气体钻井地层出水定量预测模型研究

气体钻井地层出水定量准确预测是气体钻井可行性钻前论证的关键。目前,已有的出水量预测方法较少考虑气体钻井井底压差下地层渗流过程与地层应力变化的流固耦合作用对出水量的影响,在渗流力学和岩石力学的基础上,综合考虑地层渗流过程与岩石应力变化的流耦合作用对地层应力、孔隙度、渗透率以及孔隙压力的影响,建立气体钻井孔隙性地层和孔隙-裂缝性地层出水量预测动态流固耦合模型。结合工程实际,通过该模型计算得到气体钻井快速钻穿水层后出水量随时间的变化关系,计算结果与现场监测吻合。研究对于钻前准确预测出水量和筛选气体钻井层位具有重要意义。     

硬脆性泥页岩渗流-应力耦合井壁坍塌压力计算方法

硬脆性泥页岩的井壁坍塌是制约我国油气资源战略向深部地层成功转移的重要技术瓶颈。建立了裂缝渗流-应力耦合作用下孔隙压力的计算模型,选用弱面破坏准则,综合考虑各向异性、裂缝产状、井眼轨迹、地应力、渗流应力的影响建立了硬脆性泥页岩井壁坍塌压力的计算方法,分析了裂缝渗流、井眼轨迹和裂缝产状对坍塌压力的影响规律。研究发现,钻井液沿裂缝渗流导致坍塌压力升高,渗流初期坍塌压力升高较快,随时间推移,升高量逐渐逐渐减小;在高倾角裂缝中沿裂缝倾向钻进水平井坍塌压力较低。改善钻井液的封堵性、流变性和润湿性,减缓钻井液沿裂缝面的渗流,避免在坍塌压力较高的区域钻井,是该类地层安全钻井的关键。     

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。     

基于流固耦合的含水合物地层井壁稳定非稳态解析模型

针对深海水合物地层钻井过程中的井壁稳定问题,考虑水合物分解、热传导、力场-渗流场全耦合作用,建立了过压和欠压钻井下渗流、温度、力场随时间和空间变化的非稳态解析模型。解析结果与相同条件下的数值结果吻合良好,且与力场-渗流半耦合解析结果进行了对比。基于解析模型对井壁稳定的关键参数如钻井液压力、水合物分解引起的地层弹性模量劣化程度等进行了分析,结果表明：①与半耦合分析结果相比,考虑体变对渗流的影响后,过（欠）压钻井时孔压减小（增大）、应力增大（减小）,增量径向位移减小;②最危险位置在井壁处,过高或过低的钻井液压力均会导致井壁失稳,水合物分解引起的地层劣化将降低最安全钻井液压力;③水合物分解引起的地层刚度降低极易诱发井壁失稳。在通常条件下,过压钻井时分解域弹性模量降低50%即可导致井壁失稳。     

钻井工程中沥青与钻井液动态置换规律实验研究

钻井工程中钻遇活跃沥青层时,涌漏并发等恶性事故严重影响钻井作业的正常进行。针对中东Y油田沥青层钻井面临的严重钻井液漏失与沥青侵入问题,首先分析了沥青层特征和钻井液漏失特点,发现沥青与钻井液间的重力置换是钻井液漏失和沥青侵入的主要原因。研制了可视化沥青-钻井液动态置换模拟实验装置,分别在钻井液循环和静止状态下,模拟研究了钻井工程中钻井液与沥青的动态置换过程,分析了钻井液密度和黏度、地层裂缝宽度以及沥青黏度对置换过程的影响规律。结果表明,随着钻井液密度增加,沥青置换量呈对数增大趋势;随着地层裂缝宽度增加,置换量呈线性增大趋势;随着沥青黏度增加,置换量呈对数减小趋势;而钻井液黏度与置换量呈负相关关系。因此,钻井作业中,需合理控制钻井液密度以平衡地层压力;适当提高钻井液黏度;重点加强钻井液随钻堵漏作用,有效封堵地层裂缝,减少和堵塞钻井液漏失与沥青侵入井筒的通道。结合控压钻井技术,在该方法的指导下后续钻井作业中顺利钻穿沥青层。     

川东北河坝地区中浅部地层气体钻井出水随钻预测

以川东北河坝地区中浅部砂泥岩地层为研究对象,基于随钻测井技术,分析随钻获取地层参数资料所需工具的结构及技术特点,对地层出水层位的预测方法进行研究,建立气体钻井出水量定量预测模型.结果表明:给出的地层出水层位预测方法能够较好地预测出水层位;气体钻井受地层出水的影响和制约明显,在目前常用井眼及气体装备条件下,气体钻井的最大携水量一般小于3 m3/h,泡沫钻井的最大携水量一般小于10 m3/h;河坝地区1.0 km以内的浅部地层和沙溪庙组地层采用空气钻井,而千佛崖组地层适宜采用雾化钻井或泡沫钻井,自流井组和须家河组地层适宜采用充气钻井液或常规水基钻井液等近平衡钻井.     

窄安全密度窗口重力置换漏喷函数研究

由于重力置换的原因,钻遇裂缝性地层时,井下经常发生漏喷同存,造成井下复杂情况,增大井控难度,损害地层,影响生产。建立了重力置换数学模型,并基于此形成了高压含气层窄安全密度窗口重力置换漏喷函数,利用地层-井筒耦合流动可视化实验装置对漏喷函数进行了验证。实验结果表明,建立的漏喷函数的计算结果与实验数据吻合度较高。当钻遇裂缝性地层时,无论是采用欠平衡钻井、平衡钻井工艺,还是过平衡钻井工艺,均无法避免重力置换现象的发生,但是将井筒压力维持在近平衡（微过）状态,能够显著降低重力置换现象的严重程度。研究成果对研究钻遇裂缝性地层时的井底复杂的物质交换规律及井筒压力的安全控制具有重要的指导意义。     

港深78井钻井液技术

详细讨论了大港油田浅海的重点预探井——港深 78井的钻井液技术。为了勘探大港油田浅海油气储藏情况 ,港深 78井完钻井深 446 0 m.为抑制地层造浆、井壁易坍塌等问题 ,上部地层采用了海水聚合物钻井液体系 ,下部地层选用了 KCl海水聚合物钻井液体系 .现场应用表明 :KCl海水聚合物钻井液体系抑制能力和防塌能力强 ,同时具有较强的抗温性、润滑性 ,满足了港深 78井钻井施工的要求 ,在 442 0 m试油 ,获日产 5 4 2 .5 8m3原油和 9.0 5× 1 0 4 m3天然气     

压裂裂缝网络不稳态流动半解析模型

与压裂单条缝及多条缝的流动模式不同,包含相互交错裂缝的压裂裂缝网络流动会在裂缝交汇处产生流向重定向和流量重分配的过程。通过引入星三角变换法,并结合有限差分方法对这一特殊流动过程进行描述,推导裂缝网络内部流动数值解。基于Laplace空间源函数及叠加原理建立油藏流动解析解。耦合该两部分流动,给出一个压裂裂缝网络不稳态流动半解析模型,并利用现场实例验证模型的实用性。结果表明:该模型可以处理裂缝空间位置和导流能力任意分布的裂缝网络,能够预测生产井的压力、产量动态及不同生产阶段的油藏压力分布;在上下封闭无界储层中,压裂缝网存在裂缝内部线性流、裂缝与地层双线性流、地层线性流、过渡流以及拟径向流;受井筒存储效应的影响,观测不到裂缝内部线性流;渗透率为1×10-7μm2级别的储层在生产早、中期流体流动主要集中在密度大及导流能力高的裂缝附近,但最终(生产30~50 a)的泄流区域都局限在压裂改造范围内,改造区外的储层流体很少流动。     

安塞地区加密井地层压力预测研究

安塞油田王窑加密试验区位于王窑区块中西部,开发时间较长,综合含水58.9%,地质储量采出程度11.8%, 地层压力系统紊乱,且同时存在天然裂缝和压裂裂缝,加密试验井地层压力预测难度大,安全钻井风险高。在分析安 塞加密试验区地质特征的基础上,针对注水过程中地层压力与原始地层压力差异较大,且经过注水后的地层压力分布 难以准确确定的问题,将裂缝性地层渗流理论引入到注水后地层压力预测过程中,给出了复杂裂缝地层加密井地层渗 透率的张量计算方法和加密井地层压力预测方法,对安塞试验区加密井地层压力进行了预测,预测结果精度较高,能 够满足确定安全钻井液密度窗口的需要;并分析了裂缝特征对加密井地层压力的影响,可为加密井安全钻井提供实际 指导。