水敏性泥页岩地层孔隙压力预测方法 研究

基于平衡压实理论的等效深度法、Eaton法是砂泥岩地层孔隙压力预测最为常用的方法之一,基于声波、密度、电阻率等测井曲线合理构建正常压实趋势线则是该类方法可靠、准确的基础与关键。但对水敏性泥岩而言,由于与水基钻井液长时间接触产生强烈的水化作用,导致测井数据不能准确反映地层的真实压实状况,从而导致地层孔隙压力测井预测难度大、精度低。鉴于此,在泥页岩组分特征测试分析基础上,实验研究了钻井液作用下水化对泥岩声波时差、电阻率以及密度的影响,进而建立了泥岩去水化方法及考虑水敏性泥岩水化作用的正常压实趋势构建方法,形成了适用于水敏性泥岩地层孔隙压力的预测方法。应用该方法对北部湾某区块部分井进行预测,与实测值吻合程度较好,具有实用性。     

水化对泥页岩地层“安全”钻井的影响

泥页岩地层与其它“惰性”岩石不同,当其与水基钻井液接触时,岩体强度、内部应力都将随钻井液类型及地层与钻井液的接触时间变化而变化,因此,一个有效的力学本构方程应该能够体现出发生在泥页岩地层中的力学和物理化学动态过程,Yew C H等在这一领域作了开创性工作;并引用Yew C H等提出的水化应力模型,计算分析了水化对水敏性泥页岩地层井周应力分布状态,地层坍塌应力和破裂应力的影响。     

页岩地层水基钻井液研究进展

开发能满足页岩长水平段钻井井壁稳定要求的钻井液是页岩地层安全钻井的一项关键技术。目前广泛采用的油基体系具有高成本、高污染的缺点。归纳了具有仿油基性能以及防塌防水化的各种新型水基钻井液,包括成膜钻井液(MEG钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液)与隔膜钻井液的防塌成膜机理及其优良特性和现场应用情况,新型纳米钻井液技术的研究进展。建议加强成膜机理的进一步研究,并提高该类钻井液的润滑性、防卡性及膜效率,开发适应具有时敏性的长段页岩钻井的防塌成膜处理剂,并加强在国外页岩气钻井中已实践的纳米钻井液的研究。     

泥页岩比表面积测定方法实验研究

粘土或泥页岩的比表面积与其膨胀压或水化趋势有函数关系,是表征泥页岩水化特性或粘土膨胀量的指标。目前,测定粘土或泥页岩比表面积的方法较多,本文选择了两种方法进行对比实验研究。结果表明, CST法是一种简便、省时且较为精确的方法。     

胜北构造泥页岩水敏性与井眼稳定性关系

为探求吐哈油田胜北构造粘土矿物水敏特性与井眼稳定性的关系，详细分析了Ｅｎｓｕｌｉｎ膨胀仪和ＣＳＴ分散仪使用中存在的问题，解释了泥页岩理化性评价中各参数的物理意义，提出了Ｍ５０００和Ｙ１５－Ｂ评价泥页岩的潜在膨胀和分散能力，以台参２井为例测试了泥页岩吸水膨胀和吸水分散的特性，研究表明在３０００ｍ以上，由九蒙混层矿的含量较高，地层压实弱，吸水膨胀和分散能力较大，水敏性强。在３０００－４０００ｍ井段，地     

深部泥页岩水化特性研究

石油工程深部泥页岩吸水量很小,但也易产生严重水化井塌。室内用X衍射仪分析深部泥页岩黏土矿物成分构成主体为伊蒙混层。常温压浸泡泥页岩块,蒸馏水浸泡后岩块强度迅速降低甚至破碎,饱和KCl溶液浸泡强度降低30%~40%,K+向岩块内部运移防止黏土矿物水化。扫描电镜观察深部泥页岩分布大量不规则微米级孔缝,自由水分子在毛管力作用下进入岩体内部,黏土胶结物溶解强度下降及高强度缝尖应力导致岩石微裂缝不断扩展发生破坏。现场钻井宜使用K+抑制黏土矿物水化,钻具提放及停开泵应平缓防止损伤井壁泥页岩体。     

泥页岩地层钻进封堵抑制型钻井液体系的研究

针对泥页岩地层钻进过程中的吸水膨胀引起的孔壁稳定问题,提出了采用超细惰性材料封堵泥页岩微细孔喉、降低渗透率,从而减缓水分侵入的思路。通过实验研究与微观分析相结合的方法开展了含超细惰性材料的封堵抑制型钻井液体系的研制。首先,结合常规实验与电子扫描电镜实验,探讨了超细惰性材料对基浆及聚合物钻井液体系流变性能及失水性能的影响,从微观角度分析了含超细惰性材料钻井液体系泥皮的微观形貌特征。在此基础上,通过不同配方钻井液体系的浸泡实验,研究了超细惰性材料对泥页岩吸水膨胀的封堵抑制性能。研究成果对于保障泥页岩地层的快速钻进具有重要意义,同时,在解决类似吸水膨胀地层的快速钻进方面也具有一定参考价值。     

钻井液类型对井壁稳定的影响实例与防塌机理分析

针对东海油气田N区块钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,通过梳理分析N5区块及周边构造三口探井地质条件、地层特性、测井数据,基于地质力学与岩石力学基本原理计算了井壁坍塌压力;并对使用水基钻井液和油基钻井液的钻井工况进行对比。研究发现在钻井液密度高于坍塌压力的情况下,使用密度相对较低的油基钻井液即能够保持井壁稳定,无阻卡等复杂问题。使用水基钻井液钻井,则部分泥页岩井段井径扩大,起下钻明显阻卡,处理复杂问题耗时较长。分析主要原因,在于油基钻井液能够降低泥页岩水化程度,减缓钻井液向微裂隙中的渗流,抑制微裂隙扩展,提高钻井液对井壁的有效支撑作用。因此,在东海油气田复杂泥页岩地层钻井中,使用油基钻井液能够更好地保持井壁稳定,避免或减少钻井复杂问题。     

碎屑岩侧钻井泥岩防塌钻井液体系实验研究

针对塔河油田碎屑岩侧钻井在储层上覆泥岩盖层段坍塌掉块、井径扩大,造成封隔器坐封失效的问题,论文结合地层宏观特性及微观结构进行分析,明确了碎屑岩复杂泥岩段的井壁坍塌机理,提出了以抑制为核心的钻井液防塌体系对策,进而通过开展室内实验研究,形成了具有强抑制封堵、低失水和良好润滑携岩性能的钻井液体系。     

泥浆滤液防塌性能矿场评价方法研究

活度平衡理论很早就被提出并应用在泥浆滤液防塌性能的研究和设计中,但长期以来由于无法取得泥页岩地层水样,致使泥页岩地层水的离子活度难以通过室内实验测定,也阻碍了该理论在泥浆设计中的应用。本文对地球物理测井在这一领域的应用进行了理论研究,结果表明充分认识和利用现有测井资料,结合泥质砂岩地层的“双水模型”,可以确定泥浆滤液与地层水溶液的离子活度比及地层水溶液的离子活度,从而可对泥浆滤液防塌性能(或抑制泥页岩水化的能力)进行调整。     

用三轴应力防塌实验优选钻井液配方

研究了使用三轴应力防塌实验优选钻井液配方的技术，探讨了制样方法及仪器各测量参数间的关系，用三种不同配方的钻井液分别对吐哈油田台参２井Ｊ３ｑ和Ｊ２ｓ地层的防塌特性进行了评价，其中最好的钾铵基聚磺钻井液经１３６２ｍｉｎ三轴实验后岩样的轴向变化量仅为０．０１２ｍｍ，岩样的冲蚀率约１０％，可有效防止胜北构造井壁垮塌．由于三轴实验的动态实验条件，这种方法优选的钻井液配方比热滚实验更符合钻井实践．但机械成型的人造岩心的内部结构仍无法完全模拟天然岩心，因而流速、围压等实验条件对岩样的水敏破坏评价会有明显影响     

土哈盆地西山窑八道湾煤层井壁不稳定机理探讨

本文分析丁吐哈盆地西山窑、八进湾煤层井下复杂情况及其原因.着重探讨了煤层井壁不稳定机理,结果表明,煤层井壁不稳定是物理、化学、力学与机械等因素的综合效应。     

霍尔果斯背斜安集海河组巨厚泥岩油基钻井液技术

准噶尔盆地南缘山前构造霍尔果斯背斜安集海河组地层高陡、发育有断层和巨厚泥岩,地层压力和地应力普遍高。常规水基钻井液钻井时,安集海河组成为该探区安全钻井的瓶颈,往往决定着钻井的成败。因此,有必要开展高密度油基钻井液的研究和试验。重点开展了超高密度柴油基钻井液的配方研究与综合性能评价,并在霍B安集海河组地层中开展试验。实钻证明,该钻井液体系性能稳定,抗污染能力强,配制最高密度为2. 65 g/cm~3,未发生井下事故,钻井提速和井筒质量效果显著。霍B油基钻井液的成功试验为今后山前构造巨厚泥岩高效安全钻井提供科学依据。     

水基钻井液高温高压密度预测新模型

高温深井中,钻井液密度是温度和压力的函数,高温会使井眼中的钻井液发生膨胀,密度降低,而在深井中的高压则会压缩钻井液,使密度增加。随着井深的增加,钻井液密度不再是一个常数。用地面恒定的测试结果计算井下当量循环密度,使计算结果和井下压力测试结果存在差异,对于窄安全密度窗口的高温深井,对井控存在一定的安全隐患。因此,建立准确的钻井液高温高压密度预测模型,确保钻井液静压和动压计算准确,能够为钻井工程技术人员合理调配钻井液性能参数和控制钻井参数提供准确的参考数据和依据,从而减少复杂事故的发生。这对井下压力的精确计算具有重要意义。首先对影响钻井液密度的敏感因素:温度、压力、岩屑溶度和井口回压进行了理论分析;然后通过水的高温高压密度数据,利用多元非线性回归分析,建立了水基钻井液高温高压密度预测模型。现场实测数据验证,吻合较好,相比经验模型,使用方便、实用。     

钻井液氟碳润湿反转剂作用机理的量子化学研究

针对低孔低渗储层钻井过程中极易受到水锁损害的特点,对氟碳类润湿反转剂的作用机理进行量子化学研究。建立了两种模拟砂岩的原子簇模型。利用量子化学从头计算法(HF-3-21G)计算了两种不同分子结构的氟碳润湿反转剂与砂岩模型的相互作用关系;并计算了水分子与砂岩以及润湿反转剂模型的相互作用关系。结果表明,两种氟碳润湿反转剂均倾向于以HOMO轨道和砂岩的LUMO轨道发生结合,结合后氟碳链官能团向外伸展,对内部结构及砂岩起到了屏蔽保护的作用;水分子在砂岩模型表面的吸附势阱绝对值大约在40 kJ·mol-1左右,为氢键力作用,在氟碳润湿反转剂模型表面的吸附势阱均绝对值小于10 kJ·mol-1甚至更小,为物理凝聚;此外,水分子在润湿反转剂模型表面的吸附距离也远大于砂岩模型表面,说明钻井液与砂岩的接触过程中,氟碳润湿反转剂倾向于以不含氟官能团吸附在砂岩表面,且吸附后砂岩表面与水分子的作用力明显减弱。     

坨128区块钻井液油层保护技术研究

通过室内实验对坨128区块的储层损害因素进行分析研究,优选出保护油层MMH钻井液和油溶性暂堵剂的类型,制定了钻井施工中的油层保护方案,在该区块三口井实施后,与不采用油层保护井对比,增油效果明显,对今后开展油气层保护工作有较好的指导意义。     

特低渗透油藏入井流体顺序接触储层损害评价

特低渗透油气资源在剩余油气资源中的地位越来越凸显。由于低孔低渗的特点,特低渗透油层在钻井、完井、采油、增产改造、EOR 等全过程均会发生储层损害。以镇泾油田长8 组为研究对象,对钻井完井液、压井液和压裂液顺序接触储层对储层的损害进行了方法探讨和实验评价。结果表明,钻井完井液对储层的损害最严重,压裂液次之,压井液最轻。分析表明,流体敏感性损害和漏失损害是钻完井液损害储层的主要因素。压裂液乳化、残渣、液相圈闭、浸泡时间损害,天然裂缝与水力裂缝堵塞,压裂液的冷却效应是压裂液损害的主要因素。最终提出了加入封堵剂改善钻完井液性能,从压裂工艺、压裂液体系出发改善压裂液的解决方式,实现全过程储层保护是特低渗油藏开发的关键。     

广西百色油田那读组油基钻井液技术

针对广西百色油田那读组地层复杂,在该地层钻进极易发生井壁失稳导致恶性坍塌的井下复杂情况,特别是 在水平井钻井施工过程中,更易发生恶性坍塌甚至卡钻的问题,开展了针对性的那读组水平井强封堵油基钻井液体系 研究。该钻井液体系以纳米级固液复合等封堵材料增强封堵性能,同时体系具有较强的抗污染性能、良好的润滑性 能等特性。该体系在坤8-6HF 井三开进行了现场试验,应用效果表明该体系能有效地保持井眼稳定,优质的油基钻 井液性能满足了安全钻井施工的需要,很好地解决了百色地区那读组水平井钻井过程中的恶性坍塌等技术难题。