深层井壁稳定技术研究

论文摘要

近年来,随着大庆庆深气田勘探开发深度的不断拓展,各种先进的钻井技术不断出现,但是,由于大庆深层地温高、存在易坍塌的层位,因此井壁稳定性的研究以及预防井壁失稳的钻井液技术研究越来越受到重视。准确的井壁稳定性分析及适宜的预防技术,来保证钻井过程中安全、快速钻进,又能够尽可能的减少对储集层段的污染,是大庆深层钻井勘探开发研究的重点。本文针对深层井壁稳定问题,从导致井壁不稳定力学原因和物理化学原因分析入手,分析大庆深层井壁失稳的原因。首先利用徐深10井的常规测井资料和室内实验数据,通过模型构建,进行岩石弹性和强度参数的计算,计算地层的三个压力(孔隙压力、坍塌压力、破裂压力)剖面,在力学方面分析井壁失稳的可能;其次从分析徐深12井坍塌层位的岩石泥页岩本身的矿物组成成分分析入手,结合物化性能分析,对能反映井壁岩石稳定的膨胀性及分散性、阳离子交换容量、电动电位、等重要的理化性能进行的测试分析,分析结果表明井壁不稳定理化性能的影响不是很大;最后本文对抗高温有机硅防塌钻井液体系进行了研究与评价,通过室内处理剂的优选及体系抗高温流变性评价,得到适宜的钻井液体系,该体系在徐深22井现场试验,取得了很好的效果。通过上述研究,取得了如下结论:1.大庆松辽盆地北部庆深气田随着深度的增加,安全钻井液密度范围变小,使安全钻井会越来越困难。2.通过研究分析,可以得到井壁坍塌的主要原因:第一是力学平衡问题。第二深层裂缝——微裂缝的存在,对深层岩体的稳定性有一定的破坏作用,加之钻井液的入侵又加剧裂缝的扩展失去对井壁的支撑作用,导致井壁失稳。3.深层岩石的理化特性显示岩石不易膨胀,不易分散,为硬脆性岩石,存在微裂缝。推测井壁稳定性与水沿微裂缝渗入后引起的剥落有很大关系。4.研究的抗高温有机硅防塌钻井液体系,具有良好的抗高温流变性和防塌能力,能够满足深井钻井施工要求。5.用封堵型的钻井液体系来封堵地层,降低钻井液的滤失特性,能够防止钻井液侵入带来的膨胀(驱替)压力导致地层井壁失稳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 深层井壁岩石力学稳定性研究
• 1.1 井壁力学稳定性条件
• 1.1.1 拉伸破坏条件
• 1.1.2 压缩屈服准则
• 1.2 岩石力学参数的确定
• 1.2.1 室内岩石试验
• 1.2.2 用测井资料确定岩石力学参数
• 1.3 深层地应力的确定方法
• 1.3.1 垂向地应力计算公式
• 1.3.2 原地最小水平地应力计算模型
• 1.4 力学稳定性计算
• 1.5 小结
• 第二章 深层岩石理化性能及化学稳定性研究
• 2.1 井壁化学稳定性的评价方法
• 2.2 深部地层岩石矿物组成及理化性能分析
• 2.2.1 岩石粘土矿物组分分析
• 2.2.2 矿物的水化膨胀及页岩滚动回收率
• 2.3 分光光度法测试粘土的CEC 值
• 2.3.1 测试原理
• 2.3.2 主要仪器与试剂
• 2.3.3 测试步骤
• 2.3.4 粘土CEC 值的计算
• 2.3.5 实验数据
• 2.4 Ζ电位测定
• 2.4.1 ζ电位的测定原理
• 2.4.2 ζ电位的测定方法
• 2.4.3 ζ电位的测定结果
• 2.5 小结
• 第三章 大庆深层钻井液体系需要解决的问题
• 3.1 深层钻井液技术攻克的地质难点
• 3.2 深探井钻井液的要求
• 3.3 大庆油田深探井钻井液面临的问题
• 3.4 高温对水基钻井液性能的影响
• 3.4.1 高温水基钻井液的主要特点
• 3.4.2 钻井液高温评价方法存在的问题
• 3.5 小结
• 第四章 大庆深层抗高温有机硅防塌钻井液体系研究
• 4.1 抗高温有机硅防塌钻井液体系配方的研制
• 4.1.1 防塌剂单剂室内优选
• 4.1.2 油气层无侵入保护剂
• 4.1.3 钻井液抗高温保护剂
• 4.2 抗高温有机硅防塌钻井液体系配方
• 4.3 抗高温防塌有机硅钻井液评价
• 4.3.1 钻井液抗温性能评价
• 4.3.2 钻井液热稳定性能评价
• 4.3.3 钻井液体系的抗污染性能
• 4.3.4 钻井液的抑制性能
• 4.3.5 钻井液润滑性评价实验
• 4.3.6 钻井液处理剂的裂解测试评价
• 4.3.7 抗高温有机硅钻井液处理剂作用机理
• 4.4 小结
• 第五章 抗高温有机硅防塌钻井液体系现场试验
• 5.1 抗高温有机硅防塌钻井液现场试验情况
• 5.1.1 现场试验方案
• 5.1.2 现场试验方案实施情况
• 5.2 配套的工程技术措施
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要