1 地質特征
該區塊八道灣地層存在煤層和地層膠結性差的底礫巖, 造成地層承壓能力低, 而克拉瑪依組地層為泥頁巖互層造成地層壓力高, 縱向壓力系統復雜。造成該井區地層壓力變化大, 安全密度窗口窄, 井漏事故頻發。[1,2]
2 安全密度窗口研究
計算鉆井液安全密度窗口, 需要計算地層坍塌壓力, 地層破裂壓力, 而地層壓力可以根據現場鉆井參數和試油外推壓力測得。以下主要介紹地層坍塌壓力和地層破裂壓力的計算方
2.1地層坍塌壓力計算方法
巖石剪切破壞與否主要受巖石所受到的最大、最小主應力控制, σ1與 σ3的差值越大, 井壁越易坍塌。由于水平地應力是非均勻的, 即 σh1≠ σh2, 所以井壁上的周向應力是隨 θ 角而變化的 ( θ 角為井壁上點的矢徑與最大地應力方向的夾角) 。θ = 900和 θ = 270°處, σθ值最大, 這兩處的差應力值達到最大 (因為 σr在井壁各處為常數, 與 θ 無關) , 是井壁發生失穩坍塌的位置。[4]
由于泥頁巖的滲透率極低, 因此, 在鉆井液性能良好的情況下, 可以不考慮鉆井液向地層滲透, 而把泥頁巖井壁近似看作為不滲透井壁。此時井壁坍塌處的有效應力公式為:
式 (1.1) 中的 σ'r和 σ'θ分別為井壁坍塌處的最大和最小有效主應力, 將它們代入摩爾—庫倫強度條件式 (1.2) 中, 便可求得保持井壁穩定所需的鉆井液密度計算公式為:
式中:H—井深 (m) ;ρm—鉆井液密度 ( g/cm3) ;η —應力非線性修正系數, η 為0.9-0.95;C—巖石粘聚力。
2.2地層破裂壓力
從力學上說, 地層破裂是由于井內鉆井液密度過大使井壁巖石所受的周向應力超過巖石的拉伸強度而造成的, 即σ'θ= -St ( St為拉伸強度) 。當井內液柱壓力Pt增大時, σ'θ變小, 當Pt增至一定程度時, σ'θ將變成負值, 即巖石所受周向應力由壓縮變成拉伸, 當這種拉伸力大到足以克服巖石的抗拉強度時, 地層即產生破裂造成井漏, 破裂發生在 σ'θ最小處, 即θ = 00或1800處, 此時 σθ值為:
若不考慮地層的滲透作用 (對低滲泥頁巖地層) , 則地層破裂壓力的計算公式為:
式中:Pf—地層破裂壓力;St—巖石的抗拉強度。
2.3地層三壓力剖面建立
地層安全密度窗口一般按下式計算:
式中:Δps—安全密度窗口, SG;pp—地層孔隙壓力, SG;
pc—地層坍塌壓力, SG;Sh—地層破裂壓力, SG。[5]
經過計算得出該區塊八道灣J1b以下地層, 由于地層孔隙壓力逐漸提高到1.2g/cm3左右, 維持 (泥巖井段) 井壁力學穩定所需要的泥漿密度逐漸上升到1.30g/cm3左右, 在克拉瑪依組達1.4 g/cm3左右。
3 結語
1.制定鉆井液安全密度窗口能有效降低鉆井中井漏, 井壁垮塌等鉆井事故;
2.出現鉆井區塊出現復雜地質壓力系統時, 需精確的算出鉆井安全密度窗口。
摘要：環瑪湖凹陷瑪北斜坡區是新疆油田重點勘探區塊, 該區塊地質情況復雜, 地層壓力系統復雜, 區域壓力變化大, 安全密度窗口窄, 井壁易垮塌。本文通過對目標區已鉆井情況綜合分析研究, 掌握了地層巖性分布、地層壓力分布, 通過鉆井液安全密度窗口, 制定出有效復雜預防措施, 降低鉆井復雜事故發生率。
關鍵詞：地層壓力,安全密度窗口,復雜事故
參考文獻
[1] 楊明合, 優快鉆井技術在環瑪湖凹陷斜坡區的應用.石油化工應用, 2014, 03-33
[2] 王海濤, 準噶爾盆地環瑪湖凹陷鉆井提速技術.石油鉆采工藝, 2014, 36 (4) :30-33.
[3] 蘇勤, 窄安全密度窗口條件下鉆井設計技術探討.石油鉆探技術.2011.03.011
[4] 劉永輝, 南堡4號構造定向井鉆井液安全密度窗口的建立, 2014.11
[5] 梁川, 山前鉆井液安全密度窗口的分層地質力學預測方法, 2014.04.011