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大庆油田海塔盆地钻井提速关键技术研究

作　者: 孔凡军
导　师: 崔海清；孙玉学
学　校: 东北石油大学
专　业: 油气井工程
关键词: 提高机械钻速模糊评价法井壁稳定性钻头优选钻具失效敏感性预测微泡沫钻井液
分类号: TE24
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

海塔盆地地质条件复杂,地层倾角大,钻井难度高,提高海塔盆地机械钻速、缩短钻井周期一直是加快海塔盆地勘探和开发进程的一项瓶颈。针对以上问题本文从井壁稳定、钻头优选、钻具失效原因分析和微泡沫钻井液体系四方面研究了海塔盆地提高钻井速度的关键技术。论文在海塔盆地地质特征分析的基础上,利用改进的模糊综合评判法对该地区多口井的井壁泥页岩稳定性进行了评价,发现海塔盆地泥页岩稳定性总体上都位于不稳定和极不稳定的级别。结合海塔盆地的地质特点及施工情况,制定了该地区相应的防塌对策。应用室内实验及测井资料来研究海塔盆地岩石硬度及可钻性级值,计算地层岩石的弹性参数,最终确定该地区岩石可钻性剖面。根据可钻性级值划分层位,在每一层位中应用钻头综合评价方法,结合海塔盆地地质特性资料和钻井实钻资料进行优选钻头。有效提高了钻头使用效率,缩短了钻井周期,降低了钻井成本。针对海塔盆地经常发生钻具失效的问题,分析了钻具振动形式,建立了钻柱振动的数学模型。研究了该地区钻具失效规律及防止钻具失效的工艺技术,降低钻具断裂频次,大大提高该区钻井速度。通过研究海塔盆地储层特征,发现海塔盆地主力油层主要为中低孔、中低和低渗储层,碎屑和粘土矿物含量高。粘土矿物中主要有伊利石、伊蒙混层、绿泥石。应用快速预测储层敏感性方法——单相关分析和多元回归分析结合的方法,预测海塔盆地敏感性程度为：水敏性(强),盐敏性(中等偏强),碱敏性(中等),速敏性(中等),酸敏性(无)。海塔盆地储层平均孔喉半径小,孔隙分布不均匀且结构复杂。这些因素导致了海塔盆地储层易受到外来流体侵入发生水敏和水锁损害,而且一经损害,很难恢复。而海塔盆地目前所使用的钻井液体系对减轻水锁损害及防塌效果不明显,因此,在储层敏感性分析的基础之上,通过优选配伍性良好的处理剂,研制了适合于该地区的微泡沫钻井液体系。相对于海塔盆地现场应用的其他钻井液体系,微泡沫体系具有较好的抑制和防塌效果。微泡沫通过降低液柱压力、封堵孔隙及微裂缝以及在孔喉处产生贾敏效应,能够达到很好的堵漏效果,降低了漏失风险。微泡沫钻井液体系还具有较好的防塌和提速性能,现场应用效果良好,有效得控制了井径扩大和坍塌事故的发生,试验井平均机械钻速提高了56.7%。推广应用微泡沫钻井液体系,有利于提高钻井速度和固井质量,降低井底压差,减少储层损害。上述研究为海塔盆地提高钻井速度,加快勘探开发进程提供了坚实的理论基础和强有力的技术支撑。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
创新点摘要  7-11
第一章概述  11-20
  1.1 提高钻井速度技术发展现状  11-16
    1.1.1 国内技术现状  11-14
    1.1.2 国外技术现状  14-16
  1.2 海塔盆地钻井过程中存在的问题  16-18
  1.3 本文研究意义  18
  1.4 本文研究的主要内容  18-20
第二章海塔盆地井壁稳定性研究  20-55
  2.1 海塔盆地地质特征  20-21
  2.2 井壁失稳类型及失稳机理  21-23
    2.2.1 井壁力学失稳类型  21-22
    2.2.2 井壁失稳机理  22-23
  2.3 粘土矿物理化性能测定  23-37
    2.3.1 阳离子交换容量测定  23-26
    2.3.2 电位测定  26-29
    2.3.3 泥页岩回收率测定  29-30
    2.3.4 泥页岩膨胀率实验  30-32
    2.3.5 页岩活度测定  32-37
  2.4 改进的模糊综合评判法评价泥页岩稳定性  37-50
    2.4.1 模糊综合评判法原理  37-38
    2.4.2 方法改进  38-41
    2.4.3 方法步骤  41-43
    2.4.4 应用实例  43-50
    2.4.5 海塔盆地井壁泥页岩稳定性评价  50
  2.5 坍塌机理及防塌对策研究  50-53
    2.5.1 海塔盆地泥页岩裂隙发育特征  50-51
    2.5.2 海塔盆地泥页岩坍塌机理  51
    2.5.3 海塔盆地泥页岩防塌对策  51-53
    2.5.4 施工中应注意的问题  53
  2.6 小结  53-55
第三章海塔盆地钻头优选技术研究  55-70
  3.1 影响钻井机械钻速的主要因素分析  55
    3.1.1 地质因素  55
    3.1.2 工程因素  55
  3.2 岩石特性和可钻性室内实验评价研究  55-65
    3.2.1 区块岩石特性描述  55-57
    3.2.2 岩石可钻性室内实验  57-60
    3.2.3 岩石可钻性试验  60-63
    3.2.4 用测井资料解释岩石可钻性剖面  63-65
  3.3 钻头和钻进参数优选  65-68
  3.4 井身结构优化技术研究  68-69
  3.5 小结  69-70
第四章海塔盆地钻具失效机理研究  70-96
  4.1 钻柱的运动状态  70-73
    4.1.1 钻柱的运动形式  70-71
    4.1.2 钻柱及钻头的涡动  71-73
    4.1.3 钻柱运动状态的判别  73
  4.2 钻柱的载荷与失效  73-78
    4.2.1 钻柱的载荷  73-75
    4.2.2 钻柱的失效方式  75-77
    4.2.3 钻柱防失效技术  77-78
  4.3 钻柱振动分析  78-91
    4.3.1 钻柱纵向和扭转振动的力学模型和坐标系  79-80
    4.3.2 钻柱纵向振动的数学模型  80-88
    4.3.3 钻柱扭转振动的数学模型  88-90
    4.3.4 钻柱纵向与扭转耦合振动的数学模型  90-91
  4.4 海塔盆地钻具失效原因分析  91-95
    4.4.1 海拉尔钻具组合及工程参数  91-92
    4.4.2 减振器的位置对钻柱纵向振动的影响  92-95
    4.4.3 海塔盆地钻具失效原因  95
  4.5 小结  95-96
第五章海塔盆地微泡沫钻井液体系研究  96-133
  5.1 海塔盆地储层物性调研和潜在损害因素分析  96-101
    5.1.1 储层物性调研  96-100
    5.1.2 潜在损害因素分析  100-101
  5.2 海塔盆地储层敏感性预测  101-115
    5.2.1 快速预测储层敏感性方法  101-102
    5.2.2 单相关分析法  102-104
    5.2.3 回归分析  104-112
    5.2.4 储层敏感性预测实例  112-115
  5.3 现场应用钻井液体系储层保护效果室内评价  115-119
    5.3.1 常规性能评价  115-116
    5.3.2 体系抑制性评价  116-117
    5.3.3 体系保护储层效果评价  117-119
  5.4 海塔盆地微泡沫钻井液体系处理剂优选  119-122
    5.4.1 减轻水锁损害的处理剂优选  119-120
    5.4.2 减轻水敏损害的处理剂优选  120-122
  5.5 微泡沫钻井液体系研究  122-128
    5.5.1 微泡沫的结构形态和稳定性  123-125
    5.5.2 微泡沫钻井液防漏堵漏机理研究  125-126
    5.5.3 微泡沫钻井液防塌机理  126-127
    5.5.4 微泡沫钻井液提速机理  127
    5.5.5 微泡沫钻井液的配置和维护  127-128
  5.6 微泡沫钻井液在海塔盆地现场应用  128-132
    5.6.1 三口试验井时效分析  129-130
    5.6.2 微泡沫钻井液性能  130
    5.6.3 平均井径扩大率  130-131
    5.6.4 固井质量  131-132
  5.7 小结  132-133
结论  133-135
参考文献  135-147
攻读博士学位期间发表的主要论文、科研成果奖励及专利  147-148
致谢  148-149
详细摘要  149-172

大庆油田海塔盆地钻井提速关键技术研究

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