海上复杂压力体系油田钻井安全密度窗口研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com52天然黾与石油2015年10月NATURALGASAND0lL海上复杂压力体系油田钻井安全密度窗口研究管申谭强黄熠梁继文曹峰1．中国海洋石油有限公司湛江分公司，广东湛江524057；2．中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249摘要：地层存在复杂压力体系将给钻井工程带来严峻挑战。涠洲12—1油田钻遇高坍塌压力、高孔隙压力以及压力衰竭、低漏失压力地层，钻井的主要困难在于涠二段上部层理、裂缝发育的泥页岩极易坍塌，涠四段异常高压与异常低压地层共存，异常低压段易发生钻井液漏

2、失。通过岩石力学分析得出：涠二段泥页岩的坍塌主要受层理弱面控制，以较小的井斜角钻井时井壁稳定性较好；涠四段主力储层孔隙压力降低后，坍塌压力与漏失压力均降低。基于以上分析得出钻井安全密度窗口随井深的变化情况，提出安全钻井设计原则，即涠二段泥页岩井眼轨道设计中尽量选用低井斜角通过，并采用单独开次钻进，涠四段储层使用高压差屏蔽钻井液体系和尽量低的钻井液密度，减少井壁失稳风险。关键词：复杂压力；井壁稳定；层理性地层；压力衰竭；安全密度窗口DOI：10．3969／j．issn．1006—5539．2015．05．012油

3、气钻井中，地层孑L隙压力、坍塌压力和漏失压力高坍塌压力、涠四段高孑L隙压力和衰竭低压储层共存的确定了钻井安全密度窗口，为保证钻井安全，一般要求复杂压力体系，给钻井工程带来了严峻挑战。钻井液密度位于钻井安全密度窗口之内。地层压力体系较为复杂的区块常出现钻井安全密度窗口过窄的问1涠二段泥页岩坍塌压力计算题，给钻井设计和钻井工程带来很大难度⋯。涠二段地层主要为冲积、洪积形成的灰色泥岩，层涠洲12。1油田位于南海西部北部湾盆地北部拗陷理和微裂缝发育，表现出明显的各向异性。其矿物成分涠西南凹陷，被断层分割为南、中、北三块

4、。钻井中主以伊利石为主，但层理之间包含少量蒙脱石，使地层遇要钻遇第四系上新统望楼港组，中新统灯楼角组、角尾水后层间蒙脱石极易吸水膨胀，岩石沿层理张开。室内组、下洋组以及渐新统涠洲组地层，其中主要含油层位实验表明，涠二段泥页岩抗压强度具有显著的各向异为涠洲组涠二段至涠四段储层。在油田前期钻井中，涠性。在围压为10MPa条件下，当轴向应力与层理面法线二段层理、裂缝发育泥岩的井壁坍塌问题是困扰该地区之间夹角为40。～60。时，抗压强度较垂直于层理面时抗钻井的主要问题，该层段泥页岩存在显著弱面，井斜角压强度降低约60％

5、。因此，层理性泥页岩地层强度较大时坍塌压力增加，容易发生坍塌掉块，影响钻井安可以看成黏聚力、内摩擦角和最大主应力与层理面法线全。经过10余年的开发，中块涠四段储层压力发生夹角的函数，利用下式进行描述：衰减，压力系数由初始的1．30降低至0．65左右，孔隙压：——————=些==二+or3(L1l)力降幅将近20MPa，出现高压、低压地层在同一井段共tanq~一√tanL(p+1存的情况。因此，目前涠洲12—1油田中块形成了涠二段式中：当0。≤≤时，收稿日期：2015—05—27基金项目：中国海洋石油有限公司湛江

6、分公司综合科研项目“低孑L低渗油气藏岩石力学特征研究”资助(CCL2012ZJFN0417)。作者简介：管申(1984一)，男，山东济宁人，工程师，硕士，主要从事钻井技术管理工作。学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com天煞号与石油2015年10月NATURALGASANDOIL2，‘；l根据计算结果可见，钻井4方2位角2与8水平6最4大2主应l力体系拓宽钻井安全密度窗口以及使用特殊井下工具等措的夹角增大，坍塌压力降低，漏失压力升高，钻井安全密施。针对涠洲12—1油田部分开发井钻

7、井中高坍塌压力度窗口变宽。孑L隙压力衰减后，坍塌压力和漏失压力均层、高孔隙压力层、压力衰减层、低漏失压力层共存，造降低，水平最大主应力方向漏失压力降低幅度更大，钻井成压力体系复杂、钻井安全密度窗口较窄的问题，在钻安全密度窗口变窄，水平最小主应力方向漏失压力与坍塌井设计中从井身结构和钻井液两方面进行特殊设计，降压力降低幅度相近，钻井安全密度窗口基本保持不变。低钻井风险。主要安全钻井设计措施为：1)对涠二段泥页岩单独开次钻进，避免易坍塌泥页岩裸露时间过长和采用高密度钻井液钻井时压漏上部’目地层。同时使用强封堵、高抑

8、制性钻井液，钻井液密度略高于坍塌压力防止井壁垮塌。、2)井眼轨迹设计中涠二段泥页岩段尽量使用低井稍斜角钻井，防止井斜角过大时井壁沿层理面剥落失稳。睾丌_3)对涠四段高压、低压共存井段，使用高压差屏蔽钻井液体系和尽量低的钻井液密度，合理控制起下钻速0153O45607590钻井方位角与水平最大主应力的夹角)度，缓慢开泵，降低激动压力防止压漏地层。图2压力衰竭储层段水平井坍塌压力、漏失压力