钻井地质环境因素描述技术及其应用

钻井地质环境因素的分布特征决定着钻井工艺技术的适用性。详细论述了岩石力学参数、岩石可钻性、地应力状态、地层压力体系等钻井地质环境因素的描述方法;并介绍了其在鄂尔多斯盆地富县探区的应用情况。针对富县气井复杂的钻井地质环境,在常规方法的基础上优化完善了可钻性、井壁稳定等计算模型,综合应用测井、钻井、物探、地质、测试等资料进行钻井地质环境因素精细描述,明确了各类因素的纵向和横向分布特征。以描述成果为依据提出工程建议方案,并取得了良好的现场应用效果。     

鄂尔多斯盆地F区力学特征及地应力分析

地层的力学特征是井身结构设计和钻井液设计的重要基础。以鄂尔多斯盆地F区扩径较高的延长组为研究对象,通过三轴压缩实验、巴西劈裂等室内实验得到其抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和抗张强度等静态岩石力学参数,通过声波时差、密度等计算其动态岩石力学参数,建立动态和静态岩石力学参数之间的转化关系。通过工区的压裂资料,反演出延长组的地应力分布,进而计算出地层的坍塌压力和破裂压力,建立地层的三压力剖面,为延长组的井身结构设计和钻井液的设计提供参考。     

利用测井资料进行孔隙压力预测和井壁稳定性分析

本文利用测井资料,采用等效深度法求得了加蓬区块3口井的地层孔隙压力, 利用常规测井资料计算岩石力学特征参数、进行地应力分析,在此基础上计算井壁破裂压力、坍塌压力,进行井眼稳定性评价,得到了该工区地层的钻井液密度安全窗口.从力学角度出发,计算地层孔隙压力、进行井眼稳定性评价,可以为钻井工程设计钻井液密度提供重要参考依据,具有较大的实用价值.     

岩屑声波法地层压力监测技术研究与应用

提出了通过岩屑提取地层信息、为钻井井壁稳定性计算提供必要参数的方法,即通过测量地面岩屑的声波时差,反演得到地层岩石的声波时差,利用岩石的声学性质与力学参数的关系得到地层岩石的力学参数,结合地应力参数,得到井壁周围岩石的应力分布,计算地层的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力.对于预探井,在没有测井资料的情况下,利用该方法可以有效地进行地层压力监测.在两口预探井中进行了随钻监测地层压力的现场试验,证明该方法是有效的.虽然该方法在声波测量过程中还有一定的局限性,对最终计算结果的精确度会产生一定影响,但与单纯的地震资料相比,其精确度已大大提高.     

岩屑声波法地层压力监测技术研究与应用

提出了通过岩屑提取地层信息、为钻井井壁稳定性计算提供必要参数的方法，即通过测量地面岩屑的声波时差，反演得到地层岩石的声波时差，利用岩石的声学性质与力学参数的关系得到地层岩石的力学参数，结合地应力参数，得到井壁周围岩石的应力分布，计算地层的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力。对于预探井，在没有测井资料的情况下，利用该方法可以有效地进行地层压力监测。在两口预探井中进行了随钻监测地层压力的现场试验，证明该方法是有效的。虽然该方法在声波测量过程中还有一定的局限性，对最终计算结果的精确度会产生一定影响，但与单纯的地震资料相比，其精确度已大大提高。     

岩石可钻性研究

为满足优质高速钻井的要求,需要对岩石可钻性做出更加精确的观测。本文对岩石力学参数和可钻性级值通过多元回归的方法得出了围压下岩石可钻性级值的相关模型,通过该模型,可以更准确的预测地层岩石可钻性。     

砾岩地层岩石力学参数测井预测模型构建与应用

为评价某地区砾岩岩石力学特性,取岩心开展三轴压缩、巴西劈裂等力学试验,获取杨氏模量、泊松比、抗压强度和抗张强度等静态岩石力学参数。对试验数据进行深度归位,经测井曲线标准化等预处理后,使岩心岩石力学参数与测井数据匹配,将纵波时差、体积密度等测井数据与岩石力学参数进行数理统计法拟合,构建岩石力学参数的测井预测模型。根据模型计算得到的岩石力学参数,结合地应力、地层孔隙压力资料,计算地层坍塌压力、破裂压力等井壁稳定性评价参数。与实际的钻井和压裂工程的资料对比表明,基于试验数据构建的岩石力学参数模型较为合理,对研究区块砾岩地层具有良好的适应性。     

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。     

川东北元坝地区元坝11井地应力建模和井壁稳定性分析

 川东北元坝地区由于地质条件复杂,多次发生井漏、坍塌、溢流等复杂井况与事故,严重影响施工周期.本文利用GMI井壁稳定性软件,依据元坝11井钻井、测井及地质资料,计算了元坝11井的岩石力学参数,并依据岩石力学实验数据,实现了杨氏模量及泊松比的动静态转化.进一步,利用压裂资料及井眼崩落法则约束最小、最大主应力,计算了最大、最小主应力.建立了元坝11井的孔隙压力、坍塌压力及破裂压力三压力剖面,预测了泥浆密度窗口,分析了元坝11井的井壁稳定性.结果表明,元坝地区陆相地层自下沙溪庙组至须家河组坍塌压力变化较大,导致泥浆密度窗口缩小,并且钻井过程中选取泥浆密度不合适,地层多为砂泥岩薄互层,导致层段多次发生复杂情况,井眼扩径明显;海相地层变化相对较小,泥浆密度窗口较大,井壁相对稳定.     

井底压力条件下岩石可钻性实验及仿真研究

岩石的可钻性是正确评价是确定钻井参数、选择钻头类型、预测钻井效果以及规定钻进工作定额时所必需的;而以往岩石可钻性极值的确定都是在常压下进行的。常压下岩石的可钻性极值与井底压力条件下岩石可钻性极值相差较大,远不能满足工程需要。为此,提出了一种室内测定井底压力条件下岩石岩石可钻性极值的实验方法;并通过HyperMesh有限元处理器仿真得到井底压力条件下岩石的可钻性极值的仿真值。通过对实验数值和仿真数值的对比,二者误差都在10%以内。所以该实验方法能够较准确的得到井底压力条件下岩石的可钻性极值。从而更能够准确的选择钻头类型,优化钻进参数,指导工程实践。     

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.     

徐深气田火成岩储层岩石可钻性分布规律研究

大庆油田火成岩地层是世界级难钻地层,钻进过程中该地层岩石表现为可钻性值极高,地层与钻头适应性差。预先评价未打开地层的岩石可钻性分布规律,对钻井施工提供指导是有实际意义的。本文以随机分形理论为基础,先应用分形维数解释模型计算岩屑取样点的岩石可钻性,再应用分形插值理论建立井间地层岩石可钻性预测模型,两模型的结合使用实现了井间岩石可钻性分布规律的评价,经过现场的应用验证,该方法能够有效的再现岩石可钻性的分形分布规律,预测准确,满足工程精度要求。     

利用已钻井资料构建区域地层压力剖面的方法

地层压力是油气钻探和开发过程中钻井工程设计与施工的基础数据。针对新探区地层压力预测问题,提出地层压力矩阵的概念,在有效应力理论和Eaton方法计算地层孔隙压力的基础上,给出地层孔隙压力矩阵的构建方法,通过地层压力矩阵可以得到地层压力曲线或含不确定信息的地层压力剖面。在地层压力矩阵的基础上,利用深度平差方法和反距离加权算法,建立计算同构造区域内待钻井地层压力的外延移植算法。某构造区域内的井筒资料计算表明:由该方法得到的待钻井地层孔隙压力值与该井完井后利用测井资料计算的压力值最大相对误差为3.43%;邻井地层压力资料、邻井空间位置和目标区域空间连续性是影响地层压力外延移植方法计算精度的关键因素;对于存在断层或者地质构造比较复杂的地区,需要充分掌握地质构造特性并借助地震资料分构造、分区块建立目标井的地层压力。     

考虑井眼尺寸影响的小井眼坍塌压力计算方法

针对小井眼井壁坍塌问题,基于岩石强度的尺寸效应理论,采用Hoek等人的强度尺寸效应经验公式建立了岩石单轴抗压强度与试样直径之间的关系;并对此经验公式进行了修正,考虑了黏聚力、内聚擦角等岩石强度参数与试样尺寸之间的关系,建立了考虑岩石强度尺寸效应的Mohr-Coulomb强度准则。得到了考虑井眼尺寸影响的坍塌压力计算方法,并提出了两种评价岩石强度尺寸效应的方法。研究结果表明,坍塌压力存在尺寸效应,相对于常规井眼,小井眼的坍塌压力当量密度较低;而不同性质地层岩石的强度尺寸效应是不同的,岩石的非均质性越强,裂缝越发育,小井眼钻井坍塌压力的尺寸效应越强,这为评估小井眼井壁坍塌风险提供了重要参考和依据。     

南堡沙河街组硬脆性泥页岩地层漏失压力预测方法

南堡沙河街组硬脆性泥页岩是典型的井壁易失稳地层,钻井过程中,井壁垮塌、漏失现象频发。目前,针对页岩井壁失稳现象,研究主要集中在结构面影响下的井壁垮塌。然而,实际钻井过程中,由于泥页岩层理、裂缝等结构面发育,导致地层漏失明显,严重制约了安全高效钻井。因此,本文基于室内力学实验,考虑页岩结构面发育特征,融合页岩沿基体破裂、沿层理或裂缝破裂及沿裂缝扩展等多类漏失机制,构建了一种新的硬脆性泥页岩地层漏失压力预测方法,明确了地层漏失压分布特征及影响因素。研究结果显示：层理与天然裂缝作为典型弱结构面,是硬脆性泥页岩地层漏失的主要控制因素。相比较均质地层,结构面发育的页岩地层漏失压力明显降低,安全井眼轨迹方位减少,钻井难度增大。此外,受弱结构面影响,难见沿基体的破裂漏失现象。漏失优先出现在天然裂缝面,天然裂缝对漏失影响强于层理面。研究成果可为硬脆性页岩地层钻井设计提供理论基础,对实现页岩地层安全高效钻井具有重要意义。     

基于相关向量机的地层可钻性级值预测

对录井资料及测井资料与地层可钻性级值的关系进行分析,提出一种基于相关向量机算法的地层可钻性级值预测的新方法.通过标准化钻速、测井声波时差、地层密度、泥质含量和地层深度进行学习训练相关向量机,建立地层可钻性级值预测的相关向量机模型.对准噶尔盆地部分井的地层可钻性级值进行预测的结果表明,该方法优于BP神经网络方法,具有预测精度高、收敛速度快、推广能力强等优点.     

深水井精细控压下套管研究

深水窄压力窗口地层给下套管带来了巨大挑战,下套管时产生的波动压力将导致井筒压力超过压力窗口上限而出现井漏,大大增加了作业时间,采用传统方法下套管时为了防止波动压力过大而超过安全压力窗口只能降低下套管速度,这样虽然在一定程度上减小漏失风险但增大了作业成本,且这种方式不一定有效。因此,针对深水窄安全压力窗口地层下套管漏失风险问题,基于动态波动压力建立了深水窄安全压力窗口井筒压力控制模型;并在此基础上提出深水精细控压下套管方法。利用建立的模型分析井筒压力影响因素发现,井筒压力随着套管下入深度、最大下入速度、钻井液密度以及钻井液的屈服值、黏度的增大而增大。计算表明,深水精细控压下套管不但降低了漏失风险,还缩短了作业时间,降低了作业成本。