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。     

分支井筒稳定的塑性力学模型及分析

针对分支井钻进过程中普遍存在的井壁稳定问题,建立考虑地层、水泥环、套管和支井井筒的分支井稳定性分析三维弹塑性有限元模型。模型中将水泥环、地层和套管分别视为不同的塑性材料,同时通过建立应力各向异性地层中模型转换方法,消除不同支井方位之间的模型误差。通过弹塑性有限元模拟研究支井方位对分支井稳定性的影响。结果表明:方位角小于15°时,地层与水泥环最大等效应力位于主井筒上,有利于分支井井眼稳定;方位角为75°时,等效应力最大值位于分支井井壁上,不利于井壁稳定;从套管侧窗变形的角度来看,分支井方位应尽量靠近水平最大地应力方向;当支井方位角大于30°时,主井眼水泥环的破坏可引起支井钻进问题;在分支井井身结构设计中,采用较小方位角,同时避免采用50°~80°的分支井方位角,以保证水泥环-地层-套管-井筒系统的稳定性和安全性。     

缅甸大段凝灰质泥岩地层井壁稳定性分析*

缅甸Y-1井位于缅甸中央盆地火山岛弧带上,由于地应力复杂和钻遇大段凝灰质泥岩层,钻井过程中井壁坍塌严重,返出大量掉块。为保护油气层,尽量降低钻井液密度,本文结合钻井出现的复杂问题,通过掉块力学实验分析和测井资料研究,建立了压裂预测模型,分析了缅甸Y-1井的井壁稳定性问题的原因,进而在预测钻井液安全密度窗口的基础上,提出了在大段凝灰质泥岩地层钻井的井壁稳定性合理化建议。     

考虑井筒压降的底水油藏水平井见水时间研究

为了明确水平井筒内流动对出水时机的影响,基于油藏渗流与井筒管流耦合方法,研究了考虑井筒压降的底水油藏水平井见水时间,分析了见水时间随水平井产量、水平井筒长度等因素的变化规律.研究结果表明:受井筒压降作用,从水平井趾端到跟端,油藏向水平井筒流入量逐渐增大,与不考虑压降模型相比,见水时间提前;提高水平井产量使见水时间提前,水平井产量超过20 m3/d时,见水时间计算中忽略井筒压降将造成明显误差,产量越高,误差越大;水平井长度增加,见水时间推迟,水平井长度超过400 m时,井筒压降对见水时间产生明显影响,使见水时间随长度变化速度减慢,水平井长度超过2 000 m后,受压降作用,见水时间不再随长度变化.实际生产条件下,井筒压降对见水时间作用显著,底水油藏开发决策中应考虑其影响.     

致密油开发水平井段页岩坍塌周期的确定

鄂尔多斯盆地致密油资源丰富,具有很大的开发潜力,但长庆油田A井区在页岩油长水平段钻进时井壁失稳问题突出。现有的水平井防塌技术重点关注钻井液体系优化问题,无法给出页岩的坍塌周期。本井区页岩的主导坍塌机制是钻井液滤液沿天然微裂缝渗入地层,引起黏土矿物水化,导致岩石强度降低。考虑化学势变化和流体流动与骨架变形的耦合作用以及岩石吸水扩散过程和强度弱化规律,建立致密页岩井壁坍塌周期分析模型。结果表明:活度较低、膜效率较高的钻井液可以有效抑制地层孔隙压力增长;封堵性强的钻井液可以降低地层水含量的增长,减缓地层岩石强度的弱化;A井区使用密度为1.3 g/cm3的细分散聚合物钻井液体系和复合盐钻井液体系钻进水平段时井眼坍塌周期分别为4.5和9 d,而使用油基钻井液体系时相同密度下浸泡10 d井眼扩大率仅为4%,油基钻井液体系效果最好,坍塌周期大于10 d。     

层理产状对页岩气水平井井壁稳定性的影响

根据四川盆地某页岩气田所取岩芯进行的强度实验,发现页岩呈现出显著的强度各向异性,沿层理面的剪切滑移是井壁失稳的主要机理。结合岩石力学实验结果,分析层理产状对井周应力状态的影响,得出井壁失稳风险分布图的演变过程,进一步分析了水平段坍塌风险随层理产状的变化规律。研究发现,沿层理面倾向钻进的水平井,坍塌压力随层理面倾角的增加先升高后迅速降低;沿层理面走向钻进的水平井则会不随着层理面倾角增大而发生变化。研究结论可以为页岩气钻完井设计提供参考。     

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。     

硬脆性页岩基础物性实验及井壁稳定性分析

近年来,由于世界能源的需求量剧增,页岩气的勘探、开发、研究已成为石油行业关注的焦点,其中最令人关注的工程难题之一就是钻井过程中的井壁失稳问题。龙马溪组页岩更是频繁的发生严重的井壁垮塌事故,给钻井施工造成了很大的困难。通过室内实验分析龙马溪组页岩露头的矿物成分、微观结构以及力学性质,研究了其井壁失稳机理。岩心轴向与层理面法向夹角为45°~70°之间时,其破坏形式主要表现为沿层理面的剪切滑移;当夹角为60°左右时,岩石的抗压强度最低。龙马溪组页岩在纵向上呈层状分布,微孔隙、微裂缝发育,表现出很强的各向异性。采用常规的均质模型,坍塌压力计算结果往往会偏低,因此考虑含弱面结构的破坏准则进行井壁稳定性分析更接近真实情况。     

复合钾盐生物聚磺钻井液在长庆水平气井的应用

为解决长庆气田天然气水平井施工中位于斜井段位置的井壁失稳和钻头泥包技术难题,室内研究了复合钾盐生物聚磺钻井液体系,并在长庆地区15口水平井应用.结果表明,该体系表现出防塌能力强,页岩回收率达到78%以上,易塌层平均井径扩大率低于20%;性能易调控,具有良好的井眼净化能力,泥饼薄、坚韧、致密光滑,摩阻系数控制在0.026 2~0.034 9.与同区块非试验井相比,不仅井下安全,井壁稳定,井眼畅通,而且钻井平均机械钻速都提高了40%以上.该体系成功解决了因泥页岩水化膨胀而引起的缩径扩径、掉块坍塌、高摩阻大扭矩、钻头泥包等技术难题.     

泸州区块全井段地层力学性能及井壁稳定性

泸州区块全井段岩性复杂,漏、溢、垮复杂突出,严重影响深层页岩气资源效益化开发。针对不同岩性地层特征,建立基于室内实验及现场工程参数的全井段地层力学性能及三压力预测方法与剖面的建立,具有重要的研究意义与工程价值。基于室内实验,建立不同岩性地层力学参数预测方法,评价了不同岩性地层力学参数分布规律,耦合地应力、力学实验数据及现场漏溢塌工程信息,考虑井眼轨迹、力学弱面等因素,建立了全井段孔隙压力、坍塌压力、破裂压力分布剖面。研究结果表明,须家河、茅口组低孔隙压力、裂缝发育,漏失压力低,龙潭组煤层、泥岩力学强度低,坍塌压力低,普遍在1.5左右;深部石牛栏组、龙马溪组异常高压,存在溢流风险。建立了泸州区块深层岩石力学性能及三压力剖面,可为该地区井身结构优化设计、关键工程参数设计提供科学依据。     

注入比对水平井筒压降影响规律的研究

采用定常湍流N—S方程，数值模拟了水平井筒湍流变质量流场，通过分析轴线压降和孔眼附近三维流线图，研究注入比对水平井筒压降的影响规律及混合压降产生的机理。结果表明，存在一个临界注入比，当注入比小于临界注入比时，射孔入流流动形式主要表现为紧贴壁面的附体流动，对主流扰动小，此时混合压降很小甚至可以忽略，总压降损失近似等于没有孔眼入流情况下的摩擦压降损失；当注入比大于临界注入比时，孔眼入流可以深入主流并在孔眼下游出现低压分离区，引起混合压降损失，该压降损失随注入比的增大而显著增大，从而导致总压降随注入比增大而急剧增加。