气体钻井井壁稳定性分析

首先分析了用钻井液钻井时钻井液与地层的相互作用，并以多孔介质传导、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为基础，建立起钻井液滤液在井周地层中的渗透运移规律和水化应力与地层强度随时间变化的规律，对地层应力应变状态受钻井液的影响进行定量化分析。并将用于校正后由测井资料得到的围岩强度性质及应力状态，从而得到气体钻井条件下井周地层的强度性质及应力状态。最后选择适当的强度准则，形成气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以七里北1井的测井资料为基础，运用该模型系统分析了七北101井气体钻井井段的井壁稳定性，其结果与该井钻井实际情况一致，表明该模型系统是准确、可靠的。     

气体钻井环空岩屑颗粒碰撞对井壁稳定性的影响

在气体钻井条件下,井壁失稳的可能性更大,其原因之一是由高速上返的气流携带的岩屑与井壁碰撞所引起的.在流体力学基础上,对气体钻井流体环空流动做了一定的简化,建立了气体钻井流体环空流动模型,推导出了固相颗粒在环空中的理论最大速度;建立了环空固相颗粒碰撞模型,得到了环空岩屑颗粒碰撞的最大剪切应力和最大静摩擦力;将由原地应力产生的应力与环空岩屑碰撞产生的最大剪切应力叠加而求得了井周应力,运用Mohr-Coulomb强度准则分析了气体钻井过程中井壁的稳定性.研究结果对选用气体钻井应用井段和预测井壁岩石的稳定性具有一定的指导意义.     

一种考虑合理井筒破损的气体钻井井壁力学稳定性分析方法

在非均匀地应力作用下,井眼钻成后在井周发生应力重分布,井壁容易在最小主应力方位发生井壁垮塌,最大主应力方位发生破裂以达到自然释放井周应力集中的目的。文章结合这种井筒自然的合理破损的工程现象,考虑工程允许的井筒破损时的应力环境,基于井径特征分析、测井资料分析及力学稳定性理论,发展了一种
任意井斜条件下的考虑合理井壁破损的气体钻井井壁力学稳定性分析模型。分析结果表明,这种方法力学原理明确,建立的模型准确可靠,应用简单,且与实际情况更为吻合,克服了传统完整井筒极限平衡条件下的井壁力学稳定性分析的建议井段远低于气体钻井实际实施井段的问题,为气体钻井的井壁力学稳定性分析提供有效的基础参考。     

气体快速钻井井壁失稳研究

随着气体快速钻井试验应用区域的进一步拓展和面临地质对象的日益复杂,地层产水、产气、产油等复杂条件下的井壁失稳问题已成为制约其进一步发展应用的瓶颈难题.为此,探讨了复杂条件下气体钻井井壁失稳机理、一般评价方法与模拟实际工况的特殊评价方法,并提出了应对复杂条件下气体钻井井壁失稳问题的技术思路.结果表明,气体钻井井壁失稳机理主要包括由于缺乏足够井筒流体压力支撑引起的力学失稳,地层产水、产油、雾化、钻井液转换过程中的力学-化学耦合失稳,钻遇产层段的岩石崩爆与相邻泥岩动力学失稳等;原地岩石力学性质、地应力状态与力学-化学耦合作用规律是气体钻井井壁稳定评价的重点,同时需要尽可能模拟实际复杂工况条件下对井壁稳定性的影响;对于存在严重力学失稳现象的地层应通过气体钻井选层加以规避,更为高效、能够适应气体钻井复杂工况的井壁稳定处理剂与处理工艺是亟待攻关的方向,同时气体钻井条件下的流体预测与随钻流体封堵技术值得研究.     

气体钻井转换钻井液井壁稳定技术

气体钻井可以提高机械钻速、预防井漏,川东北地区上部陆相地层采用该技术钻进,加快了施工速度,大大缩短了钻井周期.但在气体钻井结束,转换为钻井液钻进后经常出现井壁失稳问题.分析了川东北地区气液转换过程中井壁失稳的原因,主要是该地区复杂的地质特点、干燥井壁吸水和钻井液冲刷.针对干燥井壁吸水,提出以润湿反转剂作为前置液的技术措施;针对该地区的地质特点和钻井液冲刷制定了符合川东北地质特点的气液转换施工工艺.在P204-2井和其他井的应用结果表明,以润湿反转剂作为前置液的技术措施和制定的气液转换施工工艺能减少由气液转换井壁失稳造成的井下复杂情况,避免恶性钻井事故的发生.     

空气泡沫钻井流体井壁稳定性研究

针对空气钻井中遇到地层大量出水时无法钻进、需转化为空气泡沫钻井的情况,优选出了有利于空气泡沫流体钻井时井壁稳定的处理剂GXG、AP-1和WJ-3,形成了一套具有良好井壁稳定性能的空气泡沫钻井流体配方,对该泡沫流体的抑制性、井壁稳定性等性能进行了评价。结果表明,所研究的空气泡沫钻井流体具有强抑制性,页岩回收率达97.4%,页岩膨胀量较清水降低67.1%。该空气泡沫钻井流体能使泡沫在井壁上形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌,井壁稳定效果良好。     

地层出气对气体钻井井壁稳定性影响规律研究

针对气体钻井在实际试验应用过程中暴露出的井眼失稳问题，特别是异常高压地层大量出气后，井壁的稳定性问题，从分析气体钻井井壁岩石力学特征着手，建立了气体钻井过程中地层大量出气条件下井壁稳定性的评价计算方法；并结合实际工程地质特征，从孔隙压力变化对井眼失稳的影响、垂向应力变化诱导井眼失稳、临界出气量和地层压力系数的影响以及钻后分析评价等方面，对川西特殊复杂地层出气情况下气体钻井井壁的稳定性进行了定量评价，评价结果与现场施工情况基本吻合。     

利用超声波预测井壁岩石力学参数

介绍了井壁力学稳定性分析中利用超声波技术预测井壁岩石强度参数的原理及模型。岩石强度预测模型包括动静弹性模量、波松比、单轴抗拉和抗压强度、岩石内聚力、岩石内摩擦角等参数与超声波速度之间的关系。用人造饱和盐水泥岩岩心以及井下泥岩岩心进行了超声波测定和单轴抗压强度试验。结果表明,超声波测定资料和模型能较好地预测井下岩石强度参数,为井壁力学稳定性分析提供依据。     

雾化空气钻井井壁稳定性的实验研究

井壁稳定问题严重干扰着雾化空气钻井工艺的实施和推广。利用雾化空气钻井模拟实验装置,研究了风速、雾化液性质、雾化液在空气中的浓度对井壁稳定性的影响。试验发现,雾化液性质及其在空气中的浓度是决定井壁稳定与否的主要因素,保证井壁稳定的根本途径是防止机械强度大幅度降低及添加剂能在井壁表面形成致密的保护膜以阻止雾化液向地层的渗透,高速气流在干空气钻井中对井壁稳定性的影响较小,在雾化空气钻井中对井壁有一定的剪切冲蚀作用。     

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。     

气体钻井地层出水定量预测技术

钻前对水层的准确预测是气体钻井顺利实施的一个难题,需要解决以下几个问题:地层流体类型的判断、地层物性的解释、地层压力的解释和出水量的计算.提出利用深浅双侧向电阻率测井等来判断地层的流体类型,利用声波、密度、中子测井来解释出水地层的孔隙度,结合束缚水饱和度的解释进一步解释地层的渗透率,通过建立正常地层压实趋势线的方法来预测地层压力,最后结合渗流力学的产量公式实现对出水的定量预测.玉门青西地区和长庆苏里格地区的应用表明,采用该预测技术预测的结果和现场实际情况吻合,说明该预测技术具有较高的工程应用价值.     

深层产水气井井筒压力预测研究

井筒压力计算是气井动态分析的重要内容,川西须二段气藏深层气井具备高温、高压、产地层水的生产特征,井筒压力的预测是该气藏动态分析急需解决的难题之一。为此,采用5种常用的气液两相管流模型,对川西气田须二段气藏6口气井进行了9井次的井筒压力计算,并将结果与生产测井的实际资料进行了对比分析。结果表明,常用的H-B模型和M-B模型具有较高的预测精度,基本能满足现场工程计算的需要,在低水气比条件下,H-B模型具有更高的计算精度,在高水气比条件下,M-B模型具有更高的计算精度。     

非水化地层微量出水后气体钻井最小注气量理论研究

气体钻井过程中,当钻遇水层时,地层出水容易造成岩屑聚并,影响井眼净化效果,严重时会导致施工无法正常进行,因此地层出水是限制气体钻井应用范围的最大障碍之一。当地层微量出水时,可采用增大气体注入量的方法继续钻进,而计算增加多少气体注入量是关键。前人只研究了地层大量出水条件下,地层出水量与注气量的关系。为此,在前人研究的基础上,对气体钻井过程中地层微量出水时的携岩基本规律和有关理论进行了研究,并对气体钻井过程中最小气体注入量模型进行了分析和修正,从而推导出了确定地层微量出水时气体钻井所需最小注气量的计算公式,以方便现场计算地层微量出水时所需的最小注气量,指导气体钻井安全顺利进行,以达到提高钻井速度、节约钻井成本的目的。      

Experimental Study on Enhancing Wellbore Stability of Coal Measures Formation with Surfactant Drilling Fluid

Chemistry and Technology of Fuels and Oils - The phenomenon of self-cleavage of coal and rocks leads to poor continuity and a high degree of heterogeneity of the coal-rock matrix, causing the...     

充气钻井井筒流动稳定性研究

以气液两相流理论为基础，分析了充气钻井的井筒压力分布问题。针对井筒压力分布对井眼尺寸的敏感性，给出了注气量计算方法。对井底压力和注气压力随井眼尺寸变化的情况进行了分析，给出了注气量与井筒压力分布的关系，并对其变化情况进行了解释。在满足携岩的前提下，大井眼所需的注气量与小井眼之间存在差别，同时指出了采用复合式井眼进行充气钻井的优势。所得结论对指导和实施欠平衡钻井作业和研究具有一定的理论参考价值。     

川西低渗透气藏气体钻井井壁稳定性评价方法

川西低渗透气藏采用气体钻井技术钻进时,致密砂岩井段井下垮塌频繁,为给制定防塌技术措施提供依据,在分析非达西渗流、储层敏感性对孔隙压力影响,计算气层产气时径向拖曳力的基础上,分析了径向拖曳力影响下井周的有效应力场,利用川西X3井实钻数据分析了气体钻井井壁垮塌的机理,并与摩尔库伦准则和拉伸破坏模型相结合,提出了适用于川西低渗透气藏气体钻井的井壁稳定性评价方法。川西低渗透气藏气体钻井井壁垮塌机理为:低渗透储层中高速非达西渗流和气体产出时产生的径向拖曳力使坍塌压力升高,井壁稳定性变差,同时在径向拖曳力作用下先发生拉伸破坏,随后地层压力降低进而发生剪切破坏,出现垮塌。利用低渗透气藏气体钻井井壁稳定性评价方法评价了X3井低渗透储层的井壁稳定性,评价结果与实钻情况相符,说明采用该评价方法可以评价川西低渗透气藏气体钻井时的井壁稳定性,能够为川西低渗透气藏气体钻井制定防塌技术措施提供指导。      

超临界CO2钻井井筒水合物形成区域预测

为了保证超临界CO2钻井安全并快速钻进,需要解决井筒内水合物生成的问题。为此,在分析水合物形成机理的基础上,建立了超临界CO2钻井井筒水合物形成区域预测模型,并给出了模型的定解条件和数值求解方法。通过设计算例进行了计算分析,结果表明:环空内水合物形成区域的临界井深,随注入温度或水合物抑制剂加量增大呈二次多项式非线性下降;随井口回压增大先呈对数函数增大、后呈二次多项式关系增大,增大的幅度逐渐变小。分析结果可为超临界CO2钻井防治水合物形成提供理论参考。      

大牛地气田煤岩地层井壁稳定性研究方法

针对煤层气井井壁失稳的研究大多基于连续介质力学的方法,很少从流固耦合角度进行研究。鉴于此,通过对煤样进行单轴和3轴抗压强度试验研究煤岩的力学特性,得出煤岩破坏符合Coulmob强度准则的结论,并据此建立流固耦合模型,得出了最小破坏程度时的钻井液密度,并发现维持井壁破坏程度最小的钻井液密度随着井斜角的增大而增大,并在实际工程中采用推荐的钻井液密度,验证了Coulmob强度准则基础上的流固耦合分析方法的有效性。     

顺北油气田深部破碎性地层井壁失稳机理及对策研究

顺北油气田多口探井在奥陶系碳酸盐岩地层钻遇破碎带,井壁失稳严重,已成为制约顺北油气田安全建井的突出问题。文章在综合分析顺北奥陶系破碎性碳酸盐岩地层井壁失稳类型及理化特性、裂缝面物理—力学特性和岩石力学实验的基础上,提出了井壁稳定钻井液技术对策。研究发现,区域断裂带附近地应力方向复杂,地应力差大;地层天然多尺度裂缝发育、破碎程度大、岩体等效强度较低;钻井液易沿天然裂缝侵入地层,钻井液-裂缝面水岩作用造成缝面粗糙度减小、摩擦系数降低,易诱发地层沿裂缝面失稳,是深部破碎性地层井壁失稳的主要机理。明确“合理密度支撑+钻井液刚柔并济多级配封堵”,配合使用“耐高温随钻/段塞固壁剂”是顺北油气田深部破碎性地层稳定的井壁钻井液技术对策。研究成果对促进深部破碎性地层安全高效钻井具有重要借鉴意义。