天然气水合物藏井眼蠕变缩径研究

天然气水合物作为储量丰富的清洁能源备受世界各国的关注,但水合物储层的不稳定性使得其钻井和开采都存在困难.当井眼钻开后,水合物储层的蠕变特性会造成井眼缩径,进而影响水合物井的钻井安全.对冻土水合物地层在井眼钻开后的井眼缩径进行分析.结果表明:缩径发生时井眼不同方位地层将以不同速率进行缩径,但随着时间的增加,不同方位处的缩径速率趋于相同;随着水合物层埋深的增加,井眼的蠕变量将呈近线性增加;井眼的蠕变缩径速率将随着地应力非均匀性的增大而增大;随着水合物饱和度的增加,井眼的缩径速率降低.研究结果可为水合物地层钻井液密度的选取提供理论依据.     

深水油气田控制井眼缩径的钻井液密度研究

深水地层上覆岩层压力低,钻井安全泥浆密度窗口窄,发生井下事故的风险更大,需要确定水平井眼的变形规律,减少或避免因疏松砂岩储层蠕变缩径造成的井下复杂情况和事故。荔湾3—1气田是我国第一个即将投入开发的深水油气田,利用分级加载的方式测试了荔湾3—1气田疏松砂岩储层的蠕变变形规律。应用拉格朗日元法进行数值模拟计算,得出了荔湾3—1气田疏松砂岩储层水平井井眼缩径变形随时间的的变化规律和控制井眼缩径率的钻井液密度图版,分析了水深对水平井井眼变形的影响。结果表明,在相同条件下,深水油气田因疏松砂岩储层蠕变缩径而影响水平井安全钻进的风险比陆地和浅水油气田更小。研究结果对确定深水水平井安全钻井周期和开展水平井极限延伸长度的研究具有指导意义。     

塔河油田TK1113井钻井技术分析

塔河油田盐岩层施工难度大,地层压力高,钻井过程中,盐岩、软泥岩的塑性蠕变,硬石膏的吸水膨胀、高压低矿化度的盐水层对高密度钻井液的污染,盐岩石膏的溶解使井径扩大,薄泥岩夹层的垮塌等特点,极易造成缩径、坍塌、粘附卡钻,甚至造成套管挤毁变形等复杂情况或事故,施工难度大.分析了TK1113井钻井工艺技术,对同类井的安全施工有一定借鉴作用.     

基于能量守恒定律对西原模型的改进与验证

在油气钻井工程中,由岩石蠕变引起的井眼缩径或井壁坍塌时有发生,本文基于能量守恒定律分析岩石蠕变的3个阶段,阐述传统的蠕变模型难以研究岩石加速蠕变阶段的原因。为此,在西原模型的基础上串联了一个绕组元件,建立改进西原模型及相应的本构方程。根据油气开发过程中所钻遇地层部分岩心的蠕变实验数据,对建立的改进西原模型进行验证,表明该模型能够很好地反映出岩石的蠕变特性,尤其是在岩石所受荷载大于长期强度的情况下,对凸显岩石加速蠕变阶段效果明显。该改进西原模型的提出可为进一步揭示岩石蠕变的客观规律提供理论依据。     

砂岩地层井壁稳定性分析

 南海某油田深部地层砂岩存在因蠕变导致的缩径现象,有必要分析该油田砂岩地层蠕变性质,为砂岩地层安全钻井提供借鉴。使用某油田深部地层砂岩岩心进行室内蠕变实验,测定不同差应力下岩心蠕变率。使用西原模型拟合了实验结果,拟合精度较高,并计算了某油田砂岩缩径井段安全钻井周期。计算结果表明,提高钻井液密度可大幅提高安全钻井周期,也可采用定期起下钻、下套管封固缩径井段等工程措施阻止或减缓砂岩蠕变。     

砂岩地层井壁稳定性分析

南海某油田深部地层砂岩存在因蠕变导致的缩径现象,有必要分析该油田砂岩地层蠕变性质,为砂岩地层安全钻井提供借鉴。使用某油田深部地层砂岩岩心进行室内蠕变实验,测定不同差应力下岩心蠕变率。使用西原模型拟合了实验结果,拟合精度较高,并计算了某油田砂岩缩径井段安全钻井周期。计算结果表明,提高钻井液密度可大幅提高安全钻井周期,也可采用定期起下钻、下套管封固缩径井段等工程措施阻止或减缓砂岩蠕变。     

快速拉格朗日元方法在井壁稳定中的应用

拉格朗日元方法是一种分析非线性大变形问题新的数值方法．软泥岩缩径问题往往牵涉到非线性大变形问题，以往这类问题多在小变形情况下进行研究．采用拉格朗日元方法，用弹塑性模型对井壁稳定问题进行了研究．结果表明，采用大变形模型所得的井壁径向位移明显小于小变形模型，采用大变形模型计算软泥岩井眼缩径有助于正确认识井眼缩径规律．     

快速拉格朗日元方法在井壁稳定中的应用

拉格朗日元方法是一种分析非线性大变形问题的数值方法。软泥岩缩问题往往牵涉到非线性大变形问题，以往这类问题多在小变形情况下进行了研究。采用拉格朗日元方法，用弹塑性模型对井壁稳定问题进行了研究。结果表明，采用大变形模型所得的井壁径向位移明显小于小有模型，采用大变形模型计算软泥岩井眼缩径有助于正确认识井眼缩径规律。     

盐岩层钻井中盐岩蠕变量的研究与应用

盐岩地层钻井过程中常因盐岩蠕变造成卡钻、井壁坍塌、井眼报废等复杂情况。为此,深入研究盐岩蠕变量的变化规律对解决此类问题有十分重要的意义。通过对盐岩地层蠕变缩径的力学分析,建立了确定盐岩蠕变量的简单解析模型;并对盐岩蠕变量随地层温度、上覆岩层压力、钻井液密度等的变化规律进行了详细的分析。分析结果表明:盐岩蠕变量随着地温梯度、地应力梯度、蠕变系数、裸露时间的增加而增加,而随着蠕变常数、应力指数、钻井液密度的增加而减小;各因素对盐岩蠕变量的影响程度随着井深的增加而加剧。还对中东某区块进行了实例计算,结果表明:基于该模型确定的合理钻井液密度与盐岩地层实际钻井钻井液密度值吻合较好,说明该模型准确可靠,值得生产现场确定盐岩地层合理钻井液密度借鉴。     

南海神狐海域水合物地层多物理场耦合模型及井壁坍塌规律分析

为了研究水合物地层钻井过程中井壁及近井地层力学稳定性的演化规律,采用ABAQUS软件建立考虑水合物相变的"热?流?固"多物理场耦合井壁稳定分析模型,通过自适应网格方法模拟地层的坍塌过程,并对不同钻井时间、钻井液温度及钻井液密度下井壁坍塌演化规律进行分析.基于分析结果建立不同钻井液温度、钻井液密度及钻井时间时的井眼扩径图...     

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。     

钻井液类型对井壁稳定的影响实例与防塌机理分析

针对东海油气田N区块钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,通过梳理分析N5区块及周边构造三口探井地质条件、地层特性、测井数据,基于地质力学与岩石力学基本原理计算了井壁坍塌压力;并对使用水基钻井液和油基钻井液的钻井工况进行对比。研究发现在钻井液密度高于坍塌压力的情况下,使用密度相对较低的油基钻井液即能够保持井壁稳定,无阻卡等复杂问题。使用水基钻井液钻井,则部分泥页岩井段井径扩大,起下钻明显阻卡,处理复杂问题耗时较长。分析主要原因,在于油基钻井液能够降低泥页岩水化程度,减缓钻井液向微裂隙中的渗流,抑制微裂隙扩展,提高钻井液对井壁的有效支撑作用。因此,在东海油气田复杂泥页岩地层钻井中,使用油基钻井液能够更好地保持井壁稳定,避免或减少钻井复杂问题。     

强抑制性多元醇海水钻井液研究及应用

胜利浅海埕岛油田沙河街组地层粘土含量高，粘土组成以伊像混层和伊利石为主，地层水敏性较弱，微裂缝及层理较发育。钻井液及滤液沿层理和微裂缝渗入地层内部，引起硬脆性泥页岩剥落坍塌。针对沙河街组地层特点，研制出一种强抑制性多元醇海水钻井液体系，并对其进行了性能评价及防塌机理分析。室内试验结果表明，该钻井液体系具有较好的抑制性能和流变性，抗海水和劣质土污染的能力较强，环境可接受性好。现场实践证明，该钻井液性能稳定，维护处理简单，能有效解决沙河街组地层钻进中出现的技术难题，避免复杂情况的发生。     

胜北构造粘土矿物纵向分布及演变规律

为探求吐哈油田胜北构造粘土矿物纵向分布规律与井眼稳定性的关系,以台参２井为例系统分析了本构造泥页岩地层中高岭石（Ｋ）、绿泥石（Ｃ）、伊利石（Ⅰ）、蒙脱石（Ｓ）和伊蒙混层（Ｉ／Ｓ）矿物的分布及演变特征,测定了粘土矿物中各种阳离子（Ｋ＋、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）的可交换容量（ＣＥＣ）．研究表明,胜北构造上部地层是以Ｓ（约４０％）为主的高活性泥岩,中部大段硬脆碎泥页岩以Ｉ／Ｓ（约５０％）为主,下部地层Ｉ／Ｓ渐减至消失．Ｋ、Ｃ、Ｉ纵向分布较为均匀,基本与井径扩大率无相关性．井径扩大率与Ｉ／Ｓ含量呈明显正相关,但与Ｉ／Ｓ中的Ｓ含量却呈负相关,Ｉ纵向变化小但总含量较高（约５０％）且其中裂隙、解理发育,因此认为井眼的失稳主要是Ｉ及Ｉ／Ｓ含量较高的硬脆碎泥页岩在释放构造应力时,各种综合工程因素诱发地层崩裂和剥蚀而引起的,具有明显的时敏性．由于这种地层的ＣＥＣ特别是ＥＫ较低,因而必须主要靠封堵裂缝而不是提高钻井液中的Ｋ＋浓度来抑制井眼垮塌     

滨海软黏土蠕变特性的三轴试验

为探讨天津滨海典型软黏土的蠕变特性,利用英国GDS动三轴试验系统,开展了考虑围压、加荷比以及排水条件等因素下的三轴蠕变试验研究,得到了不同条件下滨海软黏土的应力．应变．时间关系曲线．试验结果表明：天津滨海软黏土具有非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受结构性制约,低围压条件下,蠕变等时曲线近似为线性,无明显的屈服特性;当围压较大时,蠕变等时曲线呈现折线特性;排水条件下的蠕变等时关系曲线比不排水条件下的非线性程度明显,排水条件下其体变性状总体上表现为剪缩,蠕变变形速率和变形量均低于不排水条件;不排水条件下软黏土的初始蠕变变形速率和变形量与围压和加荷比有关,相同偏应力水平下,固结压力越大,初始蠕变速率越大,达到稳定蠕变阶段的时间越短,蠕变变形量越小;初始固结压力一致时,加荷比越大瞬时蠕变速率越大。破坏应力值越小．     

加蓬G 区块破碎地层井壁失稳机制与钻井液技术对策

 加蓬G区块是中石化海外重点勘探开发区块,LPC和ANG复杂地层钻井施工中出现了严重的井壁失稳问题。通过破碎地层的泥页岩岩心表观特征分析、泥页岩钻屑清水浸泡试验、泥页岩黏土矿物分析和泥页岩滚动回收试验得出,以伊/蒙混层和伊利石为主的黏土矿物组分和微裂隙发育特征是加蓬G区块破碎地层井壁失稳的外在物质条件;钻井液滤液沿裂隙和微裂隙进入地层深部,使黏土矿物水化膨胀,使井壁失去平衡,是导致坍塌掉块的内在原因。制定了钻井液密度应力防塌、屏蔽封堵防塌、优质钻井液体系配方等综合防塌技术措施,在加蓬G区块进行了现场试验,G-9井和G-10井2口井LPC和ANG地层的平均井径扩大率分别降低到11.6%和12.1%,井身质量较邻井有显著的提高,取得了良好的井壁稳定效果。     

淡水泥浆侵入引起的低阻油气层实例分析

针对淡水泥浆侵入对地层电阻率的影响,分析了造成油气层高侵的成因。认为在淡水泥浆打井时,泥浆矿化度与地层水矿化度差异较大的情况下,由于泥浆大量侵入地层,造成冲洗带混合液淡化对地层电阻率的影响大于含油饱和度降低对地层电阻率的影响,越靠近井壁现象越明显,从而在油气层段表现出高侵特征。指出用淡水泥浆打井,在井况差、泥浆比重大的情况下,由于泥浆大量侵入地层,而在油气层段形成高侵。     

钻井液密度对裂缝性泥页岩地层坍塌压力影响的力化耦合研究

 缝性地层井壁失稳是钻井工程中经常遇到工程难题之一,裂缝发育地层常伴随严重的井壁坍塌,具有水化性质的裂缝性地层在钻井液侵入后更易发生坍塌。扫描电镜观察某油田泥页岩发育的层理实际为尺寸极小的微裂缝,使用XRD 衍射仪测定了该泥页岩黏土矿物质量分数为30%~40%,泥页岩水化性质较强。通过剪切实验测定了泥页岩吸水后的抗剪强度,求解了不同含水量裂缝面的黏聚力及内摩擦角。建立了钻井液滤液向地层内的渗流方程及裂缝性地层坍塌压力方程,计算了不同钻井液密度和浸泡时间的坍塌压力。计算结果表明,高钻井液密度导致钻井液滤液向裂缝内加速渗流,裂缝面强度降低导致地层更加容易坍塌。裂缝性地层井壁失稳不宜提高钻井液密度稳定井壁,应采用措施提高钻井液封堵性及抑制性,降低钻井液滤液侵入量。     

川西硬脆性页岩力学特征及井壁稳定性研究

在硬脆性页岩地层钻井过程中井壁失稳现象频发,严重阻碍了现场钻井作业的进程。针对小塘子组页岩钻进过程中发生的井下垮塌现象,通过开展系统室内实验测试,并结合实验数据建立的理论模型,评价分析小塘子组页岩地层的井壁稳定情况。结果显示,小塘子组页岩属于典型的硬脆性页岩,层理缝发育,在外力或高应力环境下可以产生张性裂缝;钻井液浸泡效应可降低小塘子组页岩地层力学强度,层理走向及力学弱面效应对小塘子组页岩力学性能影响明显;裂缝走向、井眼轨迹及井壁渗流场影响小塘子组页岩地层井壁稳定性,当裂缝面与井眼轴线之间夹角满足一定关系,井壁岩石容易沿裂缝面发生滑移垮塌。     

盐膏岩地层的井眼缩径变形分析

在钻井工程中,盐膏层的显著特征是井眼形成后地层易发生塑性变形和井眼缩径,造成卡钻和大量的人力、物力、财力的损失,甚至导致钻井失败。将拉格朗日元法应用于石油钻井所遇的盐膏地层,利用ＦＬＡＣ程序分析了盐膏地层的缩径变形。分析结果表明,在允许缩径率下,钻井液密度有一个临界值,正常钻进的必要条件是钻井液密度应该大于此临界值。