元坝陆相地层钻井液密度窗口的确定与应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2015年12月第37卷第1l十12期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Dec．2015Vo1．37No．11&12·31·[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)2015，37(11+12)：31～38．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』Il德阳618000)赵鹏斐

2、(西南石油大学石油与天然气工程学院，四JII成都61oooo)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618000)范翔宇(西南石油大学石油与天然气工程学院，四JII成都61oooo)周鑫(中石油玉门油田分公司钻采工程研究院，甘肃酒泉735000)[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

3、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YI702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]TE21[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2O15)儿+12—0031一O8元坝陆相地层地质条件复杂，地层压力

4、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

5、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

6、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]2015一o2—20[基金项目]国家自然科学基金项目(51474185)；国家“973”计划项目(2o13cB228oo3)。[作者简介]胡德云(1966一)，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，18081033887@163．COII1。学兔兔www.xuetutu.com·32·石油天然气工程2Ol5年l2月弄

7、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：fE一0．4393×E{一9．8905(N===9，R一0．91)《l(1)===1．1294×，』d一0．1194(N一9，R一0．73)式中：E为静态弹性模量，GPa；E为动态弹性模量，GP

8、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Pc一(。一Pw)()(2j式中：P为地层孔隙压力，MPa；P。为上