型进行安全泥浆压力窗口的计算可为安全钻井以及斜井轨迹设计提供理论依据。