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。     

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。     

一种复合钾盐聚合物钻井液的研究及应用

在四川富顺区块页岩钻探过程中使用水基钻井液井段存在地层造浆、泥页岩大量剥落、井壁失稳、严重井漏、上部地层出水、起下钻困难、卡钻等难题。针对以上问题对钻井液存在的技术难点进行分析,对使用的钾盐聚合物钻井液体系进行优化,对体系的基本性能进行了评价。优化后的体系采用优选的复合钾盐配方作为核心抑制剂,具有抑制性强、抗温性好、抗污染能力强等特点,在四川富顺区块的页岩气钻探中取得了良好的应用效果。     

三向应力状态下层理性泥页岩地层井壁稳定性研究

层理性泥页岩地层钻进过程中,极易发生井壁失稳问题,严重影响了钻井作业效率,增加了勘探开发的成本。探索了层理性泥页岩地层的井壁失稳机理,开展了考虑钻井液作用下层理性泥页岩地层在真实三向应力状态下的井壁稳定性预测模型研究。研究表明:忽略中间主应力的影响不能准确预测层理性泥页岩地层坍塌的风险;钻井液滤液沿层理面的渗流会降低层理面的黏聚力和内摩擦角;并随时间的变化显现出快速降低和平缓降低两个阶段;改进的层理性泥页岩地层井壁稳定性分析模型能够真实反映地应力状态和井壁岩石的力学特性,现场应用表明其能够比较准确的预测层理性泥页岩地层的井壁稳定性。     

渤海油田渤中区域中深部泥页岩地层井壁稳定性

渤中区域资源潜力巨大,是目前渤海油田勘探开发的重点区块.前期探井钻井过程中中深部东营组、沙河街组泥岩地层井壁坍塌失稳现象频发,出现蹩压、阻卡等复杂事故.为揭示渤中区域中深部泥页岩井壁失稳机理,指导开发井钻井设计,对取自渤中区域东营组泥岩岩心开展了电镜扫描、矿物组分测试、泥浆浸泡以及岩石力学等系列实验,定量刻画了该地层的理化特性、岩石力学特性以及钻井液对力学性质的影响规律.实验结果表明,该区块中深部泥页岩处于由水化膨胀性泥页岩向硬脆性泥页岩转化的过程,既具有硬脆性泥页岩层理、裂隙发育的特征,又仍表现出一定的水化膨胀和分散特征.在实验结果的基础上,利用线弹性理论和单一弱面准则,建立了考虑弱面结构和水化作用的井壁稳定模型,对渤中区域定向开发井坍塌压力及其随井斜角和井斜方位角的变化规律进行了分析,揭示了钻井液作用对坍塌压力的影响.研究结果对于渤中区域开发井安全钻井具有一定的指导意义.     

钻井液作用下页岩破裂失稳行为试验

为揭示富有机质脆性页岩与钻井液之间的相互作用对井壁失稳潜在影响,以层理发育的脆性页岩为研究对象,利用蒸馏水、油基钻井液、硅酸盐钻井液及其滤液,开展钻井液高温浸泡试验,从宏观和微观方面描述页岩破裂失稳过程与机制。结果表明:钻井液侵入带来的水化膨胀与碱液侵蚀是页岩化学损伤的主要形式,也是诱发脆性页岩破裂失稳的直接原因;钻井液作用下,页岩主要沿层理面破裂,破裂根本原因是层理微缝的扩展、延伸乃至贯通形成宏观裂缝,诱发页岩失稳。室内试验与现场应用均证实,提高钻井液封堵性、降低滤失量,减弱水化与碱液侵蚀对页岩破裂失稳影响,有助于提高井壁稳定性,也是页岩气井防塌水基钻井液体系设计的主要技术思路。     

大段泥页岩钻井技术在吐哈油田的推广应用

大段泥页岩是吐哈钻井过程中遇到的一个突出难点，各参战单位根据几年来的经验研究并总结出了保持其稳定性措施。本文综合讨论了目前吐哈油田在这一领域的技术措施和状况，指出了防止大段泥页钻井段垮塌的钻井液及工程措施。     

煤岩坍塌的特殊性及钻井液对策

在煤层气钻井中,煤岩坍塌造成接单根困难、起下钻遇阻遇卡、蹩泵等事故和井下复杂。通过煤岩力学性能测试和结构构造特征分析,分析了煤岩失稳的特殊性及钻井液和其它因素的影响,确定了煤层钻井的钻井液技术对策,优选出钻井液体系及配方,应用表明钾铵聚合物钻井液能有效地防止煤岩井壁失稳。     

苏里格气田胺基聚合物防塌钻井液体系

 为解决苏里格气田水平井钻遇泥页岩地层存在的水化膨胀缩径和严重造浆问题,开发了一种强抑制胺基防塌钻井液体系.室内性能评价实验表明,该钻井液体系具有良好的抑制性、很强的抗温、抗钙、抗污染能力,对气层伤害很小,属于清洁水基钻井液体系.在苏里格气田现场应用3 口井取得了良好的效果,表明该钻井液体系有利于提高苏里格气田泥页岩地层井壁的稳定性,解决泥页岩地层钻井液流变性难控制的难题,实现保护储层的要求,能够满足苏里格气田钻井的需要.     

泥页岩三轴蠕变实验及结果应用

钻井工程中的井壁稳定问题大多发生在泥页岩井段。根据实验得出的岩石力学参数可以较好的进行井壁稳定及相关问题的力学性质分析。详细介绍了采用三轴岩石力学实验机进行的泥页岩三轴蠕变实验的原理,并根据实验结果按照非线性回归的方法得出了描述变形的本构方程及其蠕变系数,结合该泥页岩的粘土含量,为分析该泥页岩的蠕变规律和计算蠕变压力提供了科学依据。同时,根据不同缩径率所需安全钻井液密度下限的计算公式,得出了相应的钻井液密度下限。     

美国页岩气水平井水基钻井液研究与应用进展

 水平井钻井是推动美国页岩气大规模开发的核心技术之一,美国在页岩气水平井初期使用油基钻井液成功钻探页岩水平井。迫于油基钻井液环保和成本高的压力,美国对页岩气水平井水基钻井液进行了研究并推广应用。介绍了美国典型的3个页岩气区块水基钻井液研究情况。Haynesville地区选用更接近井下环境1.38 MPa分压的CO₂侵、12%低密度固相污染和204℃、48 h条件评价钻井液抗污染能力;通过模拟钻井液流入、井底静止和流出过程中井温和压力变化的新方法测试钻井液在井眼中的流变性。而Fayetteville和Barnett地区采用扫描电子显微镜（SEM）分析浸泡后岩石的形貌研究钻井液与岩石的作用机理,进而研究水基钻井液配方。Haynesville地区现场应用时,在CO₂侵和井底204℃高温条件下,机械钻速比使用油基钻井液的邻井提高8.5%;Fayetteville和Barnett地区应用钠米硅醇封堵水基钻井液时,滑动钻速分别是9.2~15.4 m/h和7.4~24.6 m/h,复合钻钻速30.8~77.0 m/h。     

页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究

针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清。基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型。使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算。利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究。研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数。建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10%,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速。清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程。     

复合钾盐生物聚磺钻井液在长庆水平气井的应用

为解决长庆气田天然气水平井施工中位于斜井段位置的井壁失稳和钻头泥包技术难题,室内研究了复合钾盐生物聚磺钻井液体系,并在长庆地区15口水平井应用.结果表明,该体系表现出防塌能力强,页岩回收率达到78%以上,易塌层平均井径扩大率低于20%;性能易调控,具有良好的井眼净化能力,泥饼薄、坚韧、致密光滑,摩阻系数控制在0.026 2~0.034 9.与同区块非试验井相比,不仅井下安全,井壁稳定,井眼畅通,而且钻井平均机械钻速都提高了40%以上.该体系成功解决了因泥页岩水化膨胀而引起的缩径扩径、掉块坍塌、高摩阻大扭矩、钻头泥包等技术难题.     

东海某区块致密砂岩钻井液侵入深度实验研究

针对东海区块在钻井作业中钻井液对储层造成严重伤害的问题,开展了东海某区块致密砂岩钻井液侵入深度实验研究,研究中采用了电阻测试法和体积法两种方法,通过测量钻井液侵入过程中岩样电阻和钻井液滤液最大侵入量,并根据电阻、侵入量与时间的关系拟合出侵入深度和时间的关系从而计算钻井液侵入深度。获得了花港组下段致密砂岩基块岩样钻井液侵入深度,电阻测试法计算的钻井液侵入深度主要分布在34~49 cm,体积法计算结果为30~56 cm,钻井液侵入储层后伤害程度为78.2%~97.9%,伤害程度均为强。实验研究为东海区块在钻井和完井作业中控制滤失,减小损害程度提供了依据。     

复杂结构井在页岩气开发中的应用进展

复杂结构井作为一种高效、先进的钻井工艺,能够很好地挖掘各种油气藏的潜能,在北美页岩气工业化、商业化开采过程中,产生了显著地经济效益。在概述复杂结构井的类型、适用条件的基础上,结合国外页岩气开发中复杂结构井的应用情况,分析了复杂结构井在中国页岩气开发中的应用前景。考虑到中国页岩气藏多分布于地表和地下条件复杂的山区,紧紧围绕页岩气开发产能和成本这一核心问题,建议重点发展小井眼连续管一体化钻完井、丛式水平井批量钻井和多分支水平井技术,来减少井场占地面积、优化资源配置管理、降低开发成本、最大限度提高页岩气藏整体效益,实现中国山区页岩气高效、低成本开发。     

新型聚合醇钻井液抑制性能研究

基于页岩气开发中对页岩井壁稳定的严格要求和聚合醇抑制剂在钻井液中性能特点,应用聚合醇(丙三醇、乙二醇和聚乙二醇200)与水共同构建钻井液液相的研究方法,配制了新型聚合醇钻井液。通过抑制膨润土造浆实验、页岩膨胀实验和页岩滚动分散实验,对比评价了新型聚合醇钻井液与传统应用抑制剂的钻井液的抑制性能。结果表明,与传统应用抑制剂的钻井液相比,新型聚合醇钻井液更有利于抑制膨润土的水化造浆、页岩水化膨胀和页岩水化分散,具有更佳的应用前景。     

水合物地层用纳米SiO2钻井液低温性能实验研究

随着全世界越来越多国家对天然气水合物勘探与开发的青睐,相关钻井技术也得到了日益重视。针对水合物地层的钻井特点,结合现有的纳米材料,通过大量实验优选出一种适合海洋天然气水合物地层钻井用的纳米Si O2钻井液:海水+2%纳米Si O2+3%膨润土+1%Na-CMC(羧甲基纤维素钠)+3%SMP-2(磺甲基酚醛树脂)+1%PVP(K90)(聚乙烯吡咯烷酮)+2%KCl(氯化钾);并对其低温性能和水合物生成抑制性进行了实验评价。实验结果表明,该钻井液具有适中的密度、良好的低温流变性和泥页岩水化抑制性;并能够长时间有效抑制水合物地层分解气在钻井液循环系统中重新生成水合物,有利保障在含水合物不稳定地层中钻井的顺利实施。     

金山气田强抑制防塌钻井液研究与应用

金山气田泉头组、登娄库组和营城组地层富含水敏性泥页岩,在钻井过程中经常发生垮塌、卡钻、井漏、扩径和泥包钻头等复杂情况。针对该区块的地质特性和钻井要求,在处理剂的优选实验和邻井成熟体系配方的基础上,研制了一种以聚胺FB40为抑制剂、KFT和JS-9为防塌剂的强抑制防塌钻井液,并进行了性能评价。室内实验结果表明,该钻井液体系具有流变性能良好、抑制性强、滤失量低、防塌效果显著和滤饼质量优良的特点。在梨6-6HF井的现场应用中,钻井液性能稳定,无垮塌现象,起下钻、电测和下套管作业无遇阻,很好地满足了现场钻井施工的需要。     

南海流花海域钻井安全钻井液密度窗口计算分析

为了准确确定安全钻井液密度窗口,并维持钻井过程的井壁稳定成为制约南海海上油气开发目前所面临的重要问题。针对该问题,基于流花海域LH20-2油田各已开发井的声波时差及其他测井数据,利用Eaton法对该构造的孔隙压力分布规律进行了预测。此外,对该地区地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和方位角的分布规律进行了定量分析,最终得到了各井段安全钻井液密度窗口。结果表明,油田孔隙压力分布范围在0. 98～1. 05 g/cm~3,处于正常压力系统内。并且得出,拟开发井直井段和水平段安全钻井液密度窗口依次是1. 07～1. 10 g/cm~3和1. 22～1. 25 g/cm~3。此研究可以为南海LH20-2油田拟开发井钻井液设计提供依据和参考。