沥青层钻井液柱压力关键影响因素及控制技术

 沥青层安全钻井问题困扰Y 油田的开发,微小的钻井液柱压力波动即可引起沥青流动侵入井内而发生复杂事故或弃井。分析表明,污染后钻井液性能恶化快、沥青易黏附固相颗粒、高温可流动性好、钻井液与沥青的置换型漏失等造成钻井液柱压力难以控制,进而造成沥青侵入速度与程度得不到有效控制。室内和现场试验表明,保持钻井液膨润土含量1%、随钻堵漏材料含量8%左右有利于钻进时钻井液柱压力控制;稠化封堵技术可减慢停止循环时的沥青侵入速度;控压钻井（MPD）技术可有效调控井筒液柱压力,以较低钻井液密度钻穿沥青层,降低沥青与钻井液置换量、侵入速度与程度到可控水平。     

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。     

伊朗Y油田沥青质稠油侵入钻井液处理技术

伊朗Y油田钻井施工面临沥青质稠油侵害的难题,由于钻遇沥青质稠油胶质和沥青质含量高,严重影响钻井液流变性能和安全钻进。通过对沥青质稠油组份分析后认定其属于典型的劣质稠油,其自身黏度受温度变化影响剧烈,是造成钻井液污染和流变性能恶化的根本原因。通过室内研究形成了以乳化剂、柴油为主的钻井液乳化降粘技术,能有效改善受沥青质稠油污染的钻井液流变性能;以交联硬化剂为主的沥青质稠油表面硬化技术,室内实验加入8.6%的交联硬化剂能明显减少沥青质稠油黏附钻具、筛网;以氧化硬化剂为主的沥青质稠油改性技术,在钻井液环境下可将沥青质稠油软化点从50℃提高至110℃,有效抑制了沥青质稠油的高温流动性。钻井液乳化降黏技术和沥青质稠油氧化硬化技术分别在雅达Y油田F19井和F17井进行了现场应用,改善了受污染钻井液的流变性能,减弱了沥青质稠油向井筒的侵入速度和侵入量,具有一定的推广应用价值。     

控压钻井技术在伊朗雅达油田S03井的应用

伊朗雅达油田多口井钻遇活跃沥青侵害问题,由于活跃沥青层分布规律不明、井间地层压力差异大、活跃沥青黏稠、易出现涌漏复杂等,给钻井施工带来极大挑战。根据对活跃沥青层地质特征认识、钻井工程施工难点分析和置换性涌漏室内模拟实验结论,形成了优化井身结构、优化钻井液性能措施的控压钻井强行钻进方案。在雅达油田S03井进行现场应用,同比邻井相同井段作业周期缩短39%,节约了钻井液消耗量,为雅达油田解决活跃沥青侵害提供了技术手段,具有推广应用价值。     

井漏的预防和处理

井漏是钻井过程中井筒内钻井液或其他介质（固井水泥浆等）漏人地层孔隙、裂缝等空间的现象。井漏是钻井过程中最复杂的问题之一,是引发其它恶性事故的重要隐患。井漏也是钻井工程中常见的井内复杂情况,多数钻井过程都有不同程度的漏失。轻微的井漏会导致钻井作业中断,严重的井漏处理会浪费大量的人力、物力和财力,如果井漏处理不当或者不及时,因井内液柱压力下降引起井壁失稳造成井壁坍塌从而造成卡钻事故,甚至导致部分井眼或全部井段报废。特别是有进无出的大漏如不能及时发现采取措施进行控制．常常会诱发地层流体涌入井筒发生井涌或井喷事故。井漏的原因通常是井筒内液柱压力大于地层压力;根据漏失速度来分井漏可分为渗透性漏失、裂缝性漏失及溶洞性漏失．     

伊朗雅达油田沥青层置换机制与压力波动分析

伊朗雅达油田Kazhdumi沥青层孔隙压力求取值波动大,随钻井液密度的增加沥青溢出量不减少反而增加。为了解释这一反常现象,提出封闭地质空间内流体与井筒通过置换性双向流动形成的泛井筒空间的概念,建立地层沥青与井筒钻井液置换性双向流动的机制模型;采用室内沥青置换模拟试验,验证钻井液置换沥青速度和钻井液与沥青的密度差呈线性增加关系。结果表明,密闭地质流体空间中的置换性双向流动是导致沥青层孔隙压力波动的根本原因。     

准噶尔南缘膏泥岩地层井壁失稳机理

准噶尔盆地南缘山前安集海河组和紫泥泉子组地层钻井过程中易发生遇阻、卡钻、井漏等井下复杂事故。为研究这两组地层井壁失稳的原因,从岩心的黏土矿物组分、微观结构、力学性能、分散膨胀性能的角度,同时结合典型井的测井等数据,研究地层的坍塌压力和破裂压力的当量密度,综合分析井壁失稳机理。研究认为:安集海河组和紫泥泉子组地层均具有黏土含量高(30%)、伊/蒙混层含量高(57%)且混层比高(55%)的特点,电镜扫描显示岩心表面含有大量伊/蒙混结构,因此,钻井液滤液依靠压差和毛细管作用侵入地层是造成地层非均匀水化膨胀是地层失稳的主要原因;岩屑的回收率和膨胀率结果可见地层具有高分散高膨胀的特点,极易造成井壁坍塌及钻井液性能恶化;岩心实验显示岩心抗压强度较低,经水基钻井液浸泡后破碎或者产生裂纹,油基钻井液浸泡抗压强度下降,说明岩心本身的抗压强度低也是地层不稳定的本质原因;另外,地层孔隙压力高,钻井液安全密度窗口窄,钻井液密度控制不当也是导致地层失稳(漏失和坍塌)的重要原因。     

压力泥浆帽钻井中牺牲流体排量优化的模拟计算

摘要：压力泥浆帽钻井技术是一项解决恶性漏层中存在的又漏又喷问题的有效技术,然而该技术的理论尚不完善,仍然有制约其广泛应用的因素存在,其中牺牲流体的携岩能力不足会导致沉砂卡钻等问题出现,而影响环空井底岩屑浓度的因素主要为钻井液排量、机械钻速和岩屑直径等。本文就压力泥浆帽钻井技术中低密度低粘度的“牺牲流体”携岩能力较弱展开研究,分析了岩屑在“牺牲”钻井液中的沉降速度规律以及摩阻系数,并建立了环空岩屑浓度模型和井底压力模型,利用计算机模拟计算,对实例井进行分析,以井底岩屑含量低于5%为安全标准并且尽量减小井底压力以保证钻井速度最快,优选出防止沉砂卡钻的牺牲流体排量。     

深井不同钻井完井液对渗流能力影响评价及预防对策

在深井钻完井过程中,钻井完井液损害造成渗流能力降低是储层最重要的损害机理。选用深井钻井现用钻井液、优化钻井液对储层天然岩样、人造裂缝岩样的损害实验,以及钻井完井液侵入评价实验共同揭示研究区块储层损害特征。分析两类固相堵塞,固-液、液-液配伍性,毛管现象及工程因素对于储层渗流能力的影响;并提出多级架桥暂堵技术、调整钻井液配伍性能等对策提高地层渗流能力,为钻井完井决策提供参考。     

调整井钻井过程中油层的损害机理及保护措施

文章分析了大庆油田高含水开发后期钻井过程中油层损害的机理,提出钻井过程中造成油层污染的主要因素是钻井液对储层孔隙的固相颗粒侵入损害。减少颗粒侵入损害的途径是通过钻前合理的地层压力调整使油层纵向上层间压差进一步减小,设计合理的钻井液密度,实施近平衡钻井,使油层在钻井过程中不承受或承受较小的压差。对于层间压差大且难以消除的地区应用屏蔽式暂堵技术,以达到减少油层污染的目的。     

气体钻井钻遇高产气流时压井模拟实验

气体钻井钻遇高产气流时井筒处于空井状态,如果套压太高:1容易压漏套管鞋处地层;2很难使用钻井泵泵入压井液;3井筒内气量很大又处于高压压缩状态,压井排气时危险性大;因此,通常不通过关井求压来确定地层情况,井底常压法压井无法建立有效液柱平衡地层压力,压井施工缺乏理论依据。为了获取现场实验数据,以便给气体钻井钻遇高产气流时压井方案的制定提供参考,针对该情况下无法关井的特点进行了现场模拟井压井实验。实验过程中通过自动控压钻井系统进行压力自动控制、PWD进行数据实时监测,完成了不同产气量情况下的压井实验,并将实验结果与模拟计算结果进行对比分析,计算精度和实验数据误差在10%以内,取得了良好的实验效果。     

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。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果 ,建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数 ,利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于 0 .3% ,平均相对误差为 0 .11%。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明 ,在深水钻井中 ,井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度 ;最大钻井液密度出现在海底泥线处 ;井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

天然气水合物钻探现状与钻井技术

钻井是天然气水合物勘探发现最直接的手段,也是天然气水合物开发的必要环节。天然气水合物,尤其是海域深水天然气水合物的勘探与开发对钻井技术提出了更高的要求。在总结全球天然气水合物钻探现状和钻井技术的基础上,对天然气水合物钻井面临的挑战和未来发展方向进行了分析。总结认为,全球已在多个冻土区和海域开展了天然气水合物勘探与试采,显示了较好的天然气水合物勘探开发前景;天然气水合物钻探通常与随钻测井(LWD)相结合,并以常规钻探设备、水基钻井液为主;天然气水合物试采井的完井方式各不相同,尚未形成有效的完井技术系列;天然气水合物的温度-压力特征、储层特征、埋深特征和力学特征等决定了天然气水合物钻井面临井筒稳定性、钻井液安全密度窗口窄等方面的挑战。未来,应进一步探索研究控压钻井、欠平衡钻井、套管钻井、隔热竖管钻井、深水浅软地层水平井钻完井、潜式钻探设备组合和经济环保高效型低温钻完井液等技术在天然气水合物钻井中的应用。     

环空注气气举反循环钻井工艺及关键参数设计

利用气举反循环钻井技术解决长宁页岩气表层钻井漏失问题,需要解决常规气举反循环钻井技术井口敞开、井底压力控制不精确等问题。为此,在常规气举反循环钻井技术的基础上,设计了一种环空注气气举反循环钻井新工艺,新工艺加装旋转防喷器、钻杆旋塞等工具,具备井控能力。通过调节注气量、钻井液排量等关键施工参数,控制井底压力,减少钻井漏失。在多相流理论基础上,建立了与新工艺匹配的环空注气气举反循环井底压力计算模型,分析了关键施工参数对井底压力的影响规律,建立了关键参数设计方法,在安全窗口范围内优选关键施工参数,保证安全钻井。结果表明：井底压力随注气量的增大先减小、后增大,存在临界注气量;井底压力随井深增大而增大;井底压力随钻井液排量增大而增大。在长宁某井表层进行了现场试验,与同井段井漏地层相比,较常规钻井工艺技术井漏减少83.6%。研究成果为解决四川长宁页岩气表层井漏问题提供了一种新的技术措施。     

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。     

一种沥青固化剂的研究与应用

中东YD油田在钻井过程中钻遇活跃沥青,沥青的涌出导致了钻井液污染、振动筛跑浆、钻具粘卡等多种复杂情况,给钻井施工带来极大困难,甚至导致部分井段或全井报废,造成了大量经济损失。为解决该项技术难题,开展了沥青固化剂的研究和应用,采用交联固化的方式,在实验室内成功优选了性能良好的固化剂GHJ-9,该固化剂使得沥青的软化点由52℃提高到71℃,沥青在钻具上的粘附率降低到5%以下;同时完成了固化剂对钻井液性能影响的评价实验和对钻具腐蚀的评价试验,证明在10%加量情况下对钻井液性能影响不大,对钻具腐蚀轻微。沥青固化技术在中东YD油田进行了多口井的现场应用,试验结果表明沥青固化剂有效封堵了地层孔隙,并和地层溢出的沥青发生固化反应,使得湿沥青发生了明显的聚结固化现象,成团返出地面,有利于沥青从钻井液的分离和清除,降低了沥青对钻井液性能的影响。GHJ-9固化剂的研究和应用为该地区沥青层的安全钻井提供了新的技术方法。     

准噶尔南缘膏泥岩地层井壁失稳机理研究*

准噶尔盆地南缘山前安集海河组和紫泥泉子组地层含有大量膏泥岩和泥岩,且存在复杂的破碎带,是该地区钻井过程中发生遇阻、卡钻、井漏等井下复杂事故的主要层段。从岩心粘土矿物组分、微观结构、岩石力学性能、岩屑分散膨胀性能等方面分析该层段的失稳机理。研究认为：安集海河组和紫泥泉子组地层均具有粘土含量(30%)、伊/蒙混层(57%)、混层比高(55%)是地层发生非均匀水化膨胀失稳的主要原因;岩屑清水热滚回收率和线性膨胀率可见地层具有高分散高膨胀的特点,极易造成井壁坍塌及钻井液性能恶化;岩心抗压强度较低,经水基钻井液浸泡后破碎或者产生裂纹,油基钻井液浸泡抗压强度下降,说明岩心本身的抗压强度低也是地层不稳定原因;另外,地层孔隙压力高,钻井液安全密度窗口窄,钻井液密度控制不当也是导致地层失稳(漏失和坍塌)的重要原因。     

管内压力变化速率对套管强度的影响规律研究

对某油田3口典型井遇阻井段的综合情况进行分析,发现这3口井出现的套管强度问题都有一个共同的特点,即在钻完盐膏层并固井以后,如下部地层为稳定地层就需要降低钻井液密度,当密度下降到一个值后,套管出现弹性变形,造成钻头难以通过,因此,套管内钻井液密度的下降过程也将对套管变形产生影响。通过建立管内压力变化速率对套管应力影响的有限元分析模型,并对其进行分析研究,结果表明:当压力变化速率越快时,套管代表单元上的应力增大速率也越快,且最大值也越大;降低管内压力变化速率可以有效降低套管中的应力值,也即延长密度置换时间有利于套管抗挤,防止套管变形。     

深水含浅层流地层无隔水管领眼钻井水力参数计算

综合应用动态压井系统的无隔水管领眼钻井技术是处理深水含浅层流地层地质灾害的有效手段之一。针对无隔水管钻井技术特点,进行了无隔水管领眼钻井技术在深水含浅层流地层的适应性分析。基于油气井流体力学和渗流理论,考虑了浅层流实时钻进过程中地层漏失或侵入井筒动态过程的影响,建立了无隔水管钻进的平衡方程、连续性方程、运动方程和辅助方程,为钻井水力参数的设计与求解提供了依据,并以南中国海W-X01井为例,对计算方法进行验算与对比分析。现场实例计算表明:钻井液排量、钻进速度、钻杆转速是无隔水管海水钻进过程中的主要控制性施工参数,通过施工参数可调整环空压耗大小,进而控制井底压力;环空压耗随钻井液排量的增大而增大,且领眼尺寸越小环空压耗增大的趋势越大;同时,环空压耗随钻杆转速的增大而增大。此方法可以用于指导深水含浅层流地层的无隔水管领眼钻进设计与施工。