工程井壁稳定分析的一种实用方法

对传统井壁稳定性和现场应用的利弊进行了分析,提出了一种更适用于现场钻后井壁稳定性分析的实用新方法。该方法根据钻井井史资料和声波测井资料,利用统计的方法揭示区域构造井壁稳定性规律,推荐合理的安全钻井液密度范围。该方法适用于钻后井壁稳定性分析和钻前井壁稳定性预测。     

涠洲12-1北油田涠二段井壁稳定性技术

控制井壁失稳是北部湾涠西南油田群钻井过程中遇到的一个难题。在钻井过程中往往出现地层垮塌、井漏、卡钻等井下复杂事故,钻井时效低、报废钻具多,作业成本居高不下,该问题近年来一直未能得到根本的解决。在涠西南油田群第1批井的钻井作业中,出现了较多的复杂情况及井下事故,作业进度严重滞后。而在进行第2批井作业之前,通过对前面已钻井的现场资料分析总结,同时开展了大量的室内实验和理论研究,进一步摸清了造成该地区井壁失稳的主要机理,并提出了具体的技术措施。通过研究成果的现场应用,该油田后期的钻井过程中井下复杂事故发生率大幅度地降低,从而解决了十多年困扰本地区钻井的井壁失稳难题。以涠二段井壁为例,介绍了井壁稳定技术的研究与应用,为同类油田控制井壁失稳提供了经验。     

孔雀亭气田深井、超深井优快钻井技术实践

针对孔雀亭区块探井钻井过程中出现的技术难题,后期开发井钻井施工中采用"PDC+电动机",配合海水/海水聚合物泥浆体系的"开放式"钻井技术快速钻穿上部地层,避免了井漏、井壁失稳;优选油基泥浆、EZFLOW储层钻开液体系,有效解决了井壁失稳导致的起下钻遇阻的难题,提高了储层保护效果,缩短了完井工期;优选的旋转导向工具和PDC钻头克服了常规旋转导向及电动机造斜率低的缺点;在常规钻具组合中增加了vorteX工具,降低了钻井扭矩,同时提高了机械钻速。该优快钻井技术在7口井的应用结果表明,平均机械钻速大幅度提高,钻井周期大大缩短,明显降低了钻井成本。     

大牛地气田欠平衡水平井井壁稳定性分析

为有效开发大牛地气田低孔、特低渗储层,在盒1储层试点推行了欠平衡钻水平井技术。井壁稳定性分析是欠平衡钻井技术的关键因素。结合大牛地气田实际地质情况,利用有限元分析的方法研究了盒1储层在氮气、泡沫和充气液欠平衡方式下水平井的井壁稳定性问题。计算结果表明,不论是在常规的φ215.9mm的井眼中,还是在φ152.4mm的井眼中应用上述3种欠平衡方式进行水平井钻井均不会发生井壁失稳问题,这与DP4井、DP14井和DP19井的实钻情况完全相吻合,为大牛地气田欠平衡钻水平井的井壁稳定性分析提供了理论依据。     

渤中A3井井壁稳定技术研究

该文对BZ-A3井的钻井问题和井壁稳定性进行了分析和研究。BZ-A3井在钻进过程中遇到了大量的问题,并导致了两次侧钻及相应的经济损失。该文通过分析已有测井数据,建立井壁稳定岩石力学模型,进行井壁稳定性分析,发现由于使用了过低密度的钻井液,BZ-A3井及两次侧钻的井壁破坏范围大,而且井壁崩落弧长大于90°,这样就导致了较大的页岩块从井壁脱落甚至井壁垮塌,从而引起严重的卡钻问题;采用Eaton法进行了地层孔隙压力的计算,分析结果表明东营组及沙河街组存在明显超压,主要超压机制为欠压实及生烃,最大孔隙压力为1.4～1.5 g/cm3;基于孔隙弹性模型开展了水平地应力的计算,确定水平最大地应力方向为N65° E,这与该区块的地质构造和世界地应力图是一致的。该文找到BZ-A3井井壁失稳与卡钻的机理,对钻井泥浆密度提出建议,以帮助避免此类事故在今后本区块调整井钻井作业时重复发生。     

塔里木盆地富满油田二叠系玄武岩井壁稳定技术研究及应用

塔里木盆地富满油田二叠系普遍发育有玄武岩,玄武岩段钻进易发生井壁失稳,引起卡钻等井下故障复杂,影响了在该区块钻井时效和经济效益。通过对二叠系玄武岩进一步结构特征研究、易垮井地震相态特征及实 钻特征研究、理化特性、地应力、坍塌压力研究,确定引起井壁失稳的原因。根据该区块现场实钻资料及井壁失稳处理经验,从强化钻井液封堵性、控制滤失量、提高钻井液抑制性、携岩能力、密度优选、控制工程参数等几个方面 给出避免二叠系玄武岩井壁失稳的处理建议。研究成果在AM3井应用成功,效果显著,对指导富满油田二叠系玄武岩钻进具有一定的指导意义。     

利用地震反演技术钻前预测井壁稳定性

为有效克服钻井过程中出现的井壁失稳问题,基于褶积模型的测井约束反演方法,提出了利用地震层速度反演技术在钻前预测安全钻井液密度范围的模型。该预测模型充分利用探区内的地震记录资料,以测井信息和地质资料为约束条件,通过制作合成地震记录进行层位标定,建立初始波阻抗模型,运用宽带约束反演技术获得具有较高分辨率的波阻抗模型并最终得到速度资料。利用反演结果结合统计模型、趋势面模型、神经网络模型及岩石力学模型等常用预测模型可以实现钻前井壁稳定性预测。通过该方法反演出塔里木油田一口探井的层速度曲线,并在钻前预测出该井的安全钻井液密度范围,与实钻数据进行对比分析的结果表明,该预测方法具有良好的预测效果,可满足钻井工程的需要。     

泾河油田延安组煤层特性与井壁失稳机理

泾河油田在钻井过程中延安组煤层发生井壁失稳问题。通过对泾河油田延安组煤岩特性分析,应用井史与测井资料分析煤层井壁失稳情况,得出泾河油田钻遇煤层井壁失稳主要表现为井塌,约三分之一煤层发生中等与严重井塌,平均井径扩大率超过10%。最终证明,泾河油田延安组煤层失稳情况不是很严重,大部分煤层段为性状稳定的暗煤,一般井壁稳定性高;而失稳煤层段主要因为钻井液封堵性能不足导致割理、裂缝发育煤层和含泥岩夹层的劣质煤层坍塌。     

泾河油田延安组煤层特性与井壁失稳机理

泾河油田在钻井过程中延安组煤层发生井壁失稳问题。通过对泾河油田延安组煤岩特性分析,应用井史与测井资料分析煤层井壁失稳情况,得出泾河油田钻遇煤层井壁失稳主要表现为井塌,约三分之一煤层发生中等与严重井塌,平均井径扩大率超过10%。最终证明,泾河油田延安组煤层失稳情况不是很严重,大部分煤层段为性状稳定的暗煤,一般井壁稳定性高;而失稳煤层段主要因为钻井液封堵性能不足导致割理、裂缝发育煤层和含泥岩夹层的劣质煤层坍塌。     

定向井随钻井壁稳定预测方法及其应用

常规井壁稳定预测方法不适用于定向井。根据岩石力学和地震反演原理提出随钻预测定向井稳定性的新方法,包括钻前预测与随钻修正2个操作步骤。通过分析地震数据与岩石力学参数之间的定量关系,建立了包含孔隙压力、地应力、岩石强度等井壁稳定参数和地震记录的非线性模型,基于其利用地震资料直接反演井壁稳定参数,实现钻前预测井壁稳定性,为钻井设计提供依据。实钻中结合定向井的实际施工情况,通过实时反演对钻前预测的井壁稳定数据模型进行随钻修正更新,及时优化调整钻井方案以避免工程复杂故障。该方法在涪陵页岩气田进行了应用,结合"井工厂"钻井作业模式,形成了井壁稳定预测现场操作方案。现场应用情况表明该方法预测精度较高,具有良好的实时操作性能,有利于定向井的安全快速钻井。     

抗240℃高密度复合有机盐钻井液在翼探1井的应用

翼探1井是中油股份公司在青海油田柴达木盆地柴西北区南翼山构造较高部位部署的一口重点风险探井,设计井深6500 m,完钻井深6194.22 m,目的层E₃1、E₁₊₂、基岩。钻探目的是探索南翼山构造E₃1和基岩含油气性,为下一步研究和勘探部署提供依据。南翼山地区E₁₊₂下部地层以前无钻井史,钻遇地层条件复杂,高陡构造,存在3条断裂带、破碎带和膏泥岩。其E₃2、E₃1、E₁₊₂地层裂缝发育,易漏易涌,多层高压盐水伴CO₂酸性气体,盐水中Cl-含量达235 000 mg/L,CO₂侵地面监测浓度高达75%以上,钻井液密度高达2.32 g/cm3,且存在多套硬脆性碳质泥岩破碎地层,极易发生垮塌掉块、井斜。该区域显示异常高温,因为测井公司高温仪器受限,无法实测井底温度,该区地温梯度在（3.80~4.30）℃/100 m之间,以及钻井液出口实测温度达到102℃,钻井液维护处理量达到井眼容积的10倍以上,从以上资料计算,以及钻井液材料与体系循环稳定周期等综合分析,预测该井井底温度在235~266℃之间,给钻井液工作提出了严峻挑战。为解决超高温、高密度、井壁稳定、酸性气体污染、窄窗口漏失等技术难题,优选采用了渤海钻探泥浆技术服务分公司的发明专利技术,即抗240℃高温的高密度复合有机盐钻井液。在此技术基础上,结合井下地质、工程实际情况,施工现场对配方进行了优化调整,引入抗240℃高温的滤失控制材料,引入刚性和塑性材料组配的随钻锲入封堵防漏材料,以及纳米类化学吸附护壁防塌材料,并提供良好的“非氧还原”钻井液环境,通过精心施工,取得了较好效果。全井施工顺利,钻井液高温流变性良好,高温高压滤失量控制在12 mL以内,较好地解决了高温流变性、沉降稳定性、漏失、破碎性地层垮塌、酸性气体污染等一系列钻井液技术难题。      

利用地震属性钻前预测井壁稳定性

钻前准确预测井壁稳定性是防止钻进过程中井壁失稳的有效手段。声波时差和地层密度是井壁稳定分析的两个关键参数。根据地震记录与地层声波时差及密度之间存在的非线性关系，提出了利用地震属性钻前预测井壁稳定性的方法。从井旁地震记录中提取地震属性，通过RBF神经网络在已钻井段的地震属性与声波时差及密度之间建立起映射模型，以此为基础预测待钻地层的声波时差和密度。运用预测结果结合井壁稳定力学模型，确定岩石力学参数和地应力状态，计算井壁坍塌压力和破裂压力，确定安全钻井液密度窗口，实现钻前井壁稳定预测。该方法在塔里木油田的应用中取得了良好的预测效果。     

考虑泥页岩黏弹性的钻井液密度计算方法

泥页岩地层受到外来流体侵入后，岩石具有明显的流变效应，易造成井壁坍塌。为了研究泥页岩井壁受入井流体影响产生的黏弹性力学行为对井壁稳定性的影响，建立了黏弹蠕变本构模型来反映井壁流变失稳破坏的力学机理与演化规律。根据井壁围岩受力推导出平衡方程、几何方程，结合物理方程和边界条件，得到考虑泥页岩黏弹性特性的钻井液密度方程。结合现场钻井数据给出不同时间、不同收缩速率下泥页岩的钻井液密度图版。结果表明:泥页岩地层钻进时，井眼的收缩速率越小，则所需的钻井液密度越大；井越深，钻井时间越长，所需钻井液密度越大。     

张海39-39Z分支井钻井液技术

张海39-39Z分支井是大港油田第一口真正意上的四级分支井。根据该地区地层特性,综合考虑该井的井身结构、工艺特点、分支井眼工序复杂、保护油气层以及环境保护对钻井液的要求等,结合以往该地区钻井所用钻井液体系应用效果及其现场技术,张海39-39Z分支井在主井眼一开浅地层采用膨润土-聚合物钻井液钻进,二开明化镇组采用聚合物钻井液、进入馆陶组转化为硅基防塌钻井液钻进,主井眼三开及分支井眼均采用有机盐钻井液钻进,较好地满足了分支井不同阶段钻井与其它作业施工要求,钻井液性能稳定,效果明显。该井以合理的流变性能解决了井眼净化问题,以控制合理的有机盐含量和膨润土含量保证了钻井液抑制性、稳定性问题,运用合理的钻井液密度等解决了井壁稳定问题,为今后采用常规钻井液体系及其现场技术完成类似分支井作业提供了借鉴意义。      

KCl-有机盐聚合物钻井液在川西双鱼石区块的应用

川西地区双鱼石区块目的层埋藏深,完钻井深在7 000 m以深,上部φ444.5 mm、φ333.4 mm井眼主要采用“空气钻”提速,空气钻井转钻井液如何保证井壁稳定至关重要,在“高效PDC+螺杆”提速方式下优质的钻井液性能也尤其重要。为此,KCl-有机盐聚合物钻井液在KCl、有机盐的共同作用下抑制能力强,能够抑制岩石组分水化分散、膨胀,封堵防塌剂可以快速形成致密泥饼,减少滤液侵入井壁地层,防止“空气钻”后干燥井壁“吸水”引起的井塌;抑制钻屑水化分散,钻井液流变性能稳定、波动小、易调控、现场维护处理简单;钻井液强抑制性、低黏度和切力可提高钻头水马力,减少钻屑在钻头上的吸附,防止钻头泥包现象,减少钻井液中微米、亚微米粒子,有助于提高机械钻速。双探8井等现场应用表明,KCl-有机盐聚合物钻井液确保了“空气钻”井段井壁稳定,顺利钻过沙溪庙组下部（沙一段）、凉高山组、自流井组及须家河组易垮塌地层,井眼畅通、井壁稳定、井径规则、电测顺利、井下安全、钻速较高,满足工程、地质录井需要。      

A prediction method of borehole stability based on seismic attribute technology

Borehole instability in drilling engineering can bring about serious problems of drilling quality and safety. Based on the close relationships between seismic and well log information, the prediction method of borehole stability is presented to effectively control borehole instability. Conventional and nonlinear seismic attributes are extracted from borehole-side seismic traces of impending drilling well and drilled offset well respectively. Then the optimal attributes combinations sensitive to log properties are selected by using genetic algorithm and wavelet neural network technology together. A series of mapping models which reflect the nonlinear relationships between seismic attributes and acoustic and density log data of various formation intervals in drilled well are constructed through neural network modeling. With analysis of cutting logging data, seismic attributes of the formation under bit and corresponding mapping model can be used to predict acoustic and density log curves of this formation. Based on the predicted log data, log interpretation method, analysis technology of in-situ stress and mechanics model of borehole stability are employed to calculate in-situ stress, pore pressure, collapse pressure and fracture pressure, thus the safe drilling fluid density window which can keep borehole stable is determined. Prediction precision and real-time operation ability of the proposed method are satisfying, which have been proved in practical application in TR oil field.     

顺北油气田鹰1井超深井段钻井液关键技术

鹰1井是顺北油气田的一口超深重点风险预探井,设计井深9 016.85 m（垂深8 603.00 m）。该井超深井段志留系柯坪塔格组与奥陶系桑塔木组等硬脆性泥岩地层、志留系裂缝性地层和奥陶系破碎性地层,在钻进过程中易出现井眼失稳、井漏、坍塌掉块等井下故障。为此,通过室内试验研究,分析了该井超深井段硬脆性泥岩地层井眼失稳机理、强压力敏感性裂缝性地层漏失原因及破碎性碳酸盐岩地层井眼失稳原因,应用“多元协同”井壁稳定基本理论,构建了SMHP–1强抑制强封堵钻井液,并制定了针对性强的防塌防漏技术措施。该井顺利钻穿大段硬脆性泥岩、裂缝性地层和破碎性地层,未发生井眼失稳及钻井液漏失,顺利钻至井深8 588.00 m完钻,创亚洲陆上井深最深纪录。现场应用表明,SMHP–1强抑制强封堵钻井液能够解决深部地层大段泥岩及破碎性地层的井眼失稳与漏失难题,为国内外深井超深井安全钻进提供了技术借鉴。      

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钻井液和泥页岩接触后必然会发生一系列复杂的传递和相互作用,分析研究它们间的传递和相互作用及其对井眼稳定性的影响有助于泥页岩井壁失稳的机理,有助于设计新的和完善旧的防塌钻井液体系,从而更好地解决泥 岩井段井壁失稳问题。在分析钻井液和泥页岩间的传递作用及其机理的基础上,详细分析了传递作用对井壁稳定的影响。认为钻井液和泥页岩间通过扩散、对流和渗透三种机理而发生水分子和溶质的传递,水力压差和化学处差化学自     

Experimental Investigation of Shale Membrane Behavior Under Tri-Axial Condition

Wellbore instability in shale formations is one of the primary problems in oil and gas well drilling. The problem has been traditionally tackled by using oil-based drilling mud. However, this technique is costly and restricted by the environmental regulatory bodies. Recent studies have shown that borehole instability in shales can be managed by controlling the chemical potential of drilling mud. One of the critical issues in this approach is that shales are not ideal membranes. It is essential to understand the nonideal behavior of shale before the wellbore instability problem can be managed by the chemical potential approach.

The nonideality of a shale membrane is, in general, a function of the type of the shale being drilled, composition of the formation water in the shale, burial depth of the shale, and chemical composition of the drilling mud used. In this paper, the theory on nonideal membrane was reviewed and identified for the purpose. The mathematical model was validated by experimental results obtained using a real field shale specimen from the Northwest Shelf of Australia. An example is also given to show how the model can be used to manage wellbore instability in shale by controlling the chemical composition of mud. The results of this study can be used as a useful guideline for formulating proper mud to drill troublesome shaly formations.     

井壁稳定性实时预测方法

为有效解决钻井过程中的井壁失稳问题,根据地震和测井信息之问的密切联系,建立了基于地震属性的实时井壁稳定性预测模型.该模型综合利用地震、测井和地质资料,从待钻目标井和已完钻邻井的井旁地震记录中分别提取最优地震属性组合,运用小波神经网络建立已钻井地震属性与测井数据之间的分层映射关系模型,利用当前待钻地层的地震属性并选取相应的映射模型实时预测钻头以下地层的声波和密度测井曲线.基于预测结果结合井壁稳定力学模型计算待钻层段的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力,进而预测安全钻井液密度范围.塔里木油田的实际应用表明,该预测模型具有良好的实时操作性能,测井曲线、地应力、孔隙压力、破裂压力和安全钻井液密度范围的预测精度均较高.图5表1参21