霍尔果斯背斜安集海河组巨厚泥岩油基钻井液技术

准噶尔盆地南缘山前构造霍尔果斯背斜安集海河组地层高陡、发育有断层和巨厚泥岩,地层压力和地应力普遍高。常规水基钻井液钻井时,安集海河组成为该探区安全钻井的瓶颈,往往决定着钻井的成败。因此,有必要开展高密度油基钻井液的研究和试验。重点开展了超高密度柴油基钻井液的配方研究与综合性能评价,并在霍B安集海河组地层中开展试验。实钻证明,该钻井液体系性能稳定,抗污染能力强,配制最高密度为2. 65 g/cm~3,未发生井下事故,钻井提速和井筒质量效果显著。霍B油基钻井液的成功试验为今后山前构造巨厚泥岩高效安全钻井提供科学依据。     

低渗透储层应力敏感特征探讨

学术界对低渗透储层是否存在强应力敏感具有较大争议，给油气生产决策带来困扰。争论的焦点在于，渗透率应力敏感实验过程中岩芯是否发生塑性变形，岩芯与封套之间是否存在微间隙及其对实验结果是否具有重要影响。针对传统实验无法证明岩芯是否发生塑性变形的问题，改进实验方法，在渗透率测试前、后增加岩芯力学测试。根据弹性力学理论和有效应力理论，推导出应力敏感评价的理论公式，并进行了定量计算。实验测试和理论计算结果表明，应力敏感实验过程中，岩芯所受的有效应力小于其弹性极限，岩芯不会产生塑性变形；岩芯与封套之间存在微间隙，对渗透率测试结果及变化规律具有重要影响；低渗透岩芯在低有效应力条件下测得的渗透率具有较大误差；微间隙的存在导致岩芯的应力敏感程度被高估；实验过程中岩芯的应变极小，渗透率变化极其微弱；低渗透储层不存在强应力敏感，一般来说岩石渗透率越低应力敏感性越弱。     

挤压作用形成异常高压的定量研究

封闭地层受挤压后孔隙体积变小,孔隙中的流体受到压缩却无法排出引起压力升高。基于这一理解,许多文献认为构造挤压作用是形成异常高压的主要原因之一,但目前的研究均只是定性分析,未进行定量计算。以双重有效应力理论和多孔介质弹性力学理论为基础,通过缜密的推导,对挤压作用导致的地层弹性压缩量进行了研究,得到了孔隙压力系数增量的理论计算公式。定量计算结果表明,在特定地质条件下,封闭地层受挤压作用后能使孔隙压力小幅度增大,产生轻微的压力异常,挤压作用导致的孔隙压力系数增量十分有限;挤压作用形成异常高压的条件极为苛刻,只有当地层埋藏较深、强度足够大、围岩的密封性能好、挤压作用发生在最小水平主应力方向、且外挤压力足够大,这些条件同时满足时,才可能产生较大的异常高压;挤压作用难以形成异常高压,一般不是异常高压形成的主要原因。     

高温高压油气藏试产期间固井水泥环力学完整性——以准噶尔盆地南缘高探1井为例

准噶尔盆地南缘超深层勘探已成为中国石油天然气勘探的重点领域,钻完井工程面临诸多高温高压环境的挑战.在完井试产期间,井筒温度和压力的大幅度且快速下降会改变水泥环应力,易导致套管和水泥环收缩不平衡,产生微间隙.为此,采用厚壁圆筒弹性力学理论,建立了套管-水泥环-地层组合体弹性力学模型,利用有限差分程序求解.研究认为,高温高压油气藏试产期间,水泥环的主要失效形式为收缩微间隙失效.以准噶尔盆地南缘高泉背斜高探1井试产为例,评价试产过程中水泥环失效时井筒压降及温度变化临界值,以及两者与水泥石力学参数的相互关系.该力学评价方法的研究对于高温高压油气藏试产期间水泥环完整性评价具有较高的应用价值.     

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型.针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实储层温度压力条件,开展了岩心力学和渗透率同步实验.研究结果表明,模型计算的渗透率损失与实验测试结果吻和良好.模型适用于裂缝不发育的致密岩石在弹性变形范围内的渗透率定量计算.随着油气采出,孔隙压力下降,导致渗透率减小,而地层温度降低,导致渗透率增大,这两方面对渗透率的影响具有相互抵消的作用.因此,由于温度、孔隙压力变化引起的储层岩石渗透率总体变化很小,一般不超过±2％.     

岩石矿物成分与可钻性关系研究

钻井地层岩石的物理力学性质和矿物成分性质是实现科学快速钻井的基础数据,但是矿物成分对可钻性的影响一直没有得到重视。取一研究油区以录井资料的地层岩屑为研究对象,对塑性泥岩、细砂岩和砾岩三种岩屑进行了较全面的矿物成分鉴定分析。研究结果表明,研究油田区块岩石的矿物成分主要以石英、粘土、斜长石、方解石和正长石五种矿物成分为主。矿物成分中含量较高的粘土和斜长石含量随井深增加而降低;石英含量随井深增加而增大。泥岩的可钻性级值随粘土的增加有增加趋势,随石英含量的增加而增大。砂岩的可钻性级值随粘土含量的增加有降低趋势,而随石英含量的增加而增大。砾岩的可钻性级值随粘土和石英含量的增加而下降。     

基于岩屑分形理论的岩石力学参数实时评价方法

现有的岩石力学参数获取方法依赖于钻井取心和测井资料,具有较大的时效限制。将分形几何理论应用于岩石力学参数实时预测的研究中。首先,利用完钻井深层岩心开展力学测试,建立岩石力学参数与多项测井物理量多元统计学模型。然后,开展上返岩屑颗粒的分形维数测试,并依据测井岩石力学模型计算出岩屑原位地层的岩石力学参数,将这些力学参数与岩屑分形维数建立统计学关系式。以准噶尔盆地玛湖凹陷Ma123井为例,通过测试上返岩屑的分形维数,进而实时计算出岩石的力学参数。完钻测井后基于测井反演模型绘制出该井岩石力学参数剖面。两种方法对比认为,基于岩屑分形维数计算的岩石力学参数具有较高的精度(误差小于10.9%)。同时,通过实践总结出一套基于录井岩屑分形理论的岩石力学参数的实时预测方法。该研究成果拓展了分形岩石力学的应用领域,为岩石力学参数的实时预测提供了新思路。     

考虑鼓胀与温差效应的水平井压裂套管失效机理

水平井体积压裂过程中油层套管柱受到重力、温差、鼓胀及弯曲等力学效应的影响,导致我国近些年水平井体积压裂过程中套管损坏案例不断增多。其损坏形式主要为高压重复挤注压裂液时自由段套管的鼓胀断裂和水泥封固段套管的挤压缩径,严重影响压裂施工和油气开采。为此,针对水平井水力压裂造成的鼓胀效应与温度效应对弯曲套管的力学影响,构建了水平段弯曲井眼压裂套管鼓胀-温度效应力学耦合模型,分析多种效应对油层套管强度的影响规律。同时,结合玛湖凹陷致密油FNHW**04水平井实例,分析体积压裂时油层套管受力及强度变化规律,揭示油层套管的失效机理,为玛湖凹陷致密油水平井套管强度设计和合理选型提供科学依据。