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泥页岩井壁流-固-化耦合安全密度窗口计算方法

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石油勘探与开发 2019年第6期46卷 1197-1205页

作者：张世锋汪海阁邱正松曹文科黄洪春陈志学常州大学江苏常州213164 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油大学(华东) 山东青岛266580

针对页岩气开发钻井工程中亟待解决的泥页岩钻井井壁安全密度窗口计算难题,通过对Heidug-Wong的广义Biot有效应力原理进行修正,使用Weibull统计模型描述水化应变相关的强度损伤,考虑钻井液封堵层,结合流动-扩散耦合模型建立了钻井液抑制... 详细信息

针对页岩气开发钻井工程中亟待解决的泥页岩钻井井壁安全密度窗口计算难题,通过对Heidug-Wong的广义Biot有效应力原理进行修正,使用Weibull统计模型描述水化应变相关的强度损伤,考虑钻井液封堵层,结合流动-扩散耦合模型建立了钻井液抑制-封堵-渗透作用下的泥页岩安全密度窗口计算方法。以此为基础,分析了钻井液封堵性、抑制性等关键参数对安全密度窗口的影响:提高钻井液封堵性,能够阻缓泥页岩井壁孔隙压力传递,减少溶质扩散;钻井液的抑制性,尤其是对强度损伤的抑制,对水化显著的泥页岩井壁坍塌压力具有决定性的作用,钻井液封堵-抑制性能的提高可以降低坍塌压力、提高破裂压力,从而拓宽安全密度窗口,延长井壁的坍塌周期。若泥页岩内存在渗透流动,钻井液渗透作用能够拓宽安全密度窗口,且钻井液封堵性越强,其影响幅度越大。利用安全密度窗口计算方法可以有效分析坍塌压力、破裂压力与钻井液防塌性能的关系,可用于安全密度窗口的准确计算及钻井液性能的优化。

关键词：泥页岩钻井液坍塌压力破裂压力井壁稳定安全密度窗口页岩气开发

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扩展安全密度窗口的钻井液技术及其应用

精细石油化工进展 2023年第5期24卷 7-12页

作者：谢俊司西强吴协力范波中国石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院河南濮阳457001 中国石化中原石油工程有限公司钻井一公司河南濮阳457001

顺北5号断裂带志留系地层含有大段的硬脆性泥岩,并存在大量张开和闭合的裂缝,对压力极为敏感,钻井液安全密度窗口窄,易同时发生井壁垮塌及漏失。针对“塌漏同存”的难题,在聚磺钾胺基钻井液基础上,通过引入具有化学固壁作用的聚合铝盐,... 详细信息

顺北5号断裂带志留系地层含有大段的硬脆性泥岩,并存在大量张开和闭合的裂缝,对压力极为敏感,钻井液安全密度窗口窄,易同时发生井壁垮塌及漏失。针对“塌漏同存”的难题,在聚磺钾胺基钻井液基础上,通过引入具有化学固壁作用的聚合铝盐,形成了多元协同抑制钻井液技术,其抑制性较聚磺钾胺基钻井液有较大幅度提升。在顺北5-9井应用中,有效扩展了钻井液安全密度窗口,在较邻井钻井液密度降低0.04~0.07 g/cm^(3)的情况下,实现了志留系等易坍塌地层的稳定及良好的防漏效果,志留系井漏次数较邻井大幅下降,有效解决了“塌漏同存”的难题,钻井时效大幅提高。

关键词：安全密度窗口多元协同抑制钻井液志留系聚合铝盐井壁垮塌

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波动压力对浅层大位移井安全密度窗口的影响

石油工业技术监督 2023年第8期39卷 56-59,64页

作者：王啸张磊刘亮侯欣欣李文龙中海石油(中国)有限公司天津分公司天津300459

浅部地层承压能力低,井壁失稳与井底压力控制密切相关,过大的波动压力易导致井漏等井下复杂情况。基于起下钻过程中引发的波动压力为目标,以起下钻引发的波动压力为研究对象,建立了大位移井起下钻波动压力计算模型,并开展起下钻速度、... 详细信息

浅部地层承压能力低,井壁失稳与井底压力控制密切相关,过大的波动压力易导致井漏等井下复杂情况。基于起下钻过程中引发的波动压力为目标,以起下钻引发的波动压力为研究对象,建立了大位移井起下钻波动压力计算模型,并开展起下钻速度、钻柱加速度、钻井液密度、流性指数、稠度系数及环空间隙对波动压力影响的定量分析。结果表明:当起下钻加速度为0.15m/s^(2),波动压力当量密度增加0.08g/cm^(3);起下钻速度由0.2m/s增大至0.5m/s时,波动压力当量密度增加0.17g/cm^(3);同时,钻井液性能参数的增加和环空间隙的减小,也引起波动压力增加,进而导致安全泥浆密度窗口变窄。研究结果给出了保证井壁稳定的合理工程参数范围,为现场施工提供指导。

关键词：大位移井波动压力井壁稳定安全密度窗口

扩展安全密度窗口钻井液技术在吐哈油田的应用

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钻井液与完井液 2008年第3期25卷 55-57页

作者：张增福李益寿汪军英柏富友刘丹毛海涛吐哈石油勘探开发指挥部钻井一公司

介绍了吐哈油田使用的2种扩展安全密度窗口防漏堵漏钻井液技术。一种是针对丘陵区块高压调整井提高钻井液密度时引发的漏失问题,从提高钻井液的封堵造壁能力及改善高密度钻井液的润滑性和流变性入手,形成的一套防漏技术。另一种是针对... 详细信息

介绍了吐哈油田使用的2种扩展安全密度窗口防漏堵漏钻井液技术。一种是针对丘陵区块高压调整井提高钻井液密度时引发的漏失问题,从提高钻井液的封堵造壁能力及改善高密度钻井液的润滑性和流变性入手,形成的一套防漏技术。另一种是针对吐哈钻井公司承钻的塔河油田盐下井提高钻井液密度时引发的漏失问题,形成的一套承压堵漏技术,该技术使用的堵漏剂由粗、中、细及软、硬堵漏材料按照合理匹配复配而成。介绍了2种防滑堵满钻井液技术的现场施工工艺。推广应用结果表明,扩展安全密度窗口的防漏堵满钻井液技术,能有效提高地层承压能力,减少井下漏失,缩短钻井周期。

关键词：安全密度窗口防漏承压堵漏高压调整井盐下井吐哈油田

定向井坍塌压力上限对钻井安全密度窗口的影响

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石油钻采工艺 2018年第5期40卷 572-576页

作者：袁俊亮周建良邓金根吴旭东王名春张帆中海油研究总院有限责任公司中国石油大学(北京) 中海石油(中国)有限公司钻完井办公室中国寰球工程有限公司

一般钻井安全密度窗口通过计算坍塌压力与破裂压力确定,钻井液密度过低会引起井壁坍塌。实际钻井情况反映,钻井液密度超过坍塌压力上限也会造成井壁坍塌。结合井壁成像测井,分析了高密度钻井液下的井周应力状态,建立了σz’>σr’>σθ... 详细信息

一般钻井安全密度窗口通过计算坍塌压力与破裂压力确定,钻井液密度过低会引起井壁坍塌。实际钻井情况反映,钻井液密度超过坍塌压力上限也会造成井壁坍塌。结合井壁成像测井,分析了高密度钻井液下的井周应力状态,建立了σz’>σr’>σθ’模式的坍塌压力上限计算模型,推导得出了直井的解析表达式与定向井的数值计算方法。结果显示:不论直井或定向井,对于强度低于某一临界值的地层,以传统的破裂压力作为安全密度窗口的上限将会低估井壁失稳风险;地层强度临界值的大小取决于主地应力、孔隙压力、有效应力系数。对定向井而言,坍塌压力上限随井斜角和方位角变化的敏感性较高,沿水平最小地应力方向钻进的井眼坍塌压力上限较高;随井斜角增大,坍塌压力上限与破裂压力值逐渐趋于接近。研究结果可防范高密度钻井液引起的井壁损伤和井塌现象。

关键词：定向井井周应力状态安全密度窗口坍塌压力上限临界强度

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南海西部窄安全密度窗口超高温高压钻井技术

石油钻探技术 2019年第1期47卷 8-12页

作者：罗鸣吴江陈浩东肖平中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524057

为解决南海西部窄安全密度窗口地层钻井中易发生井漏、井涌甚至井喷等井下故障的问题,通过研究超高温高压复杂地层压力预测监测技术、钻井液随钻堵漏技术、井下当量循环密度预测与监测技术、抗高温钻井液、超高温高压固井技术,形成了适... 详细信息

为解决南海西部窄安全密度窗口地层钻井中易发生井漏、井涌甚至井喷等井下故障的问题,通过研究超高温高压复杂地层压力预测监测技术、钻井液随钻堵漏技术、井下当量循环密度预测与监测技术、抗高温钻井液、超高温高压固井技术,形成了适用于南海西部的窄安全密度窗口超高温高压钻井技术。该技术在乐东区域的7口超高温高压探井进行了应用,钻井成功率达到100%,井下故障率显著降低,与应用前的同类型井相比,钻井生产时效平均提高了21%。这表明,窄安全密度窗口超高温高压钻井技术可以解决南海西部安全密度窗口窄导致的问题,可为深水高温高压领域的勘探开发提供技术支持。

关键词：海上钻井安全密度窗口高温高压压力预测随钻堵漏南海乐东区域

南堡4号构造定向井钻井液安全密度窗口的建立

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钻采工艺 2014年第6期37卷 14-16,1页

作者：刘永辉李然李路宽靳志铁中国石油冀东油田公司钻采工艺研究院中国石油冀东油田工程技术处

受滩海环境和地面条件限制,南堡4号构造深层油藏以长位移大斜度井开发为主,在钻井实践中深部地层复杂事故率高。从井壁稳定的岩石力学机理出发,分析大斜度井井周应力分布规律,选择库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算大斜度井... 详细信息

受滩海环境和地面条件限制,南堡4号构造深层油藏以长位移大斜度井开发为主,在钻井实践中深部地层复杂事故率高。从井壁稳定的岩石力学机理出发,分析大斜度井井周应力分布规律,选择库仑-摩尔强度准则和最大拉应力破裂准则,计算大斜度井壁坍塌压力、破裂压力。分析了井眼轨迹随井斜、方位变化对钻井液安全密度窗口影响规律,为合理确定钻井液密度,选择最优长位移大斜度井井眼轨迹设计方案提供了科学依据,也为南堡4号构造深层低渗储层压裂改造井位合理部署提供了参考。

关键词：南堡井壁稳定坍塌压力破裂压力安全密度窗口

深水钻井地层呼吸效应实验及安全密度窗口分析

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深水钻井地层呼吸效应实验及安全密度窗口分析

作者：骆奎栋中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

地层呼吸效应是深水钻井中经常遇到的一种现象,但经常被忽视或被错误认为是地层流体侵入井筒造成的井涌,容易引起钻井复杂情况,当地层安全密度窗口窄的时候尤为重要,因此研究地层呼吸效应具有重要的现实意义。本文首先对地层呼吸效应基... 详细信息

地层呼吸效应是深水钻井中经常遇到的一种现象,但经常被忽视或被错误认为是地层流体侵入井筒造成的井涌,容易引起钻井复杂情况,当地层安全密度窗口窄的时候尤为重要,因此研究地层呼吸效应具有重要的现实意义。本文首先对地层呼吸效应基本特征进行了系统阐述,分析了其产生的机理,研究了其识别、预防和抑制方法,设计并建立了国内首套室内地层呼吸效应模拟实验装置,对地层呼吸效应进行了室内实验模拟,研究了在不同岩石类型和不同地层压力条件下的地层呼吸效应特征。本文建立了针对单个孤立的可变形矩形裂缝的地层呼吸效应数学模型,提出了地层呼吸效应安全余量计算方法,研究了地层呼吸效应安全余量对深水钻井安全密度窗口的影响规律。地层呼吸效应模拟实验良好的模拟了地层呼吸效应特征,实验结果表明:地层呼吸效应所产生的钻井液吞吐量随钻井液循环压力的增加而明显增加,随裂缝闭合压力的增加而明显降低;地层呼吸效应对构成裂缝的岩石类型非常敏感,在相同压力条件下,岩石越致密,地层呼吸效应越明显且持续时间越长;提出了一个用于评估地层呼吸效应严重程度的系数,即地层呼吸效应系数α,其大小与地层呼吸效应严重程度成正比。基于地层呼吸效应的深水钻井安全密度窗口分析表明:由于深水浅部软岩地层胶结程度差,结构疏松且强度小的特点,地层呼吸效应主要影响的是深水浅部地层的钻井液密度窗口上限;地层呼吸效应会导致钻井液安全密度窗口上限降低0.01-0.15g/cm,且井深越小,钻井液密度窗口上限降低越多,泥线附近处影响最明显,在深水钻井过程中考虑地层呼吸效应安全余量可以更为精确的确定安全密度窗口。

关键词：地层呼吸效应深水钻井地层压力预测安全密度窗口

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钻井液安全密度窗口防堵漏技术研究

钻井液安全密度窗口防堵漏技术研究

作者：孔维超东北石油大学

学位级别：硕士

防漏堵漏最大的问题是地质条件的复杂性和不确定性,使得实时监测漏失层变得困难,解决问题的关键是评价地层压力,提高地层强度和漏失的可能性及时采取简单有效的应急措施。随着勘探开发领域的扩大,井漏复杂程度增加,处理难度增大。因此,... 详细信息

防漏堵漏最大的问题是地质条件的复杂性和不确定性,使得实时监测漏失层变得困难,解决问题的关键是评价地层压力,提高地层强度和漏失的可能性及时采取简单有效的应急措施。随着勘探开发领域的扩大,井漏复杂程度增加,处理难度增大。因此,本文分析了现有的防漏堵漏技术,指出现有的防漏堵漏技术还存在许多问题,不能完全满足防漏堵漏和保护储层的目的,为了应对日益复杂的井漏事故,减少或消除井漏事故造成的复杂程度、延误时间和重大经济损失,还必须开发新的堵漏技术和钻井液处理方案。本文从地层压力预测开始相关研究,掌握明确地质资料,分析地层孔隙度,选配随钻式非渗透封堵剂,形成系列化预封堵技术,达到防漏效果。再者,根据现有极端的漏失情况进行研究,分别从高密度钻井液、欠平衡两种极端条件下,展开针对性堵漏技术研究,扩大钻井液安全密度窗口。

关键词：钻井液井漏防漏技术安全密度窗口