破碎地层范文（精选3篇）

破碎地层 第1篇

蓬莱某油田是渤海近年来发现的规模最大的油田, 其构造位于渤海东部海域庙西北凸起上, 构造主体整体埋深较浅, 构造区内次生断层发育, 平均水深约25m[1]。蓬莱区块的评价成功将带动渤海东部海域勘探开发的新局面, 并为渤海地区的稳产上产做出重要贡献。在蓬莱区块发现过程中, 钻井取心功不可没。为了解新近系储层的变化规律, 探索潜山储层的非均质性及高点含油气性, 落实蓬莱区块含油构造储量规模, 从2009年到2012年, 中海油天津分公司分别部署钻探了PL2、PL4、PL5、PL6、PL8井, 取心层位主要集中在明下段、馆陶组和潜山风化壳地层。地层岩性疏松, 软硬交错, 成柱性很差, 风化壳地层松散破碎, 给取心工作带来了很大难度。五口井总取心进尺59.31m, 总心长33.95m, 收获率仅为57.24%, 造成很多重要地层资料缺失, 给储层评价带来了很大难度。针对以上地层特点, 通过自主创新, 研制出适合本区块取心特点的新型取心工具, 并完善取心工艺, 在新近完成的PL11和PL13取心服务中, 收获率达到了94.59%, 取得了非常理想的效果。

1 取心难点分析

蓬莱区块取心地层集中在明下段、馆陶组和潜山风化壳地层。明下段、馆陶组岩性疏松, 岩心对排量异常敏感, 潜山花岗岩风化壳松散、破碎且软硬交错, 这些给取心作业带来很大难度[2]。具体表现在以下几个方面。

1.1 取心钻遇明下段、馆陶组地层岩性疏松, 成柱性很差且地层软硬夹层较多, 如图1所示。

岩石本身的抗压强度低, 形成的岩心承载能力弱, 因而在形成一段岩心后, 先形成的岩心重量压在了后形成的岩心上, 当超过后形成岩心的承受能力时, 后形成岩心就会坍塌、变散, 不能继续进入岩心内筒, 造成“堵心”, 这种情况在软硬地层交界面表现的尤为明显;疏松且软硬夹层给取心排量确定带来很大难度, 排量大容易冲蚀岩心, 排量小会导致泥包钻头, 造成堵心;

1.2 在潜山风化壳取心时, 由于风化程度不同, 岩心松

散破碎, 间隔致密坚硬夹层, 成柱性很差, 这给取心工具选择带来很大难度。如果从割心后不丢心角度考虑选择软系列工具, 无法在较硬地层割心, 而且与之配合的PSC143b-8100取心钻头打不动花岗岩, 浪费钻井时效;若选择硬系列工具, 在破碎层位割心会导致丢心, 且由于岩心破碎原因, 这种丢心不具打捞可行性, 导致丢失地层资料;

1.3 井下情况判断困难。

蓬莱区块含油层段地层软的疏松, 硬的破碎且软硬互层频繁, 在岩性变化交界面堵心极易发生, 何时发生堵心、多少进尺后发生堵心无法预知, 且堵心后基本判断不出来, 堵心与否与排量和转速无太大关系, 取心难度极大;

1.4 取心参数确定困难。

明下段、馆陶组岩性疏松, 为保证收获率应尽可能小排量, 以防冲蚀岩心, 但取心井段大都位于12-1/4"井眼中, 大环空小排量直接结果就是岩屑无法返出, 取心一定进尺后极易发生堵心, 如果堵心发生在疏松地层段, 磨心速度也很快, 堵心表征不明显, 会导致地层资料的丢失, 进尺越多丢失的越多。

2 取心工具优选与改进

在常规取心工具的基础上, 通过自主创新, 研制出适应该区块地层特点的特殊取心工具, 并完善取心工艺, 提高了该区块的取心收获率[3]。

2.1 带光滑导向套的全封闭式岩心爪的研制在蓬莱区块软地层前期取心中常采用普通结构岩心爪, 如图2所示。这种岩心爪完全收缩后间隙过大且中间留覫30mm的孔, 不能完全封闭, 造成进筒的松散岩心在起钻过程中因泥浆浸泡而散落。另外取心钻进过程中松散岩心易被泥浆冲走, 无法进筒。因而现有的岩心爪已不适合目前松软地层取心的需要。

针对以上问题, 设计了全封闭岩心爪。所谓全封闭岩心爪就是岩心爪收缩后各爪紧靠在一起, 中间没留有圆孔和各爪之间没有间隙, 使岩心爪达到完全封闭, 避免进筒岩心发生掉落。另外通过在岩心爪内加一光滑的导向套, 一方面减小了岩心通过岩心爪的阻力, 另一方面避免了钻进过程中泥浆对岩心爪内的岩心进行冲蚀, 见图3所示。

2.2 双岩心爪结构的研制蓬莱区块地层软硬交错频繁, 由于割心层位的不可预见性, 这给取心工具选择带来了很大困难。使用硬保形系列工具如果在松软地层割心, 卡箍式岩心爪无法抓牢岩心, 起钻过程中, 随着泥浆浸泡, 岩心非常容易脱落, 造成地层资料的永久性缺失;使用软保形系列工具如果在坚硬地层割心, 岩心爪很难收缩完全, 丢心现象普遍。为解决这一问题, 专门研制了双结构岩心爪, 见图4。

双结构岩心爪将软硬岩心爪组合到了一块, 专门用于割心层位不确定条件下的钻井取心。割心时采用先下压软割心后上提硬割心方式进行, 对地层软硬均有良好的适应性, 有效避免了割心失败及起钻丢心现象的发生, 现场使用图片见图5。

3 取心工艺技术措施改进

取心钻进只是对井底岩石进行环状破碎, 因而比起相同井径的全面钻进来说, 其钻压、转速、排量都较小。总的要求是通过对钻进参数的合理配合取得较高的机械钻速。具体说来, 在取得较高机械钻速的前提下, 选取尽可能小的钻压值, 以能保持钻头、钻具的平稳工作状态为原则选择转速;以能满足钻头的冷却和井底的清洁为原则来选择排量。而不恰当的钻进参数将影响机械钻速提高, 从而将会严重影响到岩心收获率的提高。具体到蓬莱区块地层特点, 采用以下工艺技术措施: (1) 潜山风化壳取心增加取心筒扶正器, 提高取心稳定性; (2) 疏松段钻时快井段取心, 要及时调整排量, 300-400L/M, 防止冲蚀岩心; (3) 顶驱转速40-50r/m, 减小井底钻头的扰动对疏松岩心进筒的影响; (4) 第一筒心控制进尺, 一般<3m, 以便了解地层物性, 合理调整取心参数; (5) 机械钻速变化明显时果断割心, 防止多打多丢, 造成地层资料缺失。

4 取心效果

两种新型的岩心爪研制成功后在渤海蓬莱区块进行了推广使用, 从根本上解决了松散岩心进筒后因钻井液浸泡而散落的问题及在多夹层, 软硬差异大的地层单一岩心爪无法正常割心的问题, 配合上优选改进的取心工艺技术措施, 在PL11和PL13井取心施工中取得了理想效果, 取心结果对比见表1示。

5 几点认识

(1) 渤海蓬莱区块明下段馆陶组地层疏松, 潜山风化壳松散破碎, 软硬互层频繁, 这些是造成取心收获率不高的主要因素; (2) 松软地层段割心使用带有导向套全封岩心爪, 保证岩心进筒容易, 抓心牢固;双结构岩心爪对割心软硬不确定层位有很好适应性, 结构上的改进促进了取心收获率的提高; (3) 针对本区块古生界潜山风化程度差异大的地层或类似地层取心, 取心进尺尽量少 (推荐进尺燮3m) , 并且要掌握好进尺以及割心位置, 最好在慢钻时处割心。

摘要：对渤海蓬莱区块取心难点进行了分析:明下段、馆陶组地层岩性疏松, 潜山风化壳地层破碎, 软硬交错频繁, 这是取心收获率低的主要原因。针对取心难点, 对取心工具进行了改进, 并优化了疏松地层取心工艺技术措施, 最终获得了满意的取心效果。

关键词：渤海,取心,松散破碎,实践与认识

参考文献

[1]张功成.渤海海域构造格局与富生烃凹陷分布[J].中国海上油气 (地质) , 2000, 14 (2) :93-98.

[2]王智锋, 李作会, 王敏生.渤海埕北油田大斜度井取心实践与认识[J].海洋石油, 2006, 26 (1) :92-95.

破碎地层金刚石绳索取芯的钻进经验 第2篇

在地质勘探工作中, 对于不同地层地质的勘探, 经常会遇到各种各样的问题, 尤其是在地层松散的区域进行钻探, 是地质勘探过程中最复杂的一项工作。在松散破碎地层勘探时, 往往会出现因为地层分布不均匀、软硬岩石泥土交互存在、地下水异常等情况, 而导致钻探时出现漏液、坍塌、卡钻、失心等现象, 从而取芯困难, 甚至废孔, 严重影响进度和钻探质量。比如新疆自治区的特征地层火烧地层, 就经常因为火烧地层特殊的地层特征, 使得在勘探中严重受到这种破碎地层的影响, 经常出现各种勘探事故, 虽然有很多地质勘探同行对此进行了大量的研究和试验, 也取得了很多技术性的进步。但是, 目前仍然不能形成一套非常成熟的勘探技术, 在应对火烧地层的钻进难点上还存在着一些不足, 在具体的钻探方法上也存在不同观点。

1 金刚石绳索取芯在破碎地层钻进的技术难点分析

金刚石绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺, 钻头采用金刚石钻具, 这是一种不需提升全套钻杆, 而是用钢丝绳将打捞器下放孔内提取岩芯的一种钻探方式, 由于其效率高、钻孔质量好、平均劳动强度低, 在业内得到了广泛应用。

在类似于新疆火烧地层的破碎松散地层钻进中, 破碎地层的特殊地质特征使得在钻进过程中存在很多技术难点。

1.1 地层对钻探的影响

破碎地层由于泥岩松散破碎, 胶接性能低, 在水和钻井液的作用下, 钻孔很容易发生坍塌或水化, 造成埋钻、卡钻或烧钻等故障, 影响钻探效率和勘探质量;地层中大量的碎岩会形成部分空洞, 在烧结地层中更容易因煤层燃烧形成空洞, 地层中还会存在研磨性很强的细粒花岗岩云母等颗粒, 如果钻头选择不合适, 就会使钻进打滑或者发生斜孔, 从而发生卡钻、断钻、掉钻等, 甚至废孔[1];松散的破碎地层最容易发生孔内漏水, 使钻井液全孔漏失, 使钻进速度缓慢或发生烧钻;另外, 由于地层松散、胶结困难、取芯工具震动等原因, 岩芯容易破碎和断裂, 或者成型不良, 导致无法取样, 影响勘探效果。

1.2 取芯工具的限制影响

目前常规的钻探取芯工具在地质条件均匀、底层胶接性能良好的地层钻探时, 比较容易成芯, 但是对于类似于烧结底层的破碎岩层钻探取芯来说, 因为岩芯成型效果差, 极易在钻井液作用下“抽芯”或“丢芯”, 很难达到理想效果, 需要与之相适应的专用取芯工具, 根据不同岩层条件, 金刚石绳索取芯工具是目前对破碎岩层普遍采用的取芯工具。

1.3 漏失现象的影响

破碎地层的取芯中, 由于其易破碎、胶结性差的原因, 为了提高成型效果, 还需要特殊的堵漏材料, 以减少或防止漏水, 保证取芯效果。

2 破碎地层金刚石绳索取芯的钻进技术改进措施分析

针对破碎地层存在的特殊地质条件和复杂钻探影响因素, 科学合理地选用钻探工具、堵漏材料和钻探技术, 并做好质量控制, 是改进破碎地层钻进的基础。我们在针对新疆烧结地层的破碎地层条件时的钻探技术方面, 总结了以下几点经验措施。

2.1 提高破碎地层钻进取芯技术在堵漏材料的选择方面的措施

在烧结地层的常规堵漏措施通常有全孔放套管、泥浆护壁、水泥堵漏等方法, 当然, 堵漏方法还有很多, 比如加植物胶、膨胀剂、向孔内投放黄豆与海带丝等, 但是由于都存在这样那样的缺陷, 堵漏效果并不明显, 而最新使用的化学惰性材料堵漏, 则是采用在泥浆中添加化学惰性材料, 由于这些惰性材料有很多不同形状和不同的特性, 它们都能与水形成胶结性很强的护壁浆液, 从而保护取芯成型效果。这些化学惰性材料有很多种, 比如聚丙烯酰胺水泥浆液、聚丙烯酰胺水玻璃浆液、脲醛树脂水泥球、钻孔堵漏片等干性堵漏材料、沥青材料等。它们都以不同粒度和形状的商品材料被逐渐应用, 在钻进中随钻随堵, 能够起到很好的堵漏效果, 有些堵漏材料还需要添加促凝剂、缓凝剂或进行加热软化等辅助措施。

2.2 提高破碎地层钻进取芯技术在钻具选择方面的措施

在破碎地层进行钻探取样, 要根据地层的地质条件选择合适钻具, 考虑钻杆的轴向压力和回转力承受能力, 如:在开孔为较硬岩石时, 需要选择小孔径钻具, 对于新疆烧结地层的地质条件, 我们一般选择108 mm孔口管下至5 m~10 m左右用S85钻具至终孔, 如果钻孔深度不够, 需要先下127 mm, 再下108 mm技术套管, 孔口需要用水泥封闭固定[2]。在钻具选择中最重要的是要选择合适的钻头, 钻头的质量好坏直接影响钻进效果和效率。在金刚石绳索取芯的钻进技术中, 金刚石钻头的制作方法很多, 因此, 质量差异也很大, 在选择时不仅仅是要根据钻具尺寸来选择钻头的内外径尺寸, 保证允许误差, 还要注重钻头的硬度符合钻探地层的要求, 钻头除了要符合质量要求不能有横竖纹路外, 还要根据施工地层地质分布条件、工艺水平与设备条件, 比如钻具的钻压、转数、泵量等来选择合适的钻头型号[3]。

2.3 钻进技术与质量控制措施

影响破碎地层取心收获率和成形率等技术指标的因素有很多, 除了钻头的旋转和振动、钻井液的冲蚀、岩芯承载力、入筒阻力等, 还有岩芯的滑脱和破碎影响, 所以, 在钻进过程中还要采取以下技术措施, 保证钻芯质量:

a) 绳索取芯最常遇到的就是卡钻, 因此取芯前控制孔的结构尽量垂直、增加护壁措施, 并提高取芯时钢丝绳的行进稳定性, 减少与孔壁摩擦;

b) 钻头选用时要注意钻井液与钻头的分离, 减少钻井液的冲蚀破坏岩芯;

c) 通过提高堵漏效果, 保证成心良好。提高堵漏效果的方法有憋压法、重浆静压法;

d) 对于火烧地层的破碎地质岩层的钻探, 可以根据火烧地层的厚度与钻探深度进行堵漏和选择钻探方法, 为了保证出筒岩芯的成型质量, 如果孔内反水, 直接采取泥浆护壁, 不需考虑火烧区厚度, 一般不会出现掉块。在孔内反水时, 则可根据火烧区厚度设定套管下管方式, 厚度<10 m时则需要在过了火烧区后采取二次下管方法, 厚度>10 m时需要采取化学惰性封堵材料封堵的方法, 边打边封, 在漏失严重区域, 则必须采取快干水泥加水玻璃等速凝剂封堵, 并辅助二次下设套管的方法, 提高成孔效果[2]。

3 结语

破碎地层等复杂地层的钻探取芯影响因素一般都不是单一的, 很难一概而论。在新疆火烧地层这种特殊破碎地层的勘探中, 会随时遇到很多种复杂的地质条件, 并且新疆地区处于缺水地区, 在火烧地层的钻探取芯漏失现象就更加严重, 因此, 如何根据钻探施工区域的地质条件和岩层分布, 合理选择适合的技术条件、设备配备和施工地质的钻具, 选择适合岩层颗粒条件和漏失程度的化学惰性堵漏材料, 在钻探过程中严格控制技术条件和质量控制措施, 是在新疆火烧地层进行金刚石绳索取芯钻进技术的关键。

摘要：以新疆“火烧”地层地质特征的钻探为例, 分析在破碎地层的钻探技术难点, 提出以小口径金刚石绳索取芯方式对“火烧”地层进行钻探时钻头的合理选择与惰性材料堵漏技术, 总结破碎地层的成功钻探经验。

关键词：破碎地层,堵漏,钻探,惰性材料,火烧地层

参考文献

[1]时志兴.金刚石绳索取芯在破碎地层中钻进浅析[J].西部探矿工程, 2010 (12) :11-12.

[2]朱英, 周原, 赵宪富.卵砾石地层钻探用大直径加强型金刚石钻头的研制[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2011 (08) :27-28.

破碎地层 第3篇

1 层理性破碎地层井壁失稳模型研究

1.1 井眼周围地层固相控制方程[2,3,4,5]

在井眼未钻开之前, 地层在原地应力状态下保持平衡, 地应力坐标系下, 地层应力状态为:

井眼钻开后, 井眼内的地层为钻井液液柱压力所代替, 不考虑井眼钻开瞬间的动态效应, 井眼直角坐标系下, 井眼周围地层的受力平衡方程为:

式中, bx, by, bz为单位体积的体积力在x, y, z方向上的分量。

1.2 等效连续体模型的弹塑性本构方程[6]

一般情况下的应力空间的弹塑性本构关系矩阵为:

当f=0, 并L>0时:

当f<0, 或f=0, 但L0时:

由式 (3) 可知, 确定弹塑性矩阵的关键是选择合理的屈服函数和塑性势函数。

根据郑颖人等人的建议, 层理性地层屈服条件采用莫尔-库仑准则:

式中, 是层理面的粘聚力和内摩擦角, 它们是内变量u的函数, 分别为层理面上的剪应力和正应力。

塑性势函数采用:

上面给出的弹塑性矩阵是在层理面局部坐标系内定义的, 而井壁稳定性分析中井眼受力和变形都是在井眼坐标系下进行的, 因此需要将层理面局部坐标系下的弹塑性矩阵转换到井眼坐标系下。

给出的井眼坐标系与地磁坐标系之间的转换关系以及层理面坐标系与地磁坐标系之间的转换关系, 井眼坐标系向层理面坐标系的转换关系为:

1.3 井周地层失稳的判别准则

采用下述准则作为求解安全钻井液密度窗口的判据:

其中, 式 (8) 为沿层理面的剪切破坏准则, 式 (9) 为岩石基体的破坏准则。

2 模型的应用

柴X井2261~2688m地层为典型层理性泥页岩地层, 采用层理性地层计算模型和常规井壁稳定性模型分别对该段地层坍塌压力进行计算, 对计算结果进行对比分析, 结果如图1所示。

采用常规井壁稳定模型分析, 该段地层坍塌压力当量密度最大值基本在1.35g/cm3, 采用层理性地层计算模型, 该段地层坍塌压力当量密度最大值基本在1.45g/cm3, 坍塌压力提高约7.4%。实钻情况表明, 该井段有层理性坍塌掉块现象, 采用层理性地层井壁稳定模型计算得出的坍塌压力是基本符合实际情况的。

3 结论

3.1通过实验、分析, 确定了层理性破碎地层井壁失稳的机理当井眼内钻井液密度过低时, 会发生坍塌掉块现象;当井眼内钻井液密度过高, 会导致缩径。

3.2 综合考虑了地应力、孔隙压力, 地层走向、倾角、层理面发育程度等因素, 建立了层理性地层井壁失稳流固耦合的数学模型;

3.3 流固耦合模型预测结果更准确, 更接近地层的真实情况。

参考文献

[1]周维垣.高等岩石力学基础[M].北京:水利电力出版社, 1990.

[2]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社, 1998, 3:255-264.

[3]王勖成, 劭敏.有限单元法基本原理和数值方法.第2版[M].北京:清华大学出版.

[4]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社, 1998, 3:255-264.

[5]庄懋年, 马晓士, 蒋潞.工程塑性力学[M].北京:高等教育出版社, 1983.