优质低密度钻井液试验研究

水基钻井液大多要增加地层坍塌压力,且不同钻井液体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同。通过研究地层岩石与钻井液作用前后力学性质及强度变化和它们对地层坍塌压力的影响,以现用钻井液体系为基础,加以改进、完善而研究出能将所钻地层坍塌应力明显降低的钻井液体系及其应用技术。YT1-7井及YT3井的现场试验表明:优质钻井液的密度比邻井钻井液密度大幅度降低,并且井壁稳定,机械钻速显著提高。     

井壁稳定性研究及其在Kolzhan油田的应用

通过对井壁失稳现象、机理及钻开井眼前后井壁应力状态的分析和计算,建立了一套分析地层坍塌压力及地层相关物理力学特征参数的数学模型,并编制了相应的计算软件,以利用测井资料进行坍塌压力的计算,进而对井壁稳定性进行研究.用该研究结果解释了哈萨克斯坦Kolzhan油田普遍存在的井壁失稳的原因,并推荐出了合理的钻井液密度窗口,地层坍塌压力和安全钻井液密度窗口的计算结果与现场实际吻合,为Kolzhan油田钻井过程中的井壁稳定提供了技术参数.     

塔中油田KC1/聚合物"轻泥浆"的研究与应用

"轻泥浆"的低密度、低固相含量和良好的剪切稀释性对于提高钻速有直接作用,不仅对提高钻速有很好的效应,而且可为现有各项优快钻井技术提供一个优化集成的平台,以使它们能更好地发挥作用.利用三轴应力实验装置研究了地层岩石与不同钻井液作用前后的力学性质及强度变化,计算对比了岩石与不同钻井液作用前、后的地层坍塌压力,最后确定了地层坍塌压力当量钻井液密度的降低值.应用该方法,通过优选抗高温(150℃)聚合物和防塌剂,改进聚合物钻井液的封堵能力、流变性和抑制性,降低地层的坍塌压力,即降低钻井液密度,形成了KC1/聚合物"轻泥浆"体系.该技术在TZ721-5井得到了成功应用,使机械速度提高了20%以上.     

各向异性地层定向井井壁坍塌压力计算方法

层理性地层的力学性质和强度特征具有各向异性,受层理弱面的影响,钻井过程中容易发生井壁失稳的问题。各向异性地层中的井壁坍塌压力分析方法与普通完整性地层不同,强度准则应选用弱面破坏准则,并且层理面的存在也对井眼周围应力分布产生影响。对于各向异性地层中定向井钻进时井壁稳定的分析,需采用有限元等方法进行数值求解。某油田层理性泥页岩地层中不同井斜角和方位角条件下井壁坍塌压力的计算结果表明：定向井钻井中存在最佳钻入角,解决这类地层的井壁失稳问题主要应从控制井斜角和钻井方位入手,避免在井壁坍塌压力较高的井斜和方位范围内钻进定向井。     

钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力的影响研究

水基钻井液通常使泥页岩坍塌压力增加,研究钻井液及处理剂体系对地层坍塌压力的影响有助于研究优选防塌钻井液处理剂及体系.介绍了通过岩心力学性能测试分析计算地层坍塌压力的方法,研究了部分处理剂对地层坍塌压力的影响,认为增强抑制和封堵能力可降低地层坍塌压力.文中提出的钻井液处理剂及体系对泥页岩坍塌压力影响的研究方法是切实可行的,可用来优选研究防塌钻井液处理剂、优选防塌钻井液体系、确定合理的防塌钻井液密度.研究表明,在聚合物或聚磺钻井液中加入抑制剂(如KCl)和粒度及软化点适当的封堵材料可降低地层的坍塌压力.     

T453井三叠系石炭系地层安全钻井液密度窗口的确定

塔河油田三叠系、石炭系地层钻井过程中井壁垮塌严重，井径扩大率太，严重影响了钻井效率和固井质量。利用三叠系、石炭系地层岩心，进行了地应力与岩石力学参数室内试验研究，并根据试验结果标定了岩石力学测井解释的模型，根据S68井的测井资料分析了其坍塌压力、地层破裂压力，建立了安全钻井液密度窗口。根据研究成果，确定了T453井三开井段安全钻井液密度窗口，推荐了现场钻井作业的钻井液密度程序。现场试验表明，严格按照设计的钻井液密度程序施工可避免井壁垮塌、缩径导致的起下钻遏阻以及卡钻等井下复杂情况或事故。     

埕海油田2区沙河街组地层井壁失稳原因及对策

埕海油田2区沙1段地层在钻井过程中,井壁失稳,垮塌严重。通过分析沙1段地层岩性、矿物组分、理化性能、三个压力剖面、钻井液的抑制性与封堵性对该段地层力学性能与坍塌压力的影响,认为造成该地层发生井壁失稳的主要原因是,钻井液密度低于地层坍塌压力当量钻井液密度（考虑实际井身剖面、地应力与岩石力学性能等因素计算）、钻井液封堵性与泥饼质量差。提出了以下技术措施:先根据地层特性选择钻井液体系,再根据所钻井实际井身剖面、地应力、岩石力学性能确定的地层坍塌压力系数确定钻井液密度,最后通过对钻井液进行维护处理增强钻井液的抑制性和封堵性。在张海21-21L井直径155.6 mm井眼侧钻过程中的应用表明,该技术措施较好地解决了沙1段地层的井壁失稳难题,顺利钻穿易坍塌的沙1段,仅用时7 d就钻至完钻井深（4 070 m）,且测井、下筛管和完井等作业均顺利完成。      

聚醚多元醇对泥页岩地层坍塌压力影响实验研究

应用三轴岩石强度测试仪RTR-1000实验研究现有钻井液及改进钻井液体系对阜宁组泥页岩力学性质和强度特性的影响,并计算比较其对坍塌压力的影响,优选出能够降低地层坍塌压力的钻井液体系。实验所用岩心为苏北阜宁组露头岩心,实验结果表明：在钻井液中加入聚合醇或聚醚多元醇产品,利用其浊点效应对地层进行封堵,改进后的钻井液体系能够提高地层岩石的强度,降低地层坍塌压力（当量钻井液密度）0．19-0．30g／cm^3,扩大了安全钻井液密度范围。     

中江地区井壁力学稳定性研究

中江地区沙溪庙组地层在钻井过程中一直存在比较严重的垮塌现象，给该区钻井施工带来较大的技术难题和经济上造成较大损失。为弄清井壁稳定性机理，为该区钻井工程的设计与施工提供科学依据，文章从井壁应力状态角度出发，根据岩石力学理论分析和实验，利用钻井、录井、测井、测试、压裂等资料建立了计算中江地区沙溪庙组地层井壁力学系统合理的物理模型和计算方法，建立了该区地层孔隙压力、地应力、井壁破裂压力和井壁坍塌压力剖面，并在此基础上对井壁力学方面的稳定性进行了分析，发现在1600～1840m井段地层坍塌压力较高，与地层压力相当，出现了井壁扩大现象，井壁稳定性差，建议改进钻井液性能，降低地层坍塌压力。     

钻井液封堵性对徐闻区块涠三段井壁失稳的影响

在徐闻区块钻井过程中,钻遇涠洲组时发生了井塌等井下复杂事故,但通过对测井数据和地层3个压力剖面数据分析,发现钻井使用的钻井液密度均高于地层坍塌压力当量密度,且涠三段地层层理裂隙比较发育。利用给出的坍塌压力当量钻井液密度简化计算式,计算了钻井液浸泡后岩心坍塌压力的变化,其结果表明,随着钻井液浸泡时间的增加,岩石强度下降,进而造成地层坍塌压力大幅度增加,岩心浸泡5 d坍塌压力增加了12.15%。对涠三段地层井壁失稳情况及影响因素进行了分析,认为该层位井壁失稳机理为:钻井液封堵性不足以阻止钻井液滤液侵入地层,造成地层强度下降和近井壁孔隙压力升高,进而导致地层坍塌压力升高,诱发井壁坍塌。采用有机盐、包被剂和胺基抑制剂改善了钻井液抑制性,采用ZHFD、QS-4和NFA-25作为封堵剂,形成了强封堵强抑制的有机盐胺基钻井液,延长了井壁坍塌周期,有效解决了涠三段井壁失稳的技术难题。      

四川气田GM区块地层三压力剖面建立及应用

地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面是钻井井身结构优化设计及安全钻井液密度窗口确定的基础。利用测井方法计算三压力剖面,结合现场实测三压力数据,建立了GM区块地层三压力剖面;在充分认识三压力剖面特征基础上,开展了GM区块井身结构优化及安全钻井液密度窗口制定。研究提出,该区针对须二目的层的钻井具备三开制井身结构优化条件,同时指出前期钻井以地层孔隙压力为依据制定钻井液密度存在不合理处,推荐J3p-T3x5段地层采用微超地层坍塌压力设计钻井液密度较为合理,T3x4段以深地层采用微超地层孔隙压力设计钻井液密度较为合理。研究结果为GM区块钻井工程设计及现场施工提供了科学依据,经现场应用,提高了钻井效率、降低了钻井成本,取得良好经济效益。图2表1参10     

利用测井资料进行井壁稳定性分析

井壁稳定性问题是石油钻井工程面临的一个重大课题。利用测井资料研究井壁稳定性是一种有效的方法。文章利用声波、密度测井资料计算了岩石力学参数、岩石强度参数，在此基础上进行了地应力计算、进而确定了地层破裂压力和坍塌压力，预测了安全钻井液密度范围，为钻井设计提供参考，并可指导安全钻井。通过新疆X11井安全钻井液密度窗口的测井预测值与实际钻井液密度对比分析，证明利用测井资料评价井壁稳定性的可行性，并能准确地预报钻井液密度，具有工程应用价值。     

地层倾角对地层坍塌压力的影响

从分析井壁围岩的应力出发，建立了地层倾角对地层坍塌压力影响的力学模型和坍塌准则，江苏油田桥7井地层坍塌压力计算实例表明，地层倾角对地层坍塌压力有较大影响，因此在研究地层坍塌压力过程中应充分考虑地层倾角。     

两种不同的地层坍塌压力

通过井壁应力分析结合合适的强度准则,提出了存在着两种不同性质的地层坍塌压力,并推导出了地层坍塌压力计算式。第一种坍塌压力就是目前采用的许用钻井液密度的下限,而第二种地层坍塌压力却未引起人们的重视,它实际上是许用钻井液密度的上限。     

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地层坍塌压力剖面的准确确定,对于井眼稳定和安全钻井至关重要。文章在建立了地层坍塌压力计算模型之后,着重研究了如何从测井信息中准确提取模型中所涉及的岩石力学参数。将该法应用到罗家寨构造LJ2井等多口井的测井资料精细解释处理中,计算出该井不同井深与不同层位地层坍塌压力及保持井壁稳定的泥浆密度。此结果应用到实际钻井中,效果良好,且实用性强,为该地区科学钻井提供了合理的泥浆密度设计依据。     

深井安全钻井液密度窗口影响因素

考虑钻井液渗滤造成井壁岩石孔隙压力变化和钻井液与地层岩石温差产生的附加应力和应变,推导了孔隙度与孔隙压力和温差的理论关系,建立了考虑孔隙压力、温差及孔隙度变化的深井安全钻井液密度窗口计算模型。应用模型计算结果表明:①深井钻井井壁岩石与钻井液温差一定时,随着钻井液渗滤作用的增强,井壁岩石孔隙压力增加,导致坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。②当井壁岩石孔隙压力一定时,若钻井液使井壁岩石降温,则随着温差的增加,坍塌压力减小,破裂压力增加,安全钻井液密度窗口范围变大,有利于安全钻井;若钻井液使井壁岩石升温,则随着温差的增大,坍塌压力增大,破裂压力减小,安全钻井液密度窗口变小,不利于安全钻井。     

南海深水L-1井区地层压力预测技术研究及应用

在深水钻井工程中,准确的地层压力剖面是确定安全钻井液密度窗口必不可少的关键数据。结合南海L-1井区地质情况,基于大量现场数据比对研究,得出最优压力预测模型,并利用测井获取的地层参数资料进行综合分析,对位于莺歌海盆地构造中部的L-1井区进行了地层孔隙压力、破裂压力和井壁坍塌压力的计算分析,得出该井区地层压力剖面图,从而预测出安全钻井液密度窗口。与邻井实测点相比,孔隙压力预测误差小于1.74%,破裂压力预测误差小于15.50%,为工程开发提供了理论支撑。     

基于扩容强度准则的硬脆性泥岩坍塌压力计算模型

在低围压下，硬脆性泥岩在应力状态达到峰值强度前易发生扩容，当应力状态超过扩容强度后，钻井液水化作用对岩石强度的削弱增快增大，引起井壁坍塌，需制定合理的钻井液密度保持井壁稳定性。采用实验研究和理论分析相结合的方法，对硬脆性泥岩组构特征、水理性质、变形规律、强度准则和预应力后的浸泡钻井液强度变化规律进行研究，推导了基于扩容强度准则的硬脆性泥岩的井壁坍塌压力计算模型和参数计算方法，并进行了实例分析。结果表明，钻井液密度高于以峰值强度为准则计算的坍塌压力，低于以扩容强度为准则的坍塌压力，导致井周地层进入扩容状态，井周地层产生应力诱导微裂隙，激发了钻井液水化作用是井壁坍塌的根源。以扩容强度为准则确定坍塌压力，制定钻井液密度更加合理。     

宝南侏罗系地层井壁失稳机理的研讨

宝南区块自1996年7月开始钻探到目前为止共完钻5口井,这5口井在钻进侏罗系地层时均不同程度地出现了起下钻阻卡、卡钻、测井遇阻卡、断钻具、井漏等井下复杂情况与事故,严重影响了钻井周期,其原因是泥页岩/煤层井壁坍塌与砂砾岩蠕变缩径引起的井壁失稳.室内研究结果表明,井壁坍塌的根本原因是5口井的使用钻井液密度皆小于计算坍塌压力.砂砾岩地层井眼缩径的原因是这类地层具有一定的流变性,特别是在钻井液长期浸泡的情况下,地层向井眼内蠕变,导致井眼缩径.采用改进的三轴岩石强度试验机作试验装置,对砂砾岩地层的蠕变特征进行了测试,并在此基础上研究了井眼缩径的原因及对策.依据实验结果对砂砾岩地层井眼缩径率的计算结果表明:井眼缩径率随着井眼钻开时间的增加而增大,随着钻井液密度的增大而逐渐减小,而且不同类型钻井液在相同密度的情况下,井眼缩径造成阻卡的时间不同,例如采用醋酸钾强封堵钻井液或全油基钻井液,在使用合理的钻井液密度的情况下,可以延长安全钻井周期.     

地层倾角对地层坍塌压力的影响

从分析井壁围岩的应力出发.建立了地层倾角对地层坍塌压力影响的力学模型和坍塌准则.江苏油田桥7井地层坍塌压力计算实例表明,地层倾角对地层坍塌压力有较大影响,因此在研究地层坍塌压力过程中应充分考虑地层倾角.