深水海底天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定预测研究

以南海北部神狐海域天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定为背景,对深水浅覆盖层钻井井壁稳定预测模型,南海沉积物物理、力学参数,以及神狐海域天然气水合物储集地层井壁稳定的研究现状进行分析和总结,探讨深水海底天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定预测的难点和拟解决的方法,为深水海底天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定预测提供支持。     

羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程井壁稳定性分析

基于三维快速拉格朗日有限差分法多孔介质流固耦合理论及弹塑性极限平衡理论,根据羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程QK-2井实钻资料,分析在渗流条件下井壁失稳机理,并对失稳段井壁稳定性进行了数值模拟分析,研究在不同钻井液密度下井径周围围岩应力分布和井眼坍塌或拉裂变形规律,为羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程确定地层不坍塌（不缩径）、不压漏的钻井液安全密度窗口,以便为钻井井身结构设计及合理钻井液密度的确定提供依据。     

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月—2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。     

南海神狐海域天然气水合物地球物理测井评价

我国南海北部神狐海域的天然气水合物钻探过程中采用电缆测井来识别水合物储层,使用了自然伽马、电阻率、密度、声波全波列、井温—井方位、井径及中子等7种测井仪器,测量的参数主要包括地层的自然放射性、深(浅)探测电阻率、密度、纵波速度、温度、井径、长(短)源距中子计数率及井眼方位,这些参数对于确定天然气水合物的赋存位置起到非常重要的作用。详细介绍了神狐海域天然气水合物测井的工作方法和基本步骤,参照国外相关分析,针对其中某站位钻孔ZK1的地层孔隙度及天然气水合物饱和度进行初步评价。结果表明密度测井和电阻率测井两种方法求出的地层孔隙度的一致性较好,而计算的天然气水合物饱和度值则高于孔隙水淡化分析得到的值,因此尚需结合研究区岩心分析数据来提高解释精度。研究结果对未来我国的天然气水合物测井评价具有指导意义。     

RMR技术在海域天然气水合物钻探中的适应性分析

深水表层天然气水合物沉积体埋藏浅、地层软、未固结,泥浆密度窗口窄,使用常规隔水管泥浆循环钻进钻遇水合物分解会引起井周孔隙压力及储层水合物饱和度发生变化,导致水合物储层泥浆密度窗口更窄,引发井壁以及井口失稳等问题,并且时间长、成本高。文章介绍了无隔水管泥浆回收(RMR)技术原理,对该技术在深水表层海域天然气水合物钻探中的适应性进行了分析。结果表明,RMR技术利用双梯度原理,能有效解决目前深水表层钻井窄密度窗口难题;实时监控系统提高遇险机动性,严防硫化氢等气体发生泄漏;能够简化井身结构,缩短建井周期,降低建井成本;同时对海洋零排放,安全环保。     

伊拉克艾哈代布油田AD205H井钻井液技术

AD205H井是伊拉克艾哈代布油田的首口简化三开水平井,上部水敏泥岩易分散造浆、缩径,中部存在高压盐水层、燧石结核地层,储层灰岩含量高,从而增加了施工周期,制约了该区水平井发展步伐。针对上述钻井难点,开展了钻井液抑制性、抗温性、抗盐性、抗污染评价试验,研制了混油聚磺钻井液体系。现场应用表明,聚磺钻井液体系抗污染能力强,施工过程中性能稳定。对于上部水敏性泥浆有很强的抑制作用,对于下部易渗漏的灰岩地层有很好的封堵作用,减少了井下复杂事故的出现。此井为该地区简化井身结构第一口井,低密度优质钻井液保证了该井的顺利施工,创造了该油田钻井施工的多项纪录。     

钻井液侵入含天然气水合物地层的机理与特征分析

海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水合物分解是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。分析了天然气水合物在多孔介质中的分解特性,指出了多孔介质中天然气水合物分解的影响因素,通过钻井液侵入含天然气水合物地层与侵入常规油气地层的比较,提出了借鉴天然气水合物开采渗流模型建立钻井液侵入数值模型的思路。     

海底天然气水合物钻井液性能

在分析了海底天然气水合物地层钻井液特点的基础上,为获得确保在水合物地层安全钻进的钻井液,利用"天然气水合物微钻模拟实验系统"对部分钻井液处理剂及聚合醇无粘土海水钻井液进行了水合物抑制性实验和低温流变测试。提出了应合理选择钻井液处理剂,确保钻井液具有良好的低温性能和有效抑制水合物生成的能力。     

海洋天然气水合物分解抑制实验

在海洋含天然气水合物地层中钻进时,水合物的分解会导致井壁不稳定、钻井液性能降低和管道内生成水合物塞等一系列问题,对安全钻井作业造成了很大风险。采取适合于海洋天然气水合物地层钻井的钻井液,最大限度控制水合物的分解是解决天然气水合物安全钻井的关键。本文采用了课题组研制的一套天然气水合物钻井模拟实验系统,利用此实验系统在不同温度压力条件下人工合成水合物样品,然后加入配置的一种稀硅酸盐钻井液,考察了水合物样品在不同分解条件下(加热、降压)的分解情况进行了对比和分析研究,结果表明此钻井液配方具有良好的抑制水合物分解的能力,能够应用于海洋水合物地层钻井。     

四川盆地及周缘页岩气水平井钻井面临的挑战与技术对策

中国石化近几年在四川盆地及周缘页岩气勘探开发取得了重要进展。但该地区页岩气水平井钻井速度低、钻井周期长、成本高、成井质量不高,严重影响了该地区页岩气商业化勘探开发进程。系统总结了四川盆地及周缘的涪陵大安寨、涪陵龙马溪、彭水和建南等地区页岩气水平井钻井面临的主要问题：浅部地层出水空气钻井受限、定向段井眼尺寸大机械钻速低、井漏频繁、气体钻井易井斜以及水平段油基钻井液固井质量差。针对上述问题,从浅层水控制措施、泡沫定向钻井技术试验、井漏的预防与处理、空气钻井防斜打直工具研发、页岩气水平井固井对策以及“井工厂”钻井作业模式攻关与应用等6个方面提出了应对技术措施,为页岩气钻井技术攻关和现场施工提供了借鉴与参考。     

钻孔电磁波透视井斜的影响及校正的方法

在电磁波透视中,测量和资料的处理通常均按直孔或在纵向同一剖面的斜孔来考虑,而实际上钻孔一般是纵向二维变化的斜孔,孔间距离R存在着不确定性,这一因素对测量结果、正常场的求取及相关参数的计算都产生较大的影响。本文就其影响进行了分析和讨论,并给出了校正R的计算公式、孔间距离的计算模式乃至正常场相关参数的计算求取方法等。     

煤矿井下保直钻进技术现状及展望

煤矿井下钻孔轨迹偏斜易导致治理盲区的出现,严重威胁煤矿安全高效开采。通过对导致钻孔偏斜的地质因素、技术因素和工艺因素的系统分析,得到了钻孔偏斜的根本原因。对现有保直技术的原理及其适用性进行了分析总结。钻孔保直是影响钻孔施工质量的因素,但目前钻孔保直技术或多或少都存在技术上的问题,不能在煤矿大范围推广使用,故在钻孔保直方面需要不断发展,研发出适用性强、易于现场实施的保直技术。应加强偏斜因素的深层次的研究、钻孔保直机具设备的研发等工作。     

钻孔应变观测现状与展望

钻孔形变观测是研究地壳运动的主要观测手段,同时在地震前兆观测中占有重要地位。本文介绍钻孔应变观测的特点,日本、美国等发达国家在钻孔应变观测开展的情况,目前中国在钻孔应变观测中采用的主要的观测设备、仪器特点,中国应变监测台网的分布,以及中国目前开展的深井地震综合观测系统。     

大口径工程井井身结构和成孔方法探讨

近年来,国家对矿井安全、职工健康、环境保护等方面越来越高度重视,大口径工程井已广泛应用于矿山企业瓦斯抽排、注浆堵水、输氮灭火、送冰降温、排水通风、抢险救援等领域。大口径工程井直径一般在?500~1500 mm、深度1000 m以浅。科学选择和设计井身结构和成孔方法,能最大限度地降低施工成本,提高钻进效率和钻孔的安全程度。     

井下超声波成像提取岩层节理产状信息

井下超声波电视能够提取工程勘察中岩层产状信息并完成井眼岩层3维（3D）信息图。在某地下石油储备库的工程勘察中,完成7口井的超声波电视成像测井,以其中的钻孔ZK10为例,研究并分析了井下超声波电视成像所获取的结构面倾角和倾向、岩体完整性、结构面线密度、3D岩心图和井壁图以及节理极坐标图、节理方位频率图。统计分析结果表明：井下超声波电视技术可以对钻孔所揭露的岩体质量进行初级定量化分析,为区域稳定分析、工程岩体质量分级及工程设计提供有价值的基础数据,对提高工程勘察质量具有重要意义。     

各向异性岩石钻进用钻头和孔底装置的分析研究与探讨

钻探工程中可以遇到各种岩石。按物理力学性质来说,岩石可是均质（各向同性）和非均质（各向异性）的。多数情况下,在深孔钻进时,岩石可能受地质条件的影响,是各向异性的。各向异性岩石的特点之一是,不同受力方向上的强度不同,因此钻孔容易弯曲,直接影响钻探效率和质量。俄罗斯科研人员对各向异性岩石中钻进时使用的钻头和孔底装置进行了大量研究,取得了较好的效果,值得我们参考。     

地-井瞬变电磁井旁板状导体异常响应特征分析

在实际工作中,地-井瞬变电磁井旁盲矿的异常响应受多种因素影响,曲线特征复杂。为了研究井旁板状导体位置、埋深、产状等参数对地-井瞬变电磁异常响应的影响,这里通过数值模拟计算了四类39个理论模型,分析了板状导体倾角、埋深变化及其与钻孔距离、相对位置变化的异常响应,总结了响应特征与板体几何参数之间的内在联系规律,为定性或半定量解释井旁盲矿异常提供了依据。     

钻孔雷达在高放废物处置库场址评价中的应用--以北山1号孔为例

在甘肃北山1号孔中使用钻孔雷达系统进行“单孔反射法”测量,首次获得深达500 m的钻孔雷达数据。采用频率100 MHz的天线在该孔中探测到22个岩石裂隙面,侧向探测半径达20m。北山1号孔钻孔雷达测试的实践表明:钻孔雷达测量是了解岩体内部裂隙延伸和岩体完整性的有效手段,对高放废物处置库场址评价有重要意义。     

地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯数值试验与应用

为解决塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯低含量、高涌出的问题,同时为了弥补大型物理实验和现场试验成本高、操作难的缺点,根据该矿8101工作面所属区域煤层的地质和瓦斯赋存条件,确定了数值试验方案,对地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯的效果进行优化分析。基于煤岩（体）的孔隙特征,构建了含瓦斯煤岩（体）破裂过程气-固耦合和渗透率-损伤耦合数学本构模型。采用RFPA2D瓦斯分析版软件建立地面钻孔抽放瓦斯的数值计算模型,设置有关简化条件、边界条件和物性参数,通过数值试验得出：地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部比较合理;在综合考虑地面垂直钻孔投入成本和瓦斯抽采效果的基础上,确定地面垂直钻孔间距为50～60 m比较合理。同时,由8101工作面地面垂直钻孔抽采煤层瓦斯的实际应用效果分析可知,当地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部,且钻孔间距布置为50 m时,能够实现良好的瓦斯抽放效果,这也从一定程度上进一步验证了数值试验的合理性和可行性。     

Mesoscale numerical study on the evolution of borehole breakout in heterogeneous rocks

Inherent heterogeneity of a rock strongly affects its mechanical behavior. We numerically study the mechanisms governing the initiation, propagation, and ultimate pattern of borehole breakouts in heterogeneous rocks. A two-dimensional finite element model incorporating material heterogeneity is established to systematically examine the effects of several key factors on borehole failure, including borehole diameter, far-field stress, and rock heterogeneity. The inherent heterogeneity of a rock is explicitly characterized by prescribing the rock mechanical properties of mesoscale elements statistically obeying the Weibull distribution. Elastic damage mechanics is used to represent the constitutive law of the mesoscale element. We find that borehole diameter reduction remarkably changes the crack failure from tensile to shear and elevates the critical hydrostatic pressure. Far-field stress anisotropy strongly affects the shape of the borehole breakout. Rock heterogeneity dictates the location of the preferred crack under the hydrostatic stress, which leads to local stress concentration, and determines the types of breakouts around the borehole. Our findings facilitate in-depth understanding of the classic borehole stability problems in heterogeneous rocks.