罗平煤矿勘探复杂地层组构分析与防塌技术研究

罗平煤矿勘探地层复杂,泥页岩和煤层的稳定是最主要的问题。利用XRD(X-ray diffraction)和SEM(scanning electron microscope)技术对该区地层岩心进行微观组构分析表明,该地层伊蒙混层含量高,易引起孔壁不均质膨胀而坍塌;颗粒间接触呈泥质重胶结,岩层微孔隙发育,且易溶残余物多,极易受孔内流体介质侵蚀造成孔壁坍塌。根据以上特点并结合钻井液与孔隙流体之间的驱动原理,研究提出了相应的防塌钻井液体系,通过室内性能测试与防塌试验,以及现场应用的实际效果证明,上述防塌钻井液体系能适用罗平煤矿地质勘探,具有较好的防塌护壁效果。     

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。     

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。     

泥页岩井壁坍塌周期分析

应用力学/化学耦合理论对泥页岩井壁延迟坍塌机理进行了分析.以多孔介质渗流力学为基础,建立了近井壁地层孔隙压力的计算模型,计算了不同时期的临界坍塌压力,分析了钻井液物性参数对井壁稳定性的影响,得到了近井壁地层孔隙压力及强度参数在时空域内的分布,以及一定钻井液密度下泥页岩井壁坍塌破坏的时间.算例分析表明,在同一膜效率下,随着钻井液水活度增加,坍塌周期缩短;在同一钻井液水活度下,提高膜效率可以延长坍塌周期;钻井液水活度越小,膜效率的影响越显著.现场选择钻井液时,同时考虑水活度和膜效率并根据井壁坍塌压力改变钻井液密度,效果才会更好.     

长水平段钻井泥岩井壁坍塌周期分析

泥页岩地层井壁失稳是国内外各油气田钻井过程中普遍存在且至今未能完全解决的世界性难题;但在致密泥岩长水平段钻进时,井壁失稳问题更加突出。考虑化学势差、水力压差和岩石骨架变形的耦合作用,同时考虑泥岩吸水引起的强度弱化,提出了泥岩流-固-化多场耦合坍塌周期分析模型。利用该模型,定量分析了泥岩渗透率、吸水扩散吸附系数、钻井液活度和膜效率对地层孔隙压力、地层强度以及坍塌周期的影响规律。结果表明:1泥岩渗透率越小,阻碍水力压力传递的能力越强,地层孔隙压力增长越慢,井眼坍塌周期越长;2钻井液化学作用对井周压力传递和坍塌周期影响显著,当钻井液活度高于地层活度时,井眼附近孔隙压力显著增大,井眼坍塌周期缩短;膜效率越大,则地层孔隙压力和井眼坍塌周期变化幅度越大;3泥岩强度弱化是影响坍塌周期变化的重要因素。随着吸水扩散系数增大,近井地层泥岩强度迅速降低,井眼坍塌周期显著缩短;4研究区域沿最小水平地应力方向水平钻进时,井眼坍塌周期最长,随着与水平最小地应力夹角的不断增大,井眼坍塌周期不断缩短,沿最大水平地应力方向时,井眼坍塌周期最短。     

泥页岩井壁坍塌周期分析

应用力学／化学耦合理论对泥页岩井壁延迟坍塌机理进行了分析。以多孔介质渗流力学为基础，建立了近井壁地层孔隙压力的计算模型，计算了不同时期的临界坍塌压力，分析了钻井液物性参数对井壁稳定性的影响，得到了近井壁地层孔隙压力及强度参数在时空域内的分布，以及一定钻井液密度下泥页岩井壁坍塌破坏的时间。算例分析表明，在同一膜效率下，随着钻井液水活度增加，坍塌周期缩短；在同一钻井液水活度下，提高膜效率可以延长坍塌周期；钻井液水活度越小，膜效率的影响越显著。现场选择钻井液时，同时考虑水活度和膜效率并根据井壁坍塌压力改变钻井液密度，效果才会更好。     

姬塬油田罗平10井钻井(完井)液技术

罗平10井是姬塬油田延长组长8油层的一口水平井,在施工过程中易发生井壁坍塌、缩径等复杂情况.介绍分段钻井液体系,上部井段采用强抑制无固相聚合物钻井液体系,以稳定井壁获得较快机械钻速.斜井段和水平段采用低固相生物聚合物钻井液体系,以携带岩屑保持井眼干净,降低摩阻保证井下安全,同时有利于油层的保护,经水力喷射压裂获得高产油流.     

延长油田牛平7井钻井液技术

牛平7井所在区块地层结构复杂,钻井液技术难度大。为确保该井顺利施工,针对不同井段地层岩性,使用了低固相聚合物封堵防塌钻井液体系和低固相润滑防塌钻井液体系,辅以相应的钻井液维护处理工艺和固控设备,解决了上部地层易发生漏失、安定组和直罗组易坍塌掉块、煤层段紧邻目的层易垮塌等难题,达到了优快钻井的目的,为该区块以后的钻井液施工提供了经验。     

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。     

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。     

钻井液类型对井壁稳定的影响实例与防塌机理分析

针对东海油气田N区块钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,通过梳理分析N5区块及周边构造三口探井地质条件、地层特性、测井数据,基于地质力学与岩石力学基本原理计算了井壁坍塌压力;并对使用水基钻井液和油基钻井液的钻井工况进行对比。研究发现在钻井液密度高于坍塌压力的情况下,使用密度相对较低的油基钻井液即能够保持井壁稳定,无阻卡等复杂问题。使用水基钻井液钻井,则部分泥页岩井段井径扩大,起下钻明显阻卡,处理复杂问题耗时较长。分析主要原因,在于油基钻井液能够降低泥页岩水化程度,减缓钻井液向微裂隙中的渗流,抑制微裂隙扩展,提高钻井液对井壁的有效支撑作用。因此,在东海油气田复杂泥页岩地层钻井中,使用油基钻井液能够更好地保持井壁稳定,避免或减少钻井复杂问题。     

谢桥煤矿综采工作面陷落柱技术研究

岩溶陷落柱是指煤系地层底板厚层灰岩中溶洞裂隙的塌陷物以及上覆地层塌陷物形成的塌陷体,谢桥井田东翼采区发育有2个岩溶陷落柱,为保证13216综采工作面采掘安全通过1#陷落柱影响区,采取矿井瞬变电磁法和矿井高密度电法探测,掘进时利用物探和钻探相结合的综合探查技术;回采前利用运输顺槽对1#陷落柱及影响区采取先物探探查后钻探验证技术,并对其进行注浆加固,从而使工作面采掘时安全通过1#陷落柱影响区,多回收煤炭资源10.2万吨,创造了良好的经济效益。     

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.     

深层脆性页岩水平井裸眼完井井壁稳定性研究

常规页岩气储层改造工艺为套管射孔与多级压裂改造相结合,施工成本高、周期长,若实施水平井段裸眼完井可一定程度降低成本、缩短周期,但水平裸眼井段井壁稳定是实施裸眼完井的前提条件。通过对威荣地区龙马溪组页岩水理化及力学性能进行实验研究,结合建立的裸眼完井理论模型评价威荣地区页岩水平段裸眼完井井壁稳定性。结果表明,龙马溪组页岩为脆性层理页岩,岩体较为致密,力学强度高,力学各向异性明显;现场油基、水基钻井液对岩石膨胀性能及力学性能的改变不明显,现场所用钻井液与该地层配伍程度高;井眼轨迹、层理缝走向、力学各向异性等可对裸眼井段稳定性产生影响,致使不同方向井筒内应力差异明显,沿最小水平主应力方向钻水平井井壁稳定性最好,完井工况下井壁坍塌压力当量密度在1.26 g/cm³,完井投产初期井壁存在轻微崩落掉块,但崩落范围小于30 °,判断认为威荣区块龙马溪组页岩地层可考虑采用水平井裸眼完井方式。     

庄2井深部复杂地层钻井液技术

庄2井是准噶尔盆地中部1区块莫西庄油田的重点超深探井。该区块下部地层地质构造复杂,侏罗系砂泥互层且煤层发育致井壁失稳严重;三叠系发育超压,泥岩易发生硬脆性垮塌和应力性垮塌;井底温度高,高温下高密度钻井液流变性调控难度大。通过使用聚磺抗高温防塌钻井液体系,辅助钻井液现场维护和处理工艺,顺利钻至目的层。庄2井的钻探成功为该区块进一步勘探开发提供了详实的资料。     

非开挖穿越流砂层冲洗液的试验研究

针对流砂层非开挖定向钻进时易坍孔、漏失等问题,在基于低固相冲洗液的基础上加入几种添加剂,改进其性能,使其能满足流砂地层钻进时的要求。并对冲洗液中各成分对冲洗液性能的影响进行了试验研究,通过正交试验,确定了其最优配方,证明随着膨润土、Na2CO3、PHP、Na-CMC各成分含量的增加,其粘度增加,而失水量降低,并通过砂土的浸泡试验,证实其护壁效果良好。     

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。     

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.     

库车北部构造侏罗系煤层井壁稳定对策研究

为解决塔里木盆地库车北部构造带侏罗系煤系地层井段井壁稳定问题，采用X射线衍射、扫描电镜等方法对煤岩理化性能和微观结构进行分析，明确了煤系地层井壁失稳机理；建立考虑多割理面影响的煤层井段坍塌压力模型，评价了煤系地层地质力学参数和井壁稳定性，并优化了煤系层段井眼轨迹；根据煤岩微观结构特征，开展了钻井液封堵材料优选，形成煤层段水平井井壁稳定对策。结果表明，煤系地层主要为力学失稳，推荐煤层沿最大主应力方位、井斜45°～80°钻井，钻井液密度1.70～1.74 g/cm³，钻井液封堵复配体系为3%磺化沥青+3%乳化沥青+3%超细钙；应用发现煤系层段定向钻井无复杂事故，煤层斜井段井壁稳定防治效果好。研究成果对塔里木盆地库车北部构造带侏罗系油气安全高效开发具有重要指导作用。