准噶尔盆地霍10井区钻井技术

准噶尔盆地霍10井区钻井技术

准噶尔南部油气勘探潜力巨大，是油气资源的有利替代区。发现了各种含油气结构和油气聚集的区域。霍10井所在的霍尔果斯背斜位于南缘地表第二排构造带中段,第二排构造带主要由霍尔果斯背斜、玛纳斯背斜、吐谷鲁背斜组成,由于第一排构造带在喜马拉雅期急剧隆升,使山前大断裂至第二排背斜带断层上盘地层抬升,导致安集海河组以上地层沿该组塑性泥岩层产生重力滑脱,形成了上部薄皮冲断构造。霍10井区处在该构造,井壁失稳问题十分严重,井下复杂,机械钻速极低。井身质量差,起下钻阻卡严重、旋转扭矩大,憋钻现象时有发生。在钻进这些大倾角地层时,井壁失稳及井下复杂等问题非常严重,而如何采取有效措施进行井身质量控制是直接影响钻井质量、钻井效率的关键所在。井内钻井液压力产生井眼失稳的根本原因在于井眼形成过程中井眼周围的应力场发生了改变,引起井壁应力集中,井内钻井液未能够与地层中的应力建立起新的平衡。当井内钻井液液柱压力低于坍塌压力时,井壁岩石将产生剪切破坏,塑性岩石将向井内产生塑性流动而导致缩径,脆性岩石则会产生坍塌掉块造成井径扩大。当井内钻井液液柱压力高于破裂压力时,井壁岩石则会发生拉伸破裂而造成井漏。1.井壁岩石损坏标准(1)井壁岩石的扩张和破坏规则许多学者认为地层压裂为拉伸断裂机制控制,即当井壁上的一个有效主应力达到岩石的拉伸强度值时发生地层破裂。(2)切割和破坏井壁岩石的规则对于深部地层岩石来说,采用Mohr-Coulomb剪切破坏准则。抗剪力的计算该理论假设只有最大和最小主应力对破坏有影响,认为材料抵抗破坏的抗剪力等于沿破坏面滑动时的摩擦阻力与内聚强度之和。可以表示为τ=τ0+σtan>(1)式中:τ—剪应力;τ0—岩石的内聚强度;σ—正应力;>—岩石的内摩擦角。糟糕的规则。假设中间的主应力也会对破坏产生影响2.井壁切向,采动覆岩研究表明,高陡构造井壁不稳定所表现的形式主要有井壁拉伸破坏、井壁剪切应力崩落和井壁剪切错动三种。井壁发生剪切应力崩落时,它的崩落方向沿着最小水平主应力方向,其切向就是原地应力最大方向;当切向原地应力小于零时,井壁产生拉伸破坏;当地层的水平应力差值较大时,或地层中存在弱面,井壁就表现为剪切错动破坏。由于地层倾角大,断裂发育,造成地层重复或变陡,岩石破碎和疏松,井壁稳定性差;塑性岩类、软地层厚度增大,薄层状岩层易垮塌、掉块等,引起井下遇阻、卡钻等工程事故。在井壁不稳定区,容易引起井眼跨塌、井漏、卡钻等井下复杂,不稳定区所需平衡井壁稳定的钻井液密度高,机械钻速低。井眼周围应力的数学模式在众多的油气井作业中,保持井眼完整起着非常重要的作用。井眼稳定与岩石的各向异性程度有关。为了提高油气井作业的经济效益,有必要确切地弄清岩石的力学性质。过去的一些预测临界破裂压力或坍塌压力的精确方法没有考虑具有明显各向异性的实际岩石特性。沉积岩的纹理结构中,弹性特性及剪切和抗拉强度都具有方向性。为了更好地理解现场的实际情况,应考虑所有方向特性的完整的数学模型,用来描述穿过各向异性材料井眼的周围应力的数学模式。Aadnoy根据广义平面应变概念和线弹性力学理论详细地导出这个复杂的数学模式,以求解应力函数的各个参数。这个模式适用于横向各向同性的各向异性岩石,可以很好地描述沉积岩,即沿水平面上所有弹性参数相等,而在垂直方向上不一致。根据Chenevert的研究,岩石的各向异性程度(各向异性指数)与岩性有关。研究结果表明,各向异性弹性对于破裂压力梯度的影响小。各向异性差异很强的岩石,其弱面的影响更为显著。当井眼压力低于孔隙压力时,流体从地层流入井眼中。在这种情况下,没有滤饼形成。在钻井作业中,还应给出判断弱面发生坍塌的准则。如果井眼可能发生严重的坍塌,则在与井眼成90°的方向上进行侧钻可减少发生问题的可能性。根据井眼测量结果反算原地应力方向、大小过程中,需要考虑各向异性的影响。采用各向异性计算方法时,主应变与主应力的方向往往不同。渗透性是一个重要的参数。像这样的非渗透性页岩具有极高的破裂压力;对于渗透性岩石,井眼压力可以传到岩石孔隙内从而降低其破裂压力。这种解释与现场观察到的实际情况是一致的,同时也说明了高质量滤饼的重要性。对于弱各向异性岩石,采用各向同性代替各向异性弹性所引起的误差仅为百分之几。然而各向异性很强的岩石,误差很大。孔隙压力是一个重要的因素,一般情况下,孔隙压力越大,井眼越容易坍塌。完善井漏综合防治技术以霍10井区的钻探实践积累的经验和研究成果为基础,同时,还要开拓技术思路,推广应用先进技术和手段,开展地震技术压力预测等应用研究,结合霍10井区高陡构造已完成的实钻、录井及电测等综合资料,力求掌握更接近实际的复杂地质环境,尤其是地层倾角和地层岩石各向异性。加快应用国外较成熟的随钻地层压力监测及随钻地震地层压力预测技术,及时预测霍10井区地层压力异常和地层压力分布规律等。为钻井全过程提供科学的依据,减少和避免钻井事故和复杂。在霍10井区钻井中,经常发生预想不到的井漏、卡钻等事故,一种解释就是与岩性有关。在高陡构造进行钻井作业时,井漏仍是当前钻井作业中的主要矛盾之一。处理井漏一般都相关产生井涌、井喷、井壁垮塌及压差卡钻等一系列的复杂情况。目前,堵漏技术的研究已取得多项成果,但对特别复杂的井漏的堵漏效率仍较低。进一步深化霍10井区高陡构造井漏机理的研究,建立和完善孔隙性漏失、裂缝及压裂裂缝性漏失等漏失类型的理论模式,判断并确定漏层位置的计算方法。研制和开发针对霍10井区的堵漏材料以及能有效提高低压层承压能力的隔离液。另一方面,完善霍10井区高陡构造不同性质井漏的防漏治漏新技术。进一步发展欠平衡钻井技术,它的综合经济效益在国内外已被普遍认同。特别是对付漏失复杂情况,有效提高机械钻速等方面具有明显的优势,对于霍10井区高陡构造封固复杂层段后,压力比较单一的井段,同时又满