石油钻井中影响井壁稳定性因素分析

井壁失稳问题是石油钻井过程中普遍存在并一直困扰石油工业界的一个重大问题,对影响井壁失稳因素进行了分析,得出如下结论:1)石油钻井过程中若水平应力比值不变,随地应力增大钻井安全泥浆窗口增大;若地应力非均匀性增大,安全钻井泥浆窗口则减小;2)渗透作用的结果降低了井壁的稳定性;3)孔隙压力增大,安全泥浆窗口变小;4)岩性由白云岩—灰岩—砂岩—泥岩,坍塌压力上升破裂压力减小;5)岩石有损伤时井壁易发生井漏,安全泥浆窗口小钻进难度增大.     

井壁稳定性技术研究及其在呼图壁地区的应用

为了能充分利用测井等资料较精确地计算井壁受力状态和井壁坍塌压力 ,以设计合理钻井液密度窗 ,保证钻井过程中井壁稳定性 .通过对井壁失稳现象、机理及井壁应力状态的分析和计算 ,对井壁失稳问题进行了较为深入的研究 ;结合测井资料和地层破裂试验结果 ,分析并建立了一套计算地层坍塌压力及地层相关物理力学特征参数的方法和模型 .通过应用克拉玛依油田呼 2井的测井资料进行分析计算并与实际结果进行对比 ,结果表明 :地层坍塌压力和安全钻井液密度窗的计算结果吻合现场实际情况 .所提出的方法和计算结果 ,将为呼图壁气田开发过程中安全快速钻井技术提供可靠的技术基础     

地层孔隙压力变化对井壁稳定性的影响研究

受长期注采工程作业的影响,地层孔隙压力将发生大幅度波动,从而导致地层的岩石强度、地应力相对开采初期已发生较大变化,且横向分布更为复杂,进而诱发、加剧井壁失稳,井下复杂状况频发。理论与实验相结合研究了孔隙压力变化对砂岩地层岩石强度及地层坍塌压力的影响,结果表明：（1）岩石强度与地层孔隙压力呈负相关,随地层孔隙压力增大,地层岩石强度、弹性模量呈线性递减;（2）地层孔隙压力变化将影响调整井的井壁稳定状态,压裂、注水、注聚等工程作业导致井周地层孔隙压力增大,将加剧井眼失稳;而在一定限度内,油气的压力衰减式开采将降低地层坍塌压力,利于井眼保持稳定。     

井眼尺寸对井壁稳定性影响研究

根据岩石强度的尺寸效应理论,讨论了岩石的尺寸效应对强度的影响;并以此建立了井眼尺寸对井壁坍塌压力、破裂压力的影响规律的预测模型。将该模型应用于克拉玛依油田呼2井的井壁稳定性预测,发现:5 in、6 in小井眼的坍塌压力分别比常规井眼8(1/2)in坍塌压力降低了3.2%和1.1%;而破裂压力分别增加了0.22%和0.14%。井眼尺寸越小,其对应的坍塌压力值越小而破裂压力值越大;小井眼钻遇地层的安全泥浆密度窗口比常规井眼安全泥浆密度窗口宽,井眼尺寸越小,对维持井壁稳定的泥浆密度要求降低。     

井壁稳定性技术研究及其在呼图壁地区的应用

为了能充分利用测井等资料较精确地计算井壁受力状态和井壁坍塌压力，以设计合理钻井液密度窗，保证钻井过程中井壁稳定性，通过对井壁失稳现象、机理及井壁应力状态的分析和计算，对井壁失稳问题进行了较为深入的研究；结合测井资料和地层破裂试验结果，分析并建立了一套计算地层坍塌压力及地层相关物理力学特征参数的方法和模型，通过应用克拉玛依油田呼2井的测井资料进行分析计算并与实际结果进行对比，结果表明L：地层坍塌压力和安全钻井液密度窗的计算结果吻合现场实际情况，所提出的方法和计算结果，将为呼图壁气田开发过程中安全快速钻井技术提供可靠的技术基础。     

基于可靠度理论的井壁稳定性定量评价方法

非常规深层油气资源勘探开发是目前的热点,钻井地质环境复杂、井壁稳定性差,导致钻井复杂及故障频发,严重制约了油气资源勘探的安全高效开发。针对该问题,开展了相关研究,建立了一种井壁稳定性定量评价方法。首先分析和完善了现有地层坍塌及破裂压力计算模型;在此基础之上,建立了地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征方法;同时,综合考虑高温高压环境、井径不规则、排量不稳定等不确定性因素对循环当量密度(equivalent circulating density, ECD)计算结果的影响,基于不确定度理论建立了ECD不确定性定量表征方法;在上述两方面研究的基础上,建立了定量评估井壁稳定性的分析模型,解决了井壁失稳的识别难题,实现了井壁稳定性的定量评价,可以有效降低井下复杂发生率、提高钻井效率、缩短钻井周期,为钻井施工降本提速提供技术支持。     

利用图版法预测欠平衡钻井井壁稳定性

与常规钻井液钻井相比,欠平衡钻井技术在提高机械钻速、保护油气层等方面有着无可比拟的优势;其中井壁稳定是欠平衡钻井过程中最为突出的问题。目前对于欠平衡钻井没有一套合理的井壁稳定分析方法,给现场钻井带来很多困难,需要进行欠平衡钻井井壁稳定性预测方法研究;通过建立坍塌周期图版来预测欠平衡钻井井壁稳定性。介绍了井壁坍塌过程动态计算模型研究、坍塌周期图版绘制、现场试验验证和现场应用。结果表明:国内外首次以坍塌周期图版的形式进行欠平衡钻井井壁稳定性动态预测,坍塌周期图版能够确定合理的钻井液密度,预测井壁坍塌的程度,为欠平衡钻井的设计和施工提供理论依据,是欠平衡钻井技术的配套技术,具有良好的推广应用前景。     

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。     

地层力学特性参数求解及其在苏里格地区的应用

为了能充分利用测井等资料较精确地计算井壁受力状态和井壁坍塌压力,以帮助设计合理钻井液密度窗,保证钻井过程中井壁的稳定,通过对井壁失稳问题深入的研究,结合测井资料和目前常用的经验公式,分析并建立了一套快速计算地层三压力及地层相关力学特征参数的方法和模型.对长庆油田苏里格苏4、苏6井测井资料的分析计算结果表明,地层三压力和地层力学特性参数的计算结果以及其可行的安全密度窗与现场实际情况吻合.所提出的方法和计算结果,将为苏里格气田开发过程中的安全快速钻井技术提供可靠的技术基础.     

层理性页岩水平井井壁稳定性分析

基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状(走向、倾角)、井眼轨迹(井眼方位)和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明:页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°~30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°~90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险。最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好。     

用稳定性理论和方法研究井壁坍塌问题

给出了钻井过程井壁围岩的应力场和位移场的解析解。在此基础上,建立了井壁压力和井壁位移的平衡路径曲线,提出井壁坍塌是一种极值点型失稳现象,澄清了石油工程中的一些问题。得到了井壁失稳的临界压力公式,并给出了气体钻井的适用条件。     

页岩气水平井井壁裂缝起裂力学行为研究

为了弄清层状页岩各向异性对井壁裂缝起裂力学行为的影响,以四川盆地下志留系龙马溪页岩为研究对象,开展了不同角度下页岩单轴压缩和巴西劈裂实验,明确了页岩弹性和抗张强度各向异性特征,建立了考虑页岩各向异性的水平井井壁裂缝起裂力学模型,并分析了不同因素影响下井壁裂缝起裂规律。结果表明：弹性模量各向异性、地应力比值、抗张强度各向异性和孔隙压力对裂缝起裂压力影响显著,而泊松比各向异性影响较小;弹性模量各向异性、地应力比值对裂缝起裂位置和起裂倾角影响显著,而泊松比各向异性、抗张强度各向异性和孔隙压力的影响较小;井壁裂缝起裂力学行为与井眼方位密切相关,当井眼方位靠近最大或最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较小;当井眼方位同时远离最大和最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较大。研究结果可为页岩气水平井钻井井漏预防和水力压裂设计提供理论依据和参考。     

页岩层理对水平井井壁稳定的影响

中国南方海相页岩气区硬脆性页岩储层层理/裂缝发育,层理性页岩水平井钻井井壁坍塌问题已严重制约页
岩气勘探开发进程。为此,以线弹性井壁稳定力学模型和单一弱面强度理论为基础,建立了考虑页岩层理产状、层理
弱面强度、岩石强度、水平井方位、强度弱化（含水量）等因素影响的层理性页岩水平井井壁稳定模型。在此基础上定
量分析了层理产状和含水量对水平井井壁坍塌压力的影响。结果表明：坍塌压力与层理面产状、井眼方位关系密切,
地层倾角0°<θDIP<15°、75°<θDIP<90° 时有利于水平井井壁稳定;页岩层理弱化是导致井壁坍塌失稳的重要原因,无论
层理产状如何变化,随着层理含水量的增加,井壁坍塌压力迅速增加,坍塌压力增量约为4.30～22.62 MPa,含水量20%
时坍塌压力增幅可达100%。     

稠油热采井井筒温度模型研究及应用

在稠油开采过程中,准确地预测井筒温度是选择合适的采油工艺,防止稠油结蜡增黏的基础。采用对流-扩散模型计算油管与抽油杆之间的环空内的流体传热,建立了稠油井井筒加热温度场的二维非稳态数学模型;并使用控制容积法实现模型的数值求解,模拟结果和现场实测井筒温度吻合度较好。通过模型计算,分析了电加热生产和热流体循环加热过程中影响井筒温度的诸多因素。结果表明加热流体的入口温度和流量对井筒温度场影响最明显、热流体的掺入深度存在最优范围、空心杆循环热流体的加热方法优于套管掺液,对提高稠油油井采油效率具有指导意义。     

破碎性煤层段钻井液安全密度窗口的确定与应用

破碎性煤层段钻进过程中井壁坍塌、掉块严重,常规模型计算所得的坍塌压力当量密度难以较好地支撑煤层段井壁。依据破碎性煤岩的特征,系统分析了破碎性煤层段井壁失稳的机理,重新界定了破碎性煤层段的钻井液安全密度窗口。计算结果表明进入破碎性煤层段后钻井液安全密度窗口明显变窄。利用该模型对D2井三开破碎性煤层段的钻井液安全密度窗口进行了预测,理论计算结果和实钻情况基本吻合,验证了模型的合理性。研究成果对类似井段的井壁稳定性研究有借鉴意义。     

川西硬脆性页岩力学特征及井壁稳定性研究

在硬脆性页岩地层钻井过程中井壁失稳现象频发,严重阻碍了现场钻井作业的进程。针对小塘子组页岩钻进过程中发生的井下垮塌现象,通过开展系统室内实验测试,并结合实验数据建立的理论模型,评价分析小塘子组页岩地层的井壁稳定情况。结果显示,小塘子组页岩属于典型的硬脆性页岩,层理缝发育,在外力或高应力环境下可以产生张性裂缝;钻井液浸泡效应可降低小塘子组页岩地层力学强度,层理走向及力学弱面效应对小塘子组页岩力学性能影响明显;裂缝走向、井眼轨迹及井壁渗流场影响小塘子组页岩地层井壁稳定性,当裂缝面与井眼轴线之间夹角满足一定关系,井壁岩石容易沿裂缝面发生滑移垮塌。     

红1井三开复杂井段井壁稳定钻井液技术

红l井是胜利油田部署在吐哈盆地哈密坳陷三堡凹陷红1构造的重点风险探井,三开空气钻后地层出水卡钻,使用优选的凝胶成膜屏闭封堵润滑钻井液,采用合理密度支撑-多元强化抑制-凝胶成膜封堵防塌-复合润滑防卡技术,有效解决了空气钻后地层出水导致井壁失稳、石炭系塌漏并存、井斜及井身轨迹多变造成润滑性差的难题,顺利钻达目的层,取得了一定的勘探成果.     

高温高压复杂井身结构气井井筒温度计算方法

 西气东输的气源井以高温高压气井为主,气井生产依赖于井底温度和压力,生产过程中温度起着重要的作用。为了确保高温高压气井的正常生产,必须对井筒温度压力进行深入研究。井筒压力的研究已有较为成熟的结果,但对井底温度的研究还很不成熟,尤其是井身结构对井筒温度的影响国内外尚未见报道。本文基于Ramey经典井筒温度计算模型建立了两种考虑复杂井身结构井的井筒温度分布计算模型,即在复杂井筒条件下从井底到井口的温度计算模型和从井口到井底的温度计算模型。通过与实测资料对比,给出了计算模型的误差对比,分析了井身结构对井筒温度分布计算的影响。研究结果表明,从井底到井口的温度分布模型计算结果优于从井口到井底的温度分布模型。