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%。     

层理性泥页岩大斜度井井壁稳定性研究

层理性泥页岩的井壁失稳是制约深部油气钻井成功的关键问题之一。由于强度的各向异性,钻进大斜度井时更容易发生严重的井壁失稳问题。根据多孔介质弹性力学理论,建立了大斜度井井周应力状态,采用双重坐标转换,得到了井周集中应力在层理面上的分布。层理弱面和岩石基体均采用莫尔-库仑破坏准则,建立了层理性泥页岩大斜度井井壁稳定分析方法,综合考虑了层理面产状、井斜方位和地应力等因素的影响。研究结果表明,对特定产状的层理面而言,井斜角和方位角对井壁稳定性有重要影响。当井斜角超过一定角度后,坍塌压力急剧升高,井壁失稳风险增大,维持井壁稳定需要的钻井液密度较高,向水平最大主应力方向钻进大斜度井时坍塌压力最高,井壁失稳风险最大,应尽量避免井眼方位与水平最大主应力方向一致。     

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     

平面双分支水平井分支连接处井壁稳定研究

针对潜在走滑型应力场中钻平面反向双分支水平井分支连接处井壁稳定性问题,根据岩石力学相关理论,依据Drucker–Prager 准则,建立了分支井连接部分有限元分析模型,并采用牛顿–拉普森平衡迭代法求解。结合某油藏某井区实际地质资料,研究了最大水平主应力和分支井筒井斜角对分支井连接部分井筒稳定性的影响。结果表明：最大Von–Mises 应力大小和出现位置受井筒平面与原地最大水平主应力之间的夹角和分支井筒井斜角共同影响;最大Von–Mises 应力随着井筒平面与原地最大水平主应力之间的夹角增大而增大,随分支井筒井斜角增大,先减小,后增大,在分支井筒井斜角约为15◦时,最大Von–Mises 应力取得谷值。     

塞平一井钻井液技术研究

为探索用水平井技术提高安塞油田低压低渗薄油藏的单并产量，长戾油田与西安石油学院合作钻成了一口井深１６５８．２７ｍ、水平并段长度２３６．１７ｍ的水平井—塞平一井．该井采用新研制的ＡＭＬ低固相钻井液在现场应用中较好地解决了井眼净化、井壁稳定、润滑防卡水平井钻井液的三大难题，配合工程措施顺利地钻成了这口井．在应用中探索了水平井使用层流携屑的措施，实现了聚合物钻井液滤失性与泥饼质量的统一，解决了两性离子聚合物钻井液抑制能力不足的缺陷，探索出钻井液复合技术，对钻井液工艺有新发展．     

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。     

南海神狐海域水合物地层多物理场耦合模型及井壁坍塌规律分析

为了研究水合物地层钻井过程中井壁及近井地层力学稳定性的演化规律,采用ABAQUS软件建立考虑水合物相变的“热-流-固”多物理场耦合井壁稳定分析模型,通过自适应网格方法模拟地层的坍塌过程,并对不同钻井时间、钻井液温度及钻井液密度下井壁坍塌演化规律进行分析。基于分析结果建立不同钻井液温度、钻井液密度及钻井时间时的井眼扩径图版。研究结果表明：井壁坍塌会导致地层传热路径发生改变,产生更大的水合物分解范围及塑性区范围;随着钻井时间增加,井周地层塑性变形的累积及水合物分解范围的扩大会大幅加剧井壁的不稳定性;控制钻井液密度在合理范围内是维持水合物地层井壁稳定的最重要手段;适度降低钻井液温度可以降低水合物的分解范围与井眼的扩径率。可根据实际工程需要选择合适的钻井液密度、温度及钻井时间组合,为水合物地层钻井方案的选择提供理论依据。     

长宁区块龙马溪组水平段井壁稳定钻井液技术

针对长宁区块龙马溪组多口井水平段井壁失稳所导致的卡钻、埋钻等井下复杂情况进行研究,发现龙马溪组页岩具有脆性强、弱水敏的特性,在井深、应力及外力不断增加的条件下容易产生细微裂缝,在钻井液滤液侵入井壁后,井壁微裂缝继续扩张,导致井壁失稳。根据井下微裂缝特征,室内采取多种微纳米级材料进行有效封堵,建立了一套密度可调控的强封堵油基钻井液体系,其封堵效果良好,并具有很好的井眼清洁及沉降稳定性能。现场表明,3 600～4 200 m开始试验该钻井液体系后,相比试验前起下钻扭矩明显减小,证明该钻井液体系在井壁形成了致密封堵层,对井壁稳定起了至关重要的作用。     

页岩气水平井井壁稳定影响因素与技术对策

国内绝大多数页岩气水平井在页岩层段钻井过程都发生过坍塌,严重影响了钻井周期及后续压裂施工。由于页岩气井水平段一般较长,普遍在1000m以上,而且页岩地层层理发育,产状多变,岩石性质硬脆,水敏性矿物含量高,很容易发生井漏坍塌等问题。本文通过分析认为影响页岩气水平井井壁失稳的因素主要包括页岩的综合特性,地质力学因素,钻井液的综合性质及其他工程因素。解决页岩气水平井井壁失稳的首要途径是认识层理页岩的特殊力学特性,重点研究不同钻井液体系对其力学特性的影响程度及影响规律（也是钻井液优选的重要依据之一）;再次需要对地应力场进行综合研究;最后通过采用合理的井壁稳定力学模型获得控制井壁失稳的钻井液密度范围,配合使用快速高效钻具,才能最大程度确保井壁稳定。     

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。     

南海流花海域钻井安全钻井液密度窗口计算分析

为了准确确定安全钻井液密度窗口,并维持钻井过程的井壁稳定成为制约南海海上油气开发目前所面临的重要问题。针对该问题,基于流花海域LH20-2油田各已开发井的声波时差及其他测井数据,利用Eaton法对该构造的孔隙压力分布规律进行了预测。此外,对该地区地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和方位角的分布规律进行了定量分析,最终得到了各井段安全钻井液密度窗口。结果表明,油田孔隙压力分布范围在0. 98～1. 05 g/cm~3,处于正常压力系统内。并且得出,拟开发井直井段和水平段安全钻井液密度窗口依次是1. 07～1. 10 g/cm~3和1. 22～1. 25 g/cm~3。此研究可以为南海LH20-2油田拟开发井钻井液设计提供依据和参考。     

Halfaya油田钻井液技术研究与应用

为满足Halfaya油田泥岩段井壁稳定、高压盐膏层安全钻进和有效保护储层等要求,开展钻井液体系优选和性能评价实验,形成的有机盐钻井液流变性能良好,120℃高温高压失水11.6 m L,泥饼摩阻系数0.043 7,高密度下抗盐钙污染能力强,对(40~60)/(20~40)目砂床的滤失量均3 m L,泥岩滚动回收率90%、16 h线性膨胀率7%,岩心动态污染酸洗后渗透率恢复值90%、动失水4 m L。2011~2013年,该钻井液累计应用20口井,钻进泥岩过程中未出现频繁扩划眼、泥包钻头、遇卡等复杂,盐膏层高密度条件下流变性能稳定,有效抑制了膏盐蠕变缩径,完井测试显示酸洗前表皮1、酸洗后0,取得了良好的稳定井壁和保护储层效果,有效保障了钻井安全高效顺利实施,对实现该油田快速建产具有重要意义。     

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。