新型纳米胶乳封堵剂在陆丰区块的应用

为解决传统堵剂封堵低渗透泥页岩地层的难题,开发了一种新型球形核壳纳米胶乳PF-NSEAL,并对其压力传递和微孔封堵性能进行了评价。压力传递和微孔封堵实验表明,纳米胶乳堵漏剂有效降低了钻井液的页岩孔隙压力传递率,改善了微孔封堵性能。随后,PF-NSEAL成功应用于陆丰区块古近系地层。现场聚合物KCl钻井液中加入PF-NSEAL后,页岩封堵效果增强,滤失量明显降低,井壁失稳现象明显改善。这为未来的大规模应用提供了重要的现场操作参考。

泥页岩井壁坍塌周期分析

应用力学/化学耦合理论对泥页岩井壁延迟坍塌机理进行了分析。以多孔介质渗流力学为基础,建立了近井壁地层孔隙压力的计算模型,计算了不同时期的临界坍塌压力,分析了钻井液物性参数对井壁稳定性的影响,得到了近井壁地层孔隙压力及强度参数在时空域内的分布,以及一定钻井液密度下泥页岩井壁坍塌破坏的时间。算例分析表明,在同一膜效率下,随着钻井液水活度增加,坍塌周期缩短;在同一钻井液水活度下,提高膜效率可以延长坍塌周期;钻井液水活度越小,膜效率的影响越显著。现场选择钻井液时,同时考虑水活度和膜效率并根据井壁坍塌压力改变钻井液密度,效果才会更好。

硬脆性泥页岩斜井段井壁稳定力化耦合研究

建立了考虑结构特点和弱面水化的硬脆性泥页岩斜井段井壁稳定力化耦合模型,利用模型分析了坍塌压力分布的影响因素,并进行了现场实例分析。基于硬脆性泥页岩理化性能特点,根据钻井液活度-岩石膨胀率、岩石活度-吸水量等关系,给出了钻井液活度窗口,进而确定岩石临界膨胀率及合理吸水量,并给出了坍塌压力的计算方法。分析发现:弱面倾角固定时,随着弱面倾向的变化,坍塌压力呈四分之一对称分布,且不存在坍塌压力单调递增或单调递减的井斜方位,危险区域和安全区域交替出现;与弱面黏聚力相比,弱面内摩擦角的水化程度对坍塌压力分布的影响更大。现场实例分析结果表明:利用提出的力化耦合模型可以准确地预测坍塌压力分布,只要将钻井液活度控制在活度窗口内,就能保证井壁稳定并降低钻井液密度。

钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力的影响研究

水基钻井液通常使泥页岩坍塌压力增加,研究钻井液及处理剂体系对地层坍塌压力的影响有助于研究优选防塌钻井液处理剂及体系。介绍了通过岩心力学性能测试分析计算地层坍塌压力的方法,研究了部分处理剂对地层坍塌压力的影响,认为增强抑制和封堵能力可降低地层坍塌压力。文中提出的钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力影响的研究方法是切实可行的,可用来优选研究防塌钻井液处理剂、优选防塌钻井液体系、确定合理的防塌钻井液密度。研究表明,在聚合物或聚磺钻井液中加入抑制剂(如KCl)和粒度及软化点适当的封堵材料可降低地层的坍塌压力。

泥页岩水化膨胀的实验研究

在泥页岩地层的钻井过程中 ,井筒稳定性一直是人们最关注问题之一 ,因为泥页岩遇水基泥浆发生膨胀 ,使井壁应力发生变化。采用岩石力学三轴实验系统对水化膨胀进行了初步的实验研究 ,发现泥页岩遇水后在水平及垂直方向都会产生水化膨胀 ,而且垂向膨胀压力比水平方向大 ,水化膨胀压力的非线性迅速增加 ,一般发生在遇水后相对较短的时间内 ,随之是线性变化。

泥页岩稳定性的化学与力学耦合研究

泥页岩井壁失稳的化学与力学耦合作用是井壁稳定性研究中较为关注的问题,对该问题的国内外研究现状作了较为详细的调研,对泥页岩水化和泥页岩稳定问题进行了全面的研究回顾与现状分析,尤其是重点分析了90年代以来出现的将泥页岩水化的力学问题与化学问题相互耦合的研究。

膨润土水化膨胀与温度、压力的关系研究

利用YPM-01型页岩膨胀模拟试验装置,对膨润土水化膨胀规律与温度、压力的关系进行了初步的研究探讨。实验表明,在一定条件下,升高温度可增大膨润土水化膨胀速度,对于定量膨润土样品其最终的膨胀变化量是相同的,膨胀规律基本一致,提高试验压力,也可加速膨润土的水化膨胀;该试验装置还能测出样品的软化变形点,能简捷、直观地评价其稳定状态。

优质低密度钻井液试验研究

水基钻井液大多要增加地层坍塌压力,且不同钻井液体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同。通过研究地层岩石与钻井液作用前后力学性质及强度变化和它们对地层坍塌压力的影响,以现用钻井液体系为基础,加以改进、完善而研究出能将所钻地层坍塌应力明显降低的钻井液体系及其应用技术。YT1-7井及YT3井的现场试验表明:优质钻井液的密度比邻井钻井液密度大幅度降低,并且井壁稳定,机械钻速显著提高。

泥页岩测试专用三轴岩心夹持器的研制与应用

研制了一种能够模拟井下高温高压及循环流动条件下的专用于泥页岩测试的三轴岩心夹持器。该夹持器能真实模拟井下温度、压力和循环流体流动条件下的储层渗透率变化规律,通过试验可建立压力传递和化学渗透试验模型,定量测定泥页岩极低渗透率和泥页岩膜效率;能解决单一通过泥页岩极低渗透率和膜效率测试的力化(力学与化学)耦合模型评价井壁失稳的局限性,从而更有利于优选适合井壁稳定的钻井液和完井液体系。

泥页岩井壁不稳定机理及其防治措施综述

引起泥页岩井壁不稳定的原因多种多样,本文以国内外近期文献为基础,重点讨论与钻井液有关的泥页岩井壁不稳定机理及其防治措施。长期以来,人们认为,泥页岩中的蒙皂石粘土组分几乎是其在液相环境下不稳定的唯一原因。然而,后来的研究却发现,许多水不稳定页岩中只含有极少量的或根本不含蒙皂石粘土。本文所介绍的溶解作用机理很好地解释了四种与页岩稳定性有关的地质现象。即便是含有较多的膨胀性粘土矿物的泥页岩,在温度、压力较高的深层条件下也主要表现为溶解作用,膨胀作用只是第二位的。钾离子和高分子聚合物是非常好的稳定剂,但对于不同类型的泥页岩,其作用机理不同。对膨胀性泥页岩,钾离子的主要作用是压缩双电层和减小水化力,聚合物的主要作用是增加桥接力;对于非膨胀性泥页岩,聚合物的作用主要是以成氢键的方式把粘土颗粒束缚在一起,钾离子的作用主要是增加聚合物的吸附性;对于硬脆性(裂缝性)泥页岩,由于其不稳定机理主要是泥浆滤液沿裂缝和层理面等的表面水化作用,所以,钾离子的作用主要是封堵微裂缝,聚合物的作用主要是吸附和包裹粘土和在井壁上形成光滑的薄膜。异常压力泥页岩井壁不稳定的机理及其防治措施比较简单,及时而准确的异常压力及其程度预测是解决问题的关键。

JHPZ-高温高压智能型膨胀性测试仪的研制

介绍了 JHPZ-高温高压智能型膨胀性测试仪的组成、工作原理以及使用方法。仪器的膨胀腔设计成多腔压力平衡式结构 ,保证了测量头与试样的接触。试验时 ,膨胀量通过位移传感器传给数据采集器 ,由计算机存储、处理 ,并打印数据报告和膨胀曲线。同时仪器的双测试头设计提高了试验效率。室内试验证明仪器性能稳定 ,数据规律性强 ,可用于井壁稳定性研究。

钻井液浸泡对延长组页岩坍塌压力的影响

运用X射线衍射、微观扫描电镜实验,结合岩石三轴抗压实验,研究了清水及不同钻井液浸泡对鄂尔多斯盆地延长组页岩坍塌压力增量的影响,测试了不同钻井液浸泡前后的岩石强度,分析了地层坍塌压力变化情况,为钻井液的选择提供技术参考。研究表明:延长组页岩地层层理、裂隙发育,水相将沿裂缝或微裂缝侵入地层,一方面降低弱结构面间的摩擦力,进而削弱页岩的力学强度,导致井壁垮塌;另一方面,侵入的液相将产生水力劈裂作用,导致地层破碎,诱发井壁失稳。通过分析钻井液浸泡前后页岩应力应变曲线变化情况,能够更加详细了解页岩地层井壁不稳定机理,从钻井液密度、抑制性和黏结能力等方面为页岩气井防塌钻井液设计提供技术参考。

逆流自吸效应对页岩油储层坍塌压力的影响研究

页岩油储层在采用水基钻井液欠平衡钻进时,由于毛细管力作用,钻井液滤液仍会进入地层,降低地层稳定性。为此,进行了逆流自吸效应对页岩油储层坍塌压力的影响规律研究。基于两相渗流理论,建立了逆流自吸作用下的水侵模型,分析发现页岩油储层井眼附近的含水饱和度随欠压差值增大而降低;在考虑水化作用对地层岩石强度的影响的基础上,建立了井周应力模型,对页岩油储层的坍塌压力当量密度变化规律进行了分析。研究发现:逆流自吸作用下,钻井时间越长,欠压差值越小,页岩油储层坍塌压力越大,越不利于井眼稳定;当只改变欠压差值时,页岩油储层最大井径扩大率存在最小值。研究认为,建立的井周应力模型可为页岩油储层欠平衡钻井设置合理欠压差值以及调整钻井液密度提供理论依据。

渤海代表性油田泥页岩理化性能研究及工作液对策

渤海KL、BZ、LD等油田地质条件复杂,钻井过程中常发生井壁失稳现象,影响该区域钻井提速和勘探开发进程。针对渤海湾盆地部分区域井壁易坍塌的问题,取各井页岩掉块进行泥页岩理化性能分析研究,建立相应的技术分析流程。通过所测泥页岩的膨胀性、分散性和水化性,确定泥页岩的类型:KL某井泥页岩为低膨胀弱分散、垮塌型泥页岩;BZ某井泥页岩为中膨胀中分散、剥落泥页岩;LD某井为高膨胀强分散、水化坍塌泥页岩。根据泥页岩的类型可判断井下复杂情况,从而采取相应的井壁稳定措施。

横观各向同性水敏性地层斜井眼坍塌压力确定

在以泥页岩为目标储层的非常规油气藏水平井开发中,钻遇井壁的稳定性问题突出,一方面是由于在设计钻井液密度时简单采用各向同性介质模型和Mohr-Coulomb强度准则,另一方面则是由于选用的钻井液性能欠佳,难以保证建井全过程的井壁稳定。为此,将地层视为横观各向同性介质,采用MogiCoulomb强度准则判别岩石基体和层理面的稳定性,同时考虑泥页岩水化作用对岩石力学强度参数的影响,建立了水敏性地层井壁稳定分析模型,分析了坍塌压力随井斜、方位、钻井液性能、钻井时间等因素的变化规律。研究结果表明:对于具有显著层理面结构的泥页岩地层,采用横观各向同性模型比各向同性介质模型更能描述强度的各向异性;采用Mogi-Coulomb准则比Mohr-Coulomb强度准则得到的坍塌压力值与实际吻合程度更高,在保证井壁稳定的前提下有利于降低钻井液密度,实现钻井提速;提高钻井液封堵能力、减小泥页岩吸水扩散能力,有利于延长坍塌周期。利用东濮、威远、焦石坝等工区多口页岩气水平井的实钻资料对本文方法进行了验证,证实本文方法确定的钻井液密度窗口下值更能满足安全钻井需求。

大庆致密油井页岩井壁稳定性实验研究

大庆致密油区块青山口组、泉头组页岩容易发生井壁失稳情况。目前用于评价页岩井壁稳定性的常规方法为热滚分散和线性膨胀实验。此类实验通常存在人为缺陷,会误导对页岩膨胀活性的认识和配伍性流体的选择。采用更接近井下地层条件的3种实验方法(多级三轴应力实验、压力传递实验(PTT)、厚壁圆筒实验(TWC)),对大庆致密油页岩进行研究。通过多级三轴应力实验,绘制摩尔-库伦破坏包络线,确定了维持井壁稳定性所需钻井液密度。压力传递实验反映了特定流体系统中所预期的钻井液压力侵入速率和孔隙压力升高的延迟情况。厚壁圆筒实验研究了过平衡压力下暴露在钻井液中的岩心样品的破坏特性。这3种实验方法,模拟了在钻井过程中钻井液对井下页岩地层应力的影响,对研究井壁稳定性的影响因素更具指导意义。

大压差泥页岩长裸眼斜井段安全钻井技术

为了实现东濮凹陷深层断块低渗油气资源的低成本开发,采用水平井开发和简化井身结构成为必然的选择。但是作为开发中后期的老油田,地层压力系统紊乱,简化井身结构后,同一裸眼段内高低压共存,易导致滑动钻进压差卡钻和井壁失稳;同时沙一至沙三段泥页岩发育,长裸眼段内井壁坍塌、掉块问题突出。为此,应用横观各向同性模型,考虑水化时间对强度的影响,兼顾井下安全和钻井投资,确定出技术套管的合理下深;优选聚胺抑制剂和梳形聚合物降滤失剂,应用油基钻井液,提高泥页岩地层井壁稳定能力;引入无土相烷基糖苷钻井液,提高润滑性,降低钻进摩阻;应用降压耗钻具组合,解决小井眼清除岩屑问题;设计小弯角螺杆配合欠尺寸稳定器的水平段提速钻具组合,提高机械钻速,降低钻井周期,规避坍塌周期风险,提高复合钻进比例,降低定向滑动压差卡钻风险。7口井的现场应用效果表明,钻井周期缩短了30.95%、卡钻事故降至0次,实现了东濮凹陷大压差泥页岩长裸眼斜井段安全钻井。

页岩欠平衡钻进可行性探讨

随着地层孔隙压力较高的页岩气的开发，在确保页岩井壁稳定的同时，如何提高页岩层的钻井效率和确保井下工具的正常运转，成为降本增效的关键，其中措施之一就是在保证井下安全的情况下降低钻井液密度。由于品质均一的页岩层本身具有低孔低渗的特点，页岩层内地层流体靠负压差进入井筒的能力有限，故在欠平衡状态下也很难造成溢流和井涌的风险，这一点在研究区块的探并实钻中得到证实。同时，利用实钻数据及科研成果对井壁稳定性加以分析，认为在欠平衡模式下该区的水平段高压页岩层依然可以保持良好的井壁稳定性，使得使用欠平衡模式进行水平段钻进具有了一定的可行性。