喇嘛甸油田砂岩井眼扩大机理和预防技术研究

论文摘要

大庆喇嘛甸油田(简称喇区)位于大庆长垣北端,靠近沉积物源,具有高孔隙度、高渗透率的特点。油田经多年注水开发,砂层水洗严重,孔隙胶结结构、岩石力学特征均发生了变化。近年来钻井过程中出现了井眼异常扩大、坍塌问题,严重影响油田开发。砂岩井眼扩大、坍塌是油田注水开发后期出现的新问题,在机理上,与泥岩段井眼扩大有本质的区别。研究砂岩井眼扩大机理和预防技术对于安全高效钻井,确保油田稳产具有重要意义。论文在统计分析的基础上,对大庆喇嘛甸油田的储层物性变化、电性变化规律、砂岩井眼扩大机理和预防技术、进行了研究。在井眼扩大机理方面,对油田采出水和注入水的化学组成进行了分析和对比,根据离子浓度、固相含量的变化判断注入水对胶结物的破坏方式,并应用X射线衍射技术(XRD)进一步探究胶结物的变化状况。在研究岩石强度变化方面,对岩芯样品进行力学分析,并把力学参数和电性参数结合起来,建立数学模型,应用测井曲线分析岩石的力学性质,通过新老井岩石力学参数的对比,分析岩石强度的变化趋势。在预测砂岩低强度区域方面,依据岩石强度破坏机理,通过计算单层平面流体渗流速度和井点渗流速度剖面划分横向和纵向上砂岩低胶结区域。在防止井眼扩大技术方案研究方面,采取优化钻具组合,规范操作程序,使用低渗透钻井液体系,应用旋流洗井、振动固井等技术保证井眼规则和固井质量。本文对喇区岩心进行了力学参数测定并对岩石强度纵向分布规律、变化趋势进行了分析,首次建立了砂岩力学参数与电性相关性研究及数学模型,首次提出了根据流体渗流速度预测砂岩低胶结区域的原理和方法。文章根据机理分析结果,开展了防止砂岩井眼扩大、坍塌钻井工艺及大井眼井段固井工艺技术研究工作,经30口井的现场应用,取得了良好效果。该技术研究过程中运用了油田开发、地球物理、油田化学等领域的理论和方法,为解决油田钻井生产实际问题发挥了重要作用,具有一定的学术价值和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 砂岩胶结破坏机理和防止井眼扩大研究现状
• 1.3 技术路线
• 1.4 完成的研究内容
• 1.5 取得的主要认识
• 2 喇嘛甸油田基本情况
• 2.1 油田地质概况
• 2.1.1 构造特征
• 2.1.2 储层沉积特征
• 2.1.3 油气水分布
• 2.2 油田开发历程
• 小结
• 3 注水开发后油层物理性质的变化
• 3.1 储层物性参数的变化
• 3.2 储层电性参数的变化
• 小结
• 4 注入水对储层的破坏作用分析
• 4.1 喇区砂岩井眼扩大的特征
• 4.2 注入水破坏储层的机理分析
• 小结
• 5 喇区砂岩岩石力学参数的测定
• 5.1 表征岩石力学性质的主要参数
• 5.2 影响岩石力学性质的主要因素
• 5.3 喇区岩石力学参数测试
• 5.3.1 实验样品
• 5.3.2 实验方法
• 5.3.3 实验结果
• 5.3.4 岩石力学参数变化趋势分析
• 5.3.5 与其他油田或地区砂岩力学参数的对比
• 5.4 喇区岩石力学参数与电性参数相关性分析
• 小结
• 6 喇区砂岩低强度区域预测方法
• 6.1 基本原理
• 6.2 预测数学模型
• 6.2.1 多井同时生产的物理现象
• 6.2.2 平面上任意一点的势
• 6.2.3 势的迭加原理
• 6.2.4 实际渗流速度预测模型
• 6.2.5 基于稳定渗流数学模型的砂岩低强度区域预测方法
• 6.3 镜像反映处理断层及其他不渗透边界
• 6.3.1 直线不渗透边界附近一口生产井的汇点反映法
• 6.3.2 多个不渗透边界的汇点反映法
• 6.3.3 实际情况下不渗透断层边界的汇点反映模型
• 6.4 二维单相流体稳态渗流方程及解法
• 6.4.1 假设条件
• 6.4.2 渗流方程和边界条件
• 6.4.3 差分方程
• 6.4.4 差分方程解法
• 6.4.5 边界条件处理
• 6.5 砂岩低强度区域预测软件编制
• 6.5.1 系统数据库的设计与实现
• 6.5.2 软件功能设计
• 6.5.3 软件功能实现
• 6.5.4 软件应用测试
• 6.5.5 软件优缺点分析
• 6.5.6 预测软件的现场应用效果
• 小结
• 7 预防砂岩井眼扩大钻井工艺技术
• 7.1 钻井工程方面采取的主要技术方案
• 7.1.1 优化钻井参数
• 7.1.2 钻进操作时采取的技术方案
• 7.2 应用超低渗透钻井液技术
• 7.2.1 作用机理
• 7.2.2 超低渗透膜的抗压特性
• 7.3 针对砂岩井眼扩大采取的固井工艺技术
• 7.3.1 应用旋流洗井固井技术
• 7.3.2 应用可变径套管扶正器
• 7.3.3 应用振动固井技术
• 7.3.4 应用效果
• 7.4 现场试验情况
• 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文