3本文为中国石油天然气集团公司项目“四川七里北气体钻井现场试验”研究成果。
作者简介:邓虎,1974年生;2004年毕业于西南石油大学获钻井工程博士学位,现在四川石油管理局博士后科研工作站从事欠平衡钻井、油气层保护方面的研究工作。地址:(618300)四川省广汉市中山大道南二段。电话:(0838)5151347。E 2mail :
tiger9697@https://www.doczj.com/doc/065485525.html,
气体钻井井壁稳定性分析
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邓虎 杨令瑞 陈丽萍 杨玻
(四川石油管理局钻采工艺技术研究院)
邓虎等.气体钻井井壁稳定性分析.天然气工业,2007,27(2):49251.
摘 要 首先分析了用钻井液钻井时钻井液与地层的相互作用,并以多孔介质传导、吸附与扩散(水分子和水化离子)、双电层电场与电斥力为基础,建立起钻井液滤液在井周地层中的渗透运移规律和水化应力与地层强度随时间变化的规律,对地层应力应变状态受钻井液的影响进行定量化分析。并将用于校正后由测井资料得到的围岩强度性质及应力状态,从而得到气体钻井条件下井周地层的强度性质及应力状态。最后选择适当的强度准则,形成气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以七里北1井的测井资料为基础,运用该模型系统分析了七北101井气体钻井井段的井壁稳定性,其结果与该井钻井实际情况一致,表明该模型系统是准确、可靠的。
主题词 气体钻井 测井 地层应力 井壁稳定 强度
井壁稳定性问题是气体钻井首先需要解决的问题。从本质上讲,所有钻井方式下的井壁稳定性问题最终都可归结于力学问题,均受围岩应力状态与围岩强度关系控制。当岩石应力状态超过了岩石的强度时,表现为井壁失稳;当岩石应力状态小于岩石的强度时,表现为井壁稳定。而唯一不同的是:不同的钻井方式对围岩应力状态和岩石强度的影响不同。因此,气体钻井井壁稳定性分析的主要任务就是研究气体钻井状态下围岩的应力状态和岩石强度性质。
一、气体钻井围岩应力状态及强度性质
得到围岩的应力状态和岩石强度性质的最可靠办法是现场水力压裂试验和室内岩心实验,但由于其高昂的成本和测量数据的有限性使其应用受到限
制。目前比较一般的做法是利用测井资料来计算。而测井资料是在钻井液钻井条件下得到,此时地层已经不可避免地受到了钻井液的影响。因此,应用测井资料进行气体钻井井壁稳定性分析时,必须校正钻井液对地层的影响。
在气体钻井井壁稳定性分析中可以通过两种途径来校正钻井液影响:一是测井资料的校正,从源头上纠正误差;二是对钻井液滤液侵入过程及引起地
层应力状态和力学参数的变化进行量化,然后再从通过测井资料得到的应力状态、岩石力学参数中扣除该影响,就得到校正后的值。目前,第一个途径难度太大且精度不高,笔者从第二个途径入手。 根据地应力测井资料,可得到测井当时井周地层的应力状态(σc )及岩石力学参数(Фc )。该应力状态包含地层原始应力状态(σ0)和截至测井时钻井液对地层应力状态的影响(σh )。接下来就是对地层受钻井液影响进行定量化,从而得到气体钻井条件下地层的应力状态和强度性质。 1.钻井液与地层的相互作用
在钻井液钻井时,从钻开井眼开始,钻井液与地层之间就存在极其复杂的相互作用。 (1)孔隙压力穿透
由于砂岩、碳酸岩等岩石渗透率较大,钻井液在
压差作用下会迅速进入地层。对泥页岩来说,尽管
没有宏观的渗流,仍有钻井液滤液侵入近井壁页岩。这样,近井壁页岩处则有钻井液滤液挤入,滤液与原地层水之间有接触面,压力差作用使该接触面向页岩内推进。滤液侵占区域内,页岩孔隙内流体性质改变为侵入滤液的性质。 (2)毛细管力效应
临界毛细管力是由岩石的润湿性和液体间的界
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94?第27卷第2期 天 然 气 工 业 钻井工程
面张力共同决定。一般泥页岩比砂岩的临界毛细管压力大,在普通水基钻井液条件下,该临界毛细管压力值在0～5M Pa ,取决于岩石微孔径分布、润湿能力和钻井液与地层水之间的界面张力。对气饱和砂岩,一般渗入几厘米深;而对气饱和泥页岩,由于其强亲水性和极小孔道,水的渗入有时达几十厘米,甚至更深。
(3)化学扩散
化学扩散是物质在浓度梯度的作用下的扩散运移。一般来说,钻井液滤液与地层流体的组分和组分浓度总是不同的。因此,化学扩散作用是普遍存在的。对砂岩来说,扩散作用相对渗流来说不明显,但对泥页岩来说,其作用不可忽视。泥页岩中的自由水分子、氢离子、各种无机盐的水化离子,均会在离子浓度梯度的作用下扩散运移。 (4)泥质岩中的吸附、解吸和阳离子交换 自由水分子、各种化学离子,在岩石内扩散运移的同时,会与泥质带电表面发生电化学作用,产生同类离子间的吸附或解吸;不同类离子间的离子交换反应。在泥质岩中典型的反应是阳离子交换反应,一般是强吸附势离子竞争吸附,但也取决于离子的浓度。 以上这些相互作用,使地层与钻井液之间发生物质与能量交换,从而影响地层的应力状态及强度性质。其影响主要表现在以下几个方面。 1)钻井液滤液侵入地层,改变地层孔隙压力,从而改变地层有效应力状态。 2)对于泥质地层,滤液的侵入将产生附加水化应力,该应力叠加在原地应力产生的井周应力上形成钻井液钻井条件的井周应力状态,即是通过测井资料得到应力状态。而空气钻井条件下井周应力状态仅是原地应力产生的,应该是通过测井资料得到的应力状态扣除水化应力后的值。 3)钻井液滤液的侵入改变了地层岩石力学参数。 2.围岩力学参数及应力状态的校正 (1)钻井液进入地层的控制方程[1] 从以上分析可知:在钻井液钻井条件下从钻开井眼开始,在各种驱动力的作用下,地层与钻井液之间将发生物质与能量的交换,比较典型的是水在压力梯度下的达西流动,各种离子在化学势梯度作用下的扩散,在温度梯度作用下的导热现象,在电场强度梯度作用下的导电现象等。总归起来,当地层与水基钻井液接触时,交换物主要有地层流体、流体中各组分、热量、电量,交换驱动力主要有压力梯度、各
物质化学势梯度、温度梯度、电场强度梯度。交换物与驱动力关系(即驱动机理)除了这些主要因素外,还存在许多复杂而交互的作用。 根据普遍的守恒方程和唯象方程,可以得到井周岩石中流体运动的控制方程:
5c i 5t =k μφ0[ (λi c i ) p +λi c i 2
p )]+1φ0 (D i c i )+I 3
i φ05p 5t
=k 3 2
p +∑N i =1
(D
3
i
c i )+γI f
(1)
式中:c i 为钻井液滤液各组分浓度;λi 是自由系数,
表示组分i 在岩石中的自由通过率;μ为流体黏度;k 为岩石对钻井液滤液的渗透率张量;D i 为组分i 在岩石中的扩散系数张量;k 3为导压系数;D 3i 为组分
i 的广义扩散系数。
(2)地层岩石力学参数的校正 钻井液进入地层后,对砂岩的影响主要表现在孔隙压力的变化可以通过方程(1)得到,而对泥质地层来讲,除了孔隙压力的变化外,更为重要的是产生水化应力和岩石力学参数的改变。对于泥质地层来说,井壁地层吸水产生膨胀应变致使井壁变为一种变含水,变模量和变强度的材料。因此,在利用测井资料进行井眼稳定力学分析计算中必须考虑这种影响。在建立气体钻井井眼稳定力学模型时,可根据材料重组后力学特性参数改变关系(E ,μ,τ0,Φ,σc 等)而建立统一的井眼稳定力学计算模型。国内部分研究者通过室内实验研究得到泥质岩水化响应的
岩石力学参数(μc ,E c ,τ0c ,Φc )与含水量(W c )的拟合方程,而测井当时的含水量(W c )可以通过前面钻井液滤液运移控制方程得到。通过这些关系式就可以
得到原始状态下地层的岩石力学参数。 泥质岩弹性模量(E c )与含水量(W c )的关系:
E c =4×104
exp [-11(W c -0.02)
1/2
]
(2) 泥质岩泊松比(μc )与含水量(W c )的关系:
μc =0.2+1.3W c (3)
泥质岩粘聚强度(τ0c )与含水增量(ΔW c )的关系:
τ0c =C B -K s ΔW c (4)式中:C B 为岩石已知含水量(W B )的粘聚强度,M Pa ;
K s 为与岩石埋藏深度(H )和密度有关的系数。
泥质岩内摩擦角(Φc )与含水增量(
ΔW c )的关系:
Φc =ΦB -187.5
ΔW c (5)?
05?钻井工程 天 然 气 工 业 2007年2月
式中:ΦB为岩石已知含水量为W B时对应的Φ。
(3)应力状态的校正[2]
当钻井液滤液进入泥质地层后,岩石内部原有平衡被打破,特别是水的侵入引起膨润土片周围水和离子浓度的变化,从而引起膨润土片之间的双电层及其他作用力变化,使膨润土片之间的位置重新调整。如果此时没有外来束缚,这一过程就以膨胀的形式展示出来;如果有外来束缚,就以水化应力的形式展示出来。对于泥质地层,膨润土颗粒在泥质岩骨架内按一定的有序性随机分布,每个膨润土颗粒在孔隙液的浓度改变后(变稀)有膨胀趋势。产生膨胀趋势的根本原因是双电层斥力的改变。这种作用力作用于各膨润土片,不具连续性和方向的一致性(方向随膨润土片的定向改变而改变)。就地层空间内某点来说,在单位体积内每个ΔF作用都产生一个体积变形能。根据能量等效原理,此单位体积内的总的变形能总可以等效于某点某个应力条件下的体积变形能,这个应力即为水化应力(σh)。
根据双电层理论,由分子按势能的分布定律、波松方程和离子吸附理论及能量等效原理,通过推导,得到水化应力张量各分量的数学表达式:
σ
h ik=2∑
j
[h jΔF j(h j)n j∫π0p jαi cos2αi dαi]+
h c sΔF cs(h cs)n s n cs∫π0p Sαi cos2αi dαi
i=k
0 i≠k
(6
)
运用所得到的钻井液滤液侵入对岩石力学参数的影响及水化应力对通过测井资料所得的井周应力状态及力学参数进行校正,再结合少量的岩心实验,就得到气体钻井条件下井周的应力状态及岩石力学参数,可将之运用到气体钻井井壁稳定性分析模型。
二、气体钻井井壁稳定性分析模型
应用前面得到的气体钻井条件下的围岩应力状态及力学参数,再选择适当的岩石强度条件,就得到气体钻井井壁稳定性分析模型。岩石的强度条件非常多,但对于均质岩石(裂缝密度很小),最常用的有Mohr2Coulomb准则和Druker2Prager准则。笔者选择Druker2Prager准则作为气体钻井井壁稳定性条件。
三、七北101井气体钻井稳定性分析
应用所建立的气体钻井井壁稳定性分析模型,根据邻井七北1井的测井资料对七里北101井的气体钻井井壁稳定性进行了预测。结果如图1所示。
图1 七北101井壁稳定性分析图
当井周地层某点的固有强度小于空气钻井临界强度时,表明在空气钻井条件下此处井壁不稳定,否则井壁是稳定的。从图1可以看出:七北101井在0～3400m井段实施空气钻井时,井壁是稳定的;而如果在3400～4000m井段实施空气钻井,则井壁会失稳。这与实钻情况是吻合的。
四、结 论
本文在考虑钻井液对地层影响的基础上,结合钻井液钻井所得测井资料,发展了气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以多孔介质传导(能量与物资)、吸附与扩散(水分子和水化离子)、双电层电场与电斥力为基础,建立起钻井液钻井过程中钻井液滤液与井周地层相互作用及由此产生的水化应力和造成的地层强度变化的规律。最终得到气体钻井条件下井周地层应力、应变状态,建立了完整气体钻井井壁稳定分析模型。七北101井气体钻井结果表明该分析模型是准确、可靠的。
参 考 文 献
[1]孔祥言.高等渗流力学[M].合肥:中国科技大学出版
社,1999.
[2]邓虎,孟英峰,等.硬脆性泥页岩水化稳定性研究[J].天
然气工业,2006,26(2):73276.
(修改回稿日期 2006209209 编辑 钟水清)
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第27卷第2期 天 然 气 工 业 钻井工程
N A TU RA L GA S I N DUS T R Y,vol.27,no.2 February25,2007
F LOW2UNIT2BASE D MODE L IN
G OF CARBONATE RESERV OIR PERMEABI L IT Y
ZHAO J un1,J IAN G Tong2wen2,WAN G Huan2zeng2,J IAO Cui2hua3,YAN G Lin4(1School of Pet roleum Engineering,Sout hwest Pet roleum University;2Exploration and Develop ment Research Instit ute of Pet2 roChina Tarim Oilfield Company;3School of Resources and Information,China University of Pet roleum; 4Logging Company of CN PC Sichuan Pet roleum).N A T U R.GA S I N D.v.27,no.2,pp.46248,02/25/ 2007.(ISSN100020976;In Chinese)
ABSTRACT:For complex carbonate reservoirs,the conventional method of permeability evaluation with porosity cannot meet the requirements of production practice and scientific research,due to the strong heterogeneity of this kind of reservoirs.Based on the flow unit theory,reservoir space can be viewed as being consisted of a series of capillaries and K ozeny Carman f unction can be used to calculate flow zone indicator(FZI),which is then used to classify reservoirs.Log responses and their combina2 tions sensitive to FZI are selected through single correlation analysis of the FZI and log responses.In our study,the corrected interval transit time,ratio of gamma ray to density,and ratio of deep to shallow investigation laterolog resistivity are selected as variables to establish a multi2parameter fitted equation of FZI,thus realizing evaluation of FZI with log responses.A detailed permeability model of heterogeneous carbonate reservoir is built based on classification of flow units.Its application in Tarim oilfield shows that the accuracy of the calculated permeability with this method is significantly higher than that without classifi2 cation of flow units,and the effects of application are remarkable.
SUB JECT HEADING S:carbonatite,logging,permeability,capillary,flow model,Tarim Basin
ZHAO Jun(associate professor),born in1970,holds a Ph.D degree and is engaged in research of petroleum geology and logging. Add:Southwest Petroleum University,Xindu District,Chengdu,Sichuan Province610500,P.R.China
T el:+86228283033651 E2m ail:zhaojun_70@https://www.doczj.com/doc/065485525.html,
ANALYSIS ON WE LL2B ORE STABI L IT Y D URING G AS D RILL ING
DEN G Hu,YAN G Ling2rui,CH EN G Li2ping,YAN G Bo(Drilling&Production Technology Research Instit ute,CN PC Sichuan Pet roleum).N A T U R.GA S I N D.v.27,no.2,pp.49251,02/25/2007.(ISSN 100020976;In Chinese)
ABSTRACT:This paper firstly analyzed the interaction between the drilling fluid and the formation.Then based on theories of conductance in porous medium,absorption and dispersion of water molecule and hydration ions,double2layer electric field and electric repulsion,the rule governing the mud filtrate seepage and migration in surrounding formations and the variation rule of hydration stress and rock when time goes on are concluded.And then quantitative analysis is made on the effects of drilling flu2 id made on formation stresses and strains.These results will be used to adjust the strengths and stresses of wall rocks which are calculated f rom logging data,so the strengths and stresses of wall rocks during gas drilling can be obtained.Then by selec2 ting appropriate strength criteria,the borehole stability analysis model for gas drilling can be set up.In this paper,the logging data of Well Qilibei101is taken as an example to demonstrate how to use this model to analyze the borehole stability of this well.The result is consistent with the actual conditions,which proves this model is accurate and reliable.
SUB JECT HEADING S:gas drilling,logging,formation stress,well steady,strength
DENG H u,born in1974,graduated f rom Southwest Petroleum University with a Ph.D degree in drilling engineering in2004, is now engaged in research on underbalanced drilling and reservoir preservation at the postdoctoral working station in Sichuan Petroleum Administration.
Add:Drilling&Production Technology Research Institute,CN PC Sichuan Petroleum,South Section2,Zhongshan Rd., Guanghan City,Sichuan Province618300,P.R.China
T el:+86283825151347 E2m ail:tiger9697@https://www.doczj.com/doc/065485525.html,
APPL ICATION OF MATERIAL BALANCE METH OD IN G AS D RILL ING
ZHAN G Jie1,2,3,L IAO Zhong2hui2,ZHAN G Lei3,WAN G Xi2yong2,J IAN G Zhu2jun2(1Post doctoral Working Station,SINO PEC So ut hwest Company;2Engineering Technology Research Instit ute,SIN2 OPEC Sout hwest Company;3Sout hwest Pet roleum University).N A T U R.GA S I N D.v.27,no.2,pp. 52253,02/25/2007.(ISSN100020976;In Chinese)
ABSTRACT:Air drilling can largely improve the drilling speed,protect and discover the pay zones to the greatest extent.It is
https://www.doczj.com/doc/065485525.html,/e/abstracts.asp 7
井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的难题，随着勘探领域向新区扩展, 钻遇地层日趋复杂, 井壁不稳定已成为实现勘探目的的障碍。 由于这些地区地层所造成的井壁不稳定, 既影响了钻井速度与测井、固井质量, 又使部分地区无法钻达目的层,影响勘探目的实现。 地层矿物组分与理化性能是研究井壁不稳定机理与技术对策的基础。 1、地层组构分析 利用X射线衍射、扫描电镜、薄片分析、透射电镜及测井资料对地层矿物组分、矿物分布层理、裂隙发育状况进行分析。 2、地层理化性能分析方法 岩石密度、阳离子交换容量、膨胀率、分散性(滚动试验法与C ST 法)页岩稳定指数、比表面积、夸电位、活度、可溶性盐类、胶体含量、岩石强度与硬度及地层压力系数等。 3、井壁稳定问题 钻井过程中的井壁坍塌或缩径(由于岩石的剪切破坏或塑性流动)和地层破裂或压裂(由于岩石的拉伸破裂)两种类型。 井壁不稳定间题是力学问题, 又是化学问题, 归根结底仍是力学问题。 1、化学因素 井壁不稳定的原因及研究方法 1、井壁不稳定的原因 如果经验内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度（shear strength)而产生剪切破坏（shear failure,表现为井眼坍塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力（collapse 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，来改变井眼附近的应力状态（stress state），可以达到稳定井眼的目的。 2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系 井壁失稳（unstable borehole）时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏（tensile failure）、剪切破坏（shear failure）。 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蚀作用也可能出现井眼扩大； 另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、岩盐等地层，在工程上遇到这种现象要不断的划地眼，否则会出现卡钻现象。拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可能造成井喷。 实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。如果井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。 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以分为四大类；（1）地质力学因素，原地应力状态、地层空隙压力、原地温度、地质构造特征
深水高温高压井测试期间井壁稳定性分析方法研究 随着我国海洋油气勘探开发逐步迈向深水，常规浅水测试工程设计技术方法在深水领域的局限性逐渐暴露出来，文章分析了目前深水测试作业常用的井壁稳定性分析方法，对比了深水测试作业与钻完井作业井眼稳定性分析的区别，分析推荐了适用于深水测试作业的井壁稳定性分析方法及相关参数确定方法，并研究了深水高温高压环境对测试期间井壁稳定性的影响，取得了一定的认识。 标签：测试工程；井壁稳定性分析；深水；高温高压；规律分析 1 简介 随着荔湾3-1和陵水17-2等一系列重大油气项目的实施，我国逐步加快了南海深水空白区块的油气勘探开发步伐。然而，南海西部深水高温高压油气藏条件对我国当前的海洋深水钻完井测试工程技术体系提出了重大的技术挑战。 测试期间的井壁稳定性分析主要服务于测试期间完井方式的选择，如井壁稳定性分析认为测试期间井壁有可能垮塌，则必须采取具有井壁支撑功能的完井方式，如独立筛管完井或者砾石充填完井等。我国海上测试作业期间的井壁稳定性分析一般沿用开发井完井的地层出砂预测分析方法，如现场观测法、经验法、数值计算法和实验法等。 其中，经验公式法最为常用，我国南海东部和西部绝大多数浅水和深水测试井在测试工程设计阶段都采用了经验公式法中的单轴抗压强度法（也是目前我国海上油气田完井设计 中的常用方法）作为测试期间的井壁稳定性分析方法，如式（1）所示[1]。 单轴抗压强度法是Shell公司根据大量已钻井数据总结得到的经验公式，对于附近有大量邻井存在的区域，应用效果良好。该方法成功应用的关键在于经验系数的准确设定，然而，我国深水油气勘探开发刚刚起步，深水井的钻井数量极其有限，南海绝大部分深水区域都没有进行过钻井作业[2]，在这些区域应用单轴抗压强度法就会存在无邻井信息确定和校核经验系数的问题。另外，单轴抗压强度法是针对地层出砂问题提出的经验公式方法，主要目标地层为砂岩地层，对于碳酸盐岩地层的适用性还有待进一步验证，我国南海流花4-1和流花11-1三井区就存在一些礁灰岩储层。 2 适用于测试工况的井壁稳定性分析方法 测试作业是在钻井作业结束之后针对储层储量和产能而开展的测试工作，主要是通过控制地层流体放喷求得所需信息和数据。本文针对从未开发的偏远区块开发分析对比了探井钻井、评价井测试以及生产井完井期间井壁稳定性分析研究可利用数据以及根据工况特点需要考虑因素的不同，如表1所示，认为目前测试
煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施 科目：钻井新技术 班级：油工61102 学号：201160970 姓名：吴侃 序号：28 2014年6 月
煤层气井气体钻井技术及钻井中煤储层的保护措施 摘要：煤层气储层的特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。用气体钻井方式开采煤层气是一种有效的保 护储层的手段，被国外油田广泛采用。气体钻井方式的选择必须考虑地层的适用性、应用模式、后期完井方式以及经济性。通 过对国外煤层气开发中气体钻井的应用情况、煤层特点、气体钻井应用于煤层气的技术模式进行分析，结合我国煤层气特点及 气体钻井技术现状，探讨了在我国煤层气开发中开展气体钻井的可行性。关键词：煤层气；气体钻井；储层保护 煤层气作为非常规天然气，在国内外掀起了新的勘探开发热潮。在国外，美国已经在第三代煤层气区域进行了勘探开发(1)，2009 年美国煤层气年产量已超过600 亿m3，加拿大、澳大利亚等国家在2000 年后也加强了煤层气开发技术的研究，进行了商业化开采，形成了快速发展的新兴能源产业。国内中石油等企业先后在沁水盆地、鄂尔多斯东部、阜新等地区大规模采用了以地面钻井开采煤层气为主的开采模式，形成了年产能25 亿m3煤层气的能力。据国家有关部门规划，2020 年我国煤层气的年生产能力要达到300 亿m3，发展前景极其广阔。 煤层具有特殊的岩石性质，使得煤层气开发与其他常规油气田有很大的区别。首先含有煤层气的煤岩具有非常强的毛细管效应（亦称水锁效应）、高压力敏感性和渗透滞后现象，更易受到污染；同时煤层气吸附在煤层中，煤层既是产气层也是储气层，只有临界解吸压力小于地层压力时，以吸附状态赋存在煤岩中的煤层气才能解吸，因此，对煤层气钻体钻井是一种保护储层的有效钻井手段，已经在国外的煤层气钻井中得到较为广泛的应用，并形成了针对不同煤层地质特点的气体钻井模式。 用气体作为循环介质钻水平井不是常规作业方式,但是用气体钻有井自身的一些优势。气体钻井中常用的钻井介质为空气。自1986年以来国外许多水平
钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识摘要对钻井液中膨润土含量、钻井液密度、抑制性、滤失量、固相控制、处理剂质量和井壁稳定等问题进行了探讨，认为根据具体情况合理控制并提前考虑调整钻井液性能，有利于改善钻井液的稳定性和提高抗温、抗污染能力。并提出在井壁稳定和堵漏处理中要用动态的观念进行分析，以提高措施的针对性和有效性。 关键词钻井流体；膨润土含量；密度；抑制性；滤失量；固相控制；井壁稳定；井漏 目前国内钻井液技术水平虽然可以满足钻井作业要求，但仍然需要不断的完善与提高，通过技术进步使钻井液技术水平再上新台阶。从技术角度来讲，钻井液永远会面临新的问题，要有新思路，在解决问题中不能仅靠经验，更要注重新技术的应用。从钻井液性能来讲，应该从钻井一开始就重视性能调节，做好预处理，这样可以保证全过程性能稳定，产生好的综合效果，而一旦等问题出来再处理不仅会消耗更多的处理剂，而且会产生一系列的复杂情况，不利于节约成本和提高效率。针对钻井液技术现状及现场存在的一些问题，从提高钻井液技术水平的角度出发就有关问题谈几点认识，以供参考。 1主要认识 1.1膨润土含量 膨润土是钻井液中不可缺少的东西，钻井液性能和膨润土密切相关。对于钻井液体系，要重视膨润土含量的控制，膨润土含量的控制要从钻井一开始就考虑。膨润土含量高是钻井液性能不稳定的根源，合理控制膨润土含量可以提高钻井液的高温稳定性和抗盐污染能力。在满足钻井液携砂能力的情况下尽可能降低膨润土含量，这样可以减少处理剂的消耗，减少其他一些不必要的麻烦。特别是钻遇易造浆地层时，更应该注意膨润土含量的控制。从某种意义上讲，膨润土含量的控制是钻井液技术水平提高的具体体现。近年的实践表明，由于现在的钻井液体系膨润土含量控制较好，稀释剂用量已明显减少，甚至不再使用，说明钻井液稠化现象随着膨润土含量的控制已经得到解决。 1.2钻井液密度 密度的确定，首先是满足安全钻井的需要，其次才考虑其他方面。不同地区地质条件不同，对密度要求也不同。通常，降低密度有利于提高钻井速度，减少钻井液的流动阻力和内摩擦力，但有时也不完全是这样，要看地层的稳定性和地层流体的活度哪方面占优势。有一种观念认为密度低可以保护产层，但这是片面的，有时反而需要提高密度形成暂堵层来保护
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。地层渗透性因素，渗透性较强地层钻井液会渗透到井壁周围地层，产生渗透压 力加大井壁周围地层孔隙压力变化率，加大井壁坍塌概率。井径扩大率因素，安全钻井允许 一定程度坍塌，可适当降低钻井液密度。地层破碎程度因素，地层破碎程度越高，钻井液渗 入越强、渗入深度越大，也就增高了坍塌压力。方位角、井斜角及钻井液组成和性能等，都 会对地层坍塌压力产生一定影响。同时，在坍塌层钻进中钻井液密度比地层坍塌压力当量钻 井液密度更低、钻井中钻井液密度异常过高、钻井液密度过低对盐层及含盐含水软泥岩塑性 变形控制性较差、起钻抽吸降低钻井液压力、井喷或井漏降低井筒内液柱压力等，也会引起 井壁坍塌。 二是物理化学因素。从地层构成看，岩石主要由石英、长石、方解石等非粘土矿物，伊利石、伊蒙间层、绿泥石等晶态粘土矿物，以及蛋白石等非晶态粘土矿物构成，不同岩性地层所含 矿物类型、含量存在差异，会影响井壁稳定性。从钻井液渗入地层驱动力看，钻开地层后钻 井液在井筒中与地层孔隙流体间存在化学势差、压差，在这些压力与地层毛细管力综合驱动下，钻井液滤液会渗入地层造成粘土矿物水化膨胀，引起井壁失稳。从粘土水化机理看，粘 土矿物与水接触后会发生离子水化、表面水化、渗透水化，易引发井壁失稳。从地层水化膨 胀看，钻井液与井壁地层接触后会升高孔隙压力、引起近井筒地层力学性质变化，地层水化 膨胀加大井壁失稳概率。 2 钻井井壁失稳控制技术措施 2.1应力因素引起的井壁失稳控制
倡本文为国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目“气体钻井技术与装备”（编号：２００６ＡＡ０６Ａ１０３）的研究成果。 作者简介：李皋，１９７６年生，副研究员，博士；从事欠平衡钻井、气体钻井与储层保护方面的研究工作。地址：（６１０５００）四川省成都市新都区西南石油大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室。电话：（０２８）８３０３４７８６。Ｅ‐ｍａｉｌ：ｌｇｍｉｃｈａｅｌ＠２６３．ｎｅｔ 气体钻井的适应性评价技术 倡 李皋１ 孟英峰１ 蒋俊１ 肖长久２ 王延民１ 刘厚彬１ 丁振龙３ １．西南石油大学 ２．中国石油西南油气田公司川东北气矿 ３．川庆钻探工程公司国际工程公司 李皋等．气体钻井的适应性评价技术．天然气工业，２００９，２９（３）：５７‐６１． 摘 要 气体钻井对地质条件、设备及工艺的要求较高，因适应性评价不充分而导致气体钻井失败的实例屡见不鲜，目前国内还缺乏相应的气体钻井适应性评价技术体系。基于气体钻井的必要性、工程可行性、经济可行性评价所涉及的关键技术，建立了气体钻井适应性评价技术体系，开发了相应的评价软件系统。此举有利于促进气体钻井的科学选区、选井和选层，减少决策的盲目性，推进气体钻井技术在油气田、煤层气田勘探开发领域的高效应用。 关键词 气体钻井 适应性 储层损害 钻井速度 井壁稳定 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００‐０９７６．２００９．０３．０１６ ０ 引言 气体钻井是２０世纪５０年代始于美国的一项钻 井技术，在低渗油气田的开发、克服井漏、钻井提速、煤层气开发、井下作业等诸多领域得到了较广泛的应用［１］ 。国内２０世纪６０年代，在四川盆地对８口井尝试了利用天然气打开产层，后由于设备不配套 和井控问题停止了试验［２］ 。２０世纪８０年代又重新开始了对泡沫钻井等气基流体钻井的探索，２０世纪９０年代末逐步在国内四川、新疆、玉门、长庆、吐哈、大庆，以及国外的伊朗ＴＡＢＮＡＫ和ＳＨＡＮＵＬ等油气田开展了上百口井的气体钻井现场试验，取得了 重大技术进步［３‐１２］ 。同时气体钻井又是一项对设备、地质条件和施工工艺要求较高的一项复杂钻井技术，不适宜地质对象的选择、不合理的井身结构设计、不合理的施工工艺参数、设备能力不足以及工具缺陷均可能导致气体钻井失败。Ｈａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ公司的欠平衡钻井对象筛选和适应性评价主要采用专家评分方式，即根据已经实施欠平衡钻井的经验，针对不同类型的油气藏，列出若干项判断指标，根据工程师利用油气藏基本参数对相应的指标评分高低来确定能否实施欠平衡钻井。Ｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｄ公司针对欠平衡钻井适应性评价开发了ＳＵＲＥ（ＳｕｉｔａｂｌｅＵｎｄｅｒ‐ｂａｌａｎｃｅｄＲｅｓｅｒｖｏｉｒＥｖａｌｕａｔｉｏｎ）系统，主要用于欠平衡钻井适宜的地质对象筛选。国内欠平衡钻井和气 体钻井技术起步较晚，关于欠平衡与气体钻井的适应性分析主要是集中在对工程可行性的一些具体分 析上［１３‐１６］ 。目前国内外还均没有针对气体钻井的适应性评价系统。 已经开展的气体钻井现场试验由于缺乏成体系的科学决策依据，盲目选区、选井、选层，致使气体钻井事故多发，技术经济效益受到严重影响。这对于规模推广气体钻井技术，促进复杂油气藏的高效勘探开发无疑是一种制约。为此，研究了其适应性评价技术。 １ 适应性评价原理 气体钻井应用对象可分为产层和非产层。应用于非产层的气体钻井目前以提速为主要目的，也有部分以防漏治漏、减少井下复杂事故为目的；应用于产层的气体钻井多以良好保护储层、提高勘探发现率和开发效果为主要目的。无论是何种目的的气体钻井，首先需要从技术上论证是否必须用气体钻井才能达到良好的效果，即气体钻井必要性评价。必要性评价主要涉及：①储层保护潜力评价，即与常规技术相比，气体钻井所能达到的储层保护效果，主要针对产层；②提速潜力评价，即与常规钻井技术相比，气体钻井能够提高机械钻速的程度，主要针对非产层；③克服井下复杂潜力评价，即对于常规钻井容易发生井漏、井喷、水敏性井壁坍塌、压差卡钻等的
1、地层孔隙压力计算 根据处理得到地层声波时差资料，采用Eaton 法进行地层压力计算。Eaton 法地层压力计算模型如下： ()()n p op op w n G G G t t ρ=--?? 式中，p G —井深H 处的地层孔隙压力，g/cm 3； o p G —井深H 处的上覆岩层压力梯度，g/cm 3； w ρ—井深H 处的地层水密度，g/cm 3； n t ?—井深 H 处的正常压实时的声波时差值，/s ft μ； t ?—井深H 处的实测声波时差值，/s ft μ； n —Eaton 指数。 经试算分析得到了适用于泌阳区块的Eaton 指数n ＝0.2，取地层水密度w ρ＝0.991 g/cm 3。
安3006井地层孔隙压力图 2、地层分层地应力计算模型 地应力是影响地层破裂压力的一个重要因素，它是一个客观存在的岩石内应力，它来源于上覆地层的自重和地质构造力。对于不同井深及不同力学性质的地层，地应力的值是不同的。采用下列地应力计算模型： ?? ? ??? ?+-???? ??+-=+-??? ? ??+-=P P P P p v h p p v H αασωμμσαασωμμσ)(1)(121 式中：ωω12,—构造应力系数；
v h H σσσ,,——水平最大、最小地应力和上覆压力； p P ——孔隙压力；μ——地层泊松比； α——有效应力系数。 泌阳凹陷的地层构造应力系数w 1＝0.64，w 2＝0.34。（按照压裂数据估算） 3、用库仑——摩尔强度准则计算坍塌压力 式（4-13）中的r ''σσθ和分别为井壁坍塌处的最大和最小有效主应力，将它们代入库仑—摩尔强度条件（4-8）式，便可求得保持井壁稳定所需的钻井液密度计算公式为： 2 122 (3)2(1) 100 ()h h p m C K ap K K H ησσρη--+-= ?+ )245cot(Φ- ?=K 式中，H ——井深，m ； m ρ——钻井液密度，g/cm 3 4、地层破裂压力的确定方法 破裂压力是井眼裸露地层在井内泥浆柱压力作用下使其起裂或原有裂缝重新开启的压力，它是由于井内泥浆密度过大使井壁岩石所受的周向应力超过岩石的抗拉强度造成的。 假设井眼处于平面应变状态，根据岩石力学理论，可求得非均匀地应力作用下井壁产生拉伸破裂时的井内泥浆柱压力即破裂压力的计算模型为： ()21f V p p t P Q P P S μσααμ??=--++ ?-?? ；H P f f = ρ 式中：f P —地层破裂压力(MPa)；f ρ—地层破裂压力梯度（g/cm 3）； 213??-=Q —构造应力系数；p P —地层孔隙压力； t S —地层抗拉强度；V σ—上覆地层压力； μ—泊松比；α—有效应力系数。
206 1 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。较高的温度对钻井液的性能影响很大。钻井液从井底返回至地面时，钻井液的温度和压力会随着钻井液的流动不断变化，如果地层坍塌压力和地层破裂压力之间压力差较小，小于循环压耗，就会出现井漏和井涌现象。从而出现井壁失稳现象。岩石也会随着温度的升高而发生膨胀，同样有可能导致井壁垮塌。 2 防止井壁失稳的对策 2.1 严格控制当量钻井液密度和浸泡时间 通过井壁不稳定力学和水化影响研究等确定钻井液密度安全窗口；将钻井液流变参数控制在设计范围之内；设计合理钻井液环空返速；减小激动压力；井壁不稳定是与浸泡时间密切相关的，应提高钻速，减少非生产作业时间，尽量缩短裸露地层的浸泡时间，因为地层受钻井液浸泡的时间越长，发生井塌的可能性越大。 2.2 钻井液应具有良好的封堵性 对于硬脆性裂隙发育地层，钻井液的封堵性应好，能快速优质的封堵以减少水的进入，减少水化引起的强度降低，避免“水锲作用”和水化产生的“推挤作用”带来的不利影响，还能减少孔隙压力传递。因此选择合适的封堵材料尤为重要[2]。 2.3 增强体系的抑制性，控制钻井液失水和pH值 水进入泥页岩地层不可能完全避免，但如果钻井液体系具有良好的抑制性，侵入水也不会使泥页岩快速、显著的水化，可以减少或避免由于水化导致的井壁失稳；提高滤饼质量，尽量降低HTHP失水，严格控制HTHP失水小雨10mL。 3 结论和建议 1）严格控制钻井液密度和粘度，添加剂的性质。2）优化钻井工艺技术，缩短钻井周期。 3）设计合理的井身结构，降低钻井周期，防止钻井液长时间侵泡井壁。 4）充分利用测井资料了解地层岩性，选择合理的钻井液体系。 参考文献 [1]王中华.钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识[J].断块油气田，2009，16（1）：89-91. [2]徐同台.井壁稳定技术研究现状及发展方向[J].钻井液与完井液，1997，14（4）：36-43. 井壁稳定的影响因素及预防措施 罗威 尹宝福 西安石油大学石油工程学院 陕西 西安 710065 摘要：引起井壁失稳的因素很多，本文从物理化学因素、地层因素、地层岩性、钻井液因素和工程因素等方面了解井壁失稳的机理，并提出解决井壁失稳的办法。 关键词：钻井液 井塌 防塌 Influential factors and preventive measures of wellbore stability Luo Wei，Yin Baofu School of Petroleum Engineering of Xi ’an Shiyou University ，Xi ’an 710065，China Abstract：The mechanism of wellbore instability is discussed in this article in terms of the drilling fluid，engineering，formation，lithology，physical and chemical factors. Solutions are offered as well. Keywords：drilling liquid；well-hole collapse；collapse prevention
文件编号：TP-AR-L7870 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 钻井过程的主要危险及 控制措施正式样本
钻井过程的主要危险及控制措施正 式样本 使用注意：该解决方案资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 （一）钻井设备简介 1．概述钻井设备（简称钻机）是指石油 天然气钻井过程中所需各种机械设备的总称。钻机主 要部件必须相互配合才能完成钻机起升、循环和旋转 的3项主要工作。按按动力设备的不同通常可分为机 械传动钻机、电动钻机和复合钻机三种。主要包括以 下系统：（1）提升系统：主要作用是用来起、 下钻柱（或下套管），以实现钻头的钻进送钻等工 作。（2）旋转系统：主要作用是由动力机组驱 动转盘，通过转盘方补心带动方钻杆（钻杆和钻
铤）、方钻杆再带着钻头旋转进行钻井。（3）循环系统：主要作用是钻井过程中，通过动力机组带动泥浆泵来循环钻井流体，经过立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆和钻铤，将泥浆池的泥浆送到钻头处，以实现钻井流体将井底的钻屑带到地面。 （4）动力设备：主要作用是为驱动绞车、转盘、钻井泵等工作机工作提供动力。（5）传动系统：主要作用是把发动机的能量传递或分配给各工作机。（6）控制系统：为了指挥各系统协调地工作，在整套钻机中安装有各种控制设备。（7）底座：包括钻台底座、机房底座和泥浆底座等。（8）辅助设备：主要功能是为了正常钻井作业提供配套支撑。钻机所必须具有的主要设备共7大部件：绞车、井架、天车、游车、水龙头、转盘、钻井泵。 2．钻机辅助设备及工具（1）发电机。目
石油钻井机械培训教材(DOC 53页)
教材：石油钻井机械 （程旭王存喜主编） 一、教学目的、要求 1.熟悉钻机的结构原理。 2.掌握常规钻井基本方法流程。 二、教学重、难点 1.钻机的应用。 2.钻井方法。 三、复习旧课 沟通了解学生校外实习教学心得，畅谈内陆现场石油钻井的工艺流程，加以引导，导入我国常规石油钻机的过去、现在与未来发展。 四、导入新课 石油钻井是一项系统工程，涉及到石油地质、油田化学、岩石力学、钻井机械与工具的现代设计技术，以及电子技术、计算机技术与人工智能等在钻井测量及自动化、智能化钻井方面的应用。 五、讲授新课 第一章钻机概论 第一节钻井工艺对钻机的要求及钻机的特点（一）钻井方法
根据钻探目的，当钻机需要在荒野、沙漠、海滩、沼泽、湖泊、山区、森林等艰苦的地方钻井时，必需拆装搬迁方便。 （三）钻井设备的发展 现代深井转盘钻机装备情况如图1-6所示 截止到目前，国外已研制与应用的新型石油钻机如下。 1．超深井钻机 2．微型钻机 3．顶部驱动钻机4．自动化钻机 5．斜井钻机 6．丛式井钻机 7．移动式钻机 8．沙漠钻机9．直升飞机吊运的钻机 10．封闭式钻机 11．80年代以来钻井设备的新进展 （四）目前国内在用钻机情况 １．钻井方法２．钻井设备的用途３．钻井设备的发展 （五）钻井工艺对钻机的要求 1.具有旋转钻进能力。 2.具有起下钻具的能力。 3.具有清洗井底的能力。 （六）钻机的特点 1.一套钻机就是一套联合机组。 2.钻井作业是不连续的。 3.钻机的工作场所比较特殊。 六、小结 １．钻井方法有几种？ ２．钻井设备有什么用途？ ３．钻井设备发展的现状怎样？ 七、作业
气体钻井井控技术 1适用于陆地气体钻井施工作业,规定了气体钻井井控设计、井控装备安装试压及维护、井控操作等内容 2引用文件 SY/T5964钻井井控装置组合配套、安装调试与维护 3术语和定义 下列术语和定义适用于本规范 3.1气体钻井gas drilling 用空气、天然气、氮气或其它气体作为钻井循环介质，在一些特定岩层井段中进行的钻井3.2旋转控制头 一种靠密封胶芯与钻具之间的过盈来封闭钻具与套管之间的环空，当钻具在其中旋转、往复运动时，能够承受一定井口压力的专用钻井工具 3.3旋转防喷器rotating blowout preventer（RBOP） 旋转防喷器是一种靠外部液压源提供的压力油推动活塞，挤压密封胶芯，封闭钻具与套管之间的环空，当钻具在其中旋转、往复运动时，能够承受一定井口压力的专用钻井装置 4井控设计 4.1地质设计 4.1.1提供邻井、邻构造油气显示层位及产量数据，对气体钻井井段油气分布作出预测；提供气体钻井井段地层压力系数和地温梯度数据；在可能含硫化氢等有毒有害气体地区钻井，对其层位、埋藏深度及含量进行预测 4.1.2分析周边环境、对气体钻井期间可能存在的环境影响作出评估 4.2工程设计 4.2.1根据地层产液、产气及压力系统等地质资料，确定合理的井身结构 4.2.2气体钻井井段上层套管抗外挤强度按全掏空设计，抗外挤安全系数≥1.00 4.2.3应有气测或综合录井等气体监测要求 4.2.4井口装置 4.2.4.1在规定的常规井口装置上安装旋转控制头或旋转防喷器 4.2.4.2主要目的层气体钻井要求 a）双闸板防喷器全封闸板安装在下，半封闸板安装在上 b）备用与所使用的钻杆、油管、套管相匹配的半封闸板芯子各一副 c）配备钻杆直管挂和与之连接的转换接头，直管挂外径应小于井口装置的通径 d）套管头、油管头内的保护套应取掉 4.2.5井控管汇 4.2. 5.1气体钻井井控管汇设计符合管汇选型要求 4.2. 5.2主要目的层应配备欠平衡专用节流管汇，其压力级别不低于旋转控制头的额定工作压力 4.2.6内防喷工具 4.2.6.1非储层气体钻井钻头之上安装一只常闭式止回阀，目的层气体钻井在钻头之上安装两只常闭式止回阀 4.2.6.2常闭式止回阀压力级别应与井口装置压力级别相一致
( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 煤气层井气体钻井技术及钻井 中煤储层的保护措施(新版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.
煤气层井气体钻井技术及钻井中煤储层的 保护措施(新版) 摘要：煤层气储层的特殊性对煤层气钻井时的储层保护提出了更高的要求。用气体钻井方式开采煤层气是一种有效的保护储层的手段，被国外油田广泛采用。气体钻井方式的选择必须考虑地层的适用性、应用模式、后期完井方式以及经济性。通过对国外煤层气开发中气体钻井的应用情况、煤层特点、气体钻井应用于煤层气的技术模式进行分析，结合我国煤层气特点及气体钻井技术现状，探讨了在我国煤层气开发中开展气体钻井的可行性。 关键词：煤层气；气体钻井；储层保护 煤层气作为非常规天然气，在国内外掀起了新的勘探开发热潮。在国外，美国已经在第三代煤层气区域进行了勘探开发(1)，2009年
美国煤层气年产量已超过600亿m3，加拿大、澳大利亚等国家在2000年后也加强了煤层气开发技术的研究，进行了商业化开采，形成了快速发展的新兴能源产业。国内中石油等企业先后在沁水盆地、鄂尔多斯东部、阜新等地区大规模采用了以地面钻井开采煤层气为主的开采模式，形成了年产能25亿m3煤层气的能力。据国家有关部门规划，2020年我国煤层气的年生产能力要达到300亿m3，发展前景极其广阔。 煤层具有特殊的岩石性质，使得煤层气开发与其他常规油气田有很大的区别。首先含有煤层气的煤岩具有非常强的毛细管效应（亦称水锁效应）、高压力敏感性和渗透滞后现象，更易受到污染；同时煤层气吸附在煤层中，煤层既是产气层也是储气层，只有临界解吸压力小于地层压力时，以吸附状态赋存在煤岩中的煤层气才能解吸，因此，对煤层气钻体钻井是一种保护储层的有效钻井手段，已经在国外的煤层气钻井中得到较为广泛的应用，并形成了针对不同煤层地质特点的气体钻井模式。 用气体作为循环介质钻水平井不是常规作业方式,但是用气体
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 石油钻井过程的主要危险及控制 措施(2021版)
石油钻井过程的主要危险及控制措施(2021 版) 导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。 （一）钻井设备简介 1．概述 钻井设备（简称钻机）是指石油天然气钻井过程中所需各种机械设备的总称。钻机主要部件必须相互配合才能完成钻机起升、循环和旋转的3项主要工作。按按动力设备的不同通常可分为机械传动钻机、电动钻机和复合钻机三种。主要包括以下系统： （1）提升系统：主要作用是用来起、下钻柱（或下套管），以实现钻头的钻进送钻等工作。 （2）旋转系统：主要作用是由动力机组驱动转盘，通过转盘方补心带动方钻杆（钻杆和钻铤）、方钻杆再带着钻头旋转进行钻井。 （3）循环系统：主要作用是钻井过程中，通过动力机组带动泥浆泵来循环钻井流体，经过立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆和钻铤，将泥浆池的泥浆送到钻头处，以实现钻井流体将井底的钻屑带到
地面。 （4）动力设备：主要作用是为驱动绞车、转盘、钻井泵等工作机工作提供动力。 （5）传动系统：主要作用是把发动机的能量传递或分配给各工作机。 （6）控制系统：为了指挥各系统协调地工作，在整套钻机中安装有各种控制设备。 （7）底座：包括钻台底座、机房底座和泥浆底座等。 （8）辅助设备：主要功能是为了正常钻井作业提供配套支撑。 钻机所必须具有的主要设备共7大部件：绞车、井架、天车、游车、水龙头、转盘、钻井泵。 2．钻机辅助设备及工具 （1）发电机。目前，几乎所有电驱动钻机的发电机都用柴油机作动力。 （2）空气压缩机及储气瓶组。几乎所有钻机的联动机上都配有小型空气压缩机和带储气设备的电动空气压缩机，以便给气控制装置、气离合器、气动马达、气动工具等提供气源和动力。 （3）泥浆储存设备。完整的泥浆循环系统通常都有一套泥浆储存
文本框: 一口井从开钻到完钻要经过破碎岩石、取出岩屑并保护井壁、固井和完井多道工序.其基本工艺流程如下： ①钻前准备：定井位、道路勘察、基础施工、安装井架、搬家、安装装备. ②钻进：加深井眼地过程. ③固井：下入套管、注水泥固井. （钻进、下套管固井作业是交替进行地，循环次数与井身结构有关.具体过程如下：第一次开钻（一开）→钻达一开设计井深→下表层套管、固井；二次开钻→钻达二开设计井深→下技术套管套管、固井；（井身结构复杂地井，继续进行三开、四开……等阶段地钻进和文档收集自网络，仅用于个人学习 一口井从开钻到完钻要经过破碎岩石、取出岩屑并保护井壁、固井和完 井多道工序.其基本工艺流程如下： ①钻前准备：定井位、道路勘察、基础施工、安装井架、搬家、安装装 备. ②钻进：加深井眼地过程. ③固井：下入套管、注水泥固井. （钻进、下套管固井作业是交替进行地，循环次数与井身结构有关.具体 过程如下：第一次开钻（一开）→钻达一开设计井深→下表层套管、固井； 二次开钻→钻达二开设计井深→下技术套管套管、固井；（井身结构复杂地 井，继续进行三开、四开……等阶段地钻进和固井）钻达设计井深，下入油 层套管、固井.） ④完井：按设计要求连通油、气层和井眼，安装井口装置. 文本框: .钻前准备 在确定井位、完成井地设计后，钻前工程是钻井施工中地第一道工 序，它主要包括： ()修公路.修建通往井场地运输用公路，以便运送钻井设备及器材 等. ()井场及设备基础准备.根据井地深浅、设备地类型及设计要求来 平整场地，进行设备基础施工(包括钻机、井架、钻井泵等地基础). ()钻井设备搬运及安装.包括设备就位、找正、调整、固定；钻井 循环管线和油、气、水、保温管线及罐地安装等. ()井口设备准备.包括挖圆井(或不用)、下导管并封固、钻鼠洞及 小鼠洞等. 图沙漠公路与井场 文本框: .钻进 钻进是以一定压力作用在钻头上，并带动钻头旋转使之破碎井底地层岩石，井底岩石被破碎后所产生地岩屑通过循环钻井液被携带到地面上来地作业.文档收集自网络，仅用于个人学习钻进作业工序： 概括起来钻进作业可包括如下道工序： ①下钻：将由钻头、钻铤、方钻杆组成地钻杆柱下入井中，使钻头接触井底，准备钻进. ②正常钻进：又称纯钻进.启动转盘(或井底动力钻具)通过钻杆柱带动井底钻头旋转，给钻头施加适当地压力(钻压)以破碎岩石.与此同时，开动泥浆泵循环泥浆，冲洗井底，携出岩屑，保护井壁，冷却钻头.文档收集自网络，仅用于个人学习 .钻进