地层压力剖面在复杂井钻探中的应用
- 格式:pdf
- 大小:273.36 KB
- 文档页数:3
控压钻井技术控压钻井技术国际钻井承包商欠平衡、控压钻井委员会(IADC UBD&MPD Committee)2003年给出了控压钻井技术的定义:控压钻井是一种自适应的钻井工艺,可以精确控制全井筒环空压力剖面,确保钻井过程中保持“不漏、不喷”的状态,即井眼始终处于安全密度窗口内。
之后,国际钻井承包商协会又进一步将控压钻井技术分成两大类别:主动控压钻井技术和被动控压钻井技术。
主动控压钻井技术是在钻前设计时融入控压钻井技术的理念,包括井身结构设计、钻井液设计和套管程序设计,从而达到精确控制井筒压力剖面的目的.被动控压钻井技术指使用一些设备如旋转控制头、节流阀和钻杆浮阀等,安全有效地处理井下事故.早期的控压钻井井底压力控制精度在0.35MPa以内,目前控制精度可高达0。
1MPa,即基本实现井底压力的恒定.严格来讲,所有井都需要控制压力,都需要实施控压钻井,因为钻井的过程就是利用井筒流体压力(静止压力、动态压力等)来应对地层压力(孔隙压力、坍塌压力、漏失压力和破裂压力等)从而实现井内压力系统的某种平衡(近平衡、欠平衡、过平衡等).钻井过程中的“卡、塌、漏、喷”几乎都跟井底压力有关,因此控压钻井并不是一个新名词,但随着钻井技术的发展,控压钻井被赋予了新的含义,突出体现在“有目的"和“精确控制”,控压钻井的本质就是确定井底压力界限,从而利用多种工具和技术有效控制相应的环空压力剖面以降低窄密度窗口条件下钻进时的风险与成本。
现代控压钻井技术是在欠平衡钻井和气体钻井基础上发展起来的钻井新技术。
这三项技术有共同的特点,即都需要使用旋转防喷器、气体处理装置、节流管汇、单流阀等特殊设备。
欠平衡钻井主要是为发现和保护储层、减少储层钻井问题、减小对储层的伤害、实现钻井过程中对油藏特性的优化等;气体钻井主要目的是钻井提速,大幅度提高难钻地层的钻井速度;控压钻井主要是为减少钻井过程中的复杂,通过降低大量钻井液的漏失和降低钻井相关的非生产时效等提高钻井经济性。
超深水平井钻井技术研究与应用超深水平井钻井技术是指在水平井钻井中,钻井深度超过一定限制的技术。
超深水平井钻井技术的研究与应用是为了满足日益增长的能源需求以及勘探开发深海油气资源的需要。
本文将从技术研究的背景、技术特点、应用领域和未来发展趋势等方面进行探讨。
背景:近年来,由于全球能源需求的持续增长以及常规油气资源的逐渐枯竭,深海油井勘探和开发成为各国油气公司关注的重点。
然而,深海油井钻探面临越来越大的挑战,主要是水平井的钻井技术的限制。
传统的水平井钻井技术在超过一定深度之后,面临着压力、温度、井眼稳定性等方面的巨大挑战。
因此,研究超深水平井钻井技术成为深海油井勘探和开发的关键。
技术特点:1.钻井技术革新:传统的水平井钻井技术难以适用于超深水平井钻探,因此需要开发新的钻井技术。
例如,采用高温高压钻井液、钻井材料和钻探设备,以满足超深水平井钻井的需求。
2.井眼稳定性的保证:超深水平井钻井过程中,井壁稳定性是关键问题。
传统的井壁支撑技术无法满足超深水平井的要求,因此需要开发新的井壁稳定技术,例如采用防塌剂、维护井眼稳定等措施。
3.井壁压力控制:超深水平井钻井涉及到高压的环境,井底的地层压力会对井眼造成巨大压力,因此需要采取相应措施保证井眼安全。
应用领域:1.深海油气勘探和开发:超深水平井钻井技术可以应用于深海油井的勘探和开发,帮助获取深海油气资源。
2.非常规油气开发:超深水平井钻井技术也可以应用于非常规油气开发,例如页岩气和煤层气的开发。
3.地热能开发:超深水平井钻井技术还可以应用于地热能开发,帮助获取地下热能资源。
未来发展趋势:1.技术不断创新:随着勘探开发需求的不断增加,超深水平井钻井技术将不断创新。
例如,开发更高温高压钻井液、更先进的钻探设备和材料等。
2.环境友好型技术:随着社会对环境问题的关注度不断提高,超深水平井钻井技术也将朝着环境友好型技术的方向发展。
例如,开发更环保的钻井液、减少污染物排放等。
钻井工程中井漏的预防及堵漏技术要点摘要:钻井工程是勘探开发油气的主要过程,该项工程会受不同因素影响,施工期间容易出现各项问题,井漏就是其中最常见的一种。
钻井工程施工期间,如果出现井漏问题,会引起严重事故,因此,要做好预防井漏和堵漏技术的探讨。
关键词:钻井工程;堵漏材料;井漏;井身结构井漏是钻井工程施工期间较为难以预防和解决的问题,而且会引起严重后果。
实际作业开展时,要从实际情况入手,做好相应分析工作,采取合理措施做好井漏预防和堵漏作业,尽量减小井漏带来的危害。
1钻井工程井漏原因通过对大量钻井工程实践经验进行总结可以明确,出现井漏的原因主要有以下几点:(1)在裂缝大量发育地层中,由于地层出现复杂构造运动,地层内存在大量裂隙,钻头将地层钻开后,受压力影响,钻井液会随着裂隙进入地层内[1]。
(2)在砂砾岩底层或地层疏松区域,经常会发生渗透性井漏,造成这一现象的主要原因就是,这一地层孔隙率大,渗透性好,在这一情况下,若井筒内静液压力过大,容易出现井漏现象[2]。
(3)溶洞性漏失情况主要出现在碳酸盐岩地层内,受地层流体影响,碳酸岩层容易出现溶蚀现象,产生的溶洞体积过大,这也就提供了容纳钻井液空间,一旦在钻井工程钻进期间遇到大溶洞,会导致钻具发生放空现象,此时,钻井液会快速渗入地层,发生井漏问题,情况严重时,会发生井喷、塌井等各种事故,危害巨大。
(4)在渗流性较差地层区域容易出现破裂性井漏,造成这一现象的主要原因就是由于井筒内压力超过了地层破裂压力。
2 预防钻井工程井漏的合理措施2.1 科学设计井身结构设计井身结构时要以地层压力剖面为基础,科学规划,确定井身套管层次、井眼尺寸各项内容,确保钻井工程中的每个部件都符合需求。
井身每个部件构造设计都必须符合设计要求,要全面考虑底层空隙压力、完井方法、油气层位置各项内容,设计要符合需求,不得盲目依据主观想法进行设计。
2.2 降低井筒内钻井液动压力开展钻井作业期间,要依据钻井工程情况,选择符合需求的钻井液动压力。
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范第一章总则第一条钻井液技术是钻井技术的重要组成部分,直接关系到钻探工程的成败和效益。
为提高钻井液技术和管理水平,保障钻井工程的安全和质量,满足勘探开发需要,特制定本规范。
第二条本规范主要内容包括:钻井液设计,现场作业,油气储层保护,钻井液循环、固控和除气设备,泡沫钻井流体,井下复杂的预防和处理,钻井液废弃物处理与环境保护,钻井液原材料和处理剂的质量控制与管理,钻井液资料管理等。
第三条本规范适用于中国石油天然气集团公司所属相关单位的钻井液技术管理。
第二章钻井液设计第一节设计的主要依据和内容第四条钻井液设计是钻井工程设计的重要组成部分,主要依据包括但不限于以下几方面:1. 以钻井地质设计、钻井工程设计及其它相关资料为基础,依据有关技术规范、规定和标准进行钻井液设计。
2. 钻井液设计应在分析影响钻探作业安全、质量和效益等因素的基础上,制定相应的钻井液技术措施。
主要有:地层岩性、地层应力、地层岩石理化性能、地层流体、地层压力剖面(孔隙压力、坍塌压力与破裂压力)、地温梯度等信息;储层保护要求;本区块或相邻区块已完成井的井下复杂情况和钻井液应用情况;地质目的和钻井工程对钻井液作业的要求;适用的钻井液新技术、新工艺;国家和施工地区有关环保方面的规定和要求。
第五条钻井液设计内容主要包括:邻井复杂情况分析与本井复杂情况预测;分段钻井液类型及主要性能参数;分段钻井液基本配方、钻井液消耗量预测、配制与维护处理;储层保护对钻井液的要求;固控设备配置与使用要求;钻井液仪器、设备配置要求;分段钻井液材料计划及成本预测;井场应急材料和压井液储备要求;井下复杂情况的预防和处理;钻井液HSE管理要求。
第二节钻井液体系选择第六条钻井液体系选择应遵循以下原则:满足地质目的和钻井工程需要;具有较好的储层保护效果;具有较好的经济性;低毒低腐蚀性。
第七条不同地层钻井液类型选择1. 在表层钻进时,宜选用较高粘度和切力的钻井液。
《油气田地下地质学》提纲第一章1、名词解释:地质井、参数井、预探井、评价井、开发井、调整井、定向井、丛式井、水平井、CT值、井斜角、井斜方位角、井号编排、钻时、钻时录井、岩心、岩心收获率、岩心编号、岩屑、岩屑录井、岩屑迟到时间、捞砂时间、钻达时间、套管程序、方入、进尺、补心高、补心海拔。
2、录井方法一般包括哪几种?3、影响钻时的因素有哪些?如何根据钻时来判断岩性?4、现场上常用的荧光录井方法有哪几种?5、如何划分碎屑岩的含油级别?6、为什么要进行岩心归位?简述岩心归位的原则和步骤。
7、如何获取有代表性的岩屑?常用的测定迟到时间的方法有哪几种?8、在钻井中泥浆的功能是什么?泥浆性能包括有哪些?9、什么是泥浆的失水量和泥饼?钻井过程中对其作何要求?为什么?10、如何根据井号编排判断井别:渔浅1井、荆参2井、浩4 -3井、陵1井、沙36井。
11、泥浆显示分为哪几类?12、完井方法因地质条件不同可分为哪几类?13、如何根据泥浆性能的变化来判断油、气、水层和其它特殊岩层?14、通过岩心录井及岩心分析可获得哪些资料及信息?第二章1、概念:油气水的综合判断、束缚水、可动水、含油饱和度、相渗透率、增阻侵入、减阻侵入、地层测试、中途测试、跨隔测试、测试垫。
2、在进行油气水层的判断时,为什么对低渗透性砂岩油气层的含油性解释偏低?3、在进行油气水层的判断时,为什么对高渗透性砂岩油气层的含油性解释偏高?4、简述在碳酸盐岩双重孔隙结构中,基质孔隙系统和裂缝系统的主要区别。
5、说明钻柱测试压力卡片上不同压力段测试阀、旁通阀、封隔器所处的工作状态,标注压力卡片上各点所表示的压力。
6、满足什么样条件的压力卡片才能供我们解释分析用?7、对几张典型的压力卡片进行初步分析。
8、简述低阻油层的成因。
9、简述水淹层的地质特征。
第三章1、名词解释:有效厚度、沉积旋回、细分沉积相、标准层、标准剖面、含油层系、油层组、砂岩组、单油层、测井相、地震相。
井眼与地层之间的压⼒及其平衡关系井眼与地层之间的压⼒及其平衡关系⼀、静液压⼒Pm静液压⼒是由井内静液柱的重量产⽣的压⼒,其⼤⼩只取决于液体密度和液柱垂直⾼度。
静液压⼒Pm计算公式:Pm= 0.0098ρm Hm (2—1)式中:Pm — 静液压⼒,MPa;ρm— 钻井液密度,g/cm3;Hm— 液柱垂直⾼度,m。
静液压⼒梯度Gm计算公式:Gm = Pm/ Hm = 0.0098ρm (2—2)式中:Gm — 静液压⼒梯度,MPa/m。
⼆、地层压⼒PP地层压⼒是指作⽤在地层孔隙中流体上的压⼒,也称地层孔隙压⼒。
地层压⼒PP计算公式:PP=0.0098ρP HP (2—3)式中:PP — 地层压⼒,MPa;ρP— 地层压⼒当量密度,g/cm3;Hm— 地层垂直⾼度,m。
地层压⼒梯度GP计算公式:GP = PP/ HP = 0.0098ρP (2—4)式中:GP — 静液压⼒梯度,MPa/m。
地层压⼒当量密度ρP计算公式:ρP =PP/0.0098 Hm = 102 GP (2—5)在钻井过程中遇到的地层压⼒可分为三类:正常地层压⼒:ρP=1.0~1.07 g/cm3;异常⾼压:ρP>1.07 g/cm3;异常低压:ρP<1.0 g/cm3。
三、地层破裂压⼒Pf地层破裂压⼒是指某⼀深度处地层抵抗⽔⼒压裂的能⼒。
当达到地层破裂压⼒时,地层原有的裂缝扩⼤延伸或⽆裂缝的地层产⽣裂缝。
从钻井安全⽅⾯讲,地层破裂压⼒越⼤越好,地层抗破裂强度就越⼤,越不容易被压漏,钻井越安全。
⼀般情况下,地层破裂压⼒随着井深的增加⽽增加。
所以,上部地层(套管鞋处)的强度最低,易于压漏,最不安全,所以在设计时应保证下⼊⾜够深度的套管以提⾼裸眼井段上部的地层破裂压⼒。
1.地层破裂压⼒Pf计算公式Pf =0.0098ρf Hf (2—6)式中:Pf —地层破裂压⼒,MPa;ρf —地层破裂压⼒当量密度,g/cm3;Hf—漏失层垂直深度,m。
第27卷增刊2005年6月 石油钻采工艺
OIL DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGYVol. 27(supplement)
June 2005
文章编号:100)一7393(2005)S0一(1001一03地层压力剖面在复杂井钻探中的应用
梁何生,何谋军,(1.大港油田集团公司钻采工艺研究院,天津吕军2常青,赵俊华,
300280; 2.大港油田公司开发事业部,天津300280)
摘要为保证复杂探井的顺利钻进,更好地保护油气层,在钻前进行地层3项压力(地层孔陈压力、坍塌压力和破裂压力)剖面的预测非常重要。利用邻井测井资料、钻井工程资料对大港油田南大港潜山构造带歧南9X1,歧南9X2等井,在钻前进行了地层3项压力预测。根据该地区进入油气层段前地层坍塌压力较高,而进入油气层后地层坍塌压力下降,同时油层孔隙压力较低的实际情况,采用了一套与传统井身结构设计完全不同的设计方式,虽然增加了一定的套管成本,却保证了钻井施工的顺利进行,有效保护了油气层,与部井相比,产量大幅度提高。
关键词大港油田钻探孔隙压力破裂压力坍塌压力预测 中图分类号:TE22文献标识码:A
南大港潜山构造带歧南9X1井区是大港油田的重点勘探区块,该地区压力系统比较复杂,进人油气层段前地层坍塌压力较高,而进人油气层后地层坍塌压力下降。为更有效地保护好油气层,设计了一套适用于这种压力剖面的井身结构方案,取得了良好的勘探效果。
1地质概况 歧南9X1井区位于羊二庄北断层下降盘与南大港断层下降盘之间,由3条次级断层相互切割而形成,断块地层北东倾,其上倾方向由断面北东倾的断层遮挡。该圈闭主要发育了Es,下段生物灰岩、Es3段砂岩2套储层。自上而下主要岩性为砂岩、泥岩、含砾泥岩、粉砂岩、油斑细砂岩、油页岩、生物灰岩、荧光细砂岩等。Es,下底界高点埋深2525 m,幅度300 m,面积1. 7 km2 ; Es,段底界高点埋深2650 m,幅度300 m,面积1.4 km2。钻探目的是预探断块Es, , Es3段含油气情况。完钻原则是钻穿Es3段底界以下50 m完钻。
2地层3项压力剖面预测2.1区块已完钻井工程简况 该区已完成邻井有歧97、歧119、歧124、歧南34、歧南G3井等。歧119井为三开直井,实际完钻井深2850 m,全井使用最高钻井液密度1.21岁
m3cm,2610一2680 m (Es,段)发生井眼跨塌现象,最大井径415 mm,井深2676 m,钻井液体系为铁铬盐钻井液。此段进行了取心作业,后因井眼坍塌划眼,总浸泡时间约168 h,进人Es3段后井径较规则。 歧124井为二开直井,实际井深2393 m,全井使用最高钻井液密度为1.23岁c厅,钻井液体系为铁铬盐钻井液。该井在2270 m附近井眼扩大现象严重,最大井径380 mm,地层为Es,段,进人Es3段地层后该井的井径较为规则。 歧126井为二开直井,实际井深2595 m,全井使用最高钻井液密度1.26岁c耐的铁铬盐钻井液。Es,段有井眼扩大现象,最大井径310 mm,深度2344 m。进人Es3段后,上部泥岩帽2710一2760 m井段仍有较大的井眼扩大现象,之后井径规则。 歧130井为二开直井,实际井深1904 m,全井使用最高钻井液密度1.17岁c厅。该井较浅,施工较顺利,井径基本规则。歧南G3井为二开直井,实际井深2570 m,全井使用最高密度为1.20岁c3cm的铁铬盐钻井液,无复杂情况,二开井段井径规则。2.2预测过程[[11 可参考邻井中,歧119井距离较近,相关资料较为齐全,因此选择该井作为压力预测的依据。 具体过程:利用歧119井测井资料,计算地层的
作者简介:梁何生,1968年生。1991年毕业于石油大学(华东)钻井工程专业,现在钻井所从事钻井工艺研究与服务工作,工程师。电 话:022一259253200石油钻采工艺2005年6月(第27卷)增刊弹性参数和强度参数;根据地层弹性参数、强度参数力数据选出最佳预测结果;利用油层压裂数据反算及密度测井资料,计算上覆岩层压力和最大、最小水构造应力系数;利用摩尔一库仑剪切破坏准则和拉平地应力;利用声波和电阻率资料预测地层孔隙压伸破坏准则,预测地层坍塌压力和破裂压力,统计结力,通过2种方法预测结果对比,结合该地区实测压果见表to 表1部分井段地层3项压力统计井深孔隙压力坍塌压力破裂压力/m /g・cm-3 /g・cm-3 /g・cm -31井深孔隙压空”压左破裂A1}
}/m /g・cm一’/g・cm一’/g・cm2600 1.08 1.16 1.922610 1.08 1.22 1.892620 1.08 1.24 1.882630 1.09 1.24 1.882640 1.09 1.22 1.902650 1.09 1.17 1.972660 1.10 1.17 2.012670 1.09 1.21 1.932680 1.09 1.19 1.862690 1.09 1.16 1.902700 1.07 1.10 1.972710 1.06 1.09 1.882720 1.04 1.03 1.802730 1.以1.07 1.822740 1.以1.08 1.902750 1.04 1.05 1.892760 1.04 1.04 1.862770 1.03 1.04 1.792780 1.03 1.07 1.712790 1.03 1.01 1.782800 1.00 0.97 1.882810 0.96 1.00 1.922820 0.98 0.95 2.002830 0.99 0.96 2.以2840 1.00 1.00 1.99
注:表中压力为当量钻井液密度,下同。2.3预测结果分析 馆陶组以上地层为基本正常压实,孔隙压力0.98一1.03岁cm3cm,东营组进人压力异常过渡带,Es,段和Es,段为压力异常带,最高点为1.09岁m3cm,层位Es,段,深度2682 m;馆陶组以上地层坍塌压力与孔隙压力大小相当,为0.80一1.17岁c耐,个别深度处坍塌压力大于孔隙压力。东营组以下地层坍塌压力大于孔隙压力,为0.93一1.22扩c时,最高点2615 m,实际钻进中钻井液密度应以平衡坍塌
压力为主。破裂压力随井深增加而缓慢升高,预测井段最低点在馆陶组1599 m处,为1.67扩cm3cm;东
营组最低1.76 g/cm3,深度2080 m; Es;段最低1.80岁cm3cm,深度2720 m; Es,段最低1.72岁cm3cm,深度2782 m3井身结构与钻井液设计
由于井身结构设计的原则是封地层而非封井深【21,本区各井的分层底界深度不同,见表20
表2各井地层分层底界深度对比
地质年代第四系上第三系地层分层各井底界深度/m歧南9X1歧南9X2歧119歧南G3300姗19302050绷2809 、了』1矛、.声、.J)钓丫XOO02600M40}41勺,沙,,.11,.卫,‘227 2 平原组明化镇组馆陶组
下第三系东营组
Es,段Es,段
歧124 250 1470 1820 2127 22642393 0歧126 25015271827197324102550中生界 260 1630 1990 2420 2655 30303080 0 2460 25702580 v
3.1传统井身结构与钻井液设计方式 2002年以前本区的已完成井多采用二开井身结构,歧119井采用三开井身结构,但技术套管只封到馆陶组。采用1.20一1.24留c耐钻井液密度同时揭开Es, ,Es,油组。由于密度远高于Es3油组的地层孔隙压力,对油层产生了较为严重的污染,试油产量一直很低,没有取得良好的勘探效果。3.2优化后的井身结构与钻井液设计方案
通过对多口井的压力预测分析,本区Es,油组到Es3油组的地层坍塌压力有一共同特点。Es,段的地层坍塌压力在1.20一1.22留c耐,过渡到Es3段泥岩帽后,逐渐下降到1.10扩c扩左右。同时地层孔隙压力下降到1.03一1.04岁c耐。
采用三开井身结构,深下技术套管封过E83段泥岩帽,三开Es3段油层采用尾管悬挂。钻井液二开采用硅防塌体系,密度1.巧一1.20岁cm3cm;三开采梁何生等:地层压力剖面在复杂井钻探中的应用用钾盐聚合物体系,密度1.08一1.12岁c时。在歧南9X1、歧南9X2等井实施,取得了非常好的勘探效果,试油产量大幅度提高。2口井的二开、三开井身结构设计分别是:歧南9X1井为0241. 3 mm钻头x2653 m(垂深2408 m) / 0177.8 mm套管x 2650 m+ 0152.4 mm钻头x 3045 m/0127. 0 mm尾管x3035 m;歧南9X2井为0241. 3 mm钻头x 2786 m(垂深2691 m) / 0177. 8 mm套管x 2783 m+0152.4 mm钻头x 3205 m/0127. 0 mm尾管x 3195
mo4实施效果分析
4.1歧南9X1井 2002年3月11日开钻,4月18日完钻,平均机械钻速9.43 m/h,设计井深3045 m,实际井深2945m,垂深2644. 2 m。二开以前最高钻井液密度1.2扩cm3cm,施工较顺利,无井眼失稳现象,井壁稍有掉块。由于该井是按新设计实施的第1口井,二开技术套管未封过Es3泥岩帽,三开后按设计最高钻井液密度1.12岁c耐钻进,发生非常严重的井壁坍塌现象,2747一2786 m井段平均井眼扩大率达49.12%,将钻井液密度提高至1.2岁c耐,井壁掉块现象基本消除。经过多次讨论,形成的一致意见是:如果三开小井眼要使用低密度钻井液钻进,二开一定要封过Es,段底界30 -50 m。该井二开虽比设计的2650 m加深到2747 m(垂深2492 m ),但还是没有封过Es,段。该井的Es,段的底界深度2560 m(测深2827 m ),而全井的最大地层坍塌压力出现在Es,段的底界和Es3段顶界的泥岩帽上,这是通过对多口邻井反复研究后得出的结论,所以二开没有封到Es3顶界的泥岩帽是三开小井眼发生严重井壁坍塌的主要原因。最后不得不将密度提高到1.2岁c耐,没有达到低密度钻穿Es,油层的目的。由于浸泡时间并不长,该井的试油结果还是比实施新方案前的邻井好得多,同时为该区以后井的井身结构设计优化和钻井液密度优选提供了宝贵的经验。4.2歧南,X2井 2002年7月12日开钻,8月23日完钻,平均机械钻速10. 45 m/h,设计井深3205 m,垂深3080 m;实际井深2994.4 m,垂深2883.47 m,全井施工较顺利,井眼较为规则;9.)241. 3 mm井段1783一2805 m,平均井眼扩大率5.53%。本井吸取了歧南9X1井