浅析石油钻井任意井眼的井壁稳定性
第八章 井壁稳定
易于发生井壁失稳的地区
高构造应力地区,如逆掩断层、 高构造应力地区,如逆掩断层、山前构造带或 大倾角地层 异常高孔隙压力 水敏性地层 裂缝性地层 低强度地区
垂直于地层层理钻进井眼较稳定 对裂缝性地层, 对裂缝性地层,提高钻井液密度不一定有助于防止 坍塌 崩落后的井眼比圆形井眼更稳定 构造运动剧烈地区有可能通过优化井眼方位来改善 稳定性; 稳定性; 减少井眼裸露时间是有益的 强抑制、严封堵、 强抑制、严封堵、合理密度是防塌钻井液设计的方 向 冷却钻井液有助于防塌
井眼稳定分析所需资料
区域地质构造;岩性剖面 测井资料(井径、声波、密度、自然伽玛等) 录井资料 钻井设计任务书、井史及完井地质报告 岩心、岩性、岩相、岩石物性分析资料 地层漏失试验及事故记录 其他部门的研究结果(地质、开发部门) 钻井过程中的其他测试资料
分析步骤
判断井眼失稳性质(化学、力学、疏松岩层、 塑性岩层) 了解构造背景、准确判定地应力特征; 分析岩性剖面,收集岩心、测井资料; 应用分析软件进行分析 将分析结果与钻进实际进行对比,进行必要的 修正; 结合钻井液特性、井眼轨迹进行预测,并提出 维护井眼稳定的措施。
力学方面的研究: 力学方面的研究: 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、岩 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析, 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析,最终确定保 持井眼稳定的合理泥浆密度。 持井眼稳定的合理泥浆密度。 化学和力学耦合研究 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究, 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究,尽可能多地 搜集井眼情况资料( 搜集井眼情况资料(如井眼何时以何种方式出现复杂 情况),尽可能准确地估计岩石的性能, 情况),尽可能准确地估计岩石的性能,确定起主要 ),尽可能准确地估计岩石的性能 作用的参数有哪些。 作用的参数有哪些。
井壁稳定性 调研ppt课件
Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
岩石力学与井壁稳定性调研
煤层气井壁稳定性—极限平衡法
近井壁围岩应力分析
井壁围岩为连续体
割理引起的诱导应力分析 考虑多条割理分布的煤层应力场分析
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
岩石力学与井壁稳定性调研
参考文献
发展历史
目录
研究现状
存在问题
实例分析
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PART 1
参考文献展示
参考文献
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
岩石力学与井壁稳定性调研
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
研究目的
阐明煤层中端割理和面割理等不连续面对 井壁稳定的影响
建模假设
煤岩块体用可变形块体来模拟 本构方程选用摩尔-库伦模型 。 面割理和端割理的本构模型 选用摩尔-库伦节理模型
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
井周应力场分析
井周热应力表达式:
井周渗力场变化表达式:
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Southwest petroleum university institute of petroleum engineering
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
其 中,p 为上覆岩层竖直方 向的平均密度 [ k g / m 2 ]. g 为重力加
速度 [ m / s ]. H为井深 [ m] 。该 微 元 在 水平 面 内 的受 力 如 图 2
知识和经验 , 通过运行各种钻井设备 ,实施相应 的技术工艺 ,用钻头 在地层中形成一个规则 的井眼的过程 ,它包含有一 系列的钻井措施 和
工艺。但 是 ,钻井工程是隐蔽性很强 的地下工程 ,施工 过程中所产生 的很多问题都是不可见 的。例如 ,井壁 的稳定性 问题就是限制钻井 速 度的重要瓶颈之一。井壁如何保持稳定 ,以往 总是从岩石的化学性 质
企 业 管 理
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
陈 枫 ( 山东胜利职业学院
摘
山东
东营 2 5 7 0 0 0 )
要 :井壁稳定问题是 限制钻 井速度的重要瓶 颈之一 ,为 了给钻 井现场施 工提 供强有 力的理论 基础 ,通过物理方 法,利 用柱 面坐标 ,建
立了竖直 圆柱井筒围岩力学模型 ,得到 了简化条件 下的井下岩石受 力表达式 ,指 出由于井下围岩 压力 占主导 地位 ,对造成 井壁岩石 失效的判 断
确定地层原始地应力 ,然后计算出钻井过程 形成井眼后 ,周 围地层 岩
! !
: 一
( 3 )
石的应力分布公式 ,结合地层岩石 的强度性 质数据就可确定理 论上岩 石状态被破坏 的压力 ,从而确定保持井壁稳定所需 的外 力范围 ( 主要 是钻井液液柱压力 ,可计算 出钻 井液密度 ) ,当钻井过程 中井壁 四周 地层岩石所受应力超过了岩石的强度时 , 表现 为井壁失稳 ;当岩石井 壁 四周地层所受应力小于岩石的强 度时, 表现为井壁稳定 。 国外 已有文献对从井壁围岩的力学特性出发 ,讨论井壁 稳定性的 论述很 多,主要有 四个模 型。1 )基 于线弹性 理论 ,通 过库伦一摩尔
谈谈定向井井壁稳定问题
谈谈定向井井壁稳定问题从岩石力学、地球物理测井、工程录井、环空水力学和钻井液化学等方面分析定向井井壁稳定问题,以实现对钻井液性能、井身结构及其它工程参数的优化设计。
标签:定向井岩石应力;地层压力;地层破裂压力液柱压力数学模型引言导致井眼出现失稳问题的因素包括天然的原因和人为的原因。
在天然的原因方面包括:地质构造类型和原地应力,孔隙度渗透性及孔除中的流体压力等;在人为的原因方面包括:钻井液的性能,泥页岩化学作用的强弱,钻柱对井壁的摩擦和碰撞等。
导致井眼失稳的最根本因素就是在形成井眼的过程中,井眼四周的应力场、化学力出现了变化,导致井壁应力集中的问题,致使井内钻液的压强不可以和底层的地应力重新建立起平衡的关系。
如果井内的钻井液液柱比坍塌的压力还要低的时候,井壁的岩石就会被破坏,这时候的塑性岩石会对井中产生塑性的流动,最后出现缩径的问题,而脆性的岩石就可能会发生坍塌的问题,导致井径的增大,如果当钻井液的液柱压力要比破裂时压力还要高的情况下,井壁内四周的岩石就会被拉伸导致出现井漏的问题。
此外,钻井液的密度最好是让井内的液柱和地层孔隙的压力能够互相平衡。
一、井壁应力分布因为上覆岩层的压力不能很好的和井轴重合,原来的水平地应力也就不能和井轴正交,所以井眼四周的岩石在切向正应力与法相正应力的共同作用之下处在三维应力的情况之下。
不仅正压力作用在井轴垂直平面井壁四周的岩石,剪应力也作用在井轴垂直平面与岩石之上,它们都严重的影响着井壁岩石的形态,对井壁岩石有破坏作用。
二、井壁岩石破坏准则当前许多人为拉伸断裂的机制操纵着地层的压裂情况,也就是说,如果当一个有效的主应力的大小能够与岩石拉伸的强度值相同时就会发生底层破裂的情况。
三、岩石强度参数的确定为了能够对全井段进行连续预测,仅凭室内岩心试验是不够的。
而要充分利用相关的间接资料,其中最完整的莫过于测井资料。
因此,将测井资料的处理与岩心试验结合起来,确定所需要的地层参数。
2007石油工程专业岩石力学第八章 井壁稳定解析
(2)岩石的综合性质,岩石的强度(rock strength )和变形
(deformation )特征等、孔隙度(porosity )、含水量、粘土含量 (clay content )、组成和压实情况等。
(3)钻井液(drilling fluid )的综合性质,化学组成、连续
相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥
pressure);
如果泥浆密度过高,井壁上将产生拉伸应力,当拉伸应力 (tensile stress )大于岩石的抗拉强度(tensile strength )时,将
产生拉伸破坏( tensile failure,表现为井漏),此时的临界井眼压
力定义为破裂压力(fracture pressure )。 因此,在工程实际中,可以通过调整泥浆密度,来改变井眼附近
3、井壁失稳的原因
通过以上分析,可以发现,影响井壁稳定的因素概括起来可分为
四大类: (1)地质力学因素,原地应力状态(in site stress state )、
地层孔隙压力(formation pore pressure ) 、原地温度、地质构造特
征(geological structural feature)等。这些因素是不可改变的,只 能准确地确定它们。
4、井壁稳定的研究方法
井壁稳定性(borehole stability )的研究方法目前主要有
三种:一是泥浆化学研究,二是岩石力学研究,三是化学和力学 藕合起来研究。
泥浆化学方面研究:
从泥浆化学方面研究井壁稳定,主要研究泥页岩水化膨胀的 机理,寻找抑制泥页岩水化膨胀(hydrate expansion )的化学
浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩,钻井液对 它们的物理力学性质的影响非常的大。 (4)其它工程因素,包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身 结构参数(井深、井斜角、方位角azimuth angle )、压力激动和 抽吸(surge and swab pressure) 等。
油田钻井过程中保持井眼稳定的措施
油田钻井过程中保持井眼稳定的措施发表时间:2019-11-22T09:34:53.767Z 来源:《基层建设》2019年第24期作者:张鲁[导读] 摘要:伴随着社会经济的发展,石油能源日趋紧张,这就使得对石油钻井的关注力度呈增加的发展趋势。
中石化华北石油工程有限公司西部分公司新疆轮台 841600摘要:伴随着社会经济的发展,石油能源日趋紧张,这就使得对石油钻井的关注力度呈增加的发展趋势。
保持井壁井眼稳定性是油田钻井工程中的主要问题之一,油田开展钻井工作的过程中,由于钻井液的物理、化学特性的影响、页岩发生不同程度的水化现象,一方面地层中产生水化膨胀应力;另一方面又削弱了井壁岩石的力学强度,由此导致了井壁失稳的发生。
基于此,文章就结合具体项目分析油田钻井过程中保持井眼稳定的措施。
关键词:油田钻井;井眼稳定;稳定措施1 地层特点及对钻井液的要求1.1 一开井段库车组、康村组地层钻速较快,钻屑易分散,极易造成固相污染,钻井液的造壁性和携岩能力要强,强化固控工作、防阻卡。
注意防渗漏、防塌,要求钻井液具有较强的携砂能力和良好的造壁护壁性。
1.2 二开井段(1)库车组、康村组地层钻速快,钻屑易分散,易造成固相污染,钻井液的造壁性和携岩屑能力要强,强化固控工作,防阻卡。
(2)康村组、吉迪克组地层含石膏,应注意防钻井液膏侵,控制好钻井液密度和提高钻井液的抗盐抗钙能力。
(3)侏罗系、三叠系泥岩易剥落掉块垮塌,应提高钻井液质量,降低井径扩大率,为固井创造良好的井眼条件。
1.3三开井段(1)石炭系泥岩易剥落掉块垮塌,应提高钻井液质量,降低井径扩大率,为固井创造良好的井眼条件。
(2)该井段井温较高,应提高钻井液的抗温能力,提高钻井液的高温稳定性。
1.4 四开井段奥陶系地层钻进,应特别防止井漏、井涌、井喷。
本地层含有硫化氢,应做好防硫工作。
2 保持井眼稳定性的措施2.1 一开17 1/2″井眼(50~600m)本井段采用般土--聚合物钻井液体系。
井壁稳定性解析课件
max
P 3 H
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[ (1 2 ) 1
](P Pp )
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](P Pp )
70 60 50 40 30 20 10
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井周地层应力状态
Pt
3 H
h
2C K K2 1
K2
1 P
Pf 3 h H P St
K ctg(45 )
2
注意各符号表示的物理意义。
定向井井周地层应力状态
3 z1
β
z
y
o
r
γ
θ
x
α
1
β
y1 α
2
x1
东营组地层斜井井壁稳定性分析
最大水平地应力方位: 井壁坍塌风险最高
坍塌压力随井 斜方位的变化
监测裂缝扩展和关井后的压 力,准确确定最小主应力
volume
(after Gaarenstroom et al., 1993)
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失 出现剪切 裂缝
停泵
裂缝重张
井口压力
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力:
地层破裂压力(Pf):地层破裂产生流体漏失时的井底压力 裂缝延伸压力(Pr):使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底 压力
地应力
给定的泥浆密度
井周应力应变
本构模型
提高泥浆密度
失稳
破坏准则 稳定
结束
以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理 论和计算方法基本成熟
浅析定向钻井技术常见问题与解决措施
浅析定向钻井技术常见问题与解决措施定向钻井技术是一种在油田开发中广泛应用的技术,它能够在地下油层中进行精确的定向钻井,避开地质障碍,提高油井的开采效率。
与其他钻井技术一样,定向钻井技术也存在一些常见问题,如不良的井壁稳定性、钻头失效、定向控制不足等。
本文将对定向钻井技术中的常见问题进行分析,并提出相应的解决措施。
一、井壁稳定性问题井壁稳定性是定向钻井中常见的问题之一,当井壁不稳定时,会影响到钻井的进展,甚至导致井壁坍塌和井眼塌陷。
导致井壁不稳定的原因包括地层岩石性质差、井壁支撑不足、钻井液性能不佳等。
解决措施:1. 选择合适的钻井液。
钻井液是保持井壁稳定的关键,选用适合地层条件的钻井液可以提高井壁的稳定性。
2. 加强井壁支撑。
对于地层条件较差的地区,可以采用多级套管结构来增强井壁的支撑能力。
3. 增加井壁稳定性监测。
定向钻井过程中需要不断监测井壁的稳定性,及时发现问题并采取措施。
二、钻头失效问题钻头作为定向钻井中的重要部件,其失效会导致钻井进展受阻,甚至损坏钻井设备,增加钻井成本。
导致钻头失效的原因包括地层条件变化、钻头设计不当、钻井液性能差等。
三、定向控制问题定向控制是定向钻井中的关键环节,好的定向控制能够确保钻井的正常进行,而定向控制不足则会导致井眼偏离设计方向,增加钻井风险。
解决措施:1. 加强井眼轨迹监测。
在钻井过程中需要不断监测井眼轨迹,通过实时数据对定向进行调整。
2. 优化定向工具。
选择性能稳定的定向工具,确保定向效果的可靠性。
3. 强化人员培训。
确保操作人员具备良好的技术水平,能够熟练操作定向设备。
总结:定向钻井技术的应用可以有效提高油井开采效率,但在实际应用中常常会遇到一些问题。
一旦出现问题,及时有效的解决措施能够保障钻井的顺利进行,减少钻井风险,提高施工效率。
在实际应用中需要严格按照规程进行施工,并加强对钻井过程中的监测,及时发现和解决问题,确保钻井工作的平稳进行。
[工学]第八章 直井井壁稳定性分析讲课用
第八章井壁稳定性研究第一章概论第二章井壁稳定性研究的基本原理第一章概论•井壁稳定研究的意义•井壁失稳的表现形式•影响井壁稳定的基本因素•井壁稳定的研究现状•井壁稳定研究的主要内容一、井壁稳定研究的意义1、提高钻井成功率2、确保井眼按设计要求,按时、保质地完成¾钻穿和钻达设计要求的所有目的层,钻达到设计井深和层位¾按时完成钻井完井任务¾井身质量好,满足各种测试要求¾钻井成本合理3、有助于取全、取准所要求的各种资料;4、减小和防止油层损害,以利于发现和评价油气层•基本概念¾原地应力¾有效应力•力学本构方程•井周应力分布•主应力•井壁稳定性判别模型•“安全”泥浆密度范围•井壁稳定性分析的参数获取•井壁稳定性分析软件介绍二、力学本构方程•力的平衡方程•几何方程•应力-应变关系三、井周应力分布•地层均质、各向同性和线-弹性;•当远场孔隙压力恒定。
•当r=r w 时,得到井壁应力:其中:r w :井半径P wf :泥浆柱压力r :径向距离/)(2/0/242)(2/242)(2)(//=+−==−−−=−−−−+==∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞rw rz yZxZrw z rw r xyy x ZZ rw Z wf xyyxyxrw wfrw r Cos Sin Sin Cos P Sin Cos P τθτθτττθµτθσσµσσθτθσσσσσσθθθβσβσσβσβσβσασ2221222212)(Cos Sin Sin Sin Cos Cos H H yv H H x +=++=∞∞ασβσβσασ222212)(Cos Sin Cos Sin v H H zz++=∞)()()(12222112H H yZ v H H xzH H xyCos Sin Sin Sin Cos Sin Cos Cos Sin Cos σσββατσβσβσαατσσββατ−=−+=−=∞∞∞五、井壁稳定性判别模型•Mohr-coulomb准则•Druck-Prager准则•非线性Pariseau准则•Hoek-Brown准则由井壁3个主应力分量的有效应力表达式,可以得到以下3种可能的关系:(I )e 3σ<e 1σ<e2σ(II)e 1σ<e 3σ<e 2σ(III) e 3σ<e 2σ<e1σ对应的Mohr -Coulomb 表达式:e 2σ=C 0+ e 3σtg φe 1σ=C 0+ e 3σtg φe 2σ=C 0+ e 1σtg φ六、钻井合理泥浆密度的确定1、裸眼井段的三个压力剖面——地层破裂压力P破——地层压力P地——地层坍塌压力P坍2、裸眼井段钻井的安全压力(泥浆密度)窗口:P泥——泥浆柱压力若:P泥>P破则:井漏P泥<P地则:井喷P泥<P坍则:井塌安全压力(密度)窗口:ΔPP 破>P 泥>P 地(P 地>P 坍)P 破>P 泥>P 坍(P 坍>P 地)ΔP —安全压力窗口¾ΔP愈大,则钻井愈易¾ΔP愈小,则钻井愈难¾若ΔP =P破-P地(P地>P坍)则较易¾若ΔP =P破-P坍(P坍>P地)则较难¾PP坍由地层的原地应力、地层岩体的力学破、性质、强度、地层倾角、井斜、方位……因素所确定。
钻井井壁稳定系统
钻井井壁稳定系统随着石油工业的发展,钻井技术也得到了不断的进步和提高,井壁稳定系统成为了钻井技术领域的重要一环。
井壁稳定系统是指采用一定的工程设计和技术手段,使得井壁在钻井过程中能够保持稳定,不发生塌陷和失稳的一套完整的工程措施。
一、井壁稳定系统的重要性井壁稳定系统对于钻井工作的顺利进行和油气的探明具有十分重要的作用。
首先,钻井时井壁的稳定对井筒钻进的深度、直径和偏差等有很大的影响。
在井壁发生失稳统的情况下,会导致钻头卡钻、井壁塌陷、钻柱断裂等一系列的问题,从而使得钻井工作难以进行,严重影响钻井效率。
其次,井壁的稳定对于油气的勘探和开采也非常重要。
井孔的稳定能够防止油、气泄漏和被污染,能够保证井筒的完整性,并且提高采收率。
二、井壁稳定系统的设计要点井壁稳定系统的设计需要根据具体的地质条件、工程要求、钻井参数等因素进行综合考虑,下面介绍一些基本的设计要点:1.井眼直径和环空宽度的设定井眼直径和环空宽度的设定可以根据地质条件、钻头直径、钻速等来进行选择。
通常情况下,井眼直径应该比钻头直径至少大15%左右,环空宽度应该能够满足井涌等水力条件的要求,同时还需要考虑到井壁的稳定性等因素。
2.井筒钻进的方式井筒钻进的方式有很多种,如旋转钻进、旋转钻进加循环泥浆、非旋转钻进等,而不同的钻进方式也会对井壁稳定产生不同的影响。
3.井壁支撑材料的选用井壁支撑材料是井壁稳定系统中关键的一环,绳索、木条、钢条、橡胶等都可以作为井壁支撑材料,但需要根据地质条件、工程要求等因素进行合理选择。
三、井壁稳定系统的主要方法井壁稳定系统的主要方法包括冲洗法、封隔法、远离法和耐力法等。
1.冲洗法冲洗法是利用高速旋转的钻头对井壁进行冲洗、磨削,随着钻井往下进行,钻出的碎屑和泥浆会填充到井壁中,从而增加井壁的稳定性。
2.远离法远离法是指在井筒内采用护壁桶等工具来远离井壁,从而保持井壁的稳定。
3.封隔法封隔法是通过钻孔墙来防止井壁失稳,同时可以利用水胶、泡沫等材料进行固定。
石油钻井任意井眼的井壁稳定性研究
井 工作 的高效 高质地有序进行 ,尤其要合理地安排 好石油钻 井工 术具有非常重要的意 义。在进行 石油钻井施工的过程中施_丁人员应
作 。对 相关人 员进行石油钻井结构 的调整和石油 的整体布局 ,完善 该 坚持贯彻现场值班制度 ,有利 于及 时掌 握钻 进的动态 ,并且还应
石 油行 业的标 准规 范 ,加强石油钻井 的业务指导和监督管理工作 , 当合理配置备用钻头 的数量 ,确保石 油钻 井井壁 的稳定程度 ,防止
工作做好 ,才能使石油企业不 断发展壮大 。
提高石油钻井 的工作效率 。
2 完善石油钻 井任意 井眼井壁稳定性的要点分析
4 结论
2.1严格按照钻井顺 序 ,合理控制钻井技术操作要点
综上所述 ,石油钻井 技术施工项 目是确保密集地 区石油开采质
石 油企业应 当尽快制定石油钻井的统一规划 ,推进全国石 油钻 量 的一项重要技术 ,石油钻井任意井 眼的井壁稳定性对石油钻井技
泵 吸反 循环 ,其 中掏碴筒 出碴属于石油正循 环的范畴 ,并 且其施工 术 的企业员工 ,在石油钻井过程 中需要保持员工 的适度流动性和灵
要点往往集 中在石油钻井任意井眼井壁的稳定性。
活性 ,人力资 源部 门应 当根据具体 的石油钻井 施工情况 ,以石油钻
1.2提高石油钻井任意井眼的井壁稳定性 的意义
所在地 的水文 、地质 、地理环境等因素 ,合理选择 和规划钻井技术方 场信息动态 ,同时适 当借 鉴外 国先进的石油钻井先进技术 ,仔细 制
案 ,重点管理和完善石油钻井施工工艺 。地质 和环境条件 的复 杂使 定和审核有关石油钻井 的工程绘图 ,加强对石油钻井技术的深入研
得在密集 区进行石油钻井施工 的技术难度不断加大 ,不利 于石 油钻 究 ,加强相应 的监理力度 ,严格控制石 油资源的开采工序 ,完善石油
井壁稳定问题(1)
壁稳定问题变得非常复杂。
2021/6/15
岩石力学
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4、井壁稳定的研究方法 井壁稳定性的研究方法目前主要有三种:一是泥浆
化学研究,二岩石力学研究,三是化学和力学藕合起 来研究。
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岩石力学
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1、泥浆化学方面研究 从泥浆化学方面研究井壁稳定,主要研究泥岩水化
岩石力学
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2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系 井壁失稳时岩石的破坏类型主要有两种:拉伸破坏、
剪切破坏。
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岩石力学
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剪切破坏又分为两种类型:
一种是脆性破坏,导致井眼扩大,这会给固井、 测井带来问题,这种破坏通常发生在脆性岩石中,但 对于弱胶结地层由于冲地作用也可能出现井眼扩大。
另一种是缩径,发生在软泥岩、砂岩、盐岩等地 层,在工程上遇到这种现象要不断地划眼,否则会出
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岩石力学
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2、力学方面的研究
岩石力学研究主要包括地应力状态的确定、岩石 力学性质的测定、井眼围岩应力分析,最终确定保持 井眼稳定的合理的泥浆密度。
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岩石力学
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3、化学的力学的藕合研究 泥浆化学和岩石力学藕合起来研究,尽可能地搜集
井眼情况资料(如井眼何时以何种方式出现复杂情 况),尽可能准确地估计岩石的性能,确定起主要作
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岩石力学
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厚壁筒模型的解为:
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岩石力学
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当井内流体与地层流体相互渗透时,还应考虑流体 渗滤的作用所引起的附加应力场。将以上三方面综合起 来(或叠加起来),即得直井井壁围岩应力分布:
克拉玛依油田水平井钻井过程中井眼稳定措施研究
克拉玛依油田水平井钻井过程中井眼稳定措施研究水平井因其能提高单井原油产量已经在克拉玛依油田得到了广泛的推广应用。
然而在该地区水平井钻井过程中常会出现井壁井眼失稳问题,如克拉玛依九区浅层欠压实地层井眼稳定问题以及石西、莫北地区深部硬脆性泥岩剥蚀掉块坍塌问题等,严重影响了钻井时效,甚至出现钻井事故。
基于此,为彻底解决井壁井眼失稳问题,开展了井眼稳定关键技术研究。
本文针对克拉玛依油田特殊的地质构造,在分析了影响目的区块水平井稳定性的主要因素基础上,提出了水平井钻井过程中不同层段井眼井壁失稳解决方案,取得了良好的应用效果。
标签:水平井钻井;井眼稳定措施;克拉玛依油田保持井壁井眼稳定性是油气钻井工程中的主要问题之一,水平井钻井过程中,由于钻井液的物理、化学特性的影响、页岩发生不同程度的水化现象,一方面地层中产生水化膨胀应力;另一方面又削弱了井壁岩石的力学强度,由此导致了井壁失稳的发生。
造成井壁失稳的原因很多,包括天然和人为的两个方面,需要针对具体区块情况展开分析,进而寻找合适的措施解决。
1 浅层欠压实地层井眼稳定问题1.1 井壁失稳的原因以克拉玛依九区稠油油藏为例,造成井壁失稳的主要因素为力学因素和物理化学因素,力学因素是因为钻遇地层埋深浅,地层欠压实和胶结强度低;物理化学因素是因为砂泥岩互层,泥质成分中粘土矿物成分主要以高岭石和伊蒙混层矿物为主,这类地层属于低活性、水化膨胀性弱、分散性强的地层。
1.2 技术应对措施1.2.1 确定合理的钻井液密度钻井液使用密度应保持对地层正压差。
1.2.2 钻井液物理化学性质①通过控制低的PH值来减弱泥质成分中高岭石、伊蒙混层的水化;使用封堵型钻井液,控制钻井液滤失量;②采用加入足量胶体沥青的方法。
胶体沥青与稠油性质基本一致,它能吸附在井壁上形成一层保护膜保护稠油不被溶解,能保持和提高井壁强度。
1.3 应用效果进行了十几口井的现场应用。
造斜段及水平段钻井液使用密度为 1.15g/cm3~1.20g/cm3,采用低固相聚合物暂堵体系,即加入胶体沥青、WC-1、QCX-1作为封堵剂;实际施工过程中未发生与井眼稳定相关的复杂情况。
探讨油田深井井壁稳定问题
探讨油田深井井壁稳定问题【摘要】石油测井的对象是钻井旁边的岩石,但是在石油测井中面临井壁的坍塌,主要技术的难题是岩石的可钻性和井壁岩石的稳定性,井壁的稳定性是直接影响测井的关键因素。
本文探讨深井井壁稳定问题,分析井壁失稳的原因并且提出了控制井壁失稳的常用技术。
【关键词】测井井壁稳定随着油田的开发,老的油田发展逐渐向深层和深海地区转移,钻探的深井和水平井数量较多,水平井位移数量随之变大,而在深井测井中,由于深井钻遇的地质层系较多,岩石岩性变化复杂,钻探过程中裸眼浸泡时间长,因此深层井壁的稳定性较差,在深层测井中面临井壁稳定问题更显得突出1 井壁失稳的形式井壁失稳的形式具有多种性,在测井上表现为井径扩大、岩石坍塌。
井壁失稳问题主要的形式包括井壁坍塌(脆性泥页岩、低强度砂岩井易发生)、缩径变形(泥页岩井壁易发生)和破裂(钻井压力作用)。
在深井中井壁的坍塌是最为常见的形式,井壁坍塌直接影响钻探和测井的进程。
2 井壁失稳的原因地层力学因素和岩石物理化学因素是直接影响井壁不稳定主要因素,这两个因素最终导致井壁受力不稳定,受力不稳定导致井壁坍塌。
2.1 地层力学因素对井壁稳定的影响地层应力就是油气井开采前地层受到的原始压力。
这些压力可分为上覆压力v、最大水平地应力H和最小水平地应力h,按照作用力的方向可以称为沿井眼环向应力、径向应力、轴向应力,其中在深层定向井中包括剪切应力分量。
这些原始的作用力超过岩石的强度(不管是抗拉强度还是抗压强度)和平衡不均,这都将导致井壁受力不稳定导致井壁失稳。
考虑上述情况,在钻探测井前先通过其他技术了解作业地区地层应力分布状况,可以模拟建立地层孔隙压力、地层坍塌压力以及地层破裂压力3个剖面,以便在钻探过程中监控钻探,预防井壁坍塌(图1)。
2.2 岩石物理化学因素对井壁稳定的影响岩石的物理化学特征直接影响井壁的稳定性,一般井壁失稳主要发生在泥页岩层段,主要取决泥岩的物理化学特征带电性和亲水性,这些特征可以引起泥岩的体积膨胀、粘土颗粒分散和岩石强度下降。
6 、井壁稳定性解析
P破> P泥 > P地
(P地> P坍)
P破> P泥> P坍
ΔP—安全压力窗口
(P坍> P地 )
钻井合理泥浆密度的确定
ΔP愈大,则钻井愈易
ΔP愈小,则钻井愈难
钻井合理泥浆密度的确定
若ΔP =P破- P地 ( P地> P坍) 则较易 若ΔP =P破- P坍 ( P坍> P地) 则较难
volume
(after Gaarenstroom et al., 1993)
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失 井 出现剪切 口 裂缝
停泵
裂缝重张
压 力
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力:
地层破裂压力(Pf):地层破裂产生流体漏失时的井底压力
裂缝延伸压力(Pr):使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底 压力 裂缝闭合压力(PFcp):使一个存在的裂缝保持张开时的最小 井底压力,它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力,即最 小水平主地应力。 瞬时停泵压力(PISIP):关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般 大于PFcp,两者之间的差别一般在0.1~7MPa之间变化,它 取决压裂工艺及岩石性质。在低渗透性地层,两者近似相等
70 60 50 40 30 20 10 0 90 180 270 360
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 90 180 270 360
井周地层应力状态
( H h ) ( H h ) R2 R2 3R 4 2 P (1 2 ) (1 4 ) cos 2 2 2 r r r (1 2 ) R2 [ (1 2 ) ](P Pp ) 2(1 ) r
2cCos [ c ] 1 Sin 则井壁稳定性系数:
井眼安全--井壁稳定
(2)缩径现象 当发生缩径时,由于井径小于钻头直径,会 出项扭矩增大、上提遇卡,下放遇阻,严重 时发生卡钻。 缩径根据产生的原因,地层、地区采用适合 有针对性措施。 例如:划眼、增大滤失量、降低滤失量、提 高密度等。 (3)压裂现象 当钻井液液柱压力大于地层破裂压力,就会 压裂地层,产生井漏。井漏引起液柱压力降 低,易引起井涌及井塌等事故复杂。
(2)活度和半透膜对泥页岩水化的影响 石油勘探院、石油大学等单位通过研究也 得出钻井过程中,钻井液的滤液向页岩中扩 散的动力是钻井液与页岩间的水化学势之差。 影响它的主要因素是钻井液液柱压力与孔隙 压力之差及钻井液水活度与页岩水活度之比。 只有存在较高效率的半透膜时,钻井液与页 岩的水活度差才能在较长的时间内控制水的 迁移。
向钻井液中加入有机硅防塌剂,有机 硅在泥页岩表面迅速展开,形成薄膜。 在一定温度下,有机硅中的 -Si-OH 基易 和粘土表面的-Si-OH基缩合失水,形成Si-O-Si键,在粘土表面产生一种很强的 化学吸附作用,使粘土发生润湿反转, 从而使泥页岩的水化得到控制。
(5)沥青类防塌剂
国内外使用天然沥青和各种化学改性沥青产品稳 定井壁已有多年的历史。沥青粉的主要作用机理是 在钻遇页岩之前,往钻井液中加入该种物质,当钻 遇到页岩时,若沥青的软化点与地层温度相匹配, 在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用 下,沥青产品会发生塑性流动,挤入页岩孔隙、裂 缝和层面,封堵地层层理与裂隙,提高对裂缝的粘 结力,在井壁处形成良好的内、外泥饼,外泥饼与 地层之间有一层致密的保护膜,使外泥饼难以冲刷 掉,阻止水进入地层,起到稳定井壁的作用。
•作用机理主要是“浊点效应”——温度在浊点以下时,该 产品溶于水,在浊点以上表现为“亲油疏水而又分散于 水”---。 •浊点在30-50℃之间,在钻井液中可始终保持“亲油疏水分 散于水”的状态,可吸附于钻屑及粘土颗粒表面,抑制其水 化分散与膨胀---; •同类产品对比,优势突出---。
井眼稳定性研究
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8
10
12
50
100
150
1
1.5
2
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100
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CAL(in)
GR(API)
DEN(g/cm3)
DT(us/ft)
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3910
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3920
3
DEN(g/cm3)
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4000 6 8 10 12 14
4000 16 0
100
200
4000 300
1
2
ζ1
C o 2 S 0 ( 1)
2
1/ 2
2
2 S 0 cos 1 sin
S 0 , tg
q ( 1)
2
1/ 2
tg (
4
2
)
S0—聚合强度,μ、φ—内摩擦系数、内摩擦角C0—单轴抗压强度 Φ=300时,C0=S0/0.289
钻井过程中井壁稳定分析与对策
钻井过程中井壁稳定分析与对策当前,我国油田开发力度加大,逐步向深层、深海区块延伸,水平井、大位移井等特殊井身结构钻井应用增多,井壁坍塌等井下事故也相应增加,极易在钻井中出现井壁缩径、坍塌、地层压裂等情况,坍塌机理比较复杂,很难预防,影响钻井井下安全和钻井持续性。
因此,有必要对井壁稳定性进行分析,有针对性的提出提升井壁稳定性的对策措施。
1 钻井过程中井壁稳定性1.1钻井井壁稳定性较差和坍塌地层特征在钻井中,钻遇泥页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等都可能发生井壁坍塌,但90%以上的坍塌发生在泥页岩地层,缩径一般在盐膏层、浅层泥岩和渗透性较高的砂岩发生。
坍塌可能在各种岩性和粘土矿物含量地层中发生,但坍塌严重地层大多具有以下特征:发育有层理清晰的裂缝或破碎性较强的岩性地层;泥页岩特别是孔隙压力异常地层;地应力较强、倾角大易发生井斜地层;厚度较大泥页岩地层;高含水砂岩、泥岩地层等。
1.2井壁稳定性影响因素井壁稳定性较差原因是钻井液和钻具在地层中作用,压力超过井壁岩层承受强度,以及钻井液与井壁地层岩石矿物发生物理化学作用,加大坍塌压力、降低破裂压力等引起井壁失稳。
一是力学因素。
地层钻开前岩层受上覆压力、水平地应力和孔隙压力作用,压力均衡,钻开后钻井液对井壁压力替代了钻开岩层对井壁岩层的支撑,破坏了压力平衡状态,使周围地应力需要重新分布,在地应力超过井壁周围岩层承受强度后会发生剪切破坏,脆性地层会发生井壁坍塌,塑性地层会发生塑性变形(缩径)。
钻井中井壁被剪切破坏临界井眼压力称为坍塌压力,该状态下钻井液密度为坍塌压力当量钻井液密度。
地应力因素上,井壁坍塌以最小地应力为方向,坍塌压力随地应力及地应力非均匀系数增大而增大。
地层强度因素,地层坍塌压力与井壁周边地层的强度系数和内摩擦角呈反比。
孔隙压力因素,地层坍塌和破裂压力与孔隙压力呈正比,但破裂压力增速比坍塌压力小,随着孔隙压力加大,钻井液密度安全范围逐步变小。
井壁稳定的影响因素及预防措施
2061 井壁失稳的因素1.1 物理化学因素对井壁稳定的影响与井壁不稳定有关的物理化学因素主要有泥页岩的水化作用。
泥页岩中一般有伊利石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物成分。
当钻井液中的水吸附在泥页岩中粘土的表面时,岩石会吸水膨胀。
当井眼内钻井液密度较低,泥页岩的膨胀压力达到一定值时,井眼就会被破坏,出现缩径现象;当膨胀压力超过泥页岩的屈服强度时,就会发生水化剥落,井眼扩径等现象[1]。
1.2 地层力学因素对井壁稳定的影响钻井过程就是一个以钻井液代替井眼岩石承受本应由岩石承受的应力的过程。
由于三种大小不同的主应力支撑的岩石被三向应力相同的钻井液所代替,并且一般情况下钻井液所能提供的压力低于三种主应力中最小的应力,因此,井眼的局部应力会发生变化。
这种应力的变化会使井壁岩石发生变形甚至破裂。
从井壁失稳的岩石力学分析出发,任何一口油气井开钻前原地应力就已经存在于地层岩石中。
在未开钻之前,地下岩石受上覆岩层压力、水平地应力以及地层空隙压力的作用而处于平衡状态。
开钻后,钻井液柱压力取代了本来由被钻开岩层提供的支撑而打破了这种平衡,会引起岩石应力的重新分布,如果这种重新分布的应力超过岩石抗压强度或者抗拉强度就会导致井壁失稳。
1.3 钻井液对井壁稳定的影响目前国内外的钻井液技术水平基本上可以满足钻井作业的要求,但仍然面临着很大的问题,其中钻井液对井壁稳定的影响就是其中非常重要的一项,包括膨润土含量、钻井液滤液的侵入量、侵入液的性质、钻井液的造壁性与流变性、钻井液密度、钻井液的性能大起大落。
当钻井液密度和粘度维护不佳,水力参数和流变参数不当时,都极易加剧井壁失稳。
1.4 钻井工艺对井壁稳定的影响由于钻井过程中各个环节都是相互关联的,因此工程方面的因素也会对井壁的稳定性产生影响。
包括井身质量、钻机操作不当、钻井液柱压力降低、卡钻事故、钻具的机械碰撞。
1.5 地层温度对井壁稳定的影响随着现在超深井工艺的日渐成熟,越来越多的井的深度达到几千米甚至上万米,在地层深部温度可达几百摄氏度。
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浅析石油钻井任意井眼的井壁稳定性
摘要:石油资源为我国社会建设和经济发展提供了可靠的能源支持,随着石
油资源应用领域的不断增多,石油资源出现了严重短缺的情况。
在这种情况下,
就需要加强对石油资源的开采,而石油钻井技术的持续发展有效地提升了石油资
源开采的效率,特别是加强石油钻井不同井眼井壁稳定性技术的不断发展、提高,对于石油钻井技术整体水平的良性发展有着重要的影响,同时也关系到石油钻井
施工井下安全和生产时效的提升。
关键词:石油钻井;任意井眼;井壁;稳定性
随着我国工业化进程的不断加快,对石油资源的需要量不断的增多,石油钻
井施工受到了更多的重视,石油钻井施工会受到地质环形、岩性变化、特殊地层
等多种因素的影响,钻井施工的难度不断加大,不利于石油钻井工程项目整体施
工质量的提升。
基于此,应进一步对石油钻井任意井壁的稳定性进行深入的研究,对现有的钻井施工技术进行合理的升级和优化,从而提升石油钻井技术水平,为
石油钻井安全和提速提效提供可靠的技术保障。
一、完善石油钻井任意井眼井壁稳定性的要点分析
(一)根据钻井顺序,严格执行钻井技术操作要点
对于石油钻井工程来说,在钻井施工开展前应制定统一的钻井规划,确保全
国各个区域石油钻井工作的顺利有效开展,特别是需要对石油钻井工作实施的顺
序进行统一规定。
石油钻井施工人员应对钻井结构的调整和石油整体布局情况进
行详细的掌握,并制定完善的施工方案,对石油钻井各项工作的高效开展提供有
效的监督和指导。
同时还需要对石油钻井工作进行科学合理的部署,对石油钻井
施工技术人员的专业能力和操作水平等进行详细的规范,从根本上提升石油钻井
不同井眼井壁的稳定性。
另外,石油企业应对突出重点石油密集区域进行科学的
选择,对石油钻井布局实施合理的调控和指导,深入发掘全国范围内具有潜力的
石油资源,利用专业的石油钻井施工技术,提升石油资源开采的质量和效率。
(二)加强石油钻井技术应用过程中安全问题的重视程度
随着现代化科学技术的应用,石油钻井技术水平不断的提升,对于提升石油
资源开采效率发挥了重要作用,同时为重工业企业提供充足的石油资源提供了可
靠的技术保障。
由此,石油钻井技术在应用过程中应重点对地表深处的石油资源
进行勘查,利用现代化的石油钻井技术,降低地面地表深部石油资源发掘的难度。
通过对国内外典型石油资源勘查的案例进行分析,总结石油钻井勘查的经验,进
而提升石油钻井技术在深部石油资源开采过程中应用的效果,对我国现有石油钻
井技术进行优化和改进,从整体上提升我国石油钻井技术在石油开采过程中应用
的水平。
石油钻井技术人员也应不断提升自身的专业技术能力,对石油资源所处
的地质环境进行掌握,进而提高石油资源勘查的效率,及时的掌握石油市场动态
化信息,积极借鉴国外石油钻井技术,制定科学合理的石油钻井施工图,在工作
中不断的强化研究石油钻井施工技术,优化石油资源开采的流程和程序,进而构
建完善的石油钻井技术应用机制。
(三)做好石油钻井技术施工的控制工作
在石油钻探施工过程中钻进阶段是非常重要的环节,为保障施工安全要充分
保障井壁的稳定性和钻井液的润滑性,充分悬浮、携带岩屑,保障井眼清洁。
同
时还能够有效的避免岩屑在钻井施工中发生过快的沉淀,对石油开采工作的顺利
实施发挥了重要作用。
因此,在石油开采过程中重视钻井技术施工的合理控制和
应用具有非常重要的作用。
在石油钻探过程中由于石油可以在井壁上形成一层较
厚的保护油膜,这些油膜能够起到保护钻井护壁的作用,因此,在施工过程中为
了能够有效的降低摩阻,降低施工风险,需要对钻井施工技术进行合理的选择和
应用,实现石油资源的有效循环开采。
因此,为了在开采过程中提升石油资源的
质量,石油开采施工技术人员需要强化石油钻井技术的应用控制,并且还要重视
对开采出石油质量的检测工作,从而有效地提升石油资源开采的合格率。
二、完善石油钻井井壁稳定性常见的故障和预防措施
石油钻井工程是一项较为庞大且复杂的工程项目,在施工过程中需要不同专
业的技术人员共同开展工作,石油钻井施工过程中需要各个专业技术人员充分发
挥自身的专业技能,始终保持流动性和灵活性施工作业,人力资源管理部门也应结合石油钻井施工开展的实际情况,对石油钻井施工技术人员的数量进行确定,并且根据石油开采工作开展的进度对所需要的不同专业技术人员进行补充,进而满足石油钻井施工开展需求。
同时人力资源部门也应结合石油钻井施工的具体条件和开采过程中的复杂性,提出具有针对性的石油钻井施工对策,在工作中不断的积累经验,养成良好的石油钻井施工工作习惯。
在新时期,随着现代化科学技术在钻井施工中的应用,有效的提升了石油钻井施工效率,对于石油钻井施工朝着数字化的方向发展具有一定的推动作用。
因此,石油钻井技术人员也应不断地提升自身的专业技术能力,积极的学习和掌握现代化的钻井施工技术,从而能够在石油钻井施工过程中充分发挥自身的专业技能,对新技术进行精准的操作和使用,进而有效的降低石油钻井施工的难度,施工技术人员应对钻井动态进行实时的掌握,并合理的控制钻头使用的数量,在保证石油钻井任意井眼钻井质量的基础上,提升任意井眼井壁的稳定性施工,使石油钻井技术充分发挥应用的作用。
石油企业也应充分认识到石油资源对社会经济发展所起到的重要作用,在石油开采过程中积极的更新石油钻井设备,对现有石油钻井技术进行升级和优化,这样才能有效的提升石油钻井施工效率,提升石油资源开采的质量,为社会经济的建设和发展提供高质量的石油资源。
结束语:
石油钻井施工技术的应用直接影响着石油开采工作效率,因此,在开展石油钻井施工过程中,施工技术人员应对钻井动态进行掌握,并合理的控制钻头使用的数量,在确保石油钻井任意井眼钻井质量的基础上,提升任意井眼井壁的稳定性,达到优化石油钻井施工技术的目的,进而促进我国石油开采工程能够高效顺利的开展。
参考文献:
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[3]雷家蔚, 王李昌, 隆威,等. 温压耦合影响下科学钻探深井结晶岩层井壁稳定性分析[J]. 地质与勘探, 2020, 56(05):07.。