环玛湖玛北斜坡区钻井安全密度窗口研究
1 地质特征
该区块八道湾地层存在煤层和地层胶结性差的底砾岩, 造成地层承压能力低, 而克拉玛依组地层为泥页岩互层造成地层压力高, 纵向压力系统复杂。造成该井区地层压力变化大, 安全密度窗口窄, 井漏事故频发。[1,2]
2 安全密度窗口研究
计算钻井液安全密度窗口, 需要计算地层坍塌压力, 地层破裂压力, 而地层压力可以根据现场钻井参数和试油外推压力测得。以下主要介绍地层坍塌压力和地层破裂压力的计算方
2.1地层坍塌压力计算方法
岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到的最大、最小主应力控制, σ1与 σ3的差值越大, 井壁越易坍塌。由于水平地应力是非均匀的, 即 σh1≠ σh2, 所以井壁上的周向应力是随 θ 角而变化的 ( θ 角为井壁上点的矢径与最大地应力方向的夹角) 。θ = 900和 θ = 270°处, σθ值最大, 这两处的差应力值达到最大 (因为 σr在井壁各处为常数, 与 θ 无关) , 是井壁发生失稳坍塌的位置。[4]
由于泥页岩的渗透率极低, 因此, 在钻井液性能良好的情况下, 可以不考虑钻井液向地层渗透, 而把泥页岩井壁近似看作为不渗透井壁。此时井壁坍塌处的有效应力公式为:
式 (1.1) 中的 σ'r和 σ'θ分别为井壁坍塌处的最大和最小有效主应力, 将它们代入摩尔—库伦强度条件式 (1.2) 中, 便可求得保持井壁稳定所需的钻井液密度计算公式为:
式中:H—井深 (m) ;ρm—钻井液密度 ( g/cm3) ;η —应力非线性修正系数, η 为0.9-0.95;C—岩石粘聚力。
2.2地层破裂压力
从力学上说, 地层破裂是由于井内钻井液密度过大使井壁岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度而造成的, 即σ'θ= -St ( St为拉伸强度) 。当井内液柱压力Pt增大时, σ'θ变小, 当Pt增至一定程度时, σ'θ将变成负值, 即岩石所受周向应力由压缩变成拉伸, 当这种拉伸力大到足以克服岩石的抗拉强度时, 地层即产生破裂造成井漏, 破裂发生在 σ'θ最小处, 即θ = 00或1800处, 此时 σθ值为:
若不考虑地层的渗透作用 (对低渗泥页岩地层) , 则地层破裂压力的计算公式为:
式中:Pf—地层破裂压力;St—岩石的抗拉强度。
2.3地层三压力剖面建立
地层安全密度窗口一般按下式计算:
式中:Δps—安全密度窗口, SG;pp—地层孔隙压力, SG;
pc—地层坍塌压力, SG;Sh—地层破裂压力, SG。[5]
经过计算得出该区块八道湾J1b以下地层, 由于地层孔隙压力逐渐提高到1.2g/cm3左右, 维持 (泥岩井段) 井壁力学稳定所需要的泥浆密度逐渐上升到1.30g/cm3左右, 在克拉玛依组达1.4 g/cm3左右。
3 结语
1.制定钻井液安全密度窗口能有效降低钻井中井漏, 井壁垮塌等钻井事故;
2.出现钻井区块出现复杂地质压力系统时, 需精确的算出钻井安全密度窗口。
摘要：环玛湖凹陷玛北斜坡区是新疆油田重点勘探区块, 该区块地质情况复杂, 地层压力系统复杂, 区域压力变化大, 安全密度窗口窄, 井壁易垮塌。本文通过对目标区已钻井情况综合分析研究, 掌握了地层岩性分布、地层压力分布, 通过钻井液安全密度窗口, 制定出有效复杂预防措施, 降低钻井复杂事故发生率。
关键词：地层压力,安全密度窗口,复杂事故
参考文献
[1] 杨明合, 优快钻井技术在环玛湖凹陷斜坡区的应用.石油化工应用, 2014, 03-33
[2] 王海涛, 准噶尔盆地环玛湖凹陷钻井提速技术.石油钻采工艺, 2014, 36 (4) :30-33.
[3] 苏勤, 窄安全密度窗口条件下钻井设计技术探讨.石油钻探技术.2011.03.011
[4] 刘永辉, 南堡4号构造定向井钻井液安全密度窗口的建立, 2014.11
[5] 梁川, 山前钻井液安全密度窗口的分层地质力学预测方法, 2014.04.011
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