QL1井井底突发性岩爆动力学机理及动态演化过程

氮气钻井钻遇致密砂岩高压裂缝圈闭导致井底岩爆是四川盆地西部白马庙构造QL1井恶性井喷事故的根本诱因。利用研究井壁失稳的理论方法来进行井底岩爆的动力学机理分析，并借助Visual Basic语言和Matlab软件编程，进行了岩爆的动态演化模拟。研究认为，当井底逐渐接近高压裂缝圈闭的过程中，裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大，主应力之间的差值所引起的剪应力增长使裂缝面产生压剪破坏及压剪-拉伸复合破坏，直至破坏区连通井筒，高压气体携带大量碎屑喷入井内，释放大量能量，产生井底岩爆。该研究成果系统解释了QL1井录井监测参数的异常变化，其研究结果不仅可为岩爆的防治提供理论基础，而且在石油工程领域为深部岩体动力学失稳研究提供了一个新的视角。     

压裂液滤失对裂缝萌生及动态闭合过程的影响机理

水力压裂技术已成为致密油气开发的主要措施之一,然而目前业内对储层改造过程中的裂缝动态闭合规律认识还不够深入,导致裂缝形成机制的研究理论难以满足生产实际需要。为此,为增强裂缝网络复杂性和沟通更多储集空间,基于拟三轴实验,从压裂液黏度和储层基础物性的角度构建了不同滤失行为模型,提出了根据储层实际物性来调控压裂液黏度的思路,以明确滤失行为对裂缝萌生机制的影响,揭示其动态闭合规律。研究结果表明：(1)随径向应力增大岩样破裂峰值强度和轴向应变增强,即出现较明显的应变软化特征,导致储层临界破裂压力更大;(2)水力压裂过程中压裂液黏度与储层基础物性构建的滤失体系,是导致裂缝萌生机制和动态闭合规律不同的主要原因之一;(3)页岩—低黏压裂液的中滤失程度体系易开启弱层理面,出现二次破裂,缝宽曲线呈双峰型,闭合程度为38%～71%;页岩—高黏压裂液体系滤失程度较低,裂缝开启后仅略微闭合,缝宽曲线呈平台型;而砂岩—高黏压裂液体系由于滤失程度较高,裂缝开启后压裂液在其壁面快速发生滤失行为,注入压力迅速下降,难以达到二次破裂条件,缝宽曲线呈单峰型,闭合程度为47%～94%。结论认为,现场压裂过程中应考虑上覆岩层压...     

呼探1井井口压力波动特征及成因机理

呼探1井是准噶尔盆地南缘中段首口获得天然气勘探重大发现的超深层异常高压气井,该井在试采时井口压力出现大幅波动,无法有效确定储集层参数及开展合理产能评价。因此,基于颗粒架桥堵塞原理,利用气藏动态分析法,表征了裂缝中颗粒循环堵塞—解堵变化趋势;同时,建立呼探1井双重介质渗流机理模型,开展压力波动特征分析及成因机理研究。研究表明,裂缝中颗粒循环堵塞—解堵是造成压力大幅波动的主要原因,一方面,随着裂缝中颗粒不断运移解堵,压力波动幅度逐渐减小,表皮系数逐渐减小,采气能力趋于稳定;另一方面,在裂缝循环堵塞—解堵的过程中,裂缝开度越大,压力波动幅度越大,同一裂缝开度下,近端裂缝堵塞—解堵,导致压力波动幅度较大,远端则相反。不仅为准噶尔盆地南缘中段储集层特征研究、井位部署、产能评价提供依据,而且为超深层异常高压气井压力分析提供借鉴。     

异常高压气井流入动态特征及产能试井分析方法研究

异常高压气藏具有介质变形的性质,介质变形后的渗透率一般随压力变化呈指数关系。考虑渗透率变化对气井产能的影响,推导出了新的异常高压气井产能方程。基于新的气井产能方程,计算并分析了渗透率应力敏感参数对气井产能的影响。介质的应力敏感效应使气井产能降低,应力敏感效应越强,气井产能降低幅度越大。尽管存在应力敏感效应,但在无阻流量50％以内,气井产量与井底压力仍呈很好的二项式直线关系。应力敏感效应越弱,直线关系越好,但据此预测的气井无阻流量差异则随应力敏感效应的增强而迅速增大。该研究对深入了解异常高压气井的产能变化特征及试井分析方法具有重要的指导意义。     

异常高压气井流人动态特征及产能试井分析方法研究

异常高压气藏具有介质变形的性质，介质变形后的渗透率一般随压力变化呈指数关系。考虑渗透率变化对气井产能的影响，推导出了新的异常高压气井产能方程。基于新的气井产能方程，计算并分析了渗透率应力敏感参数对气井产能的影响。介质的应力敏感效应使气井产能降低，应力敏感效应越强，气井产能降低幅度越大。尽管存在应力敏感效应，但在无阻流量50％以内，气井产量与井底压力仍呈很好的二项式直线关系。应力敏感效应越弱，直线关系越好，但据此预测的气井无阻流量差异则随应力敏感效应的增强而迅速增大。该研究对深入了解异常高压气井的产能变化特征及试井分析方法具有重要的指导意义。     

氮气钻井井底岩爆机理及动态过程演化

氮气钻井钻遇致密砂岩裂缝圈闭高压导致井底岩爆是QL1井恶性井喷事故的根本原因,针对岩爆机理进行系统分析并形成正确的认识是恢复气体钻井技术良性发展的紧迫需要。为此,通过分析井底岩石性质、计算井底岩石裂缝面应力,利用常规井壁失稳分析方法研究井底岩爆机理;在此基础上,借助Visual Basic语言和Matlab软件编程,进行了岩爆的动态演化模拟,分析判断QL1井录井监测参数的异常变化。研究结果表明:当井底逐渐接近裂缝圈闭高压的过程中,裂缝面周向应力和径向应力差值逐渐增大,主应力之间的差值所引起的剪应力的增长使裂缝面产生压剪破坏以及压剪和拉伸复合破坏模式,直至破坏区连通井筒,高压气体携带大量碎屑喷入井内,释放大量能量,产生井底岩爆,上顶压缩钻具。结论认为,该研究成果系统地解释了QL1井录井监测参数的异常变化,其分析方法可以为井底岩爆的防治提供理论基础。     

欠平衡钻井井底岩石的应力状态

欠平衡钻井较常规钻井钻速高,这与其井底待破碎岩石所处的应力状态有着密不可分的关系,而井底岩石的应力状态受地层孔隙压力和温度的共同影响。基于流-固-热三场全耦合基本理论,根据欠平衡钻井中井底待破碎岩石所处的实际状态,对耦合控制方程加以简化,结合与井底岩石应力状态分析相适应的边界条件,利用有限单元法研究了欠平衡钻井过程中地层孔隙压力和地层温度对井底岩石应力状态的影响机理。研究结果表明,随着钻井液液柱压力和井底岩石温度的降低,井底岩石的各个主应力均在减小,降低程度与压差和温差有关：压差和温差越大,井底岩石的各个主应力减小幅度越大。降低速率与岩石渗透率和热传导率有关,渗透率和热传导率越大,井底岩石的各个主应力变化越快,地层孔隙压力辅助破岩的效率越低。     

带旋转导向工具底部钻具组合的动力学特性分析及参数优化

带旋转导向的底部钻具组合（RSBHA）在钻井过程中发挥着极其重要的作用,现场更多关注的是其导向能力,对它的工作状态平稳性没有严格要求。为防止RSBHA的剧烈振动和失效事故,建立了RSBHA的动力学模型,运用有限元法分别计算分析了不同结构、不同转速、不同钻压条件下的底部钻具组合的动力学特性,求得了动态位移和动态弯曲应力。结果显示:合理安放稳定器能够有效地减弱RSBHA的横向振动,降低其动态弯曲应力;转速对RSBHA的动态弯曲应力影响很大,当转速为100 r/min时应力水平最低,180 r/min时应力水平最高;带旋转导向的钻具组合结构合理时,增大钻压时,其横向位移变化较小,动态弯曲应力分布比较合理。该结果为进一步研究RSBHA提供了理论依据。     

控压钻井井底压力控制方案研究及其应用

窄钻井液密度窗口极易造成漏、喷、塌、卡等钻井复杂情况,尤其是当钻遇窄钻井液密度窗口泥页岩井段时,水化膨胀作用导致安全钻井问题变得更加复杂。安全钻井液密度窗口的准确建立以及井底压力的精确控制,是窄钻井液密度窗口地层安全、快速钻井的关键。为此,研究了一套窄钻井液密度窗口地层安全钻井井底压力精确控制方法。该方法以精细地应力场及泥页岩水化特性研究为基础,通过安全钻井液密度窗口、泥页岩坍塌周期以及钻井液当量循环密度分析,优选合理的安全钻井井底压力;并针对砂岩、泥页岩地层的不同特性,分别制定相应的井底压力控制方案,实现安全钻进。研究成果可用于指导控制压力钻井井底压力控制方案的设计施工。     

冲击回转碎岩机理研究

地下岩体中,天然地存在有许多微观裂纹与节理。在钻头的冲击回转合作用中,冲击使近钻头的岩石发生裂纹断裂、破碎,形成破碎小坑;使远离钻头的岩石中的微观裂纹扩展、连通、甚至断裂;在离钻头更远区域,使岩石产生新的微观裂纹。回转使冲击产生的破碎小坑沿圆周方向扩大;并使钻头上的金刚石颗粒换位。在回转冲击的联合作用下,岩石中的裂纹不断产生、扩展、断裂,从而达到高速碎岩的目的。本文简单回顾了冲击破碎岩石理论的发展,并着重从与冲击回转钻井技术密切相关的角度从数量关系上介绍了裂纹的萌生和扩展。更分别介绍了冲击作用和回转作用分别对岩石中裂纹的萌生与扩展的影响。     

气体钻井地层剪切应力井斜规律研究

气体钻井时因没有围压,地层的各向异性指数变化较大,使得地层造斜率与钻井液钻井时的地层造斜率有所不同.为了更好地理解气体钻井井斜规律,利用有限元理论,建立了不同钻井方式下的岩石力学模型,在考虑不同地层倾角和不同循环介质影响的基础上进行井底岩石剪切应力计算,分析出气体钻井井斜规律.计算结果表明:在相同的工程和地质条件下,气体钻井时地层造斜力远大于钻井液钻井的几率约为35%,气体钻井更易发生井斜,而小于或等于30.地层倾角钻井时井眼轨迹偏向垂直于地层倾斜面的方向;45.地层倾角钻井时井斜趋势不明显;大于或等于60.地层倾角钻井时井眼轨迹偏向平行于地层倾斜面的方向.     

非常规水平井多段钻塞完井工艺在河南油田泌页HF1井的应用

河南油田泌页HF1井是部署在南襄盆地泌阳凹陷深凹区的一口以主探页岩油为目的的水平预探井。介绍了该井在钻桥塞施工中,如何选定钻桥塞完井方案(包括:钻塞施工泵压的确定、钻塞施工钻压的确定、钻塞施工时液体的选择、钻桥塞工具组合)及钻塞施工的详细步骤。通过选择带压施工装置,配套钻桥塞工具,设定施工参数,历时4d,仅用1只钻头就实现了在1042m水平段,钻桥塞14个,冲砂钻进达170.93m,开创了非常规钻桥塞的新记录。     

火山岩气藏体积压裂多裂缝协同效应及控制机理

松辽盆地火山岩油气储藏进行水力压裂施工时出现的一些工程问题,如近井砂堵,支撑剂不能进入地层的现象等,主因是该储层存在天然裂缝。天然裂缝分布的复杂性及发育程度极大影响了地应力场的分布格局,同时改变了人工裂缝起裂及延伸机理,使该类油气藏的开采增加了很大的难度。文中探索和研究了火山岩气藏岩体天然裂缝对体积压裂人工裂缝协同效应规律及控制机理,建立了火山岩本体起裂应力状态方程及张性破裂与剪切起裂判断的模型,分析了水力裂缝延伸扩展和转向扩展形态。室内实验测试和现场实践应用取得了理想的效果,可为火山岩气藏水力压裂参数优化设计提供参考。     

库车坳陷吐北1 井区古流体演化过程

塔里木盆地库车坳陷吐北地区受膏盐岩和断层的综合影响,其流体的历史演化过程复杂,但过去对此研究较少,制约了对该区油气分布规律的认识。为此, 对吐北1 井区的储集层进行了流体包裹体分析和定量颗粒荧光分析,并结合构造演化史、埋藏史、热演化史和生烃史恢复了该区的古流体演化过程。研究结果认为,该区经历了2 期油气充注：①第一期为中新世-上新世康村组（N_1-2k）早中期（距今16 ～ 9 Ma）原油充注,对应的包裹体荧光呈黄色、黄白色,各层段的定量颗粒荧光（QGF）指数均大于4,表明储层早期的确存在古油藏;而后期由于膏盐岩被断层切穿使得早期流体逸散,形成储层中的残余沥青,现今的储层表面吸附烃的三维全息扫描荧光光谱普遍显示单峰,也证明早期原油逸散。②第二期为上新世库车组（N₂k）沉积晚期（距今3 Ma）天然气和轻质油充注,对应的包裹体为赋存于石英颗粒边缘的蓝色荧光包裹体以及黑色气态烃包裹体;该时期膏盐岩盖层埋深加大,强烈的塑性流动恢复了盖层的封盖能力,同时喜马拉雅造山运动使得圈闭剧烈隆升,聚集了大量的天然气和少量的轻质油。