元坝陆相地层钻井液密度窗口的确定与应用.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报2 0 1 5 年 1 2 月 第 3 7 卷 第 1 l 十1 2 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I D e c ． 2 0 1 5 V o 1 ． 3 7 N o ． 1 1 1 2 3 1 [ 引著格式]胡德云 ，赵鹏斐 ，周成华 ，等 ．元坝陆相地层钻井液密度窗口的确定与应用 [ J ]．石油天然气学报 江汉石 油学院学报 2 0 1 5 ，3 7 1 1 1 2 3 1 ～3 8 ． 元坝 陆相地层钻井液密度窗 口的确定 与应 用 胡德 云 中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院， 四』 I l 德阳6 1 8 0 0 0 赵鹏斐 西南 石油 大学 石油 与天 然气工程学院， 四J I I 成都6 1 o o o o 周J或华 中石 化西 南石油工程 有限公司钻井工程研究院， 四川德阳6 1 8 0 0 0 范翔 宇 西南 石油 大学石油 与天然气工程学院， 四J I I 成都6 1 o o o o 周鑫 中 石油玉门油田分 公司 钻采工程 研究院， 甘肃酒泉7 3 5 0 0 0 [ 摘要]元坝 陆相地层地质构造复 杂，工 区地层 岩层 走 向高陡且岩 石易碎 ，井下 易发生 井漏坍塌事故 。通 过 测 井 方 法 构建 了元 坝 地 区陆 相 地 层 岩 石 动 静 力 学 参 数 转 换 模 型 ， 优 选 了符 合 元 坝 地 区 的地 层 孔 隙压 力 、 破 裂压 力和坍塌压力的计算模 型，结合 元坝地 层 的特 殊性 ，考 虑地层破 碎程度 、岩石力 学特性 、地 层倾 角、井斜 角和井斜方位角对元坝陆相地 层安 全 密度 窗 口的影响 ，得 到 了适 用于元 坝陆相地 层 的安全 密度 窗 口。 通 过 YI 7 0 2井 漏 失 层 位 安 全 密度 窗 口的 计 算 ，表 明新 建 立 的安 全 密 度 窗 口理 论 计 算 结 果 和 实 钻 情 况基本相符 ，验证 了模型的合理性 ，研 究成果对元坝 陆相地层 的井壁稳定性研 究有借 鉴意义。 [ 关键词] 陆相地层 ；元坝地 区；钻井液 密度 窗口；坍塌压力 ；破裂压力 ；地应力 ；漏 失 [ 中图分类号]T E 2 1 [ 文献标 志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 O 1 5 儿 1 2 0 0 3 1 一O 8 元坝陆相地层地质条件复杂，地层压力高，裂缝发育 ，煤岩 、泥页岩的存在使得钻开地层时 ，井周 岩石容易崩落 ，钻进过程中井塌、卡钻、起下钻遇阻等井下复杂情况时有发生 。自流井组东岳庙段到珍 珠 冲段 存在 裂缝 气层 ，易 发生 漏失 ，由于安全 密度 窗 口窄或 为负 ，导 致 “ 喷 、漏 、塌 ” 同时发 生 ，严重 地 制 约 了工 程进 度 和井下 安全 。运用 测井 方法 计算 建立 了该 区块 陆相 地层 安全 密度 窗 口 ，并 根据 安全 密 度 窗 口及其 影 响因素 修正 了密 度窗 口，使 之更 能满 足井 下作 业要 求 ，减少 事故 的发 生 。 1 安全钻井液密度窗 口计算模型的确立 钻 井液 密度 窗 口直接影 响 到井下 施 工作业 时井 壁 的稳定 情况 ，若 密度 过低 ，在井 壁 上就会 出现剪切 破 坏导 致井 塌或 缩径 ；若 密度 过高 ，在井 壁上会 出现拉 伸破 坏而 导致 井漏 ，一个 安全 的钻 井液 密 度窗 口 对 钻井 整个 过程都 至 关重要 。建 立安 全钻 井液 密度 窗 口，需 要求得 岩 石 的静 态 弹性参 数 ，并且 计算 出地 层 的孔 隙压 力 和地应 力 ，确定 地层 的破 裂压力 和坍 塌压 力 ，根据 破裂 压力 和坍 塌压 力来 确定 密度 窗 口的 上 限 和下 限 。 1 ． 1 岩 石 力学 参数 的求取 岩 石 的静态 弹性参 数是 实 际工程 中地 层压 力计 算所 必须 的参数 ，但 静态 力 学参数 需要 通过 三轴 试验 加 载静 载荷 作用 测得 岩心 的应 力一应 变 曲线来 获取 ，获 取过 程较 为 复杂且 花 费也较 高 ；利用地 层 的声 波 时 差 、密度 和伽 马射 线等测 井 资料 可 以得 到动 态 岩石 力学 参 数 ，这种 参 数 获取 较 为 简单 且 花 费 也较 低 。 许 多学 者通 过试 验结 果分析 得 到 ，对 于一 块完 整 的岩石 来说 ，其 动 、静态 岩石 力学参 数 十分接 近 ，而在 [ 收稿日期]2 0 1 5一 o 22 0 [ 基金项 目]国家自然科学基金项 目 5 1 4 7 4 1 8 5 ；国家 “ 9 7 3 ”计划项目 2 o 1 3 c B 2 2 8 o o 3 。 [ 作者简介]胡德云 1 9 6 6 一 ，男 ，高级工程师 ，长期从 事钻完 井科研与管理 工作 ；通信作者 赵鹏斐 ，1 8 0 8 1 0 3 3 8 8 7 1 6 3 ． C O II 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 石 油 天 然 气 工程 2 O l 5年 l 2月 弄清 动 、静 态岩 石力学 参数 性质 的基础 上 ，通过 回归 拟合 方法建 立其 相互关 系 ，可 以实现 由动 态到静 态 岩石 力学参 数 的转换 。所 以 ，由于测井 资 料易获 取方便 、便宜且 地层 连续性 好 ，常用 测井 资料计 算岩 石 力学 参数心 ] 。 根据上 述方 法 ，通 过元 坝陆 相地层 泊松 比和 弹性模 量参 数 的对 比分析 ，建立 了元 坝陆 相地层 须家 河 组岩 石动 、静泊 松 比和弹性 模量 的转换 模 型 f E 一 0． 4 39 3 E { 一 9 ．8 9 0 5 N 9， R 一 0 ．9 1 1 l 1 ．1 2 9 4 ， 』 d一 0 ．1 1 9 4 N 一9， R 一 0 ．7 3 式 中 E 为静态 弹性 模 量 ，G P a ；E 为动 态 弹 性模 量 ，GP a ； 为 静 态泊 松 比 ，1 ； 为 动 态 泊 松 比， 1 ； N 为样 品数 ； R为相 关 系数 。 1 ． 2地 层孔 隙压 力的预 测 地层 孑 L 隙压力 的计算 方法 主要有 等效 深度 法 、伊 顿法 和有 效应 力法 。鉴 于元坝 陆相地 层 的岩性 和岩 石 物理性 质 ，不仅 要考 虑上覆 压实 作用 ，还应 考虑 到其他 的异 常压 力形 成机 理和钻 井实 测压力 与测 井信 息 压力 响应之 间 的关 系 。 因此 ，根 据伊顿 法 的基础 公式来 推 导地层 孔 隙压力 ，其公 式 为 一 P c 一 。 一 P w 2 j 式 中P 为地层 孔 隙压力 ，MP a ；P 。 为 上覆 地层 压 力 ，MP a ；P 为地 层 水静 液 柱压 力 ，MP a ；A t 为 正常压实趋势线上 的声波时差值 ，u s ／ f t ；A t 为实测点声波时差值， s ／ f t ； 为压实指数，1 。 之 前 的很 多研 究 ，因 为测井 资料 的不 足 ，所 以常 常将 压 实指 数 视为 常 数 ，并 运用 到 T程 计 算 中去 ， 其计算精度也能满足需求。很多学者根据实测压力资料与测井计算 的数据来反推压实指数 ，得出压实指 数 应该 是一个 变化 的值 。试验 证 明 ，压 实指数 与地 层 的声波 特性相 关 良好 ，即压 实指数 随着声 波 时差值 的降低 而增 大 。在 确定 压实指 数 时 ，选 择泥 岩层段 ，剔 除其 中扩径 缩径 层段 的声 波时 差值 ，最后 所用 的 应 为所 取声 波时差 的平 均特 征值 。 将 这个关 系 引入伊 顿法 ，则 得 出改 进后 的方程 一 P 。 一 P o -- P 。 2．2075 3 1 ． 3 地应 力的 计算 地 层 密度应 该是 随地 层深度 的变 化 而 变 化 的 ，所 以采 用 分段 求 和来 求 得更 接 近 实 际 的 上覆 岩 层 压 力。计 算公 式 为 一 0 -0 0 9 81 AD 4 式 中 口 为上覆 岩层 压力 ，MP a ； 为各段 密 度 ，g ／ c m。 ； A D 为 深度 采 样 间隔 ，m；系数 0 ． 0 0 9 8 1的单 位 为 m／ s 。 。 根据 测井 资料统 计 ，表 1给 出了元坝 地 区下沙 溪庙组 到须 家河组 各层 段平 均密 度 的参考值 。 表 1 元坝下沙溪庙组到须家河组各层段平均密度参考值 水平 地应 力 的计 算 考虑 到元 坝陆相 地层 岩性 致密且 微 裂缝 发育 ，而 Ne wb e r r y模 型主要 针 对 渗透 率低 但有 微裂缝 发 育 的地 层 ，所 以采用该 公式 计算 水平 最小地 应力 ，公 式为 一 一 a p P 5 1 “ 式 中 为水 平最 小地 应力 ，MP a ； 为泊 松 比 ，1 ； a为 B i o t 系数 ，1 。 根 据双井 径测 量资料 推导 的水 平最 大地应 力 为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7卷 第 1 1 十 1 2期 胡 德 云 等 元 坝 陆相 地 层 钻 井 液 密度 窗 口的 确 定 与 应 用 3 3 一 6 ‘ ～ n J 【 H ／ a h 一 1 A[ 1 一 b ／ a 。 ] E ／ E 式 中 为 水平 最大 地 应 力 ，MP a ；i t 为 应 力 不 平衡 系 数 ，1 ；n为 井 眼 长 半轴 ，m；b为井 眼短 半 轴 ， m；E为地 层 弹性模 量 ，MP a ；E 为地层 骨架 弹性 模量 ，MP a ；A 为 修正 系数 。 通 过测 井资 料得 出 元坝地 区陆相地 层 的水平 最 大最小 地应 力基 本 随埋藏 深度 增加 而增 加 ，部分 测 点 存在 离散 型 ；最大 最小 地应力 的 比值波 动较 小 ，即应 力不 平衡 系数 在一 个小 区 问 内变 化 。通过 拟合元 坝地区 l 2口井最小和最大水平地应力，得 出工区计算最大水平地应力的经验公式 。图 1是其 中 2口井 的拟合情况 。拟合结果得出元坝陆相地层 取值为 1 ． 2 5 ～1 ． 3 。 重 菱 ／ ／ 一／ ／ ／ 重 蓦 水平毁小地应力／ MP a 水平最小地应力／ MP a a X8 井 b Xl 1 抖 图 1 元坝 陆相 地层 最大最小水平地应力拟合情况 1 ． 4 地 层破 裂压 力和 钻 井液密 度上 限的计 算 地 层破 裂压 力 的计 算 主要有 3种 方式 一 是室 内岩 石力学 破裂 压力 测试 试验 ；二 是油 气井 现场 水力 压 裂施 工 ；三是 根据 测井 资料 和一 系列公 式测 算破 裂压 力 。笔者 采用第 3种方法 计算 地层 破裂 压力 。 以谭 氏模 型 改进法 为原 型 ，根据 上覆应 力 和水平 最 大最小 主应 力 ，并结 合元 坝 陆相地 层微 裂缝 发育 的特点 ，推 导建 立 了该 地层 的地层 破 裂压力 P 计算 模 型 0 Pf a p b x 一 a p C1 C 2 S 7 式中P 为地层破裂压力 ，MP a ； 为地层水平骨架应力非平衡 因子，1 ；裂缝性地层取 C 0 ，非裂 缝性 地 层取 C 一1 ；施 工压 裂时计 算 的地 层破 裂压 力 C z 一1 ，钻 井 中为预 防 钻井 液 密度 太 大压 漏 低 承压 裂缝 地 层而 不考 虑地层 抗 张强度 时所 计算 的地 层 自然 破 裂 压 力 或 漏 失压 力 C 一0 ；S 为抗 张强 度 ， M Pa。 对 于元 坝陆相 地层 来说 ，其微 裂缝 发育 ，则 C 一0 ，式 7 简化 为 9 ． P f a p p ,U b 一 a p p 8 考 虑到底 层破 碎程 度 和地层倾 角 等对底 层 破裂压 力 的影 响 因素 ，在 计算 安全 钻井 液密 度 窗 口上 限 时 附加 p ，使所得的钻井液当量密度窗 口上限更符合实际情况 1 0 00 pf } r n、 丽十P m 式中 P 为地层张性破裂的钻井液当量密度，g ／ c m。 ； H 为地层埋藏深度 ，m； 为地层张性破裂的钻井 液 当量 密度 附加值 ，g ／ c m。 。 将式 8 计 算得 到破 裂压力 代 入 式 9 中 ，就 能得 到钻 进 时 地 层 发 生 张性 破 裂 时 的钻 井 液 当量 等 效 密度 ，即为安全 钻井 液密 度 窗 口上 限 。 1 ． 5 地 层 坍塌压 力和 钻 井液密 度下 限 的计 算 非均匀地应力下井壁应力计算公式 约∞ ∞5 ； ∞ ∞∞ 们∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天然气工程 2 O 1 5 年 1 2月 f C Y r Pw a p p { 一叩 [ H CY h 一2 H 一盯 h c o s 2 0 一P ] 一a p p 1 0 【 一 一 2 ／ 1 H d h c o s 2 0一 a p 式 中 为井 壁 围岩 所受 的径 向应力 ，MP a ； 为井 壁 围岩所 受 的周 向应 力 ，MP a ； 为井 壁 围岩所 受 的 垂 向应力 ，MP a ； r ／ 为井壁 岩石 的非线 性应 力校 正系数 ；臼为井 壁 上某点 与 X 轴 的夹 角 ， 。 。 当井壁围岩所受的周向应力 和径向应力 的差值达到一定值后 ，井眼会 因剪切破坏而坍塌 。从 式 1 0 中可 以看 出 ，当 一9 0 。 或 2 7 0 。时 ，最 容易 发生坍 塌 ] ，此时 井壁上 主应 力为 f r Pw a p p r l 3 a H一 Y h P 一 a p 1 1 【 一 一 2 ,u 一 ff h 一 a p。 在井壁 稳定 力学 分析 中 ，Mo h r C o u l o mb剪切破 坏 准则常 常表示 为 “ 一 a P p 一 d a P p c t g 4 5 。 一 号 2 C c t g 4 5 。 一 号 1 2 式 中 C为 内聚力 ，MP a ； 为 内摩擦角 ， 。 。 根据 P 一P ，推 导得 到计算 地层 坍塌压 力 的具体 公式 为 一 1 3 K 。 7 7 ⋯ 式 中 P 为地层 坍塌 压力 ，MP a ； 7 7 为井壁岩 石 的非线 性应力 校 正系数 ，正 常取 0 ． 8 ～0 ． 9 5 ； 为最 大水 平 主应 力 ，MP a ； 为最 小水 平主 应力 ，MP a ； 为上 覆岩 层应 力 ，MP a ；K 为摩 擦 角有 关 的参 数 ，一 般 取 K t a n , r ／ 4一 ／ 2 ； 为 B l o t 系数 ，对 于川东 北陆相 地层 a一0 ． 6 。 如果 井底 液注 压力 小于地 层压 力 ，就会发 生井 喷 ，因此 ，为 了求 出安 全钻 井液 密度 下限 ，必须 考虑 到地层压力 ；还应考虑到地层的破碎性和地层倾角等因素对坍塌压力的影 响。所 以计算安全密度 窗 口下 限要 补充 一个钻 井 液密度 附加值 JD ，计 算公式 为 lD - - 蒜 T P n ⋯ 式 中 为安全钻 井液 密度 下 限值 ，g ／ c m 。 2 安全钻井液密度窗 口影 响因素分析 安全钻 井液 密度 窗 口受 众 多因素 的影 响 ，地 层破碎 程度 、地 层倾 角 、井眼轨迹 、地 层强 度 、钻井 液 造壁 性和钻 柱振 动等 都会影 响 到钻井液 的选 择l_ 7 j 。 2 ． 1 地层 破碎 程度对 安全 钻井 液密 度窗 口的影 响 元 坝陆 相地层 主要 以砂 岩 、泥岩 和砂岩 、泥 岩不等 厚互 层为 主 。由现场 资料统 计 6口有 代表 性井 发 生井漏 层段 ，平 均裂缝 宽度 0 ． 5 3 0 mm，平 均 裂缝径 向延伸 距 离 3 ． 0 4 m，平 均 孔 隙度 0 ． 5 7 ，平 均 裂 缝 渗透 率 2 3 7 6 ． 1 mD。地层 岩性 致密且 微裂 缝发 育 。工 区处 于高 陡构 造带 ，有裂 缝 、孔 洞及 其 发育 层 。岩 层层 理和 裂缝 发育丰 富且倾 向走 向复 杂多 变 ，裂缝 比较密 集且缝 宽 和缝长 较大 ，地层 各 向异性程 度 和破 碎程 度大 ，这使 得井 易漏难 堵且 堵漏 成功 率低 。要想 建立 安全 密度 窗 口 ，必须 考虑 这些 因素 ，适 当地 诟 J 整钻 井液 密度 窗 口 ，钻井 液密 度窗 口会 变 窄 。 2 ． 2地 层倾 角对安 全钻 井液密 度 窗 口的 影响 现场 勘探 资料表 明 ，元坝 地 区高陡构 造 占了整个 工 区的 6 0 ～8 O ，地 层倾 角 一般 3 O ～6 5 。 ，由 目 前 已钻井 资料 得 ，该 工 区最大 的地层 倾 角达到 8 7 。 ，钻进 时 非 常容 易发 生井 斜 。 由于高 陡 地层 造 斜 能 力 强 ，加上 陆相 地层岩 石 软硬交 错 ，使 用 常规钻井 技 术容易 使井 眼形 成 键槽 ，造成 键槽 卡 钻事 故 J 。图 1 是根 据勘 探资 料绘制 的钻 井液 密度 附加值 与地层 倾 角的关 系 。可见 钻井液 密度 附加 值和地 层倾 角度 数呈 正相关 ，即随地层倾角变大，地层坍塌趋势变强。地层倾角在 5 。 时钻井液密度附加值 为 0 ． 0 2 5 g ／ c m。 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 量 耋至 _二 翌 竺 堡 云等 元 坝 陆 相 地 层 钻 井 液 密 度 窗 口 的 确 定 与 应 用 ～ ’⋯⋯ 一q 目 侧疋 句 g 品 舞 莲 招 餐 袜 图 2 地层倾 角和钻 井液密度 附加 值关系 直到倾角为 8 O 。时钻井 液密度附加值 达 到 了 o ． 4 g ／ c ms 。 2 3 地层岩石力学特性对安全钻井液 密度 窗 口的影 响 取元坝 X1 1井须家河组须二段一 点为 例 ，参 数 值 H 一 4 8 O O m， 一 1 2 0． 4 35 M Pa，d H 1 27 ．8 48 M Pa， 一 83 57 7 M Pa， pp 5 0 。 35 6 M Pa， S ． 一 1 3 3 57 M Pa， C 一4 2 ．21 7 M Pa， ” 一 O 7 6 8， 一 0 ．2 8 9， 一 3 0 。 。 在保持其 他参数条件不变情况下 ，在井斜 方位 吕 铀 坷 麟 湘 按 蚯 ∞ ∞ { 寻 撕 m 0 o o m c ； 仉 n m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然 气 工程 2 O 1 5年 1 2月 2 ． 4井斜 角 和井斜 方位 角对 安 全钻 井 液密 度 窗 口的 影响 针对 元坝 地 区工 区地应 力 口 的情 况 垂 向地 应 力 为第 二 主 地 应力 进 行 计 算 分 析 ，取 X5 0 1井 须 家河 组须 二段 一点 ，井 深 H一5 1 0 0 m， 一 1 2 6 ．8 9 8 M Pa， H l 3 3 ．4 3 8 M Pa， 口 h 一 8 5 ． 37 7 M Pa， 声 一 5 4． 3 5 9M Pa， St 一 1 5 45 4 M Pa， C 一 5 1 ．2 8 3 M Pa， 卵 一0 ． 5 ， 一0 ． 2 9 9 ， 一3 0 。 。计 算 出不 同井斜 方位 角 的坍 塌 压 力 和 破 裂 压 力 钻井 液 当量密 度窗 口，如 图 5所示 。 从 图 5可 以看 出 ，当井 斜 方 位 角 一 定 时 ，随着 井 斜 角 的 增 大 ，地 层 坍 塌 压力 钻井 液 当量 密 度 减 小 直 到 等 于 至 三 兰 蔓 堇 蔓 幸 孪 毒 警 I ● 篇 ● 篇 窝 ● _ ● _ -一 一 ； ． ． 一p r 9 0 。 、 二 a ．, h, , -v j p _l lo 8 6 g ／ c m j 一 0 。 喷 的 矗 低 液 密 度 i p b 3 0 。 1 Q t ’⋯⋯ 0 3 O 6 0 井斜角 图 5不 同井斜角 、井斜方位角对安全钻井液密度窗 口的影响 防止井 喷 的最 低钻 井液 密度 ，地层 破裂 压力 钻井 液 当量 密度 增加 ，安全 钻井 液密度 窗 口变宽 ；当井斜 角 一 定时 ，随着井斜方位角的增大 ，地层坍塌压力钻井液当量密度减小直到等于防止井喷的最低钻井液密 度 ，地层破裂压力钻井液当量密度增加 ，安全钻井液密度窗 口变宽。这说 明当垂 向应力 为中间主应 力 时 ，在 同样 的条件 下 ，井斜 角或井 斜方 位角 越大 ，安全 钻井 液密 度窗 口越宽 ，钻井 越 安全 l_ 。 3 元坝陆相地层安全钻 井液密度窗 口模型的应用 3 ． 1 Y L 7 0 2井 陆相地 层 漏失情 况 YI 7 0 2井 三开钻 进 中在井 深 3 8 7 9 ～4 9 3 7 m 发 生 多次 井 漏 ；完 钻后 下 套 管 到 底 循 环 再 次 发 生井 漏 ， 井 漏严 重 见 表 2 。发生 井 漏 后 ，针 对 井 内实 际 情 况采 取 不 同 的堵 漏措 施 1 1次 ，取 得 明显 的堵 漏 效 果 ，其 中 4次堵漏 一次 性成 功 。全 井共 计漏 失钻 井液 2 ． 0 3 ～2 ． 2 5 g ／ c m。 4 5 5 ． 5 2 m。 。 表 2 Y L 7 0 2井三开 井漏情况统计表 3 ． 2 Y L 7 0 2井 陆相地层 钻 井液密 度窗 口建 立 首先通 过建 立 的计 算模 型得 出 YI 7 0 2井陆 相地 层 钻井 液 密 度 窗 口 ，然 后 再 具体 分 析钻 井 液 密度 窗 口的影响 因素来 逐步修 正 密度窗 口 ，得到 最终 的安全 钻井 液密度 窗 口。 表 3是 计算 出 的 YI 7 0 2井下 沙溪 庙组 到须 家河 组 每段 各 个 岩石 力 学 参数 。把计 算 所得 参 数 代入 式 2 和 8 得 到 P ，然后 根据 式 5 、 6 、 1 1 求 出 P 。考 虑 地 层倾 角 对 安全 钻 井液 密 度 窗 口的 影 响 ，取合 理 的钻井 液密度 附加 值 ，通 过 式 9 和 1 4 得 出了 YL 7 0 2井 3 0 0 8 ～4 9 2 9 m 钻 井 液密 度 O 5 O 5 2 1 I O 一 g 品 ， 黼_軎 撰欺撂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7 卷 第 1 1 1 2期 胡德 云 等 元坝陆相地层钻井液 密度 窗口的确定与应 用 窗 口 ，见 表 4 。 表 3 Y L 7 0 2井 3 0 0 8 4 9 2 9 ． 6 m 岩石力学参数 表 4 YL 7 0 2井 3 0 0 8 4 9 2 9 m 安 全钻 井 液 密 度 窗 口 关于 YL 7 0 2井的具体安全钻井液密度窗 口没有准确的参考值 ，为了验证所建密度窗 口的可靠性 ， 根据 钻井 日志 中实 际钻井 液密 度 和钻井 中井 下情 况来 检验 ，不 难得 出预 测钻 井液 密度 窗 口和实 际钻井 液 密 度关 系 曲线 ，如 图 6 所 示 。 色 ● 粕 疑 辕 捃 图 6钻井实用钻井液密度与预测钻井液密度 窗口对 比 ’一⋯ 预测钻井液 密度窗口下限 预测钻井液 密度窗口上限 ～ 钻井中实用 钻井液密度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 石 油 天 然 气 工程 2 0 1 5年 1 2月 从 图 6可 以看 出 ，A、B、C三点 为发 生 井下 事 故 的点 。A点 钻 遇 高纯 度 石英 砂 岩 ，钻 时 极慢 ，准 备 起钻 。起 钻时 油气上 窜速 度不 能满 足起钻 要 求 ，循环 加重 ，密度 增加 到 2 ． 0 g ／ c m。时 ，油 气 上窜 速 度 满足起 钻要 求 ，加重 过程 中发 生 漏 失 ，最 大漏 失 速 度 6 m。 ／ h ，漏失 量 2 7 m。 ，打堵 漏 浆 ，完 成 起钻 。B 点为 前 段 3 1 3 4 ～ 3 1 6 6 ． 4 9 m 处 遇 阻 ，间 断 划 眼 通 过 ，钻 进 过 程 中逐 步 调 整 钻 井 液 密 度 ，发 现 漏 失 共 3 7 m。 ，注 入堵漏 钻井 液 ，降低 钻 井 液 密 度 ，完 成堵 漏 。C点 钻 进 至井 深 4 3 9 7 ． 9 4 m 处 ，发 生 裂 缝 性 漏 失 ，加入 细颗粒 随钻堵 漏 材料 ，排量 9 L ／ s ，漏 速 9 ． 5 m。 ／ h ，累计漏 失 3 1 _ 6 7 m。 。 由于钻井液 的选 取 、钻头钻 柱 的选取 等多种 施 工 因素 都会 影响钻 井 中井壁 稳定性 ，笔 者 只针对元 坝 陆相 地层 地质 因素对 井壁 稳定 的影 响来确 立安 全钻 井 液密 度 窗 口。图 6中 A、B、C这 3次 漏 失 是钻 井 到 3 8 7 9 、4 1 4 8 、4 3 9 7 m 深 度时 钻井 液密度 引起 的漏失 ，这 与表 3中 提到 的 YL 7 0 2井 发生 事故 点 基本 相 符 。其他漏失是因为气压 、泵压、或者是钻至漏失点下段 由于其他因素导致的漏失 ，并不能通过此深度 的安全 密度 窗 口和钻遇此 深度 所用 的实 际钻井 液密 度来验 证 。综上所 述 ，可 以看 出钻井 实际 的钻井 液密 度 基本 在预测 的安 全钻井 液 密度窗 口内 ，而且 当实 际钻 井液 密度达 到预 测上 限时 ，确实 发生事 故 ，可见 建立 的模 型对元 坝陆相 地层 安全钻 井液 密度 窗 口预测 比较合 理 。 4 结论 1 基于岩石 的破坏准则计算了坍塌压力和破裂压力 ，并且根据元坝陆相地层 的地质结构 ，考虑地 层破 碎情况 和地 层倾 角对 钻井液 密度 窗 口的影 响 ，最 终 建立 了元 坝 陆相 地 层安 全 钻 井液 密 度 窗 口模 型 。 通过 YI 7 0 2 井 预’7 贝 0 密度 范 围和 钻井 报告里 实用 钻井 液 密 度对 比得 出 钻 井 实 用 的钻 井 液密 度 基本 在 预 测 的安全 钻井液 密度 窗 口内 ，而 且 当实用钻 井液 密度 达到 预测 上限 时 ，确 实发 生事故 ，可 见笔者 对元 坝 陆相 地层 安全钻 井液 密度 窗 口预测方 法较 可靠 。 2 在考虑 岩石 破碎程 度 和地层 倾角影 响 因素 时 ，是 按 照工 区每个层 段 不 同地 质 条 件 给 出的 经验 附 加值 ，当钻遇具体井具体层段的井下地质影响因素超出预测范 围时，会发生井下事故，所以需要实时监 控 钻井情 况做 出调 整 。元 坝 陆相地 层结 构多 断裂带 和褶 皱 ，发 育微 裂缝 和溶洞 ，这 是 良好 的产层 特征也 易发生井漏事故层段，所以钻井过程中尽可能地使钻井液密度低于预测安全密度上限。 3 元坝 陆相 地层易 漏失 层段一 次性 堵漏 成功 率低 ，大 多都 进 行 过多 次 堵漏 。在 钻 井 过程 中多 次发 生 已堵漏 成 功层段 堵漏 材料 随钻井 液流 出 ，所 以建 议研 制 出高效楔 人式 封堵 材料 ，增强 反 向承压 能力 。 [ 参考 文献] [ 1 ]罗庆 ，范翔字 ，夏宏 泉，等．普光地区安全钻井液 密度窗 口的测井方法研究 [ J ]． 钻井 液 与完井液 ，2 0 0 8 ，2 5 6 5 8 ～6 i ． [ 2 ]刘之的 ，夏宏泉 ，汤小燕 ，等．成像测井资料在地应 力计算 中的应用 E J 3．西南石油学院学报 ，2 0 0 5 ，2 7 4 9 ～1 2 ． [ 3 ]夏宏泉 ，游晓波 ，凌忠 ，等．基于有效应力法的碳 酸盐岩地层孔隙压力测井计算 _ J ] ．钻采 E 艺 ，2 0 0 5 ，2 8 3 2 8 ～3 O ． [ 4 ]刘 之的 ．碳酸盐岩地层井壁稳定性测井评 价方法研究 [ D ] ．成都 西南石油大学 ，2 0 0 4 ． [ 5 ]周 鑫 ．川东北陆相地层漏失机理研究 [ D]．成都 西南石油大学 ，2 0 1 5 ． [ 6 ]刘 向军 ．岩石力学与石油工程 [ M]．北京 石油工业出版社 ，2 0 0 4 1 2 0 ～1 2 2 ． [ 7 ]姚 如钢 ，何世明 ，龙平 ，等 ．破碎性地层坍塌压力计算模 型 [ 刀 ．钻采工艺 ，2 o 1 2 ，3 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