欠平衡钻井条件下地层造斜特性研究.pdf

第 3 4卷 第 2期 2 0 1 2年 3月 石 油 钻 采 工 艺 0I L DRI L LI NG PR0DUCTI ON TECHNOL OGY Vo 1 ． 3 4 No ． 2 Ma r c h 2 01 2 文章编号 1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 2 0 2 0 0 0 1 0 3 欠 平衡 钻 井条 件下地层造 斜特性研究 张 辉 高 德 利 段明 星 杨 建 旭 中国石油大学石油工程学院 ， 北京1 0 2 2 4 9 引用格式张辉， 高德利， 段明星， 等 ． 欠平衡钻井条件下地层造斜特性研究 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 2 1 - 3 ． 摘要钻井实践 中发现， 由于对欠平衡钻井条件下的地层造斜特性不够了解， 不能有的放矢地采取措施有效控制井斜。 因此， 欠平衡钻井条件下地层造斜特性的研究， 是一项迫切需要开展的工作 ， 对于欠平衡钻井技术的发展具有重要意义。应用 有限元方 法分析 了不 同井底压差 下倾斜 地层近 井底岩石 应力的分布状 态 ， 得 出了井底 压差和地层倾 角对 井底应 力分 布的影响 规律；同时分析并确定了井斜趋势的判定依据 ， 进而研究了欠平衡钻井条件对地层造斜作用的影响。结果表明， 欠平衡钻井 中井底保持负压差 ， 放大了井底上倾和下倾两侧岩石应力的不对称性， 增强了地层的造斜作用；地层倾角越大， 这种增强作用 越 显著。 关键词欠平衡钻井 ；地层造斜特性；井底应力；地层倾角；有限元 中图分 类号 T E 2 1 文献标识码 A Re s e a r c h o n d e fle c t i ng c ha r a c t e r i s t i c o f f o r ma t i o n whi l e u nde r ba l a nc e d dr i l l i ng Z H A N G H u i ， G A 0 D e l i ， D U A N Mi n g x i n g ， Y A NG J i a n x u C o l l e g e o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g , C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， B e ij i n g 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t I n d r i l l i n g p r a c t i c e ， Be c a u s e o f t h e l a c k o f u n d e r s t a n d i n g o f d e fl e c t i n g c h a r a c t e r i s t i c o f a n i s o t r o p y f o r ma t i o n wh i l e u n - d e r b a l a n c e d dr i l l i n g ， fl a p p r o p r i a t e me a s u r e c a n n o t b e t a k e n a c c o r d i n g l y ． S o r e s e a r c h o n d e fl e c t i n g c h a r a c t e r i s t i c o f a n i s o t r o p y f o r ma t i o n wh i l e u n d e r b a l a n c e d r i l l i n g wi l l p l a y a n i mp o r t a n t r o l e i n u n d e r b a l a c e d r i l l t e c h n o l o g y a n d s h o u l d b e c a r r i e d o u t i mme d i a t e l y ． I n t h i s t h e s i s ， t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f b o t t o mh o l e r o c k i n v a r i o u s p r e s s u r e d i f f e r e n c e a n d f o rm a t i o n s wi t h v a r i o u s a n g l e o f b e d d i n g i s a n a l y z e d b y me a n s o f fi n i t e e l e me n t me t h o d ， t h e i n fl u e n c e o f p r e s s u r e d i ffe r e n c e a n d f o rm a t i o n a n g l e o n t h e s t r e s s d i s t r i b u t i o n o f b o t t o m h o l e i s f o u n d e d ， t h e d i s c r i mi n a t i o n c rit e ria o f i n c l i n a t i o n tr e n d i s e s t a b l i s h e d ， t h e e ffe c t o f u n d e r b a l a n c e dr i l l i n g c o n d i t i o n o n t h e d e fl e c t i n g c h a r a c t e r i s t i c o f a n i s o t r o p y f o rm a t i o n i s f u r t h e r d i s c u s s e d ． Th e r e s u l t s h o ws t h a t t h e n e g a t i v e p r e s s u r e d i ffe r e n c e s wh i l e u n d e r b a l a n c e d d r i l l i n g a mp l i f y t h e a s y mme t r y o f s t r e s s d i s t r i b u t i o n a n d s t r e n g t h e n t h e d e fl e c t i n g t e n d e n c y o f f o rm a t i o n ． T h i s wi l l b e mo r e r e ma r k a b l e wi t h t h e i n c r e a s e o f an g l e o f b e d d i n g ． Ke y wo r d s u n d e r b a l a n c e d d r i l l i n g ； d e fle c t i n g c h a r a c t e r i s t i c o f f o r ma t i o n ； s t r e s s o f b o o m h o l e ； a n g l e o f b e d d i n g ； fi n i t e e l e me n t 欠平衡钻井技术是在钻井过程 中， 保持钻井液 柱压力低于地层压力 ， 使产层 的流体有控制地进入 井筒并将其循环至地面的钻井技术 。使用欠平衡 钻井技术 ， 可以大幅提高机械钻速 ， 保护并及时发现 油气藏 ， 有效控制钻井液 的漏失 ， 提高油气勘探开发 效益。近年来 ， 欠平衡钻井技术在国内外的应用越来 越广泛 J 。在欠平衡钻井地层造斜特性研究方面 ， 国内学者主要针对气体钻井研究较多， 林铁军、 练章 华用有 限元法分析了气体钻井和钻井液钻井条件下 的井斜趋势 _ l ， 认为相同地层倾角下气体钻井的井 斜趋势比钻井液钻井更明显。高如军等人研究了气 体钻井过程 中地应力对地层造斜特性 的影响 ， 认 为气体钻井在不均衡 的双 向水平压应力作用下 ， 使 井眼轨迹 向最大水平主应力方向上漂移。但对于欠 基金项 目国家 自然科 学基金项 目 “ 气体钻井井眼轨迹偏斜机理与控制理论研究” 编号 5 1 1 7 4 2 2 0 ；中国石油科技 创新基金项 目 “ 页 岩气水平井钻井优化设计研究” 编号 2 0 1 1 - 5 0 0 6 0 3 1 0 。 作者简介张辉， 1 9 7 1 年生。1 9 9 4 年毕业于石油大学 华东 钻井工程专业， 现主要从事油气井信息开发与应用方面的研究， 副教授。电 话 0 1 0 8 9 7 3 3 7 0 2 。E ma i l z h a n g h u i 3 7 0 2 1 6 3 ． c o m。 张辉等 欠平衡钻 井条件下地层造斜特性研究 3 两侧的最大主应力差值如图 4所示。 嚣 世 图 4井底 两侧 岩石最大主应力差值 与井底压差 、 地层倾 角 之 间关 系 由图 4可以看 出， 井底两侧岩石最大主应力差 值基本随井底压差的减 小而增大 ， 增 大的幅度随地 层倾角的增大而增加。其中 1 5 。 地层倾角增加的幅 度最小 ， 井底压差 由 5 MP a 减小到 一 3 0 MP a时 ， 井 底两侧岩石最大主应力差值仅增加了0 ．0 9 4 MP a ， 而 6 O 。 地层倾角时则达到 1 ． 2 1 MP a ， 其他地层倾角增幅 介于两者之间。 6 结论 1 欠平衡钻井井底负压差的存在 ， 放大了倾斜 各 向异性地层 中井底上倾 和下倾两侧岩石应力的不 对称性 ， 增加 了地层的造斜能力 。可见 ， 在过平衡钻 井时井斜不严重的地层 ， 在应用 了井底负压差较大 的欠平衡钻井技术后 ， 会出现井斜加剧的趋势。 2 欠平衡钻井 条件对地层造 斜能力 的加强作 用 ， 随地层倾角 的增加而增大。原先适用于过平衡 钻井的地层造斜规律和计算 方法 ， 在此种情况下应 用将产生较大误差。 参考文献 [ 1 ] 周英操， 翟洪军 ． 欠平衡钻井技术与应用 [ M]． 北京 石 油 工 业 出版 社 ． 2 0 0 3 ． [ 2] 马光长， 杜良民． 空气钻井技术及其应用[ J ] ． 钻采工艺， 2 0 0 4 ， 2 7 3 4 - 8 ． [ 3] 赵业荣， 丁世宣， 袁孟嘉， 等 ． 陕2 4 2井天然气钻井实践 『 J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 1 ， 2 3 2 1 3 1 5 ． [ 4] 姬长生 ． 空气钻井技术在大邑 l井中的应 用 [ J ]． 钻 采工 艺， 2 0 0 6 ， 2 9 4 l 1 0 ． 1 1 2 ． [ 5] 项德责， 余金海， 赖小晴， 等 ． 空气钻井在玉门青西油田 的应用 [ J ]． 西部探矿工程， 2 0 0 6 ， 1 8 6 1 7 8 ． 1 8 O ． [ 6] 魏武， 许期聪， 邓虎， 等 ． 气体钻井技术在七北 1 0 1 井的 应用与研究 [ J ]． 天然气工业， 2 0 0 5 ， 2 5 9 4 8 5 O ． [ 7] 高成军， 张立春， 张讲丽 ． 欠平衡钻井技术的应用与认 识 [ J ]． 断块油气 田， 2 0 0 9 ， 1 6 5 1 2 2 1 2 5 ． [ 8] 彭松 ． 欠平衡钻井技术及其应用研究 [ J ]． 化学工程 与装备 ， 2 0 1 l ， 4 0 4 1 1 7 - 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