罗平亚09年3月讲座

1、1 关于解决我国钻井技术难关于解决我国钻井技术难题的探讨题的探讨2 目目 录录一、我国钻井技术发展的主要方向一、我国钻井技术发展的主要方向二、井壁稳定技术的发展二、井壁稳定技术的发展三、井下裂缝性恶性漏失的堵漏技术三、井下裂缝性恶性漏失的堵漏技术四、窄安全密度窗口的安全钻井技术四、窄安全密度窗口的安全钻井技术超深井超深井(7000M)(7000M)高温高温(200(200220)220)高密度高密度(r:2.30(r:2.302.50)2.50)钻井液技术钻井液技术3国内钻井技术发展的主要要求：国内钻井技术发展的主要要求：u提高深井特别是复杂超深井的钻井能力，降低钻井风险，提高深井特别是复杂超

2、深井的钻井能力，降低钻井风险，缩短钻井周期，是缩短钻井周期，是“十一五十一五”乃至相当长时期内的主要乃至相当长时期内的主要研究课题，也是提高我国陆上油气勘探、开发效率急待研究课题，也是提高我国陆上油气勘探、开发效率急待解决的首要问题。解决的首要问题。u利用钻井工程技术提高单井产量和采收率，增加可采储利用钻井工程技术提高单井产量和采收率，增加可采储量，经济有效的开发边际油田和难动用储量。量，经济有效的开发边际油田和难动用储量。u井下信息的随钻获取、井下信息的随钻获取、钻钻井的自动化控制井的自动化控制; ;建立钻井信建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。息数据综合菅理与适时应用

3、的钻井远程快速决策系统。 也是二十一世纪钻井工程技术发展的也是二十一世纪钻井工程技术发展的主要内容主要内容。一、我国钻井技术发展的主要方向一、我国钻井技术发展的主要方向4一、我国钻井技术发展的主要方向一、我国钻井技术发展的主要方向 缩小与国外先进水平的差距、赶上世缩小与国外先进水平的差距、赶上世界先进水平界先进水平; ; 解决当前钻井技术的主要技术难题解决当前钻井技术的主要技术难题( (制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈) )5. .国外钻井技术国外钻井技术( (与装备与装备) )的发展趋势：的发展趋势：u1 1 、向快速、优质高效、低成本方向发展。、向快速、

4、优质高效、低成本方向发展。 积极采用高性能螺杆钻具和新型钻头、高压喷射钻井、积极采用高性能螺杆钻具和新型钻头、高压喷射钻井、小井眼钻井、连续管钻井、套管钻井、随钻测量、随钻测井、小井眼钻井、连续管钻井、套管钻井、随钻测量、随钻测井、随钻测试技术、旋转导向与地质导向钻井技术、垂直钻井技随钻测试技术、旋转导向与地质导向钻井技术、垂直钻井技术、控压钻井技术、可膨胀管应用技术、气体钻井技术与装术、控压钻井技术、可膨胀管应用技术、气体钻井技术与装备、全过程欠平衡钻井技术、超深井钻井技术及万米深井钻备、全过程欠平衡钻井技术、超深井钻井技术及万米深井钻探装备、随钻地震技术探装备、随钻地震技术 等新技术、新方

5、法等新技术、新方法, ,努力提高钻努力提高钻井水平与效率。井水平与效率。u2 2、采用水平井、大位移井、多分支井等、采用水平井、大位移井、多分支井等MRCMRC技术提高油田开技术提高油田开发的综合效益。发的综合效益。6u3 3、向更加注重向更加注重QHSEQHSE方向发展，钻井安全和环保问题得到更加广泛的重视。方向发展，钻井安全和环保问题得到更加广泛的重视。 u4 4、向更有利于保护油气层的方向发展。积极采用优质钻井液和完井液，、向更有利于保护油气层的方向发展。积极采用优质钻井液和完井液，更好地保护油气层。更好地保护油气层。u5.5.以信息化、智能化为基础和特点向自动化方向发展以信息化、智能化

6、为基础和特点向自动化方向发展: : 采用地面自动化钻机配合井下旋转闭环导向钻井系统采用地面自动化钻机配合井下旋转闭环导向钻井系统, ,不断强化对钻不断强化对钻井和地层的实时监控井和地层的实时监控; ;通过卫星和互联网实现对现场的远程监控通过卫星和互联网实现对现场的远程监控, , 建立钻建立钻井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。井信息数据综合菅理与适时应用的钻井远程快速决策系统。u6 6、对于解决深部复杂地层钻井的井下复杂问题的相关技术有重大进展、对于解决深部复杂地层钻井的井下复杂问题的相关技术有重大进展, ,但距很好解决这类问题还有很大距离。但距很好解决这类问题还有很大距离。7

7、与世界先进水平的主要差距与世界先进水平的主要差距u钻井总体能力方面，钻井总体能力方面，台年进尺台年进尺:2001:2001年年: :加加6.046.04万米、美万米、美4.8794.879万米、中万米、中2.042.04万米万米;2006;2006年年: :加加7.167.16万米、美万米、美5 5425425万万米、中米、中3.213.21万米。万米。在深井超深井、钻井方面，我国目前的在深井超深井、钻井方面，我国目前的深井钻井平均钻井周期和使用钻头数约为深井钻井平均钻井周期和使用钻头数约为美国的美国的1.51.5倍。倍。u在钻井装备方面，国外正实现在钻井装备方面，国外正实现机械化、自动化，初

8、步具备机械化、自动化，初步具备智能化，达到有效、安全、快速、经济的要求智能化，达到有效、安全、快速、经济的要求，钻机实现钻机实现模块化、高运移性，满足各种地貌条件下作业需要，各种模块化、高运移性，满足各种地貌条件下作业需要，各种特殊工艺井的井下工具实现自动化、智能化。特殊工艺井的井下工具实现自动化、智能化。但国内特殊但国内特殊工艺井井下工具的高端产品仍主要依赖进口，高运移性的工艺井井下工具的高端产品仍主要依赖进口，高运移性的中浅井钻机和机械化、自动化工具与装备还正处在试验阶中浅井钻机和机械化、自动化工具与装备还正处在试验阶段。段。8 在钻井核心技术与前沿技术研发方面，目前国内还基在钻井核心技术

9、与前沿技术研发方面，目前国内还基本处于本处于跟踪模仿国外先进钻井技术阶段跟踪模仿国外先进钻井技术阶段。国外已成熟的技。国外已成熟的技术，国内往往才开始模仿研究或引进技术，术，国内往往才开始模仿研究或引进技术，时间落后时间落后5 51010年。年。如国外研发的多种随钻测井系统、近钻头地质导向钻如国外研发的多种随钻测井系统、近钻头地质导向钻井系统、垂直钻井系统、旋转导向钻井系统等在上个世纪井系统、垂直钻井系统、旋转导向钻井系统等在上个世纪9090年代就已商业应用，而国内在这些技术领域的研发工作年代就已商业应用，而国内在这些技术领域的研发工作仍处于追赶阶段。而且缺乏仍处于追赶阶段。而且缺乏自主知识产

10、权的先进工具与仪自主知识产权的先进工具与仪器，器，使得我国钻井工艺技术的发展受制于国外。使得我国钻井工艺技术的发展受制于国外。 在解决复杂地层深井钻井井下复杂问题方面差距并不在解决复杂地层深井钻井井下复杂问题方面差距并不大。大。与世界先进水平的主要差距与世界先进水平的主要差距9与世界先进水平的主要差距与世界先进水平的主要差距u利用己有理念、装备、技术利用己有理念、装备、技术解决工程问题解决工程问题( (钻井工艺技术钻井工艺技术) )不落后。不落后。u落后在于落后在于: :新理念的产生新理念的产生; ;新装备、新仪器、新工具的研发新装备、新仪器、新工具的研发; ;信息技术、智能化技术、自动化技术

11、的密切结合与应用信息技术、智能化技术、自动化技术的密切结合与应用u差距在于创新能力差距在于创新能力: :基础理论、实验基础研究不足基础理论、实验基础研究不足; ;相关学科、相关学科、技术领域的理论、知识及新成果引入和应用差技术领域的理论、知识及新成果引入和应用差; ;国内整体技国内整体技术水术水 平不足平不足10、当前钻井技术急待解决的主要技术难题、当前钻井技术急待解决的主要技术难题( (制约我国制约我国勘探开发进程的主要技术瓶颈勘探开发进程的主要技术瓶颈) ) 随着我国石油天然气勘探开发目标进一步面向随着我国石油天然气勘探开发目标进一步面向地质条件十地质条件十分复杂的深层油气资源。分复杂的深

12、层油气资源。近年来我国在复杂深井钻探中遇到近年来我国在复杂深井钻探中遇到高陡构造及逆掩推覆体防斜打快、井壁稳定、恶性漏失、窄高陡构造及逆掩推覆体防斜打快、井壁稳定、恶性漏失、窄密度窗口安全钻进、高研磨性地层钻速低、复杂井固井质量密度窗口安全钻进、高研磨性地层钻速低、复杂井固井质量差等世界级的难题，差等世界级的难题，导致深井钻井复杂事故多、钻井速度慢、导致深井钻井复杂事故多、钻井速度慢、周期长、成本高，已严重影响到我国油气资源重要接替区勘周期长、成本高，已严重影响到我国油气资源重要接替区勘探开发的进程。成为探开发的进程。成为严重阻碍勘探开发进程技术瓶颈。严重阻碍勘探开发进程技术瓶颈。11 在我国

13、在我国, ,如何解决复杂地层深井如何解决复杂地层深井( (特别是深探特别是深探井井) )钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发界高度关注。当前界高度关注。当前国外钻井先进技术的发展对于国外钻井先进技术的发展对于解决其中的某几个问题虽有一定的突破解决其中的某几个问题虽有一定的突破, ,但仍不但仍不能全面有效的解决它们能全面有效的解决它们。 成为钻井工程所面临的重大挑战和发展机遇，成为钻井工程所面临的重大挑战和发展机遇，钻井技术处于一个以解决这些难题打破这个瓶颈钻井技术处于一个以解决这些难题打破这个瓶颈为重要标志的新的发展时期，也是我们钻井走问为重要标志的新的

14、发展时期，也是我们钻井走问海外的技术支持和保证。海外的技术支持和保证。12 1.1.目前急待解决又没能很好解决的重大技术目前急待解决又没能很好解决的重大技术瓶颈瓶颈( (井井下复杂与事故；下复杂与事故；):): 目前，国内外在漏、喷、塌、卡、斜目前，国内外在漏、喷、塌、卡、斜这些井下这些井下复杂与事故中，一般情况下各单项问题都已基本形成复杂与事故中，一般情况下各单项问题都已基本形成有效的解决技术有效的解决技术( (包括相关理论和方法包括相关理论和方法) )，除有待进一，除有待进一步完善提高外，已对钻井构不成普遍威胁步完善提高外，已对钻井构不成普遍威胁. .但是在深井但是在深井复杂地层情况下仍有

15、一系列难题未能很好解决。复杂地层情况下仍有一系列难题未能很好解决。 13 . .复杂地层条件下的井壁稳定问题复杂地层条件下的井壁稳定问题 如深井、高温大段盐、膏、泥层的井壁稳定如深井、高温大段盐、膏、泥层的井壁稳定; ; 山前高陡构造山前高陡构造、破碎地层井壁稳定问题破碎地层井壁稳定问题 气体气体钻钻井转换泥浆后的井转换泥浆后的井壁稳定问题井壁稳定问题 . 山前高陡构造防斜打快问题。山前高陡构造防斜打快问题。 ( (垂直钻井技术可望解决垂直钻井技术可望解决) ) . .超深井超深井(7000M)(7000M)高温高温(200(200220)220)钻井和固井技术钻井和固井技术: : 我国井温我

16、国井温180180以下以下, ,密度密度2 200002 23030的泥浆技术己基本的泥浆技术己基本过关。井温过关。井温180,180,密度密度2 23030的水基泥浆技术国内外都未的水基泥浆技术国内外都未过关。过关。 14 (4). . 井漏问题井漏问题( (主要是指恶性漏失主要是指恶性漏失) )及由此引发的一些井及由此引发的一些井下复杂问题至今无一有效可靠的技术。主要由工程经验来下复杂问题至今无一有效可靠的技术。主要由工程经验来解决问题。解决问题。15.窄安全密度窗口安全钻井问题窄安全密度窗口安全钻井问题: : 当漏、喷、塌、当漏、喷、塌、位于同一裸眼井段位于同一裸眼井段( (同层同层)

17、)，则引发出多种复杂问题则引发出多种复杂问题: :主要归纳为主要归纳为窄或负安全密窄或负安全密度窗口度窗口的安全钻井复杂问题，成为目前钻井工程的安全钻井复杂问题，成为目前钻井工程亟待解决的重大技术难题，而喷和漏构成的窄或亟待解决的重大技术难题，而喷和漏构成的窄或负安全密度窗口的安全钻井问题则更为复杂、困负安全密度窗口的安全钻井问题则更为复杂、困难和危险难和危险, ,是我们当前重点攻关解决的重大难题。是我们当前重点攻关解决的重大难题。 16 . .钻遇高压、高产、高含钻遇高压、高产、高含H H2 2S(COS(CO2 2) )气层难题：气层难题： 、 H H2 2S S的高毒性所带来的重大技大难

18、题及安全问题；的高毒性所带来的重大技大难题及安全问题； 、 H H2 2S(COS(CO2 2) )的特殊腐蚀作用和高腐蚀性所带来的重大的特殊腐蚀作用和高腐蚀性所带来的重大技术难题；技术难题； 、 H H2 2S(COS(CO2 2) )在深井高温高压条件下的超临界态带来的在深井高温高压条件下的超临界态带来的重大技术难题：重大技术难题： A.A.超强的特殊腐蚀作用。超强的特殊腐蚀作用。 B.B.元素硫沉积带来的难题。元素硫沉积带来的难题。 C.C.对井控带来复杂影响所引起的重大技术难题对井控带来复杂影响所引起的重大技术难题。 这是当前我国正在全力进行攻关的重大技术难题。这是当前我国正在全力进行

19、攻关的重大技术难题。 17 2,关于提高机械钻速关于提高机械钻速 当前、深井复杂井钻速低是制约我国油气勘探开发事业当前、深井复杂井钻速低是制约我国油气勘探开发事业发展瓶颈的重要表现之一。其中除井下复杂与事故的影响外发展瓶颈的重要表现之一。其中除井下复杂与事故的影响外, ,努力提高机械钻速是一重要方面。努力提高机械钻速是一重要方面。 u高陡构造的防斜打快问题高陡构造的防斜打快问题; ;u深井上部大尺寸井段的机械钻速问题深井上部大尺寸井段的机械钻速问题; ;u深部重泥浆井段深部重泥浆井段( (耐磨地层耐磨地层) )机械钻速问题机械钻速问题; ;u油基泥浆提高钻速问题油基泥浆提高钻速问题: :油基泥

20、浆机械钻速提高到超过现有油基泥浆机械钻速提高到超过现有水基泥浆水平；水基泥浆水平；u水基泥浆机械钻速整体再上台阶水基泥浆机械钻速整体再上台阶; ;18 所有这些问题都是所有这些问题都是国内外至今没能很好解决的世界级难国内外至今没能很好解决的世界级难题题, ,它严重的阻碍了我国油气勘深开发的进程。它严重的阻碍了我国油气勘深开发的进程。 它们是钻井最传统的问题，是钻井工程永恒的难题。多它们是钻井最传统的问题，是钻井工程永恒的难题。多年来为解决它们作过不懈的努力年来为解决它们作过不懈的努力, ,并已集累了非常丰富的经并已集累了非常丰富的经验。但它们并未很好解决验。但它们并未很好解决, ,更未完全解决

21、更未完全解决, ,而且目前国外先进而且目前国外先进钻井技术及其发展并不能完全解决它们。应该成为我们钻井钻井技术及其发展并不能完全解决它们。应该成为我们钻井技术发展的一个必要的方向。技术发展的一个必要的方向。 19 但要最终有效解决它们，但要最终有效解决它们，必须在己有经验的必须在己有经验的基础上，深入研究其作用机理及内在规律，综合基础上，深入研究其作用机理及内在规律，综合应用其它学科的最新成果，建立新的观点、新的应用其它学科的最新成果，建立新的观点、新的方法、新的材料、新的工具、并形成新的技术才方法、新的材料、新的工具、并形成新的技术才有可能有效解决有可能有效解决例如：例如：u 用用VDSVD

22、S系统解决防斜打快问题系统解决防斜打快问题u 用用NDSNDS系统引导窄安全密度窗口钻井系统引导窄安全密度窗口钻井u 特种凝胶堵漏技术特种凝胶堵漏技术。20其问题的主要表现其问题的主要表现: :二二, ,井壁稳定技术的发展井壁稳定技术的发展21井壁不稳定井壁不稳定. .井壁坍塌应（压）力：井壁坍塌应（压）力：P P塌塌22井壁坍塌应（压）力：P塌23,P P塌塌 2425（二）水敏性地层的井壁稳定262.2.泥浆水化作用对地层泥浆水化作用对地层P P塌的影响塌的影响2728 粘土水化必使粘土水化必使P P塌上升塌上升, ,其影响大小与粘土被水化的程其影响大小与粘土被水化的程度密切相关。度密切相

23、关。理论和实验研究表明理论和实验研究表明: :由此而引起由此而引起P P塌塌的增加的增加, ,相当于密相当于密度增加度增加0 02.002.00以上以上（依地层组成、埋深和泥浆类型等因（依地层组成、埋深和泥浆类型等因素变化）。素变化）。理论和实践证明，在一般情况下（地应力正常、地层理论和实践证明，在一般情况下（地应力正常、地层倾角小、页岩埋藏深度不太大、地层不破碎倾角小、页岩埋藏深度不太大、地层不破碎），），P P塌塌通通常为常为0 0。但经泥浆作用后，但经泥浆作用后， P P塌塌可以由可以由0.000.00上升到上升到1.001.002.002.00（当量密度）或更高。（当量密度）或更高。2

24、92.2.水敏性地层井壁稳定技术的评价方法不过关水敏性地层井壁稳定技术的评价方法不过关目前常用的方法有岩心浸泡、滚动回收、目前常用的方法有岩心浸泡、滚动回收、SSISSI值测定值测定。都不能很好反映其实质。都不能很好反映其实质。而必须应该有的而必须应该有的坍塌压力评价坍塌压力评价和和粘土水化（去水化粘土水化（去水化）程度）程度的评价以及由于粘土水化（去水化）引起岩石力的评价以及由于粘土水化（去水化）引起岩石力学性质、岩石强度变化而学性质、岩石强度变化而引起的坍塌压力的增加引起的坍塌压力的增加的评的评价方法至今尚未建立。价方法至今尚未建立。由现场实际使用总结出来的由现场实际使用总结出来的P P塌

25、塌一般都偏大较多。一般都偏大较多。因此现有防塌泥浆处理剂及泥浆体系的防塌能力的因此现有防塌泥浆处理剂及泥浆体系的防塌能力的评价不够准确。评价不够准确。30 3. 高效抑制泥浆体系并未建立高效抑制泥浆体系并未建立常用抑制剂常用抑制剂(KCl(KCl、CaClCaCl2 2、MMHMMH、阳离子、高分子聚合、阳离子、高分子聚合物物) )抑制性不足抑制性不足泥浆抑制性与泥浆性能之间的矛盾未能根本解决，其泥浆抑制性与泥浆性能之间的矛盾未能根本解决，其兼顾协调结果使抑制性被削弱。因此现有水基泥浆泥兼顾协调结果使抑制性被削弱。因此现有水基泥浆泥浆体系至今解决不了强水化能力页岩的井壁稳定问题浆体系至今解决不

26、了强水化能力页岩的井壁稳定问题。如广西。如广西, ,中原中原都存在。都存在。因此对水敏性地层的井壁稳定问题设有完全过关。因此对水敏性地层的井壁稳定问题设有完全过关。31（三）破碎性地层的井壁稳定（三）破碎性地层的井壁稳定受构造应力作用而原本破碎的地层（完全破碎、大量裂受构造应力作用而原本破碎的地层（完全破碎、大量裂缝缝）以及在井眼形成后在上覆压力作用下产生破碎的地层）以及在井眼形成后在上覆压力作用下产生破碎的地层（深部白云岩、硬碎性页岩、煤层（深部白云岩、硬碎性页岩、煤层等）为破碎性地层（大等）为破碎性地层（大量微型裂缝存在）。量微型裂缝存在）。P P塌塌由地应力、岩石本体力学性质、岩石本体强

27、度、由地应力、岩石本体力学性质、岩石本体强度、岩岩体结构面（弱面）的密度（包括裂缝密度）、弱面间摩擦力体结构面（弱面）的密度（包括裂缝密度）、弱面间摩擦力以及井眼状态所决定。以及井眼状态所决定。泥浆要严重影响泥浆要严重影响P P塌塌的大小。的大小。32 1. .泥浆或泥浆滤液进入地层裂缝引起泥浆或泥浆滤液进入地层裂缝引起P P塌上升塌上升: : 泥浆或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝泥浆或滤液进入裂缝，使裂缝张开，同时大大降低缝面间摩擦力，使面间摩擦力，使P P塌大幅度上升。与地层水敏性无关。塌大幅度上升。与地层水敏性无关。破碎性地层一般破碎性地层一般P P塌塌00，即必须用泥浆柱压力

28、，即必须用泥浆柱压力P P泥泥P P塌塌来来平衡才能保证稳定。因此遇到井塌必须提高泥浆密度。平衡才能保证稳定。因此遇到井塌必须提高泥浆密度。但只有当裂缝完全都是闭合时，但只有当裂缝完全都是闭合时，P P泥才能平衡泥才能平衡P P塌起到塌起到稳定井壁（防塌）作用稳定井壁（防塌）作用. .提高泥浆密度才有效。提高泥浆密度才有效。若裂缝不能完全闭合，或提高密度而使裂缝开启若裂缝不能完全闭合，或提高密度而使裂缝开启, ,则会则会出现以下问题出现以下问题: :33 若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则将引起若不能有效封堵住裂缝阻断泥浆液相进入裂缝，则将引起P P塌的增加塌的增加, ,不能防塌。不

29、能防塌。 与泥浆类型无关；油基泥浆、水基泥浆效果一样。与泥浆类型无关；油基泥浆、水基泥浆效果一样。 此时提高泥浆密度不起作用反而密度愈高，井塌愈凶，甚此时提高泥浆密度不起作用反而密度愈高，井塌愈凶，甚至形成恶性循环。引起恶性坍塌。至形成恶性循环。引起恶性坍塌。 从钻进这类地层经验中总结的地层从钻进这类地层经验中总结的地层P P塌塌一般偏高较多。一般偏高较多。 上述作用与影响与水化作用无关。若有水化作用，二者叠上述作用与影响与水化作用无关。若有水化作用，二者叠加，问题更为复杂。加，问题更为复杂。 所以所以, ,有效封堵是这类地层井壁稳定的关健有效封堵是这类地层井壁稳定的关健, ,而其封堵效果而其

30、封堵效果与由泥浆引起地层与由泥浆引起地层P P塌的增加直接相关。塌的增加直接相关。342.2.存在问题及发展方向存在问题及发展方向. .必须更新技术观念必须更新技术观念 、所有泥浆都可能增加、所有泥浆都可能增加P P塌塌。不同泥浆增加幅度不同。不同泥浆增加幅度不同。由现场井下实际情况总结出的由现场井下实际情况总结出的P P塌塌一般都一般都( (大大大大) )偏大偏大. . 、若不能对地层各种裂缝进行有效封堵、若不能对地层各种裂缝进行有效封堵, ,提高泥浆密度提高泥浆密度实得其反。实得其反。 、有效封堵是、有效封堵是“破碎性地层破碎性地层”防塌的核心和关健。防塌的核心和关健。35 . .目前国内

31、外目前国内外 ( (水基、油基水基、油基) )泥浆的封堵能力都未完全过关泥浆的封堵能力都未完全过关: : 封堵基本要求封堵基本要求:井壁井壁快速快速形成形成浅层浅层、零渗透零渗透的封堵层：的封堵层： . . 对地层对地层0.1mm0.1mm以上级裂缝与微裂缝的封堵以上级裂缝与微裂缝的封堵( (已基本解已基本解决决);); 对微米级对微米级微裂缝微裂缝的封堵的封堵( (基本未解决基本未解决);); 对纳米级对纳米级细微孔隙、裂缝细微孔隙、裂缝的封堵的封堵( (完全末解决完全末解决);); 、进一步提高封堵能力必须先研究、建立对各类裂缝、进一步提高封堵能力必须先研究、建立对各类裂缝封堵能力、封堵程

32、度的正确评价装置与方法封堵能力、封堵程度的正确评价装置与方法( (未解决未解决) )36 、以所建立的正确评价装置与方法为依据、以所建立的正确评价装置与方法为依据, ,根据不同根据不同原理原理.(物理封堵、化学封堵、物理化学封堵物理封堵、化学封堵、物理化学封堵) )研制、开发和研制、开发和评价适用于不同裂缝评价适用于不同裂缝( (隙隙) )的封堵剂及封堵泥浆体系。的封堵剂及封堵泥浆体系。 重点是适用于纳米重点是适用于纳米微米级微裂缝和细微裂缝的专用配微米级微裂缝和细微裂缝的专用配套封堵剂。套封堵剂。 、建立起封堵效果与它引起地层、建立起封堵效果与它引起地层P P塌的增加的评价方塌的增加的评价方

33、法法37u小结： 1 1、对于井壁不稳定地层，泥浆总要引起地层、对于井壁不稳定地层，泥浆总要引起地层P P塌的增加，塌的增加，增加幅度增加幅度可达可达1.00-2.001.00-2.00；而由现现场实际总结出的而由现现场实际总结出的P P塌总是塌总是偏大。偏大。 2 2、建立、建立坍塌压力评价坍塌压力评价和和粘土水化（去水化）程度粘土水化（去水化）程度的的评价以及由于粘土水化（去水化）评价以及由于粘土水化（去水化）引起的坍塌压力的增加引起的坍塌压力的增加的评价方法；建立的评价方法；建立封堵效果与它引起地层封堵效果与它引起地层P P塌的增加的评价塌的增加的评价方法方法是目前促进本项技术发展的关键

34、；是目前促进本项技术发展的关键；38、降低地层坍塌压力、降低地层坍塌压力P P塌塌研究研究 由于目前国内外防塌泥浆浆技术都未考虑泥浆引起由于目前国内外防塌泥浆浆技术都未考虑泥浆引起P P塌的塌的上升上升, ,也测不出这个也测不出这个P P塌的上升值。塌的上升值。 同时国内外泥浆技术的水化抑制能力与有效封堵能力都远同时国内外泥浆技术的水化抑制能力与有效封堵能力都远远达不到要求远达不到要求; ;现有钻井液大多要增加地层坍塌压力，且不同现有钻井液大多要增加地层坍塌压力，且不同体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同体系引起地层坍塌压力增加的幅度不同(0200以上以上)。 因此现在现场所总结出来的防塌泥浆密

35、度将随泥浆不同而因此现在现场所总结出来的防塌泥浆密度将随泥浆不同而异异; ;而且一定是被泥浆作用后而增大了的数值而且一定是被泥浆作用后而增大了的数值; ;这个被泥浆作用这个被泥浆作用后而增大了的数值后而增大了的数值(0(02.002.00以上以上);); 所以降低地层所以降低地层P P塌将有很大的空间。塌将有很大的空间。39 因此因此, ,改进和发展泥浆技术则可能降低地层坍塌改进和发展泥浆技术则可能降低地层坍塌压力压力P P塌塌, ,而且可能降低的空间还较大。而且可能降低的空间还较大。 降低地层坍塌压力降低地层坍塌压力P P塌塌就可以降低防塌必须的泥就可以降低防塌必须的泥浆密度。浆密度。 钻井

36、中尽可能降低泥浆使用密度是钻井技术的钻井中尽可能降低泥浆使用密度是钻井技术的基本要求基本要求, ,所以降低地层坍塌压力所以降低地层坍塌压力P P塌塌值得探讨。值得探讨。 可能成为井壁稳定技术发展的一个重要方向。可能成为井壁稳定技术发展的一个重要方向。40 钻井中地层坍塌压力钻井中地层坍塌压力P P塌有两部份塌有两部份: : 、由地应力和岩石力学因素产生、由地应力和岩石力学因素产生, ,一般情况下都不太一般情况下都不太大大; ;正常情况下多为正常情况下多为0(0(异常地应力除外异常地应力除外) )。 、由泥浆各种作用而产生的坍塌压力、由泥浆各种作用而产生的坍塌压力, ,其增加的值因其增加的值因地

37、层和泥浆类型而异地层和泥浆类型而异, ,可达可达0 000002.002.00以上以上. .有较大降低空间。有较大降低空间。 降低地层坍塌压力降低地层坍塌压力P P塌塌实际上是改进和发展泥浆技术来实际上是改进和发展泥浆技术来消消除除的影响的影响和作用和作用( (即即降的是泥浆各种作用而产生的坍塌压降的是泥浆各种作用而产生的坍塌压力力) )。41 对于由泥浆各种作用而产生坍塌压力对于由泥浆各种作用而产生坍塌压力目前国内外还没目前国内外还没有实用的测定、计算的方法。但它的建立可能性较大。有实用的测定、计算的方法。但它的建立可能性较大。实际实际上它是地层岩石受泥浆作用后而产生的相对于原有上它是地层岩

38、石受泥浆作用后而产生的相对于原有P P塌的一塌的一个增值。个增值。因此因此, ,它的测定与计算和所用力学理论模型的适用它的测定与计算和所用力学理论模型的适用性和可靠性无直接关系性和可靠性无直接关系, ,从而使其测定的可能性和可信度大从而使其测定的可能性和可信度大为提高。从而具有较好的实用价质。为提高。从而具有较好的实用价质。 1 1、基于测井资料开展坍塌压力剖面、基于测井资料开展坍塌压力剖面 (P(P塌塌) )的研究的研究 基于测井资料可以计算三个压力剖面基于测井资料可以计算三个压力剖面 (P(P塌塌、P P被被、P P孔孔),),利用以上思路则可能计算出不同泥浆引起地层坍塌压力的增利用以上思

39、路则可能计算出不同泥浆引起地层坍塌压力的增加值。加值。 42力学本构关系力学本构关系 原地应力原地应力 井周应力井周应力强度判别准则强度判别准则 岩石性质与强度岩石性质与强度地层坍塌应力、破裂应力地层坍塌应力、破裂应力 孔隙压力孔隙压力合理泥浆密度上、下限合理泥浆密度上、下限43岩石力学与强岩石力学与强度参数度参数岩石弹性模量岩石弹性模量泊松比泊松比内聚力内聚力岩石抗压强度岩石抗压强度岩石抗张强度岩石抗张强度固有抗剪切强度固有抗剪切强度原地最大水平主应力原地最大水平主应力原地最小水平主应力原地最小水平主应力垂向应力垂向应力孔隙压力孔隙压力地应力地应力求求P P塌塌: :需要需要44开展分析研究

40、的关键性参数开展分析研究的关键性参数: :1 1、岩石力学性质与强度、岩石力学性质与强度2 2、地应力、地应力3 3、地层孔隙压力（异常地层压力）、地层孔隙压力（异常地层压力） 其中岩石强度、地应力都是依靠测井资料其中岩石强度、地应力都是依靠测井资料, , 地层孔隙压力地层孔隙压力可以依靠测井资料和钻井录井资料，可以依靠测井资料和钻井录井资料，但目前一般也多用测井资料但目前一般也多用测井资料, ,其中其中声波时差测井应用声波时差测井应用最广。最广。45孔隙压力输入垂直井测井资料：密度、伽马、声波等计算原地应力、岩石力学性质与强度岩石力学本构关系在设计井斜角下对原地应力进行坐标变换计算井壁应力计

41、算井壁主应力计算井壁有效应力强度判别准则岩石强度资料安全泥浆密度上、下限计算剪切破裂压力、张性破裂压力计算剪切破裂压力、张性破裂压力岩石力学岩石力学测井资料的作用测井资料的作用46 泥浆引起地层泥浆引起地层P P塌的测定塌的测定: : 1. 1.在用在用依靠测依靠测井资料测定计算出地应力、岩石力学性质与强度、地层孔隙井资料测定计算出地应力、岩石力学性质与强度、地层孔隙压力压力, ,然后再应用计算井周应力的岩石力学理论模型计算出然后再应用计算井周应力的岩石力学理论模型计算出P P塌、塌、P P破破. . 在用测井资料测定计算出在用测井资料测定计算出: :地应力、岩石力学性质与强度地应力、岩石力学

42、性质与强度时时, ,都是采用的都是采用的以井下没受泥浆作用的岩石为基础而建立的反以井下没受泥浆作用的岩石为基础而建立的反演理论模型演理论模型, ,因此求出的应是岩石没有受泥浆作用时的力学参因此求出的应是岩石没有受泥浆作用时的力学参数数, ,而算出的而算出的P P塌为没有受泥浆作用时的塌为没有受泥浆作用时的P P塌塌. . 47 假若通过理论与实验研究建立岩石受泥浆作用后的测井参数与其岩假若通过理论与实验研究建立岩石受泥浆作用后的测井参数与其岩石力学参数的反演理论模型石力学参数的反演理论模型, ,再将此模型用于再将此模型用于“由由测井资料测定计算出测井资料测定计算出地地应力、岩石力学性质与强度应

43、力、岩石力学性质与强度”则由此计算出的则由此计算出的P P塌则为岩石受泥浆作用后塌则为岩石受泥浆作用后的的P P塌塌, ,它更代表井下实际的它更代表井下实际的P P塌。塌。 而两者之差则为而两者之差则为泥浆作用后产生的坍塌压力。这可用作为现场使用泥浆作用后产生的坍塌压力。这可用作为现场使用泥浆引起坍塌压力增加大小的实际评价方法。泥浆引起坍塌压力增加大小的实际评价方法。 不同的泥浆此差值不同不同的泥浆此差值不同, ,差值越小差值越小, ,则泥浆防塌能力越好则泥浆防塌能力越好, ,反之则越反之则越差。差值为差。差值为0 0则为最好。则为最好。 若选用此若选用此差值小的泥浆差值小的泥浆, ,则将降低

44、该井井下实际坍塌压力。则将降低该井井下实际坍塌压力。48 2 2、降低地层坍塌压力、降低地层坍塌压力P P塌塌的实验评价方法的实验评价方法: : .利用工测测井的方法测定井眼地层的地应力和孔利用工测测井的方法测定井眼地层的地应力和孔隙压力和井眼地层的坍塌应力隙压力和井眼地层的坍塌应力P P塌塌1 1; ; 、现场总结井下地层实际的坍塌应力、现场总结井下地层实际的坍塌应力P P塌塌2 2( (防塌防塌泥浆的最低密度泥浆的最低密度);); 、使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质、使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质( (如弹性模量、泊桑比如弹性模量、泊桑比) ) 、 各类强度及应力各类强度

45、及应力应应变过程曲线变过程曲线; ; 49 采用岩石三轴抗压强度测试岩石力学性质及强度采用岩石三轴抗压强度测试岩石力学性质及强度泊松比泊松比、 弹性模量、抗压强度）弹性模量、抗压强度）:u实验采用了美国实验采用了美国GCTS公司制造的公司制造的 三轴岩石强度测试仪三轴岩石强度测试仪RTR-1000（图）。（图）。u岩石取材：岩心取自实验井段岩石或岩石取材：岩心取自实验井段岩石或同层位露头，同层位露头， 实验用岩心尺寸为实验用岩心尺寸为12；u实验环境条件：温度、围压摸拟井下。实验环境条件：温度、围压摸拟井下。50 、选用一个适用的井壁应力计算理论模型、选用一个适用的井壁应力计算理论模型( (例

46、如例如采用采用AndersonAnderson模型模型) )及岩石破坏准则及岩石破坏准则( (常用常用Mohr-CoulombMohr-Coulomb准则准则) ) 进进行计算出对应井下地层的坍塌应力行计算出对应井下地层的坍塌应力P P塌塌3;3; 、样品处理、样品处理: : 将岩样与不同工作液将岩样与不同工作液: : 不同抑制性工作液不同抑制性工作液; ; 不同封堵能力的工作液不同封堵能力的工作液; ; 油田常用各类典型泥浆体系油田常用各类典型泥浆体系 在设定的条件下在设定的条件下( (可摸拟井下可摸拟井下) )作用一定时间如作用一定时间如24h24h51 、将井壁岩石样品用所用、将井壁岩石

47、样品用所用( (待测待测) )防塌泥浆防塌泥浆 ( (按按专用处理装置与标准处理办法专用处理装置与标准处理办法) )作用处理后作用处理后, ,再同样再同样使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质使用三轴应力仪测定井壁岩石样品的力学性质( (如弹如弹性模量、泊桑比性模量、泊桑比) ) 、 各类强度及及应力各类强度及及应力应变过应变过程曲线程曲线; ;再使用同一合理的模型计算出对应井下地层再使用同一合理的模型计算出对应井下地层的坍塌应力的坍塌应力P P塌塌4;4;52 对处理后的岩心采用三轴岩石强度测试仪对处理后的岩心采用三轴岩石强度测试仪RTR-1000RTR-1000进行测定进行测定 所测定的

48、各块岩心所对应的岩石应力所测定的各块岩心所对应的岩石应力- -应变曲线如下图，应变曲线如下图，( (图中图中EaEa、ErEr分别为岩石的轴向、周向应变。从各岩样的应力分别为岩石的轴向、周向应变。从各岩样的应力- -应变曲线可以得出应变曲线可以得出 S Sd d/MPa/MPa、E/MPaE/MPa) )。 535455 水溶液对岩石强度影响及对坍塌应力的增加 水化 程度对岩石力学性质和强度的影响Sd/MPaE/MPa泥岩原样30.40.0922228清水泡垮-饱和Ca2Cl16.50.108152620% Ca2Cl15.20.11145810% Ca2Cl13.50.1813585% Ca

49、2Cl8.50.2511501% Ca2Cl泡垮-56封堵作用的影响封堵作用的影响泥岩Sd/MPaE/MPa原样30.40.0922228磺化沥青(3)泡垮-不渗透（1）泡垮-EP-1 (3)泡垮-聚已二醇(10)12.90.291281纳米乳液(3)14.30.23153057 、 P P塌塌4 P4 P塌塌3 ; 3 ; P P塌塌= P= P塌塌4 4 P P塌塌3 3( (即所用即所用泥浆引起这个地层坍塌压力的增加泥浆引起这个地层坍塌压力的增加);); 、对比不同泥浆体系的、对比不同泥浆体系的P P塌塌, ,则可评价出各体系及则可评价出各体系及防塌剂对该井该地层的防塌防塌剂对该井该地层

50、的防塌( (各类各类) )能力的高低能力的高低; ; 、对比、对比P P塌塌 1 1 、 P P塌塌2 2 、 P P塌塌3 3 、 P P塌塌4 4和和P P塌塌, , 就可知现场泥浆实际使用密度可以降低的幅度就可知现场泥浆实际使用密度可以降低的幅度 P P塌塌2 - 2 - P P塌塌( (可否降到可否降到0 0) )。583 3、降低、降低P P塌的作用塌的作用: : .为提高机械钻速提供一个很好的技术平台为提高机械钻速提供一个很好的技术平台: : 提高机械钻速最有效的办法是尽可能降低泥浆密提高机械钻速最有效的办法是尽可能降低泥浆密度。尽可能低的泥浆密度本身就能解放机械钻速度。尽可能低的

51、泥浆密度本身就能解放机械钻速, ,而而且也是一切提高机械钻速的钻井技术充分发挥其效且也是一切提高机械钻速的钻井技术充分发挥其效能的最佳技术平台。能的最佳技术平台。 但它受限于地层流体压力和地层坍塌压力而无法但它受限于地层流体压力和地层坍塌压力而无法实现。实现。 现在现在, ,全过程欠平衡钻井的理念及其实施已经开始全过程欠平衡钻井的理念及其实施已经开始打破第一个限制打破第一个限制: :而大幅度而大幅度降低降低P P塌塌的理念和实施有的理念和实施有可能为进一步提高机械钻速提供一条新的有效途径。可能为进一步提高机械钻速提供一条新的有效途径。59 把地层坍塌压力降低到把地层坍塌压力降低到: : 降到降

52、到0;0; 尽可能低尽可能低; ; 降到地层流体压力以下。降到地层流体压力以下。 , , 从而大幅度降低钻井泥浆密度从而大幅度降低钻井泥浆密度, ,并在此基础上根据所钻地并在此基础上根据所钻地层情况确定最佳钻井方式层情况确定最佳钻井方式: : 气体钻井气体钻井( (坍塌压力为坍塌压力为0 0时时);); 欠平衡钻井欠平衡钻井( (坍塌压力降到低于地层流体压力时坍塌压力降到低于地层流体压力时);); 低密度轻泥浆低密度轻泥浆( (坍塌压力压力系数降到约坍塌压力压力系数降到约1 11010左右时左右时) )钻钻井井: : 60降低坍塌压力的优快钻井技术降低坍塌压力的优快钻井技术 ( (应用实例应用

53、实例) ) 2006 2006年以来在塔里木羊塔克地区年以来在塔里木羊塔克地区0-40000-4000米井段的钻井米井段的钻井中利用上述原理进行现场实验。中利用上述原理进行现场实验。 试验目的：试验目的： 利用上述原理。通过所钻地层库车组，康村组岩石与利用上述原理。通过所钻地层库车组，康村组岩石与泥浆作用前后力学性质及强度变化研究，泥浆作用前后力学性质及强度变化研究，以现用泥浆体系为以现用泥浆体系为基础，加以改进完善研究出能将可钻地层现在存在的坍塌应基础，加以改进完善研究出能将可钻地层现在存在的坍塌应力明显降低的泥浆体及其应用技术。力明显降低的泥浆体及其应用技术。使可钻地层的坍塌应力使可钻地层

54、的坍塌应力有了一个明显的降低，从而在其它所有条件不变的情况下大有了一个明显的降低，从而在其它所有条件不变的情况下大幅度提高了机械钻速。幅度提高了机械钻速。61试验结果：试验结果： 地层岩石经泥浆作用前后的力学参数地层岩石经泥浆作用前后的力学参数序号泥浆抗压强度（围压45Mpa）泊松比弹性模量1KPAM109.90.1264039280A5 170.00.37637773144B103.10.17745754FA36793.50.12640395PAC-HV89.40.13434126JT-88872.00.34622507XY-27100.80.19143998双聚铵盐109.40.34236

55、159KHPAN84.80.376377710CMC-HV57.40.168311911CMC-LV未测未测未测12DRISPAC未测未测未测13清水0.4262 不同泥浆体系相对于现用聚合物泥浆体系能降低的坍塌压力：不同泥浆体系相对于现用聚合物泥浆体系能降低的坍塌压力：泥浆体系相对于现用聚合物体系地层降低的坍塌压力（密度）现用聚合物泥浆+ EP-2(3%)0.3604-0.4808现用聚合物泥浆+KCL(5%)0.6662-0.9032现用聚合物泥浆+KCL(10%)0.6725-0.9290现用聚合物泥浆+KCL(10%)+聚合醇10%0.7463-0.9830现用聚合物泥浆+KCL(5%

56、)+ EP-2(3%)0.6311-0.8774现用聚合物泥浆+NACK(10%)+ EP-2(3%)+聚合醇10%1.1427-1.1503注：泥浆作用前地层的坍塌压力(密度)计算值为0.0057 泥浆作用后地层的坍塌压力(密度)计算值为1.1892 现泥浆使P塌增加1.183563不同泥浆体系相对于现用聚磺泥浆体系地层能降低的坍塌应力不同泥浆体系相对于现用聚磺泥浆体系地层能降低的坍塌应力泥浆体系相对于现用聚磺体系地层降低的坍塌压力（密度）现用聚磺泥浆+ KCL(5%)+EP-2(1%) 0.1885-0.2712现用聚磺泥浆+ KCL(10%)+EP-2(3%)0.3257-0.495现聚

57、磺泥浆+聚乙二醇(10%)+KCL(10%)0.2436-0.348764降低坍塌压力的降低坍塌压力的“轻泥浆轻泥浆”快速钻井技术研究进展顺利快速钻井技术研究进展顺利经过两年研究和现场试验，经过两年研究和现场试验，20072007年现场应用取得良好效果。年现场应用取得良好效果。羊塔克羊塔克3 3井井0 040094009米井段采用米井段采用“轻泥浆轻泥浆”技术钻进技术钻进，全段泥浆密度比本，全段泥浆密度比本地区邻井降低了地区邻井降低了0.20g/cm0.20g/cm3 3以上以上( (由由1.351.35降到降到1.15)1.15)，井壁同样稳定且平均钻，井壁同样稳定且平均钻井速度达到井速度达

58、到9.939.93米米/ /小时，节约钻井周期小时，节约钻井周期4343天。在三开天。在三开12 1/412 1/4井段平均机械井段平均机械钻速达到了钻速达到了10.9210.92米米/ /小时，创造了羊塔克区块本井段机械钻速最高纪录。小时，创造了羊塔克区块本井段机械钻速最高纪录。 65, 以形成一种适用于所钻地层的新的快速钻井系列配套技术以形成一种适用于所钻地层的新的快速钻井系列配套技术。为进一步提高现有机械钻速提供一种新的可能途径。为进一步提高现有机械钻速提供一种新的可能途径。66 .是气体钻井、欠平衡钻井的技术基础是气体钻井、欠平衡钻井的技术基础 、 坍塌压力为坍塌压力为0 0时才能进行

59、气体钻井时才能进行气体钻井; ; 、坍塌压力降到低于地层压力时才能进、坍塌压力降到低于地层压力时才能进行欠平衡钻井行欠平衡钻井; ; 、指导气体钻井后转换泥浆时的井壁稳、指导气体钻井后转换泥浆时的井壁稳定问题定问题67 .扩大安全压力（密度）窗口扩大安全压力（密度）窗口 PP窗窗（ rr泥泥）：）： 对于由井漏和井塌对于由井漏和井塌构成的窄构成的窄安全压力（密度）窗口安全压力（密度）窗口 P P破破( (漏漏) ) P P泥泥 P P塌塌 , , (P(P塌塌 P P地地 ), P=P), P=P破破 P P塌塌 (P (P 既指压力又可代表密度既指压力又可代表密度, ,下同下同.).) 降低

60、降低P P塌塌是扩大是扩大安全压力（密度）窗口安全压力（密度）窗口最有效的途径。最有效的途径。 .有利于减少井下复杂与事故。降低钻井液成本。有利于减少井下复杂与事故。降低钻井液成本。 68三、井下裂缝性恶性漏失的堵漏技术三、井下裂缝性恶性漏失的堵漏技术69(一),基本问题1、 恶性漏失恶性漏失: : 指具有以下特点的漏失指具有以下特点的漏失: : (1), (1),漏速很大、大到无法建立正常的循环漏速很大、大到无法建立正常的循环( (例如例如 “ “有进无有进无出出”) ) (2), (2),无法采取随钻堵漏无法采取随钻堵漏, ,必须专门堵或仃钻堵必须专门堵或仃钻堵 (3),(3),用常规桥塞