OPALINUS硬泥岩热反应的监控与模拟(英文)

目前,一些国家选择硬泥岩作为核废物地质深部处置的围岩。为深入理解硬泥岩在热–水–力(THM)耦合作用下的变化特征,在瑞士的 Mont Terri 地下岩石实验室对 Opalinus 硬泥岩进行了现场加热试验。该试验是利用一电加热器(直径 = 30 cm,长度 = 5.4 m)对硬泥岩进行了 1 a 多的加热,然后降温 0.5 a。加热器表面的最高温度达 100 ℃。在试验过程中,安装了 80 多个测试传感器对硬泥岩中的温度、孔隙水压、气体渗透以及变形进行了监控。通过观察发现围岩受热膨胀且产生明显的孔隙水压升高。距加热器约 1 m 的区域,其孔隙水压从约 1 MPa增高到 4 MPa。最后对试验中观测的硬泥岩受热所产生的热–水–力全过程进行了模拟计算,并介绍了现场测量和数值计算的初步结果。

徐工XR580HD、XR400E旋挖钻机在硬质泥岩超长桩基中的应用

G244线庆阳过境段公路工程火巷沟特大桥16号主墩桩基工程的墩位出露地层为第四系风积黄土夹古土壤,下伏白垩系泥岩,桩身上部黄土地质中粉质黏土层极易塌孔,加之下部泥岩层抗压强度大,具有桩基数量多、桩长深、孔径大、地质复杂,成孔难度大、施工工期紧等难点。文章根据技术分析,选用了徐工XR580HD、XR400E旋挖钻机进行成孔,取得了良好效果。在此基础上,总结了前述不利条件下的大直径超长桩基主要施工技术,旨在为今后黄土地区超长桩基底部泥岩层旋挖成孔施工提供参考。

基于扩容强度准则的硬脆性泥岩坍塌压力计算模型

在低围压下,硬脆性泥岩在应力状态达到峰值强度前易发生扩容,当应力状态超过扩容强度后,钻井液水化作用对岩石强度的削弱增快增大,引起井壁坍塌,需制定合理的钻井液密度保持井壁稳定性。采用实验研究和理论分析相结合的方法,对硬脆性泥岩组构特征、水理性质、变形规律、强度准则和预应力后的浸泡钻井液强度变化规律进行研究,推导了基于扩容强度准则的硬脆性泥岩的井壁坍塌压力计算模型和参数计算方法,并进行了实例分析。结果表明,钻井液密度高于以峰值强度为准则计算的坍塌压力,低于以扩容强度为准则的坍塌压力,导致井周地层进入扩容状态,井周地层产生应力诱导微裂隙,激发了钻井液水化作用是井壁坍塌的根源。以扩容强度为准则确定坍塌压力,制定钻井液密度更加合理。

适用于深层硬塑性泥岩的异形齿PDC钻头设计

随着油气勘探开发向深层、深水、非常规领域发展,钻遇地层越来越复杂,其中深部泥岩地层在钻进过程中表现出极强的硬塑性特征,导致切削齿难以吃入地层、钻头机械钻速缓慢。针对硬塑性泥岩地层提速难题,开展了聚晶金刚石复合片钻头(PDC)切削齿模拟破岩试验,对比分析了多种异形齿的破岩效果。研究结果表明,弯刀齿的破岩效率最佳且兼具一定的耐用性,在胜利罗家油田硬塑性泥岩地层实现机械钻速最高提升116.4%;斧形齿和弯刀齿交错布齿钻头设计适用于砂泥互层等深部复杂地层,在准噶尔盆地永进油田实现机械钻速最高提升215.7%。讨论了硬塑性泥岩地层潜在的提速措施,建议采用“尖锐突破,平面推进,小齿密刮”的钻头设计原则,以实现高效破岩钻进。研究成果为硬塑性泥岩地层PDC钻头优化设计提供了参考。

深部地热钻探中硬塑性泥岩地层钻头应用研究

深部地热钻探中,通常会钻遇硬塑性泥岩,严重影响钻探施工效率。以雄安新区深部地热钻探工程实例为基础,深入分析硬塑性泥岩机械钻速低的原因,研究制定钻头的优化改进方案。实践应用证明:针对地层岩性特征设计的个性化PDC钻头配合螺杆钻具,可以有效提高硬塑性泥岩地层机械钻速;使用三棱形非平面复合片和三角形复合片等异形复合片可以有效提高PDC钻头的抗冲击能力、提高钻头在含砾石地层的使用寿命,同时也可以提高硬塑性泥岩地层机械钻速。探索出了一套适宜于深部地热钻探中硬塑性泥岩地层钻进的钻头应用方案。

裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理及其解决措施

高邮凹陷钻进深层戴南组与阜宁组裂隙发育泥岩时发生井壁失稳,造成起下钻、测井遇阻卡,影响钻井速度及地质资料的录取、延误深层油气藏勘探/开发工作的进程。为提高深层钻井速度,通过对已钻井资料及坍塌地层组构特性分析,探讨了戴南组与阜宁组裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理,研究出提高该类泥岩封堵性的钻井液技术对策。采用醋酸钾、聚胺、大分子聚丙烯酰胺作为抑制剂,采用特种润滑剂RH85、特种封堵剂NF-25与ZHFD、成膜剂CMJ-2等复配作为封堵剂所组配的强抑制强封堵醋酸钾聚胺钻井液,能抑制裂隙发育硬脆性泥岩开裂,可用于裂隙发育硬脆性泥岩地层钻井施工。

南堡2、3号构造中深层硬脆性泥岩漏失机理

冀东油田南堡2、3号构造中深层钻井液漏失问题突出,为科学认识其漏失机理,对该区块岩样开展微组构分析及理化性能测试,并结合现场统计资料分析了该区块钻井液漏失机理。研究结果表明:南堡2、3号构造中深层岩性以硬脆性泥岩为主,其水敏性不强,呈现出一定的硬脆性。岩样微裂缝发育,钻井液相沿裂缝侵入,造成岩样整体胶结强度减弱,易产生沿裂缝面的张性劈裂破坏。结合现场资料判断认为该区块漏失主要类型为张开型裂缝性漏失,钻井液侵入地层导致力学强度降低,引发水力尖劈作用而造成地层破碎,导致漏失程度增加。针对南堡2、3号构造复杂漏失原因,提出了针对不同漏失原因的应对措施。研究结果为科学认识该区块钻井液漏失机理、降低钻井成本提供了技术参考。

硬致密泥岩钻进的新型复合片钻头的研究与应用

介绍了一种新型齿形的复合片钻头,在硬致密泥岩中钻进,与常规复合片钻头相比,具有很高的钻进效率和高的钻头寿命,解决了泥岩钻进效率低的难题。

复合顶替固井技术在硬脆性泥岩层的应用

硬脆性泥岩层钻井井身质量差,存在"糖葫芦"井眼或"大肚子"井段,受顶替排量的限制,该区块固井质量一直较差,施工风险不断。固井时通过排量设计、水泥浆流变性能调整、浆柱结构设计,实现塞流—紊流复合顶替,配合其他技术措施较好地解决了该区块固井质量问题。

长庆气田长南区块石盒子组硬脆性泥岩井壁稳定性分析与对策

长庆气田长南三开气水平井石盒子组盖层硬脆性泥岩的坍塌,是制约该区域提速提效的主要因素。通过对该泥岩岩性的分析,结合施工中井塌的现象,找出其坍塌机理,提出从4个方面稳定井壁的思路:①提高钻井液抗温耐盐性能;②控制泥页岩水化分散和强化钻井液的封堵能力,有效保持岩石力学强度;③优化控制泥岩段井斜;④岩石力学强度的"补偿支撑"。通过在高桥34-58H1井和高桥32-58H2井侧钻井眼的应用,延长了该段泥岩的坍塌周期,保障了这两口井正常中完。

铣挖机在硬质泥岩区间隧道中的应用

地铁区间隧道下穿既有高速铁路施工技术难点为控制围岩变形及地表沉降,文章结合某地铁区间硬质泥岩矿山法隧道下穿高速铁路工程实例简要介绍铣挖机在禁爆区的选型及应用,并就应用情况总结以供类似工程借鉴和参考。

绒囊钻井流体在金坛储气库硬脆性泥岩地层的应用

金坛盐穴储气库建井过程中钻遇三垛组、戴南组裂隙发育硬脆性泥岩发生坍塌扩径、起下钻遇阻卡等井下复杂情况。采用绒囊添加适量甲酸钠,开发出既能抑制黏土水化又能实现内封堵抑制自由水侵入地层的强抑制封堵型钻井流体。室内通过泥岩滚动回收率测定添加过甲酸钠的绒囊体系抑制性,岩心封堵试验测定其封堵性。三垛组泥岩经清水浸泡的平均滚动回收率为28.19%,聚合物钻井液平均滚动回收率为50.66%,而绒囊钻井液的平均滚动回收率达93.52%,表明该体系抑制性极强。钻井液封堵含裂缝岩心后驱替,注入端压力上升至18 MPa,表明封堵能力强。应用于金坛茅X井三垛组、戴南组裂隙发育泥岩井段,起下钻无阻卡,电测一次成功,井径扩大率仅为8.2%,而邻井井径扩大率达18%。结果表明,绒囊与甲酸盐组配的强抑制封堵型钻井流体具备强抑制性和强封堵性,解决了裂隙发育泥岩地层井壁失稳的问题,为解决同类型地层难题提供可选择的技术。

硬脆泥岩协同封堵技术措施

本文主要根据博孜3-K1井的具体情况,对硬脆泥岩协同封堵技术进行了研究,以供参考。

页岩气调查井复杂地层有机硅聚合物钻井液体系的研制与应用

页岩气调查井通常地质条件复杂,钻探难度大。在对页岩气调查川沐地2井井壁稳定性分析的基础上,优选了有机硅聚合物钻井液体系,并通过正交试验,明确了有机硅改性聚合物、多级配超细碳酸钙、乳化石蜡和硅氟聚合物等主要处理剂的最优加量,形成了基本配方,在室内实验评价中该体系展现了良好的抗钻屑污染能力、抗钙侵能力、抑制性和封堵性。现场应用表明,川沐地2井在采用有机硅聚合物钻井液体系后,井内复杂情况得到明显改善,有效保障了井内安全,并顺利钻进至设计井深,实现了地质目标,钻进效率相比同区域同类型钻井大幅提高。研究成果可为页岩气调查井复杂地层钻探钻井液的选择与应用提供借鉴。

超深井侧钻段泥岩井壁失稳分析

为了解决西部超深硬脆性泥岩地层侧钻过程中井壁易垮塌的难题,从矿物特征及钻井液作用下地层强度的变化规律出发,确定了井壁失稳原因,考虑了层理面产状、井眼轨迹及地应力的综合影响,根据桑塔木组井壁围岩强度破坏条件建立了造斜井段井壁失稳地质力学模型。利用提出的井壁稳定力学模型分析可得,TKX-CH井侧钻段泥岩造斜初期坍塌压力当量密度为1.22kg/L,实钻采用钻井液密度1.12kg/L,井下掉块严重;井斜角达到58°时,将钻井液密度降至1.11kg/L,井下掉块即得到抑制。现场试验表明,相同井斜角和侧钻方位角条件下,随着差应力比值的增大以及泥岩裸露在钻井液中时间的增长,维持井壁稳定的钻井液密度增大。研究认为,钻井设计时应根据地应力状态优选合理的造斜方位,以有效规避地层井壁围岩坍塌失稳风险高的井段,降低安全钻进风险。

塔河侧钻水平井硬脆性泥页岩井壁失稳研究及对策

考虑到避水与垂深的限制,将塔河侧钻水平井的造斜点设置在石炭系巴楚组或桑塔木组。此外,造斜段在泥岩段钻进井段较长,钻井液的浸泡作用使井壁极易掉块坍塌,卡钻等复杂情况经常发生。通过黏土矿物、理化特性、CT扫描等手段分析了易失稳泥岩的组构特征,易失稳地层属硬脆性泥岩,微裂隙发育。高温高压浸泡岩心,进行CT扫描观察微裂隙扩展,并测试其抗压强度评价钻井液的抑制封堵性。采用多元协同的钻井液防塌机理,兼顾物理化学封堵、抑制泥页岩表面水化、井壁固结以及合理的钻井液密度,开发了可以有效应对硬脆性泥页岩剥落掉块的强抑制强封堵钻井液。经过TK227CH井的现场试验,取得良好的应用效果,垮塌掉块明显减少,井径规则,保证了侧钻水平井在复杂泥岩段的安全施工。

碳质泥岩钻水平井防塌工艺措施

陕北气田气井水平井钻井过程中,随着水平段长度的延伸(水平段长度大于1 500 m)和地层的不均质性,钻遇泥岩特别是碳质泥岩的概率较高。在水平段和大斜度井段钻遇大段碳质泥岩后,造成井壁失稳井下复杂频发,侧钻率较高,特别是上古生界山西组碳质泥岩,质地坚硬,微裂缝、微裂纹发育,易造成较大较多的碳质泥岩掉块,活动钻具不易破碎,掉块携带难度大,井眼清洁困难,易造成起下钻过程中,钻具遇阻、遇卡,甚至起钻过程中在套管内卡钻,造成井下事故。而在直井钻进过程中,山西组碳质泥岩井段一般很少出现井壁稳定问题。因此水平段钻遇大段碳质泥岩后,从目前来看,仅从严格控制钻井液性能来解决这一问题还有一定难度,如果在强化封堵性、抑制性等钻井液性能的基础上,配合精细合理的工程措施,可明显降低碳质泥岩井段的遇阻遇卡程度,对钻穿水平段大段碳质泥岩、稳定井壁、井眼清洁、保障钻井施工井下安全会起到积极的作用。

苏里格气田超长水平段CQSP-RH钻井液体系应用

苏里格气田试验CQSP-RH体系完成3口超3000m水平段水平井后,继续创新成果应用,通过CQSP-RH体系优化再次完成了4口超长水平段水平井施工,水平段长度分别为 3000 m、3500m、4066m 和 5256 m,连续两年刷新亚洲陆上最长水平段记录。超长水平段钻进过程中面临摩阻扭矩大、泵压高排量受限井眼清洁困难,钻遇硬脆性泥岩井壁稳定难度大等技术难题。CQSP-RH体系优化后具有更高效的润滑性、更强抑制性和封堵性能,与使用CQSP-4钻井液体系的邻井相比,钻柱和套管下放摩阻、钻进扭矩降低明显,钻遇相同岩性的泥岩时CQSP-RH体系在比重较低的情况下便能保持泥岩井壁稳定。顺利完井。超5000米长水平段井的顺利实施表明,通过优化CQSP-RH体系配方,增强其润滑性、抑制性和封堵性能,可以解决苏里格区域超长水平段水平井钻进托压严重、井壁失稳、钻遇泥岩水平段地层造浆严重的难题,为苏里格区域超长水段水平井施工积累了宝贵的经验。

冀东油田深层泥岩钻井液防塌性能评价方法研究

冀东油田深层泥岩主要是以伊利石、伊蒙混层为主的硬脆性泥岩;在钻井过程中,泥岩的剥落掉块容易引起井壁失稳,经常造成井壁坍塌掉块、钻具阻卡、电测遇阻等井下复杂情况。针对冀东油田深层泥岩的理化特性和硬脆性泥岩的坍塌机理,研究了钻井液封堵性评价方法;通过高温高压滤失速率、纳米微孔滤膜测试技术和泥岩压力传递测试技术,来评价钻井液体系对硬脆性泥页岩微-纳米孔喉的封堵效果。这些方法对提高钻井液对硬脆性泥岩的封堵能力有一定的指导作用,可以用于现场施工过程中对井壁失稳预防及处理,指导钻井液防塌性能的现场监督管理和调整维护。

大牛地气田水平段钻遇泥岩遇阻原因分析及对策

大牛地气田储层为低渗透砂岩储层,非均质性强。在盒1段水平井段的施工过程中,经常钻遇硬脆性泥岩,砂泥岩同层的复杂性导致遇阻情况频繁发生,严重影响了钻井指标及后期作业。为了防止或减少遇阻,结合实际生产情况对盒1储层水平段遇阻情况进行了全面分析,得出钻井液密度不合理、滤失量过大和钻井液携岩能力差是导致遇阻的主要原因。钻井液密度、流变参数以及环空返速都存在一个最优区间使遇阻程度最低;封堵孔隙和裂缝可较好的减少遇阻。提出适合钻穿泥岩段的钻井液性能及处理措施。