摘要：石油天然气钻井过程中,上覆非目的地层钻取的岩心数量有限,在一定程度上限制了其岩石力学行为的研究,不利于安全高效钻进。为此,采用数字岩心模型对上覆长井段非目的地层岩石力学行为开展了反演研究,并以四川盆地天府气田上三叠统须家河组地层为例,基于目标层位岩屑组分测试结果与Voronoi理论,建立了用于表征须家河组岩心力学行为的数字岩心三维Voronoi体模型,还原了矿物成分、黏土以及孔隙的空间分布,最后从微观角度分析和研究了岩石的力学特性及损伤演化过程。研究结果表明:①数字岩心单轴压缩变形存在空隙压密、弹性变形、塑性变形和破坏后4个阶段,破坏形式主要为剪切破坏,这与实验结果高度吻合;②在轴向压力加载时,矿物颗粒受到挤压产生应变,当应变超过矿物本身的屈服应变时,矿物开始损伤,并将无法承受的压力传递给邻近矿物颗粒,逐渐形成裂纹和破裂面;③矿物空间分布仅对数字岩心的损伤演化和裂纹发展有影响,颗粒尺寸对弹、塑性以及破坏后阶段的力学行为均有影响;④随着围压增加,抗压强度和残余强度明显增大,且岩心尺寸越大弹性模量和峰值强度越低。结论认为,该方法分析结果与实验结果吻合,为岩心缺少条件下研究钻井过程中上覆地层岩石力学特性提供了新思路,并对破岩机理认识及优化钻头选型与设计具有重要工程意义。

摘要：四川盆地天府气田致密气资源丰富,多用水平井开采,钻井过程中存在机械钻速低、二开趟钻数高、施工摩阻扭矩大、卡钻等复杂事故频发等难题。为此,针对天府气田侏罗系沙溪庙组致密气藏,从钻头型号、旋转导向工具、旋转导向配套工具、钻具组合、钻井参数以及钻井液性能等方面开展优化研究与技术攻关,制定关键技术措施,改善与升级了以“二开井身结构+三维轨迹剖面+高效PDC钻头+油基钻井液+旋转导向”为主的水平井优快钻井技术。研究结果表明:(1)通过优化PDC钻头布齿与强化钻头攻击性,可有效提高钻头对非均质地层的适应性,从而提高机械钻速;(2)通过优化钻具组合及强化钻井参数,形成一套适用于CG STEER国产旋转导向系统的钻具组合,进一步确保了破岩能力,减少了卡钻风险;(3)基于摩尔-库伦准则的井壁稳定性评价,优化油基钻井液性能与密度设计,再度降低了卡钻风险。该项钻井关键技术成功应用于现场8口井,实现二开?215.9 mm井眼的“一趟钻”优快钻井,应用结果表明:(1)较之未应用该项技术的井,8口应用井的二开平均机械钻速由17.75 m/h提升至23.20 m/h(提高30.7%),二开平均钻井周期由12.00 d降至9.19 d(缩短23.4%),全井平均钻井周期由16.10d降至11.19d(缩短30.5%),应用效果良好;(2)8口井中效果最好的JQ12-8-H2井,机械钻速高达40.62m/h,二开钻井周期仅为6.15 d,刷新了天府气田致密气水平井的最快机械钻速与最短钻井周期纪录,钻井提速效果显著。该项钻井关键技术的研究与应用,有力支撑了四川盆地致密气快速上产的需求。