川東北地區(qū)河壩構造工程地質特征及鉆井對策研究.pdf

1、河壩構造地質條件復雜,目前勘探開發(fā)主要目的層為海相嘉陵江組二段和飛仙關組三段,海相碳酸鹽巖儲層埋藏深,飛三段目的層垂深可超5000m,地層溫度高,異常高壓,膏鹽巖發(fā)育,嘉二氣藏含硫化氫;陸相碎屑巖地層傾角大,砂泥巖頻繁互層,巖石致密,可鉆性差,易井壁失穩(wěn);縱向上存在多壓力系統(tǒng),工程地質特征異常復雜,鉆井過程中復雜事故頻發(fā),易出現(xiàn)漏、塌、涌、卡、堵等異常情況,機械鉆速低,鉆井周期長,鉆完井工程面臨嚴峻挑戰(zhàn),嚴重影響鉆井工程進度,制約了研究

2、區(qū)天然氣藏勘探開發(fā)評價工作。國內(nèi)外已有的研究表明,井下復雜問題的產(chǎn)生與地應力關系密切。本論文針對河壩構造鉆完井過程中的各種復雜情況,以石油地質學、構造地質學、地球物理測井、儲層地質學、巖石力學、巖體力學、鉆井工程、油氣儲層改造、油氣藏工程學等多學科理論和方法為指導,在深化工區(qū)工程地質特征認識基礎上,從巖石基本物理特征分析入手,結合巖石力學參數(shù)及地應力測定實驗,建立實鉆地層巖石力學參數(shù)、地應力、地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力等工程地質特

3、征參數(shù)測井預測模型及相應剖面,開展有針對性的井壁穩(wěn)定性分析,提出與工程地質復雜情況相對應的鉆井對策,為河壩構造鉆完井工程工藝方案設計與實施提供科學依據(jù)。
　　 通過研究,取得以下認識:(1)河壩構造地層巖石整體表現(xiàn)為巖石致密、強度大、硬度大、可鉆性差;(2)河壩構造地層孔隙壓力縱向上分帶明顯,海相碳酸鹽巖地層孔隙壓力整體上為異常高壓;(3)陸相碎屑巖地層最小、最大水平主應力梯度分別為2.30-2.70MPa/100m、2.7-3

4、.1MPa/100m;海相碳酸鹽巖地層最小、最大水平主應力梯度分別為2.13-2.50MPa/100m、2.65-2.90MPa/100m。最大水平主應力方向為近東西向,但海相碳酸鹽巖地層由于受多期構造運動影響,最大水平地應力在70°-110°間偏轉;(4)陸相碎屑巖地層坍塌壓力梯度、破裂壓力梯度相對較高,安全鉆井液密度窗口較寬,海相碳酸鹽巖地層安全鉆井液密度窗口相對較窄,飛仙關組、嘉陵江組應力性坍塌壓力梯度在0.3-0.48MPa/1

5、00m之間,定向井中向南、北方向鉆進的井眼地層坍塌壓力最低、破裂壓裂最高,井壁最穩(wěn)定,且在水平井鉆井時井壁穩(wěn)定性好;定向井及直井在鉆井液密度為1.59g/cm3的情況下,能夠維持河壩構造井壁力學失穩(wěn)不超過90°;(5)河壩構造井漏的主要原因是地層裂縫較發(fā)育,地層孔隙壓力低、鉆井液由于壓差作用向地層漏失;井塌卡鉆的主要原因是陸相碎屑巖地層坍塌壓力較高,在地層出水或鉆井液濾失情況下井壁巖石吸水膨脹加劇了井塌的程度,造成卡鉆;(6)通過復雜情

6、況工程地質特征總結,提出了鉆井方式、井身結構、鉆井液密度等工程工藝優(yōu)化建議,建議井身結構以—開封淺表水層150m,二開封上沙溪廟組底部重點水層,三開封須家河組、雷口坡組等低壓易漏層,四開施工壓力較高的嘉陵江組、飛仙關組目的層完鉆,達到既均分各開次內(nèi)地層壓力減少井漏復雜,也為二開、三開盡可長的井段實施氣體鉆井創(chuàng)造條件;并提出了各開次平衡鉆進的鉆井液密度窗口一開1.15-2.37g/cm3、二開1.47-2.13g/cm3、三開1.76-2

7、.12g/cm3、四開2.08-2.26g/cm3。
　　 論文研究成果針對性強,與現(xiàn)場實際鉆井實踐吻合程度較高,預測結果具有較高的可靠性。論文研究成果為加強研究區(qū)鉆完井工程工藝技術應用研究、確保鉆井工程科學、高效、安全施工以及壓裂改造等措施提供強有力的技術支撐。論文研究中建立的一套從試驗測試、巖石力學參數(shù)解釋、地應力解釋、三大壓力解釋、井壁穩(wěn)定性綜合分析到相應鉆井對策提出的工程地質特征研究方法體系,對國內(nèi)外同類型氣藏研究具有借