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塔里木万米科探井垮塌机理研究及技术对策

刘锋报 孙金声 尹达 罗绪武

刘锋报,孙金声,尹达,等. 塔里木万米科探井垮塌机理研究及技术对策[J]. 钻井液与完井液,2024,41(6):709-718 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.002
引用本文: 刘锋报,孙金声,尹达,等. 塔里木万米科探井垮塌机理研究及技术对策[J]. 钻井液与完井液,2024,41(6):709-718 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.002
LIU Fengbao, SUN Jinsheng, YIN Da, et al.Mechanisms of and technical measures for solving borehole wall instability in ten-thousand-meter scientific exploration wells in Tarim basin[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(6):709-718 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.002
Citation: LIU Fengbao, SUN Jinsheng, YIN Da, et al.Mechanisms of and technical measures for solving borehole wall instability in ten-thousand-meter scientific exploration wells in Tarim basin[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2024, 41(6):709-718 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.002

塔里木万米科探井垮塌机理研究及技术对策

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.06.002
基金项目: 中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“万米超深层油气资源钻完井关键技术与装备研究”(2022ZG06)。
详细信息
    作者简介:

    刘锋报,高级工程师,博士,1985年生,2024年毕业于中国石油大学(华东)石油与天然气工程专业,现在从事深井钻完井液技术研发和管理工作。电话 (0996)2176170;E-mail:liufengbao100@126.com

  • 中图分类号: TE254.4

Mechanisms of and Technical Measures for Solving Borehole Wall Instability in Ten-Thousand-Meter Scientific Exploration Wells in Tarim Basin

  • 摘要: 针对塔里木油田台盆地区超深、特深地层井壁失稳机理研究不足、认识不清等难题,对目标地区志留系、奥陶系和寒武系5595~10 900 m露头岩石开展了系列研究。分析得出,地层发育平均尺寸在300~800 nm之间的微纳孔缝为钻井液侵入提供了有利通道,导致压力传递、提高了地层坍塌压力;水和油在泥岩表面接触角分别为5.8°和5.3°,在灰岩表面接触角分别为42.5°和15.6°;泥岩吸水率为2.74%、吸油率为3.63%,灰岩吸水率为1.42%、吸油率为2.14%;志留系和桑塔木泥岩、阿瓦塔格泥质白云岩在水中的滚动回收率分别为86.3%、92.9%和98.2%,灰岩和白云岩滚动回收率基本为100%,部分地层由于水化分散造成岩石内聚力强度降低,这些均是导致井壁失稳的主要机理。根据井壁失稳机理,使用抗超高温高效微纳米封堵剂及抗超高温抗盐聚合物降滤失剂,并构建一套特深井防塌水基钻井液体系,通过强化钻井液的封堵性,降低钻井液滤失量、减少钻井液侵入,降低地层坍塌压力;通过提高钻井液的抑制性,减少地层水化分散,提高岩石内聚力强度,实现解决塔里木深部复杂地层井壁失稳的难题。

     

  • 图  1  实验样品

    图  2  吸水吸油率测试装置示意图

    图  3  不同露头岩石的SEM图像

    图  4  不同露头岩石孔径分布曲线

    图  5  不同露头岩石吸水率(左)和吸油率(右)随时间的变化

    图  6  不同露头岩石热静止浸泡前后的抗压强度

    图  7  砂床封堵性能

    图  8  岩心封堵核磁分析

    图  9  压力传递实验

    表  1  不同露头岩石的矿物组分 %

    样品石英钾长石斜长石方解石白云石石盐方沸石石膏黄铁矿赤铁矿黏土矿物
    1#39.10.00.04.811.50.00.00.01.50.742.4
    2#20.62.316.716.42.30.02.40.00.50.638.2
    3#0.00.00.41.698.00.00.00.00.00.00.0
    4#9.80.00.088.31.90.00.00.00.00.00.0
    5#0.00.00.23.596.30.00.00.00.00.00.0
    6#15.91.00.00.672.80.00.00.00.01.08.7
    7#12.30.00.086.71.00.00.00.00.00.00.0
    8#0.00.00.40.798.90.00.00.00.00.00.0
    9#0.00.00.52.696.90.00.00.00.00.00.0
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    表  2  不同露头岩石的黏土组分

    样品 黏土矿物含量/% 伊/蒙混层比/%
    蒙皂
    伊利
    高岭
    绿泥
    伊/蒙
    混层
    绿/蒙
    混层
    蒙皂
    石层
    伊利
    石层
    S I K C I/S T/S S% I%
    1# 0 41 36 0 23 0 10 90
    2# 4 55 0 11 30 0 5 95
    6# 0 63 16 0 21 0 5 95
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    表  3  不同露头岩石孔缝结构参数

    样品 平均孔径/nm 孔容/(mL·g−1) 比表面积/(m2·g−1) 孔隙度/%
    1# 83.62 0.0120 0.576 3.4663
    2# 204.61 0.0092 0.180 3.5176
    3# 337.26 0.0134 0.159 3.6079
    4# 528.47 0.0106 0.080 2.8123
    5# 237.52 0.0152 0.256 4.9480
    6# 34.00 0.0250 2.939 9.5628
    7# 753.54 0.0061 0.032 1.7193
    8# 2213.00 0.0060 0.011 1.6402
    9# 892.56 0.0423 0.190 7.5871
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    表  4  不同露头岩屑的滚动回收率

    样品 岩屑热滚前
    质量/g
    岩屑热滚后
    质量/g
    滚动回收率/
    %
    1# 20.00 17.26 86.3
    2# 20.00 18.58 92.9
    3# 20.00 20.00 100.0
    4# 20.00 19.98 99.9
    5# 20.00 20.00 100.0
    6# 20.00 19.64 98.2
    7# 20.00 19.90 99.5
    8# 20.00 20.00 100.0
    9# 20.00 20.00 100.0
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    表  5  泥岩岩屑在不同流体中的滚动回收率

    液体类型 岩屑热滚前
    质量/g
    岩屑热滚后
    质量/g
    滚动回收率/
    %
    去离子水 20.00 17.26 86.3
    常规磺化钻井液 20.00 19.24 96.2
    特深井防塌水基
    钻井液体系
    20.00 19.71 98.6
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-10
  • 修回日期:  2024-09-04
  • 刊出日期:  2024-11-30

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