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1、242探矿工程(岩土钻掘工程)2009年增刊米泉区块煤砂互层井壁稳定性分析宁伏龙,蒋国盛,张凌,吴翔,匡立新,窦斌(中国地质大学<武汉>工程学院,湖北武汉430074)摘要:准噶尔盆地南缘山前构造带米泉区块由于构造运动激烈,地应力集中,地层稳定性差,存在大段强水敏性煤层和泥岩层,导致钻井过程中经常出现上塌下缩的井内复杂情况。本文根据米泉1井实钻资料,分析了井壁失稳原因,利用FLAC3D软件对三开段煤砂岩互层井壁的力学稳定性进行了数值模拟分析,提出了相应的钻井液密度范围和钻井施工措施。关键词:米泉区块;井壁稳定;煤砂互层;
2、数值模拟;钻井液密度中图分类号:P63418文献标识码:A文章编号:1672-7428(2009)S1-0242-05[1]准噶尔盆地南缘山前带油气资源丰富,但维持12h左右;钻开煤层后,煤层气体进入泥浆,受山前构造运动的影响,井眼失稳问题十分严导致钻井液起泡,为抑制地层水和煤层气继续入[2]重。中石化西部勘探新区指挥部在米泉-博格井,稳定煤层及其上、下泥岩砂岩层井壁,将钻井3达山前登记区块米泉地区七道湾背斜构造高部位钻液密度增加至1130g/cm后,井下情况逐渐转入探的米泉1井,先后钻遇了泥岩、砂岩、粉砂岩、正常。然而
3、2500m以后,分别在2533～2546m,碳质泥岩、煤层以及煤线等复杂地层。在钻遇大段2553～2556m,2668～2677m存在大段纯煤层,由煤层后,井壁泥岩、砂岩、煤层掉块就一直不断,于天然煤的强度较低,煤层失稳导致其上下砂泥岩造成井眼多次复杂。钻进到深部地层后,碳质泥岩坍塌,坍塌的掉块存在于井径大的井眼里面,难以段缩径速度又过快,因此当上部井壁不稳定时,就随钻井液返出,造成2568～2915m井段基本每次在井眼中形成上塌下缩的复杂情况,导致共出现了下钻都遇阻。四开钻进期间井下一直处于复杂状4次严重的卡钻事故,而
4、事故损失时间达2023105态,基本每次起下钻都有不同程度的卡阻现象、每h。第4次卡钻后,由于处理困难,被迫于2006年次下钻都要划眼才能到底,虽然经过不断调整钻井33月在3406119m处提前完钻,最终导致揭示深层液性能,钻井液密度逐渐提至1154g/cm,但井眼目的层系(克拉玛依组)含油气性的愿望落空,内仍然愈来愈复杂,连续在3386173m、[3]该探井钻探失利。迄今为止,在准噶尔盆地南3391168m、3405196m发生三次卡钻,第三次卡钻缘山前构造带钻井成功且在钻井技术上有所突破的发生后,通过多次套铣、对扣打
5、捞,磨铣钻铤,均探井还为数不多。因此,开展该区块地层井壁稳定无法解除卡钻。分析三开及四开后的井壁失稳问性研究具有十分重要的意义。题,发现煤层和泥岩是导致井壁失稳的主要因素。由于煤系井段长、煤层多而厚,在钻井液冲蚀下,1米泉1井井壁失稳概述煤层或煤线塌落,导致上面的砂泥岩等失去支撑而米泉1井实钻显示,井壁失稳主要集中在三开跟着塌落。而泥岩在地应力作用下,会蠕动塑变,(1553100～2975100m)和四开(2975100～导致缩径卡钻。此外,泥岩、碳质泥岩、煤层等都3406119m)段。三开以后,钻遇多个煤层、煤线,含有
6、一定量的易水化粘土,这些粘土水化引起局部导致井眼持续坍塌,造成停泵后上提钻具困难,必膨胀压力升高,局部应力集中也会加剧地层失稳。须开双泵才能将钻具提出;地层水进入钻井液,使归根结底,山前构造导致的地应力集中是导致钻井液的滤失量不能稳定,降失水剂加入后,只能米泉区块井壁不稳的根本原因。钻开地层后,钻井收稿日期:2009-08-30作者简介:宁伏龙(1977-),男,湖北钟祥人,中国地质大学(武汉)副教授,从事天然气水合物勘探开发、油气钻井研究工作,(027)61226025,nflzx@cug1edu1cn。2009年增刊
7、探矿工程(岩土钻掘工程)243液未能迅速与地层中的应力建立新的平衡使得高地应力会急剧释放,导致脆性岩石(煤层)塌崩掉块造成井径扩大、塑性岩石(泥岩)向井内蠕动挤压发生脆硬性崩塌和井眼缩径,从而卡住钻头。本文用基于拉格朗日元法的FLAC3D程序,对其中三开后煤砂互层段井壁力学稳定性进行了数值模拟分析,以期为该区块今后设计合适的钻井液密度提供依据。2煤砂互层井壁稳定数值模拟211FLAC3D介绍目前用于井壁稳定分析的数值模拟方法主要有有限元法(FiniteElementMethod)、边界元法(BoundaryElement
8、Method)和拉格朗日元法(La2[4～6]grangianElementMethod)。拉格朗日元法不形成刚度矩阵,不必求解大型方程组,也不必通过迭代以满足本构关系,适合于模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏和塑性流动的力学行为。该法广泛应用于水电、矿山、石油等工程领域和地震研究领域,取得了较好的应用
