优化钻井技术在提高松南地区深井钻井速度中的应用

吉林油田松辽盆地南部深井钻井面临的主要技术难点是深层岩石硬度大且研磨性强,目前国内外对于火山岩的力学特性及破岩机理尚未有较深入的研究。井底温度高,地层倾角大,井斜问题严重。文章针对松辽盆地南部深层地层的特殊特征,在分析该地区钻井技术难点的基础上,给出了钻头结构的改进和优选、钻具失效的预防、全面推广新型钻井液体系及应用欠平衡钻井技术等一系列技术对策。现场应用表明,该地区深层钻井速度已得到大幅度提升,平均钻井周期缩短了16d,平均机械钻速提高了14.3%。     

旋冲钻井技术在川西硬地层的应用

川西地区深层天然气资源丰富,是中国石化增储上产的重点区块。沙溪庙组—须家河组岩石致密,可钻性差,机械钻速慢、钻井周期长是该地区深井钻井的首要难题。针对此问题,开展了旋冲钻井技术先导试验。通过现场应用和工具的改进、完善,在钻井液密度为2.25 g/cm3的条件下,旋冲钻井的平均机械钻速比同地层PDC钻头提高26%,成为川西硬地层钻井提速的又一重要手段。     

元坝地区陆相地层钻井提速配套技术

四川盆地元坝气田天然气资源丰富,是中国石化的重点勘探开发区块,但钻速慢、钻井周期长是该区深井-超深井所面临的共同难题,该区域陆相侏罗系沙溪庙组-三叠系须家河组地层岩石致密、硬度高、可钻性差,此井段钻井周期约200 d,占全井钻井周期的45%,严重制约了钻井提速提效。为此,开展了扭力冲击器配合PDC钻头、涡轮配合孕镶金刚石钻头、气体钻井等新技术应用试验,在试验效果的技术经济分析基础上,提出了延长气体钻井应用井段和深度的方案;对于不宜开展气体钻井的钻井液井段,如侏罗系自流井组中上部以浅地层或钻井液密度较低的地层推荐采用扭力冲击器提速,自流井组中下部-须家河组地层推荐应用涡轮钻具提速的方案。YB27-1H等11口井第三次开钻的Φ314.1 mm井段平均进尺1 885.29 m,钻井周期缩短到166.18 d,较前期平均值缩短34 d。采用上述配套技术后,无论是钻井周期、日进尺均优于前期施工井,陆相地层提速提效取得了显著效果。     

新型井下固液水力旋流分离器及其钻井提速技术

钻井液中固相含量的多少对钻井速度的快慢有着重要的影响,随着固相含量的增加,机械钻速降低明显。然而,随着井深的增加! 钻井液中添加的固相含量也会增加,这成为影响深井钻井速度的重要原因之一。为解决钻井液中固相含量对钻井速度影响的问题,研发出了适用于钻井过程的新型井下固液水力旋流分离器,该装
置通过离心沉降原理降低钻井液中的固相含量,从而达到减少重复破碎,提高机械钻速的目的。并对该装置的提速效果进行了现场试验。结果表明,该装置提速效果显著! 经济效益可观,且装置结构简单,能够满足现场应用的需要。为深井提速技术提供了又一可行及可选方案。     

腰英台地区井壁稳定技术研究与应用

为了有效解决腰英台、乾安、长岭地区嫩江组、姚家组、青山口组等地层的井壁稳定问题，通过分析3个地区地层特点、施工情况，优选了有机硅腐钾聚合物防塌钻井液体系、优选钻具组合和钻井液流变参数，利用有机硅腐钾聚合物钻井液体系较强的封堵能力和抑制性能有效解决了腰英台、乾安、长岭地区井壁易失稳的问题，并达到了提高钻速，缩短钻井周期，降低钻井成本的目的。     

塔里木泛哈拉哈塘地区扭力冲击钻井技术

针对塔里木泛哈拉哈塘地区油气藏埋藏深,二开裸眼段长,深部地层研磨性强,软硬交错,钻头吃入地层效果差,PDC钻头失效快,钻井机械钻速以及中标费用低等特点和难点,引进扭力冲击钻井技术,力求通过高效破岩技术提高机械钻速、降低成本。2012—2015年进行了36口井试验与应用,结果表明,试验与应用井段平均机械钻速达到5.74 m/h,是转盘钻井技术的2倍以上,是复合钻井技术的1倍以上,平均单井缩短钻井周期25.87 d,提速效果和经济效益显著,为塔里木台盆区深井、超深井钻井提速降本提供技术支持。     

准噶尔盆地达巴松凸起超深井安全快速钻井技术

准噶尔盆地达巴松凸起二叠系风城组和石炭系勘探程度低,超深井达探1井完钻井深6 226 m,井底压力高达125 MPa,温度高达150℃。由于近2 000 m的目的层未钻揭,钻井将面临地层压力系统复杂、深部地层钻速低、风城组盐膏层污染钻井液、长裸眼井壁失稳等难题。需要开展超深井高效钻井的配套技术攻关。包括:利用测井和地震数据精细预测地层压力;分析井筒复杂规律优化井身结构;评价岩石力学特性,优选高效钻头;开展钻井提速工具试验;多元协同和复合盐强化高密度钻井液抑制性及抗污染能力。通过现场试验,达探1井平均机械钻速为3.61m/h,较邻井提高35.5%,钻井周期仅162 d,全井复杂事故率为零,创造了准噶尔盆地超深井高效钻井的新纪录。     

四川盆地泸州区块深层页岩气水平井钻井关键技术

四川盆地泸州区块深层页岩气水平井钻井周期长、机械钻速低、钻具振动大,特殊岩性地层可钻性差、水平段井眼易失稳、地层温度高,且摩阻扭矩大、卡钻风险高。为保证作业安全,降低钻井成本,开展了水平井井身结构优化、水平段井眼轨道优化及轨迹控制等技术研究,推荐了激进钻井方式的最优参数,优选了特殊岩性地层减振提速和高效破岩技术;结合地面降温设备先导试验,优选了钻井液体系,并优化了钻井液性能参数,最终形成了泸州区块深层页岩气水平井安全高效钻井关键技术。该技术在泸州区块 4 口井中进行了试验,试验井平均井深5 601 m,水平段长1 884 m,钻井周期平均缩短14.5%,未发生井下故障。研究结果表明,该技术满足泸州区块安全高效钻井和推广应用要求。      

川西深井提高钻井速度配套技术

川西地区须家河组气藏埋藏深、岩性致密、研磨性强、可钻性极差。钻井面临的突出问题是机械钻速低、钻井周期长。针对须家河组气藏钻井难点,重点从井身结构、钻井工艺、破岩工具以及钻井液方面入手进行分析,提出了提高川西深井钻井速度的配套技术,即:优化井身结构,推广应用欠平衡钻井技术,在新型井身结构下应用“长寿命螺杆+高效钻头”和“涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术及垂直钻井技术,优化钻井液性能等。2008—2009年,川西地区深井钻井应用该配套技术后,平均机械钻速较2006—2007年提高20％,钻井周期缩短30％。建议川西地区进一步推广应用该提速配套技术,并进行新技术、新工具的应用试验,以便进一步提高该地区的钻井速度。      

川深1井超深井钻井提速关键技术

川深1井储层埋藏超深,陆相难钻地层研磨性强、可钻性差,大尺寸井眼提速困难,深部地层可钻性差、井身质量控制困难。为此,根据川深1井的地层特征,优化应用了一系列钻井提速技术:采用了气体钻井和泡沫钻井技术,以大幅提高机械钻速;采用了抑制泥岩水化膨胀的泡沫钻井液体系,以解决上部大尺寸井眼地层出水、井眼失稳及高效携岩的难题;采取了旋冲钻井技术、“孕镶金刚石钻头＋高速螺杆钻具”复合钻井技术钻进高研磨性地层,以提高钻井时效;采用了预弯曲动力学防斜打快技术,并配套高效PDC钻头和钻井参数优化,钻进深部难钻地层,以提高井身质量。川深1井钻井提速关键技术的应用,确保该井顺利钻至井深8 420 m完钻,创当时亚洲陆上钻井井深最深纪录,平均机械钻速提高至2.11 m/h,钻井周期缩短至475 d,取得了很好的现场应用效果,可为国内类似超深井高效钻井提供借鉴。      

川西地区高压天然气深井钻井完井技术

川西地区天然气储层埋藏深，纵向上普遍存在多个产层和异常高压气层，钻井过程中易出现井喷、井漏、井眼坍塌、卡钻等井下事故和复杂情况。针对复杂的地质条件，开展了技术攻关和现场试验，逐渐形成了包括深井井身结构设计、深井钻井液技术、储层保护技术、高压井控技术、深井长裸眼井段固井技术的深井配套钻井完并技术，并试验应用了包括螺杆钻具＋PDC钻头、深井PDC钻头、旋冲钻井技术、涡轮钻具等提高深井钻井速度的新技术、新工具。近年来，该地区高压天然气深井钻井速度、固井质量不断提高，井下事故及复杂情况不断减少，未出现井喷失控的重大事故，加快了该地区天然气勘探开发速度。     

Hydraulic Pulsed Cavitating Jet-Assisted Drilling

Abstract

How to improve drilling rate in deep wells has been a hot subject. Based on modulating pulse jet and cavitating jet, a new drilling tool is designed which couples advantages of both pulse jet and cavitating jet. When drilling fluid flows through the tool during the drilling process, fluid is modulated to pulse and cavitate. Thus, pulse cavitating jet is formed at the outlet of the bit nozzle. Because of jet pulsation, cavitating erosion and local negative pressure affect bottomhole rock. Cleaning and breaking is enhanced and penetration speed is improved. Oil field tests in five wells show good applicability of the tool to bit types, formation, drilling densities, flow rates, and dynamic hydraulic drilling motors, etc. As a result, penetration rates are improved ranging from 10.1 to 31.5%; the maximum working time is about 235.5 hr in downhole. Pulse and cavitating jet coupling will afford an effective means to improve drilling rate for deep wells.     

元坝地区超深井井身结构优化及应用

元坝地区钻井存在地质条件复杂、钻井难度大、不确定因素多等难点,井漏和溢流的频发层位集中在自流井组和上沙溪庙组。针对该地区前期井身结构存在表层套管和技术套管下深浅、裸眼段地层相互制约等问题,进行了超深井井身结构优化设计,优化了套管层次,选择了合理的必封点,增大了一开、二开和三开套管下深,增加了下部地层套管尺寸。优化后的井身结构不但能够有效封隔复杂层位,而且为空气钻井等新技术的应用和后期产层的高效开发创造了有利条件。现场应用表明,井漏由原来的平均每井4.4次减至1.9次,溢流由平均每井1.6次减至0.4次,空气钻井平均进尺增加51.26%,平均钻速提高64.3%。井身结构优化后,钻速提高,钻井周期缩短,满足了元坝地区超深井安全高效钻井的要求。      

水力脉冲空化射流钻井机理与试验

在分析水力脉冲与空化射流调制机理的基础上,设计出一种新型水力脉冲与空化射流耦合的水力脉冲空化射流发生器,通过流体脉冲扰动和自振空化效应耦合,使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动.钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流,产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应,从而提高井底净化和辅助破岩效果.塔里木盆地6口井的现场试验结果表明,水力脉冲空化射流钻具对钻头类型、地层特性、钻井液密度、排量、动力钻具等具有良好的适用性,机械钻速提高10.1%～53.4%.水力脉冲空化射流发生器具有性能稳定、效果好、使用寿命长等特点,完全可以满足现场的需要.水力脉冲空化射流技术将为提高深井钻速提供一种切实有效的途径,具有较好的推广应用价值.图4表4参12     

大庆外围探井钻井速度的影响因素分析

对影响大庆外围探井钻井速度的地质因素及钻井工程技术因素(井身结构、钻井设备和钻井液)进行了分析,制定了合理的设计方案和井身优化结构。通过合理降低上部大井眼岩屑切削面积及合理增加中下部复杂井段井身结构,采用先进的钻井工艺技术,进一步优选了钻头,试验和推广了低压和负压钻井等新工艺新技术,加强了对固控技术的研究,改进了现有钻井工艺。这些技术措施的实施提高了大庆外围地区深探井的钻井速度。     

渤西三维多靶高难度丛式井组优质快速钻井实践

阐述渤海歧口17-3优质快速钻井项目的主要技术及管理特点。该丛式井组井眼轨迹均属三维多靶井,平均靶点数为2.67个·井~(-1),平均井深2435m;4口生产井兼评价井,平均建井周期7.92d,打破海洋石油总公司钻生产井6项单项指标,并实现4个第一,施工质量全部合格;为渤海优质快速钻井深入广泛的开展奠定了基础,摸索出一套在复杂断块油田中快速优质钻丛式井的成功经验。     

松南气田深部地层可钻性级值研究

松南气田深部地层岩石可钻性差给钻井工程带来很大难度。为提高钻井速度,降低钻井周期,此次研究在分析现有典型岩石可钻性级值确定方法不足之处的基础上,选择钻速方程法来研究松南气田地层可钻性级值,建立了该地区纵向地层岩石可钻性剖面,以此为依据优选的钻头经现场应用取得良好的效果。通过计算出的地层可钻性,推荐了松南气田泉头组和登娄库组的钻头类型。实钻结果表明,推荐的钻头较前期使用钻头的平均机械钻速提高30％以上。     

深水高温高压井钻井液当量循环密度预测模型及应用

深水高温高压井具有井筒温度场变化复杂、钻井液物性变化大等特点,导致钻井液当量循环密度(ECD)难以准确预测。为此,根据南海某研究区深水高温高压井钻井资料,通过PVT测量仪和旋转黏度计研究了深水水基钻井液当量静态密度、流变参数与温度、压力之间的响应特征,并根据实验数据拟合经验模型参数,同时考虑温度和压力对钻井液物性参数的影响、海底增压对井筒流场与温度场的影响,对深水高温高压井ECD计算模型进行完善。研究表明:高温高压环境对水基钻井液物性有较大影响,海底增压泵排量越高,井筒内ECD越高。利用模型对南海ST362-1d井进行实例计算,ECD模型预测值与实测值平均误差仅为0.249%。该研究结果对深水高温高压井水力参数优化设计及井筒压力控制具有一定的参考价值。     

华北油田深井钻井新技术应用方案研究

近年来华北油田深井的数量不断增多,仅2008年超过4000 m的深井就有20多口.深部地层可钻性变差,造成机械钻速慢,钻井周期长.仅占全井35.4%的深井层段,钻井周期就占总周期的57.9%.为了提高机械钻速,缩短钻井周期,节约钻井成本,进行了适合华北油田的深井钻井新技术研究,形成了华北油田应用新技术的初步方案,为华北油田的提速工作打下了基础.