致密油开发水平井段页岩坍塌周期的确定

鄂尔多斯盆地致密油资源丰富,具有很大的开发潜力,但长庆油田A井区在页岩油长水平段钻进时井壁失稳问题突出。现有的水平井防塌技术重点关注钻井液体系优化问题,无法给出页岩的坍塌周期。本井区页岩的主导坍塌机制是钻井液滤液沿天然微裂缝渗入地层,引起黏土矿物水化,导致岩石强度降低。考虑化学势变化和流体流动与骨架变形的耦合作用以及岩石吸水扩散过程和强度弱化规律,建立致密页岩井壁坍塌周期分析模型。结果表明:活度较低、膜效率较高的钻井液可以有效抑制地层孔隙压力增长;封堵性强的钻井液可以降低地层水含量的增长,减缓地层岩石强度的弱化;A井区使用密度为1.3 g/cm3的细分散聚合物钻井液体系和复合盐钻井液体系钻进水平段时井眼坍塌周期分别为4.5和9 d,而使用油基钻井液体系时相同密度下浸泡10 d井眼扩大率仅为4%,油基钻井液体系效果最好,坍塌周期大于10 d。     

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。     

长水平段钻井泥岩井壁坍塌周期分析

泥页岩地层井壁失稳是国内外各油气田钻井过程中普遍存在且至今未能完全解决的世界性难题;但在致密泥岩长水平段钻进时,井壁失稳问题更加突出。考虑化学势差、水力压差和岩石骨架变形的耦合作用,同时考虑泥岩吸水引起的强度弱化,提出了泥岩流-固-化多场耦合坍塌周期分析模型。利用该模型,定量分析了泥岩渗透率、吸水扩散吸附系数、钻井液活度和膜效率对地层孔隙压力、地层强度以及坍塌周期的影响规律。结果表明:1泥岩渗透率越小,阻碍水力压力传递的能力越强,地层孔隙压力增长越慢,井眼坍塌周期越长;2钻井液化学作用对井周压力传递和坍塌周期影响显著,当钻井液活度高于地层活度时,井眼附近孔隙压力显著增大,井眼坍塌周期缩短;膜效率越大,则地层孔隙压力和井眼坍塌周期变化幅度越大;3泥岩强度弱化是影响坍塌周期变化的重要因素。随着吸水扩散系数增大,近井地层泥岩强度迅速降低,井眼坍塌周期显著缩短;4研究区域沿最小水平地应力方向水平钻进时,井眼坍塌周期最长,随着与水平最小地应力夹角的不断增大,井眼坍塌周期不断缩短,沿最大水平地应力方向时,井眼坍塌周期最短。     

含油污泥资源化制备钻井液用封堵防塌剂与应用

以含油污泥为原料,通过沥青化和乳化分散等工艺制备封堵防塌剂SD-AS,其软化点在50~120℃可调,油溶率超过50%;采用砂盘封堵评价实验、扫描电镜测试、压力传递实验以及接触角测试等实验手段,综合评价封堵防塌剂SD-AS的性能,探讨其作用机制;以可变形封堵防塌剂SD-AS为主要处理剂,构建强化封堵防塌水基钻井液体系配方。结果表明:封堵防塌剂SD-AS主要通过化学吸附、油溶性变形粒子物理封堵、阻缓压力传递以及降低泥页岩表面的亲水性等作用,实现有效的封堵防塌作用;强化封堵防塌水基钻井液体系成功应用于准噶尔盆地山前构造带的钻井施工,复杂易塌地层井径扩大率平均仅为6.78%。     

气泡结构调控组分对引气砂浆流动度及抗压强度的影响

选取两种代表性气泡结构调控组分,分析不同类型气泡结构调控组分对引气砂浆流动度及抗压强度的影响规律,通过对硬化砂浆孔结构特征参数和液体表面张力的测试分析,揭示气泡结构调控组分对引气砂浆流动度及抗压强度的作用机理.结果表明,增稠型调控组分环糊精通过提高砂浆液相黏度来延缓引气过程,使砂浆中的气泡(孔)细化,提高10～200μm孔径的孔隙率,从而增大砂浆的流动度,提高其抗压强度;抑泡类调控组分聚醚硅氧烷共聚物取代液膜表面引气剂分子,降低液膜局部表面张力,低掺量下使大气泡细化成为小气泡,高掺量下气-液界面膜强度降低,气泡不能稳定存在,此时总孔隙率降低,导致砂浆流动度先增后减,抗压强度不断提高.     

渤中区块破碎性地层井壁失稳机理及对策

渤中区块东下段及以下地层泥页岩破碎性发育,已钻井井壁坍塌严重。通过综合分析破碎区地层特性,地质力学特征,以及钻井液性能的适应性,明确了渤中区块破碎性地层的井壁失稳机理,并提出了定制化的技术对策。研究结果表明,该区块泥岩地层为硬泥页岩,微裂缝发育,孔缝宽度为2～6μm,具有弱水化性质。东下段及以下泥页岩地层属于中等偏低强度地层,在聚胺PEM钻井液中浸泡7 d后,岩石强度下降40.82%。同时,上覆岩层压力和水平最大地应力之间差值较小,水平最小地应力值较低。井壁失稳机理主要为地层受走滑断层伴生正断层控制,钻井坍塌压力相对较高,地层微裂缝发育,钻井液封堵性不能满足微裂缝封堵要求,同时,破碎区泥页岩存在安全稳定周期。建议使用密度为1.40 g/cm³的聚胺PEM钻井液,在破碎区中钻井安全周期超过10 d,并添加3%的TEX封堵剂增强钻井液封堵性能。研究结果能够有效指导渤中区块开发井的安全钻井。     

页岩气水平井防塌水基钻井液体系研究

为解决油基钻井液在页岩气水平井中应用时带来的环保问题和钻井液处理成本较高的问题,通过室内实验优选出了性能优良的封堵剂、抑制剂和润滑剂,并结合其他处理剂,研究出一套适合页岩气水平井的防塌水基钻井液体系,室内对其综合性能进行了评价.结果表明:钻井液体系经过130℃老化后,其流变性能稳定、滤失量较小,具有良好的耐温性能;钻井液体系低渗砂盘封堵实验的瞬时滤失量和静态滤失速率分别为0.6 mL和0.33 mL/min,具有良好的封堵性能;钻井液体系的抑制性能和润滑性能与现场油基钻井液体系基本相当,能够很好的起到抑制页岩水化分散和降低摩擦阻力的作用;另外,钻井液体系中加入20％NaCl、2％CaCl2和20％岩屑后,体系老化前后的流变性能和滤失量变化均不大,说明体系具有较强的抗污染能力.现场应用结果表明,使用防塌水基钻井液施工的X-101井钻井过程顺利,各项施工参数均达到设计要求,并且与前期已钻井X-3HM井相比,钻井周期、井下复杂时间以及平均井径扩大率均明显降低,水平段钻速明显提高,达到了良好的钻井效果.     

聚胺高性能水基钻井液特性评价及应用

根据泥页岩水化特点和多元协同抑制思路,构建了聚胺高性能水基钻井液。介绍了该体系的关键处理剂聚胺页岩抑制剂、包被抑制剂、铝盐封堵防塌剂和清洁润滑剂。通过屈曲硬度实验和粘结实验对比评价了聚胺高性能水基钻井液与几种典型防塌钻井液的性能。结果表明,聚胺页岩抑制剂能在低浓度下最大限度降低黏土水化层间距,有效抑制黏土水化膨胀。聚胺页岩抑制剂与铝盐封堵防塌剂复配后能显著阻缓孔隙压力传递。聚胺高性能水基钻井液抑制性和清洁润滑性突出,与油基钻井液接近。聚胺高性能水基钻井液在胜利油田田305区块进行了成功应用,解决了该区块泥页岩井壁失稳问题。     

辉绿岩地层井壁垮塌机理及主控因素实验研究

新疆A井区深部辉绿岩地层井壁垮塌严重,多次引发井下复杂,阻碍了该地区深部油气资源的勘探开发进程。通过开展辉绿岩微观组构、水理化性能及力学特性实验研究,揭示了辉绿岩地层井壁岩石垮塌失稳机理及主要控制因素。实验结果表明,辉绿岩岩体微细观裂缝十分发育,裂缝间主要为长石充填,含有少量黏土,部分裂缝为无充填缝,且裂缝纵横交错,连通性好;发育有裂缝的辉绿岩岩体力学强度远低于均质无裂缝岩体,仅为后者的10%~20%;水化效应对辉绿岩岩体力学强度影响不明显,影响幅度为2%~7%。理论计算结果表明,裂缝的力学弱面效应对辉绿岩地层坍塌压力影响最大,影响幅度为21%;裂缝间的渗流效应影响次之,影响幅度为11%,水化效应影响不明显,仅为2%。因此,考虑辉绿岩地层裂缝的力学弱面效应影响,准确设计钻井液密度是稳定辉绿岩地层的关键。其次,结合辉绿岩微裂缝缝宽尺寸大小,优化设计钻井液防塌封堵材料尺寸,增强的钻井液防塌封堵性能可有效改善辉绿岩地层井壁稳定性。现场应用实例表明,合理设计钻井液密度和增强钻井液防塌封堵性可有效提高辉绿岩地层井壁稳定性,井下垮塌遇阻复杂情况大幅好转。     

碎屑岩侧钻井泥岩防塌钻井液体系实验研究

针对塔河油田碎屑岩侧钻井在储层上覆泥岩盖层段坍塌掉块、井径扩大,造成封隔器坐封失效的问题,论文结合地层宏观特性及微观结构进行分析,明确了碎屑岩复杂泥岩段的井壁坍塌机理,提出了以抑制为核心的钻井液防塌体系对策,进而通过开展室内实验研究,形成了具有强抑制封堵、低失水和良好润滑携岩性能的钻井液体系。     

含水率对岩石强度及出砂影响研究

储层含水量增加,岩石的强度减小,出砂风险增大。油藏出砂将降低油气产量,损害井下装置和地面设施。针对流花油田弱胶结储层,开展储层岩石不同含水饱和度时的单轴强度实验,揭示了出水对储层出砂影响的机理,并通过经验方法对不同含水率储层的临界生产压差进行预测。结果表明:含水饱和度与岩石单轴强度呈指数递减规律。含水饱和度越高,岩样的单轴抗压强度越低。含水率对岩石强度及出砂影响程度,取决于砂岩内蒙脱石、伊蒙混层等易水化黏土矿物的含量和含水率大小。     

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。     

陆相页岩储层坍塌压力时变特性分析及应用：以延长组长7段为例

水平井是实现页岩气经济、规模化开发的关键技术之一,钻井液作用下地层坍塌压力的时效性及其导致的坍塌失稳则是制约页岩地层水平井安全、高效钻进的主要因素。针对鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相页岩储层,基于孔弹性理论及多孔介质渗流理论,确定了钻井液渗透作用影响下的页岩水平井井周附加应力数学描述模型;并通过对钻井液作用下的页岩进行综合岩石力学实验研究,揭示了钻井液作用下页岩力学强度及坍塌压力的时变特征,进而定量研究了水平井安全钻井的钻井液密度范围,对页岩地层的经济、高效钻井具有积极指导、借鉴意义。     

锦州25-1油田井壁稳定问题

 锦州25-1油田沙河街组地层井壁失稳严重,为解决该油田的井壁失稳问题,对该油田的泥页岩矿物组分进行了分析,开展了泥页岩的力学及水化特性实验,分析了锦州25-1油田沙河街组泥页岩的岩石力学特性和井壁失稳机制.研究发现,沙河街组地层层理性泥页岩和水敏性泥页岩共同发育;层理性泥页岩具有显著的各向异性,易发生沿层理面的剪切滑移,造成井壁失稳;水敏性泥页岩在钻井液作用下会发生水化膨胀,导致井周地层的力学性质和应力状态发生变化,表现为坍塌压力随井眼钻开时间的改变而改变;两种地层相互影响造成油田复杂事故频发.结合室内实验结果,建立了合理钻井液密度的确定方法,研究了锦州25-1油田层理性泥页岩坍塌压力随井眼轨迹的分布规律和水敏性泥页岩的水化坍塌周期,给出了保证安全钻进的工程对策,该油田的井壁失稳问题必须在优化井眼轨迹和选择合理钻井液密度基础上,并增强钻井液的封堵性和抑制性才能解决.     

泥页岩地层钻进封堵抑制型钻井液体系的研究

针对泥页岩地层钻进过程中的吸水膨胀引起的孔壁稳定问题,提出了采用超细惰性材料封堵泥页岩微细孔喉、降低渗透率,从而减缓水分侵入的思路。通过实验研究与微观分析相结合的方法开展了含超细惰性材料的封堵抑制型钻井液体系的研制。首先,结合常规实验与电子扫描电镜实验,探讨了超细惰性材料对基浆及聚合物钻井液体系流变性能及失水性能的影响,从微观角度分析了含超细惰性材料钻井液体系泥皮的微观形貌特征。在此基础上,通过不同配方钻井液体系的浸泡实验,研究了超细惰性材料对泥页岩吸水膨胀的封堵抑制性能。研究成果对于保障泥页岩地层的快速钻进具有重要意义,同时,在解决类似吸水膨胀地层的快速钻进方面也具有一定参考价值。     

缅甸D区块非渗透性防塌钻井液研究

 针对缅甸D区块钻井过程中存在的井壁失稳问题,系统分析了缅甸D区块易塌井段泥页岩黏土矿物组分、岩石微观结构、泥页岩水化性能,结合现场实际对前期钻井液存在的问题进行分析,优化出适宜缅甸D区块特点的非渗透性防塌钻井液配方。室内性能评价表明,该非渗透性防塌钻井液具有较强的抗污染能力、抗温能力,泥页岩抑制能力以及封堵能力。在现场应用4口井过程中,该钻井液取得了较好的井眼稳定效果,可有效解决缅甸D区块井眼坍塌和井径扩大率的问题,显著降低了井下复杂事故的发生。     

页岩地层核壳结构纳米封堵剂研制及应用

页岩地层纳米级微孔、微裂缝极其发育,常规封堵剂粒径较大,难以对页岩形成有效的致密封堵。首先采用硅烷偶联剂KH570对纳米SiO_2进行超声表面改性,进而通过乳液聚合法,以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯为单体,过硫酸钾为引发剂与表面改性纳米SiO_2进行接枝共聚,制备了一种具有核壳结构的纳米封堵剂。借助红外光谱、透射电镜、热重实验对产物进行了表征,通过页岩压力传递实验测试了其致密封堵性能,探讨了其作用机理。结果表明:该纳米封堵剂能够有效封堵页岩纳米级孔缝结构,阻缓压力传递与滤液侵入,显著降低页岩渗透率,提高裂缝性页岩井壁稳定性。以该纳米封堵剂为核心处理剂构件了一套高性能页岩水平井水基钻井液体系,具有较好的致密封堵、抑制、润滑等关键性能。该体系在威远区块X井三开长裸眼井段应用过程中,井眼始终保持稳定,摩阻低,定向段无拖压显示。     

海上油田高含水油藏水平井堵水实验研究

针对曹妃甸11-1油田油层的储层特性、非均质特征以及流体性质,评价了无机铬凝胶体系的成胶性能,通过调节聚合物和交联剂的加量,形成了一系列成胶时间可调、强度可控的配方;并考察了凝胶的黏弹性随时间的变化规律。借助水平井堵水物理模型模拟水平井堵水过程中堵剂的注入过程,评价了水平段地层平面非均质性对堵剂在水平井中渗流规律以及选择性封堵性能的影响。实验结果表明,无机铬凝胶体系的储能模量和耗能模量均随着交联反应时间的延长增大;当水平段跟部渗透率高,趾部渗透率低时,其选择性封堵性能要优于跟部渗透低趾部渗透率高时的选择性封堵性能。研究成果明确了堵剂在水平井中的渗流规律,为海上水平井堵水施工设计提供了技术支撑。     

金属粉末注射成形用石蜡-油-聚乙烯粘结剂

研制了用于Fe-2Ni粉末注射成形的石蜡-油-聚乙烯粘结剂,选择了石蜡和聚乙烯组分,考察了油的加入对组分相容性、生坯强度、粉末装载量、喂料比热容、溶剂脱脂速率的影响.实验结果表明石蜡-油-聚乙烯粘结剂是热力学不相容的体系;油的加入降低了混炼扭矩、最大粉末装载量和生坯强度,但同时也减少了注射缺陷,并使溶剂脱脂速率增大;加入该粘结剂,可使Fe-2Ni粉末装载量(体积分数)达60％,生坯强度达5.5MPa,溶剂脱脂速率大于2mm/h.     

顺北油气田破碎性地层井壁稳定技术难题与对策

近年来,顺北油气田多口井因钻遇破碎性地层出现了严重的井壁坍塌掉块情况,导致阻卡频繁,多口井回填侧钻,已成为顺北油田勘探开发的重大技术难题之一。统计分析了顺北油气田奥陶系破碎性地层复杂现状,针对破碎性地层技术难点,研究分析了其坍塌失稳机理,提出了安全钻井技术对策。失稳机理主要为受挤压构造影响,地层破碎,应力集中,加之地层高角度裂缝、层理等弱面发育,胶结性差,结构松散,极易发生剪切破坏,产生大面积坍塌失稳现象。钻井液应强化致密封堵、固结性能,提高地层完整性和岩石强度,适当提高钻井液密度,加强力学支撑作用,同时提高钻井液携带能力,保持井眼清洁。破碎性地层钻进时应尽量简化钻具,优化钻井参数,“少进多退”,保证井下安全。