喇嘛甸油田高渗透砂岩层钻井过程中井径异常扩大原因分析.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J 0URNAI OF DAQI NG PETR0I EUM I NSTI TUTE 第 3 3卷 第 2期 2 O o 9年 4月 Vo 1 ． 3 3 No ．2 Ap r ． 2 0 O 9 喇嘛甸 油 田高渗透砂岩层钻 井过程 中 井径 异常扩大原 因分析 施 尚明 ，李佳 蕙 ，王连 生 ，申家年 1 ．大庆石油学院 地球科学学 院， 黑龙 江 大庆1 6 3 3 1 8 ； 2 ．大庆钻探工程公司 钻 井二公 司， 黑龙江 大庆1 6 3 4 1 3 摘要 为解决喇嘛甸油 田高渗透砂 岩层井径异常扩大 ， 根据 喇嘛甸 油 田砂 岩层 高孔 隙度高渗 透率的特征 ， 选取喇 嘛甸油 田 1 9 9 7 ～2 0 0 6年具有代表性 的 3口井不 同层位的 2 O块岩心样品 ， 进行岩石单轴抗 压强度和剪切 强度实验 ， 分析 新老井岩石力学参数中弹性模 量 、 剪切模量 和弹性强度 的变化规律．利用 X一射线衍射 、 扫描电镜等实验 ， 分析与泥岩层 地 区不同的砂岩层岩石力学参数的主要影响因素， 同时提 出预 防井径扩大的建议 ， 为高渗 透砂 岩层井径 异常扩大的预 防 提供指导． 关键词 喇嘛甸油 田；岩石力学 ；井径扩大 ； 注入水 ；黏土矿物 中图分类号 TE 2 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 01 8 9 1 2 O O 9 O 2 0 0 1 6一O 4 0 引 言 经过 3 0 a的 注水开 发 ， 喇嘛 甸油 田油层 及 地层 的物理 性质 发 生较 大 变化 [ 1 ] ， 在 调 整井 钻 井 中 ， 部 分 井 的高渗 透砂 岩层 发生 井眼非 正 常扩 大现 象 ， 仅 2 o O 6年 ， 喇 嘛甸 地 区 完成 的 6 3 8口井 中有 l 1 2口井 发 生 不 同程度 井径 异常扩 大 现象 ， 占完井数 的 1 7 ． 5 ．如 喇 4 一P S 3 4 1 4井在 SⅡ一P I油层 井段 砂岩 井径严 重 扩 大 ， 采用 2 1 5 mmP DC钻头的井眼在砂岩处最大井径达到 3 O O mm 以上 ， 导致多条测井曲线偏离正常值 ， 给油层的孔隙度 、 渗透率、 含油饱和度等参数的解释带来困难．另外 ， 井径扩大会加大固井施工的难度 ， 使 井 径扩 大井 段 的固井 质量难 以保证 ．目前 有 关 井 径扩 大 现 象 的文 献 主 要 集 中在 对 泥 岩 段 的研 究 L 2 ] ， 泥 岩地层具有黏土矿物含量高、 矿物差别大 、 微裂缝发育等特点 ， 因此泥岩地区黏土矿物易水化、 膨胀使岩石 强度降低 ， 发生井径扩大、 井壁坍塌 、 掉块等复杂事故L 4 ] ．因黏土矿物含量少 、 非均质性严重等 ， 砂岩层与 泥岩层井径异常扩大原 因有本质的区别．因此， 分析砂岩层岩石力学参数的主要影响因素 ， 对研究喇嘛甸 油 田砂 岩层 出现 的井 径异 常扩 大现 象具 有指 导意 义． 1 岩石力学性质 在 油 田开发 中 ， 钻井 过 程 中井壁 的稳 定性及 采 油过程 中油层是 否 出砂 与岩石 力学 性 质的变 化有 关跚 ． 为 分析 喇嘛 甸油 田砂 岩层力 学 性质 变化 ， 选 取 3口井 ， 共 2 O块 岩 心 ， 其 中喇 8 一P S 1 8 1 3和 喇 8 一P S 1 4 1 3 井 为 2 o 0 6年所 钻 的新井 ， 喇 8 一检 2 9 井 为 1 9 9 7 年 所钻 的取 心井 ．取样 井段 为 9 4 4 ． 2 ～ 1 2 O 9 ． 5 m， 岩性 为 砂岩 ， 岩样尺寸为 2 5 mm5 0 mm．实验前使用喇嘛甸油田油井的采 出液将岩心浸泡 2 4 h ， 实验包括岩 石的单轴抗压强度实验和岩石的剪切 表l 喇嘛甸油田新老井岩石力学性质实验结果 M P a 强 度实 验Ⅲ． 新老井岩石力学参数实验结果见 表 1 ． 由表 1 可见 ， 在喇嘛甸油 田， SⅡ 油层和 P I油层 的新井岩石力学参数 收稿 日期 2 f 】 8 一l z一1 5 ； 审稿人 付广 ； 编辑 陆雅玲 作者简介 施 尚明 1 9 5 6 一 ， 男 ， 博士 ， 博士生导师 ， 教授 ， 主要从事油气 田开发地质 、 油藏精细描述及地热方面的研究 1 6 第 2期 施尚明等 喇嘛甸油 田高渗透砂岩层钻井过程 中并径异 常扩大原因分析 低于老井． 以剪切模 量为例 ， 从 1 9 9 7 ～2 O 0 6年 ， sⅡ油层剪切模 量降低 1 4 ． 3 ， P I油层剪 切模量 降低 1 5 ． 7 ． 因此 ， 喇嘛甸油田岩石力学参数的降低导致岩石在钻井过程中抗剪切和张力 的能力下降， 在拉伸 和剪切的联合作用下 ， 井壁上形成许多相互交错的大裂缝 ， 从而导致井壁剥 落掉块 ， 造成井径异常扩大或 坍塌． 岩石弹性模量与单井深度关系见图 1 ．由图 1 可知 ， 喇嘛甸油田 2口采样新井在 P I油层的弹性模量 均 比其他层降幅明显 ， 即新井 PI油层的抗张力与被破坏能力 比其他层更差 ， 发生井径扩大或井塌的可能 性 比其 他层 更 大． P l 油层 n 几 ．『_] 9 4 4 1 Ol 1 1 O 6 2 1 O 7 O 1 1 1 3 1 l 3 6 1 1 4 O 1 l 5 5 井深／ m a 喇8 _ P S l 4 l 3 井 1 0 41 1 0 5 4 1 O 9 O l 1 2 4 l l 4 5 1 2 O 9 井深／ m b 喇8 - P s 1 8 l 3 井 图 1 喇 8 一P S 1 4 1 3和喇 8 一P S 1 8 1 3井井深与弹性模 量关系 2 影 响 因素 2 ． 1注入 水 溶蚀 喇嘛甸 油 田是松 辽 盆地 在青 山 口组一 姚 家组 一嫩 江组 大 规 模 的水 退 到水 进 的转 折 时期 ， 在 进 人 大 型 浅水湖盆的河流一三角洲环境下依次形成的各油层砂泥岩互层的油 田．根据岩石薄片鉴定分析结果 ， 岩 石 类 型主要 是 岩屑 长石 细砂 岩 、 岩屑 长石 中砂 岩 ， 标本 特 征 含 油 ， 颜 色 为 棕 色 ， 岩 样 的填 隙物 以杂 基 泥质 、 胶结物高岭石为主．填隙物质量分数一般为 5 9 ／ 6 ～2 O ．油田内各套储层具正韵律或多韵律特征 ， 渗透率 为 4 O 0 ～2 0 0 O 1 0 _ 。 “ m ， 平均孑 L 隙度为 2 6 ， 储集层成岩后次生作用不强，基本保持原生孑 L 隙．孔隙 以粒间孔隙为主．各油层 间孔隙度变化不大 ， 属于高孔隙度高渗透率油 田．同时， 喇嘛甸油 田厚油层 比较 发育 ， 单层有效厚度大于 4 m 的油层地质储量 占总储量的 4 0 ％以上．经过多年的注水开发 ， 这些高渗透厚 油 层综合 含 水率 已达 9 0 以上 ， 油层 水 洗情 况严 重． 长期水洗使黏土矿物质量分数明显减少 ， 喇嘛甸油 田新老井 X一射线衍射统计结果见表 2 ． 由表 2可 知 ， 水洗前后 ， 老井和新井黏土矿物质量分数平均值 由 1 9 ． 6 4 下降到 1 1 ． 1 0 ． 喇嘛甸油 田水洗前后样 品 扫描 电镜结果[ 7 见图 2 ．由图 2 a 可见 ， 伊利石在相连通的细孔喉处发生沉降 ， 贴附颗粒表 面． 高岭石是 喇 嘛甸 油 田主力 油层 中最 常见 的黏 土矿 物 ．由图 2 b 可 见 ， 对 喇 嘛甸 油 田渗 透率 约 为 1 O 0 01 0 _ 。 m 的岩 样进 行水 驱 实验 发现 ， 水 驱前砂 岩 孔 隙 中高 岭石 呈 书页 状 、 蠕 虫 状分 布 ， 形 态 完整 ． 随 着注 水倍 数 的增 加 ， 水流渠道壁上的高岭石被水流剥落或冲散 ， 只有少量残余高岭石分布在小孔 隙中， 未见 蒙脱石． 由图 2 c 可见 ， 砂岩 孔 隙 中的胶结 物 不断 被 冲刷带 出 ， 胶结 物 含量 逐渐 减少 ， 水 驱后 形成 较 大 的流通孔 隙通道 ． 喇嘛甸油 田注水开发后 ， 孔隙度 、 渗透率发生较大变化．水洗前 ， 储层孔隙主要 以粒间孔为主 ， 溶解作 用较弱， 颗粒边缘光滑 ， 孔隙半径为 0 ． 0 4 ～1 6 ． 0 O m．经注人水长期 冲刷 ， 长石颗粒被溶蚀 ， 储层原有性 质发生改变， 部分溶解颗粒和胶结物 、 破碎物被注入水带出地层 ， 造成储层孔隙增大 ， 储层孔隙类型以扩大 型粒间孔为主， 溶蚀孔发育 ， 孔隙半径为 4 ～2 5 m．另外 ， 有部分溶解颗粒和胶结 物、 破碎物随着流体的 运移 ， 在曲率大 、 孔喉直径变化大和细孑 L 喉处沉降， 使低渗透率岩石喉道被堵塞．胶结物冲刷和颗粒溶蚀 后 扩大 的孔 隙 降低 喇嘛甸 油 田的岩石 力学 性质 ， 出现井 径 异常 扩大 现象 ． 在油田开采开发中， P I油层一直作为主力油层开采 ， 其中， P工l 一 2油层水洗厚度高达9 8 ． 1 ， 水洗 b 5 4 3 2 1 0 日 d r } ／ 嘲 掣敲 7 6 5 4 3 2 1 0 日 d r ／ 删 敲 第 2期 施尚明等 喇嘛甸油田高渗透砂岩层钻井过程 中井径异常扩大原 因分析 喇 嘛甸 油 田是 以砂泥 岩互 层 的油 田 ， 造 成砂 岩层 井 径异 常扩 大 的原 因与 泥 岩地 区不 同 ， 黏土矿 物水 化 作用 对砂 岩层 影 响不 大 ， 而 钻井 过程 中力 学 因 素造 成 适 度 的井 径 扩 大 是 可 以 接受 的 ] ， 因此 注入 水 的长 期溶 蚀作 用才 是 喇嘛甸 油 田发 生井 径异 常扩 大 的根 本原 因． 3 预 防建议 1 钻井作业过程中， 采用稳定性好的泥浆处理 ， 保持 良好的流动性 ， 井壁稳定 ， 井眼清洁， 同时控制起 下钻速度， 避免井眼的抽吸对井筒造成压力．选取低渗透的钻井液体系， 以增加对井壁的支撑力． 2 钻井 工艺 方 面 ， 继续 采 取控 制 钻井 液排 量 、 减 少 划 眼 时 间和 次 数 ， 以及 改 变 钻 具 结 构 、 调 整钻 头 水 眼 喷射 角等措 施进 行 预 防作业 ． 3 对井壁坍塌的井进行悬挂衬管 、 充填等工艺技术处理 ， 提高油井利用率． 4 对泥岩段厚度过大 、 作业起下管柱遇阻遇卡的井 ， 定时测量井径． 5 在非均质厚油层 ， 油层渗透率高 、 级差大 ， 采用黏土调剖技术改善开发效果⋯] ． 6 根据岩石力学性质变化规律与电性数据研究发现 ， 岩石力学参数与 1D 1 o ／ △ 具有良好的相关 性 ， 其 中 10 为岩 石 密度 ， △ 为 声波 时差 ， 即利用 电性 数据 计 算 岩石 力 学 参 数 ， 更 加 直 观 地对 地 下 的岩石 力 学参数进行预测 ， 以提前采取防治措施． 4 结论 ． 1 喇嘛甸油田 PI油层作 为喇嘛甸油 田开发 的主力油层 ， 注入水 长期 溶蚀引起 的力 学性 质降低 明显 ． 2 岩石力学参数降低导致井壁剥落掉块 ， 造成井径异常扩大或坍塌．力学参数降低 的主要影响因素 为 ①高渗透砂岩层水洗严重 ， 注入水 冲刷、 溶蚀胶结物和长石颗粒 ， 使孔 隙结构发生变化． ②黏土矿物的 水化膨胀作用使岩石颗粒松散 ， 岩石强度下降．同时 ， 喇嘛甸油田裂缝发育， 伴随剧烈 的构造运动 ， 加剧井 径 扩大 的发生 ． 3 提 出预 防喇嘛 甸油 田高 渗透 砂岩 层 井径 异 常 扩 大 的建 议 ， 但根 本 措 施 是 利用 钻 井 过 程 中的测 井 资料与 岩石 力学 性质 的相 关性 ， 对 地下 岩石 力 学参 数进 行 预测． 参 考文献 [ 1 ] 王辉 ， 颜林 ．浅析井 眼扩径对钻井工作 的影响及对策 [ J ] ．石油天然 纣艮， 2 o o 5 ， 2 7 2 7 0 】 一7 o 1 ． [ 2 ] 高艳 霞 ， 单鲸铭 ， 刘 维国， 等．川西坳陷深层岩石力学特征及其影响 因素[ J ] ．油气地 质与采 收率， 2 0 O 7 ， l 4 6 2 3 2 5 ． [ 3 ] 谢润成 ， 周 文， 单钰铭 ， 等．考虑岩样尺度效应时钻井液对岩石力学性质影 响的试验 评价 [ J ] ．石 油学报 ， 2 0 O 8 ， 2 9 1 1 3 5 一l 3 8 ． [ 4 ] 屈东 升．川东高陡构造井塌原 因及防进措施研究[ J ] ．钻采工艺 ， 2 0 O o ， 2 3 5 8 5 ～8 6 ． [ 5 ] 李金柱 ， 李双林．岩石力学参数的计算及应用[ J ] ．测井技术 ， 2 o o 3 ， 2 7 l 5 1 8 ． [ 6 ] 蔡美 峰， 何 满潮 ， 刘东燕 ， 等．岩石力学与工程[ M] ．北京 科学出版社 ， 2 O O 5 ． [ 7 ] 林玉保 ， 张 江， 王新江．喇嘛甸油 田砂岩孔隙结构特征研究[ J ] ．石油勘探与开发 ， 2 O O 6 ， 2 5 6 3 9 4 2 ． [ 8 ]张继成 ， 梁文福 ， 赵玲 ， 等．喇嘛甸油田特高含水期开发形势分析[ J ] ．大庆石油学院学报 ， 2 5 ， 2 9 3 2 3 ～2 5 ． [ 9 ] 樊业忠．钻井液完井 液及保 护油气层 技术[ M] ．东 营 石 油大学 出版社 ， l 9 9 6 ． [ 1 o ] 徐加放 ， 邱正松 ， 刘庆来 。 等．塔河油 田井 壁稳定机理与防塌钻井技术研究[ J ] ．石油钻采工艺 ， 2 o O 5 ， 2 7 4 3 3 3 8 ． [ 1 1 ] 孙学增 ， 褚孝才 ， 苏桂琴．井眼周 围与井壁上 岩石应力 状态及坍塌 机理初探 [ J ] ．大庆石油学院学报 ， l 9 9 o， 1 4 4 l 7 2 3 ． [ 1 2 ] 陈天成．坍塌压力 与井身结构设计和井壁稳定技术关 系初探 [ J ] ．钻采工 艺， 2 0 0 6 ， 2 9 1 2 l 一2 3 ． [ 1 3 ] Ha wk e s c，Mc l e l l a n P J ．B o r e h o l e s t a b i l it y a n a l y s i s f o r u n d e r b a l a n c e d d r I l l i n g [ J ] ．ca n a d i a n j 0 u r n a l o f p e t r o l e u m t e c h n 0 l o g y ， 2 o O 1 ， 4 O 5 3 l 一 3 8 ． [ 1 4 ] 孙晓军 ， 段正发， 刘文岭．喇嘛甸油 田葡 I l 一2油层黏土调剖试验[ J ] ．大庆石油地质与开发 ， 2 O 0 O ， l 9 1 2 7 ～3 0 ． 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载