盐膏层造斜井段井眼缩径及套管外载数值模拟

盐膏层是油气成藏的良好盖层,塔里木盆地多个大型油气藏都属于巨厚盐下油气藏,为了提高单井产能,决定采用定向井和水平井来开发盐下油气藏。由于盐膏层距离产层较近,需要在盐膏层进行造斜。造斜井段盐膏层井眼的缩径规律及其对套管外载的影响国内外鲜有报道。应用有限元方法建立了造斜井段砂岩和盐膏岩地层、水泥环及套管耦合的三维力学模型,以塔里木羊塔克区块岩石力学测试成果为基础,研究得到造斜段井斜和方位对井眼缩径及套管外载的影响规律。该研究成果成功应用于塔里木巨厚盐下定向井、水平井轨迹设计,钻遇盐膏层泥浆密度的确定和井身结构设计,为塔里木盐膏层钻井、完井施工提供了重要的理论参考。     

深井蠕变地层钻井液密度优化技术

深部地层盐岩钻井是钻井工程中的重大技术难题之一。由于盐岩性能的特殊性,当钻开井眼后盐岩蠕变,常造成井眼失稳、卡钻、固井后挤毁套管等事故,给钻井带来重大经济损失。结合山东胜科1井钻井工程,对深部地层盐岩及软泥岩等岩层的蠕变速率进行测试,采用三维数值模拟方法获得了盐岩及软泥岩的蠕变参数。并通过所获得的蠕变参数,对胜利油田东营区块盐岩及软泥岩井眼不同深度、不同钻井液密度下地层的蠕变速率进行了分析,获得了盐岩及软泥岩井眼许可钻井液密度。研究成果可以为钻井工程钻井液密度选用提供指导意义。     

伊拉克哈法亚油田高压盐膏层安全钻井技术

盐膏层钻井是当前钻井技术的难题之一,钻井施工中存在盐膏层及软泥岩层安全钻进难度大、井身质量控制困难和卡钻几率较大等问题。本文针对伊拉克哈法亚油田的地层条件：改变了盐膏层段套管坐封点,使套管漏封漏失状况得到有效控制;将定向轨迹井斜角由71.29°优化为29.48°,避开了易形成岩屑床井段,有效控制定向段卡钻,提高施工效率23%;确定哈法亚油田软泥岩缩径周期为48 h左右。根据缩径规律开展钻井,有效减少了钻头泥包和泥环的形成。确定了依据石膏岩、盐岩含量变化控制饱和盐水钻井液密度的原则,形成了控制饱和盐水钻井液黏度的现场维护技术措施。     

川东气田盐岩、膏盐岩蠕变特性试验研究

对川东气田盐岩、膏盐岩进行了矿物组分测定,采用TAW-1000深水孔隙压力伺服试验系统进行了蠕变试验,分析了固有的矿物组分及偏应力、温度、围压对蠕变的影响,结合蠕变曲线和岩石参数,提出了稳态蠕变速率本构方程。研究表明：川东气田盐岩、膏盐岩矿物组分以NaCl、CaSO4为主,其中NaCl含量最高可达93%以上;岩石固有的矿物组分是影响岩石蠕变特性的内因,随NaCl含量增加,瞬态蠕变、稳态蠕变速率相应增大;随偏应力、温度的增加稳态蠕变速率增大,围压对其影响不大;通过试验数据拟合得出赫德（Heard）蠕变本构方程中的参数,求出不同偏应力、温度下盐岩、膏盐岩的稳态蠕变速率,为川东气田盐岩、膏盐岩地层安全钻进泥浆密度窗口计算和套管非正常变形分析提供了理论依据。     

对非开挖钻孔缩径抱管问题的分析探讨

水平定向钻进非开挖铺管的回拖阻力异常增大往往是钻孔缩径抱管所造成.分析了影响缩径抱管应力的因素:主要是孔内泥浆压力与地应力之差、土层的弹性模量、蠕变性、时间和泥浆失水量;籍此建立了"零失水"状况下计算抱管应力的经验公式,并对泥浆失水造成的影响做了探讨;从综合控制孔内泥浆压力、采用强降失水泥浆体系、紧凑施工作业时间、提高泥浆的润滑性等方面提出了降低抱管阻力的措施.     

石油钻井工程中岩层蠕变速率及蠕变参数分析

石油勘探开发工程中,盐膏岩层及含膏泥岩由于具有较低的渗透特性,往往是大型油气藏的封闭层。由于盐层具有较大的流变特性,盐层钻井技术成为钻井工程中的重大技术难题。通过对某一勘探井盐岩层及含膏泥岩井眼不同时间间隔下的井眼测试,获得了井眼地层盐岩及软泥岩等岩层的蠕变速率。采用幂指数流变本构模型对盐岩及软泥岩的蠕变速率进行了分析,通过反演获得了该地质区块盐岩及软泥岩的蠕变参数。该参数能进一步用于对盐岩钻井过程中钻井液密度的优化分析中。     

平顶山盐田互层状盐岩蠕变特性与试验模型研究

地下盐穴储气库围岩变形机理是地质可储性的关键问题。针对平顶山盐田盐层薄、夹层多以及埋藏深等特征,分别采集了纯盐岩、互层状盐岩、泥岩夹层三种岩石试样,进行了不同应力水平下的单轴和三轴压缩蠕变试验。蠕变试验结果表明,单轴和三轴状态下三种试样的蠕变均呈现初始蠕变和稳态蠕变两个阶段,互层状盐岩的初始蠕变时间相对较长,稳态蠕变率处于盐岩和泥岩之间,其变形主要由盐岩层贡献,同时层间变形的不协调导致互层状盐岩在稳态蠕变阶段出现泥岩夹层的颈缩内陷和盐岩层的膨胀外突破坏现象。根据互层状盐岩的蠕变特征,建立起蠕变模型,并根据试验数据拟合出模型参数。分析结果表明,理论模型和试验数据吻合较好,拟合参数完全佐证了上述互层状盐岩的蠕变特殊性,为盐田安全建立地下储气库提供一定的参考依据。     

抑制性泥浆在新疆淖毛湖煤田东部勘查区中的应用

新疆淖毛湖煤田东部勘查区,煤系地层多为灰色、淡黄色砾岩、砂岩,泥岩,泥岩与砂砾岩互层,泥岩夹煤层、煤线等,其中泥岩、泥岩与砂砾岩互层地层水敏性强,胶结性差,在钻进过程中易造成水化膨胀、缩径、坍塌等问题,护壁困难。针对该矿区的地层特征,采用抑制性无固相和低固相泥浆钻进,成功地维持了孔壁稳定,高效、安全地完成了钻孔,为今后施工类似钻孔取得了宝贵经验。     

PGS饱和盐水泥浆在钻井生产中的应用

预胶化淀粉(PGS)具有强降失水性能。用PGS配制的饱和盐水泥浆性能稳定,在钻井过程中形成的泥皮薄而致密。这种泥浆能抑制粘土水化膨胀,防止井壁坍塌,而且抗Ca2+、Mg2+污染的效果好。在生产试验中发现,PGS饱和盐水泥浆尤其适用于钻进高盐高钙地层,如岩盐层、石膏层、芒硝层。维护这种泥浆的关键是维持盐饱和、控制无用固相含量、净化泥浆、保持pH值在9~11。PGS饱和盐水泥浆配方简单,成本低廉,使用方便,在生产中具有广泛的推广应用价值。      

层状盐岩蠕变变形相互作用研究

考虑泥岩夹层和盐岩的弹性性质和稳态蠕变性质,通过数值试验方法计算层状复合盐岩体在单轴和低围压三轴荷载作用下蠕变变形过程中力学相互作用和变形时效规律,分析泥岩夹层和盐岩层因蠕变率不匹配对层状盐岩蠕变的影响,初步讨论了层状复合岩体的复合材料研究方法。结果表明,层状盐岩中泥岩夹层与盐岩因弹性参数不匹配产生的初始应力集中在蠕变过程中发生松弛,因泥岩夹层与盐岩层蠕变率不匹配导致两者之间应力重分布,泥岩夹层对盐岩层的蠕变有明显抑制作用。这些分析体现了层状盐岩蠕变过程的非线性性质,为建立层状盐岩体合理本构模型奠定了基础。     

柴达木盆地深层钾盐察ZK02孔施工工艺

柴达木盆地察汗斯拉图矿区蕴藏着极为丰富的钾盐类矿产资源。钾盐察ZK02孔设计1500 m,钻遇地层为新近系盐湖相沉积地层。在钻进过程中易产生缩径、造浆、掉块、坍塌等现象,钻遇盐岩层或含钙、镁离子盐水入侵时,钻井液性能易发生变化,给钻探施工带了困难。根据盐矿钻孔地质条件和技术要求,设计3级口径的钻孔结构。在施工中,针对巨厚层砂砾碎屑岩的特点,选择加重卤水钻井液护壁,起到了安全护壁效果,并采用研制的卤水钻井液混合搅拌器,提高了配浆速度,保证了钻井液性能和质量。卤水钻井液和卤水钻井液混合搅拌器的使用,为柴达木盆地深层卤水钾盐矿区的钻探施工探索出了快速配制钻井液提供了借鉴。     

钻井液流态对孔壁稳定性的影响

沉积地层中孔壁的稳定性与钻井液流态有着密切关系。结合河南叶舞凹陷盆地2 386 m盐矿钻探工程,采用不同的泵量和上返流速在不同孔段进行了钻探试验。试验和理论计算表明:在水敏性地层（黏土、泥岩、砂质泥岩等）浅层岩石孔隙率和塑性指数较高时,在钻井液层流流态情况下,主要以缩径为主,最大缩径率达26.6%;中部和深部同等地层,在紊流流态情况下,缩径和超径同时存在。其中,随着孔深的增加,缩径率呈减小趋势,超径率则有增大趋势,泥岩地层最大超径率达157.4%,盐岩地层超径率高达225.7%。      

大位移井的井壁稳定力学分析

从井壁稳定的力学机理出发,分析大位移井周的应力分布规律,建立大位移井井壁稳定的力学模型,并据此编制了Windows环境下的井壁稳定分析软件,形成一个方便工程问题分析的集成环境,利用该软件分析了影响井壁稳定性的因素,提出了大位移井钻井的最优井斜方位和安全泥浆密度的选择方法。      

温压耦合影响下科学钻探深井结晶岩层井壁稳定性分析

科学钻探深井结晶岩处在高地应力、高地层压力和高地温的“三高”环境中,自身的结构特征和物化特性会发生根本性变化,因温度变化引起的应力变化极易导致井壁失稳。本文依据温压耦合影响下坍塌压力和破裂压力计算模式,确定不同井壁温度下的安全钻井液密度窗口,通过FLAC3D开展温压耦合影响下井壁稳定数值模拟,分析在不同钻井液密度下井眼打开后不同时间的井壁周边温度和井壁稳定变化情况。结果表明：地层弹性参数对地层破裂压力的影响较大,对于花岗岩此类弹性模量较大的结晶岩,温度变化对破裂压力影响更大;井壁处附加应力受温度变化的影响程度：附加周向应力>附加径向应力>附加垂向应力;在最小主应力方向的井壁周边地层等效应力与钻井液密度呈正比关系,在最大主应力方向呈反比关系。     

层理性地层钻井稳定性分析模型

针对钻井工程常遇的层理性地层,以应力张量坐标转换关系和井孔应力集中方程为基础,引入弱面剪切滑动和岩体Mogi-Coulomb双强度准则,建立了分析层理性地层井壁稳定性的模型。对含层理弱面的典型油气储层中钻井的合理钻井液密度和安全钻井方向进行研究,结果表明：层理面的存在加剧了井壁围岩的破坏,且改变了围岩破坏的位置;水平井坍塌压力随着钻井方向变化而连续性变化,其在特定钻井方向取得最小坍塌压力;斜井取得最小坍塌压力的方位与层理面在空间中并不垂直,空间中关于主平面对称的斜井破裂压力相同;既可获得较大钻井液安全压力窗口又可取得较小坍塌压力的方向为优选钻井方向,在钻井液压力窗口变化大的倾向上钻井需严格控制钻井轨迹曲线。