预弯曲动力学井斜控制技术在长宁构造气体钻井中的应用

长宁构造韩家店～石牛栏层段岩性以砂岩、灰岩为主,研磨性较强,常规钻井钻速偏低,采用气体钻井提速存在井斜控制难题,运用预弯曲动力学井斜控制技术,仿真分析215. 9 mm井眼气体钻井条件下八种预弯钻具组合的钟摆力,优选出了适合该层段地质特点的预弯曲钟摆钻具组合,设计并加工了165. 1 mm-0. 75°预弯曲短接,在长宁构造Ha、Hb平台应用5井次,气体钻井井斜较常规钟摆钻具降低50%以上,井斜控制效果得到显著改善。     

气体钻井井斜的原因及防斜技术

在归纳气体钻井井斜规律的基础上,对比分析了气体钻井与钻井液钻井两种情况下,地层各向异性、地层倾角、井眼几何参数及钻井参数等因素对井斜的影响。结果表明：气体钻井与钻井液钻井相比,地层各向异性显著增加是气体钻井容易井斜,且井斜后较难控制的根本原因;在中、大钻压下,井径扩大是气体钻井容易井斜的重要原因;而地层倾角、钻压、钻头切削各向异性和钻具组合对气体钻井井斜的影响与钻井液钻井相似。建议在现场推广应用空气锤、钟摆钻具组合和空气螺杆钻具组合三项气体钻井防斜技术来防止气体钻井井斜。     

吐哈油田采用随钻井壁修复器解决钻井难题

正胜北25井是吐哈油田公司的1口重点预探井。该井所属区块上部地层为大段盐膏层,易水化分散膨胀,容易引起井径缩小及卡钻遇阻现象,中下部地层井身质量控制难度大,同时易发生井漏等复杂钻井事故,严重制约了该区块的钻井施工进度。针对这一难题,油田钻井提速项目组技术人员在全井段首次采用了"0-1-2"高效防斜钻具组合结构,同时将自主研发的随钻井壁修复器引入钻具组合中,实现了钻进过程中钻具对井壁的重复划眼和修复功能,保证了井眼的畅通性。     

垂直钻井系统在K5区块巨厚盐膏层的应用

K5区块古近系发育巨厚盐膏层,该段地层井斜难以控制,容易超标。受盐岩易蠕变缩径、溶解形成大肚子,且盐间发育高压盐水层和低压易漏层的复杂条件限制,最初只能采用塔式钻具组合小钻压吊打来控制井斜。随着油基钻井液在巨厚盐膏层的成功应用,基于其对盐膏层井眼稳定的良好效果,开始尝试在钻具组合中加入稳定器,使用钟摆钻具钻进,但钻压仍然受到极大限制。为了解决盐膏层段防斜与提速的矛盾,使用了垂直钻井系统,相比常规钻具组合,垂直钻井系统解放了钻压,大幅度提高机械钻速,同时将井斜控制在很小范围内。     

塔里木博孜区块巨厚砾石层气体钻井实践与认识

塔里木博孜区块沉积巨厚砾石层,机械钻速低、钻头耗用多、钻井周期长是该区块勘探开发提速的一大瓶颈。通过砾石层气体钻井井壁稳定性、防斜打快、沉砂控制及钻井液转换等可行性研究,筛选出适合气体钻井层段,运用阀式连续循环、预弯钟摆钻具组合、气液转换等关键技术,开展了3井次现场应用实践,取得了较好的提速效果,同比钻井液钻井,行程钻速平均提高3.4倍,节省钻头7只以上,单只钻头进尺平均提高3.5倍,初步形成了博孜区块砾石层气体钻井配套工艺技术。     

巨厚砾石层气体钻井井筒不规则性对井斜的影响研究

直井易斜和下套管困难是巨厚砾石层气体钻井存在的2个亟需解决的问题。现场测试数据表明,即使使用普遍认为具有较好控斜效果的空气锤钻井技术,井斜控制依然困难,且井筒的规则性很差,这很难用现有的控斜理论解释。现有底部钻具组合（BHA）受力模型均未考虑井筒的不规则性,都假设井筒光滑规则。为此,基于现场实测数据,利用有限元方法建立了BHA与不规则井筒相互作用的力学模型,分析了井筒不规则性对BHA受力特征的影响。模型分析表明,不规则井筒易形成附加支点,缩短有效钟摆长度,使降斜力大幅减小,甚至可能使钻头侧向力成为增斜力,造成井斜控制失败。实例分析证实,巨厚砾石层采用气体钻井时,预弯钟摆BHA所钻井筒相对较为规则,控斜效果好,下套管作业顺利。现场实测数据间接证明了井筒不规则性对井斜存在重要影响,BHA力学分析时应考虑井筒的不规则性。      

气体钻井双稳定器钟摆钻具的模拟仿真分析

针对气体钻直井的井斜控制问题,设计了一套气体钻井专用稳定器,用有限元仿真软件对气体钻井专用双稳定器钟摆钻具的力学特性进行模拟分析。从钻具本身的结构参数、井眼参数以及钻井参数等方面考虑,分别讨论了上下稳定器间距、下稳定器与钻头的距离、钻压、井斜角以及上下稳定器尺寸与钻具钟摆力的关系,分析了各个参数对钻具钟摆力的影响程度。计算结果与相同条件下纵横弯曲梁理论得出的结果相对比,两者基本吻合。通过分析可知,使用该专用稳定器的钟摆钻具组合在用气体钻井时具有较强的防斜纠斜能力,能够有效地控制气体钻井井斜问题。     

空气锤钻井技术在哈深201井火成岩地层的应用

准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,钻进过程中井斜问题突出、机械钻速低、钻井周期长,严重影响了火成岩目的层的勘探开发进程。首先分析了牙轮钻头气体钻井技术难点,通过开展火成岩岩石力学特性实验,分析空气锤破岩机理及其在火成岩中的适应性,结合KQC型空气锤主要结构、技术性能特点,提出空气锤钻井低钻压、低转速、高频率冲击的破岩方式,在实现山前带火成岩防斜打快的同时,能有效避免钻具磨损、疲劳断裂等情况发生。在准噶尔盆地哈深201井火成岩中进行了现场应用,在保证井斜始终控制在2°以内情况下,平均机械钻速和单趟钻进尺较牙轮钻头气体钻井同比分别提高了2.45倍和6.42倍以上,哈山区块?444.5 mm井眼单趟钻机械钻速14.29 m/h,?311.2 mm井眼单趟钻进尺470.62 m,取得了显著的防斜打快应用效果,为今后火成岩地层优快钻井探索出了一种有效的技术手段。     

库车山前巨厚砾石层钻井提速技术分析

库车山前构造带巨厚砾石层段的钻井速度严重制约着区域油气资源高效勘探开发,实钻过程中普遍表现出机械钻速慢、单只钻头行程进尺低、地层造斜能力强及因蹩跳钻引发井下钻具失效事故频发等特点,部分井仅巨厚砾石层段的钻进用时超过200 d。经过近十年的钻井技术快速发展,塔里木油田形成了针对库车山前不同砾石成岩形态的配套钻井提速工艺,取得了较大的技术进步。文章首先简述了库车山前巨厚砾石层未成岩段、准成岩段和成岩段三种沉积发育特点及钻井难点,指出了目前巨厚砾石层普遍应用的垂直钻井系统、空气钻井、涡轮+孕镶钻头与双摆工具钻井提速技术的应用优缺点,同时以BZ7井与BZ18井为例对比分析了不同提速技术的应用效果,对于同类型巨厚砾石层的钻井提速具有借鉴意义。     

胜利油田采试-平1井钻井技术

为了给各类井口、井下仪器及钻采工具提供更好的试验平台,胜利油田设计施工了采试-平1井。该井为一口水平井,一开、二开井眼尺寸大(一开井径660.4 mm,二开井径444.5 mm),存在携岩困难、井壁稳定性差、机械钻速低、井眼轨迹控制要求高、完井作业难度大等钻井难点。为此,一开、二开钻进中采用了优选钻头、增加228.6 mm钻铤数量、一开井段采用回收钻井液配浆钻进、二开井段使用复合强抑制性钻井液、提高钻井液排量、钻进中适时更换动力钻具和用强刚性钻具通井等一系列技术措施。钻井结果显示:钻进中井眼稳定,未出现任何井下故障;二开井段最大全角变化率为12.78°/100m,平均机械钻速达10.94 m／h;339.7 mm油层套管一次顺利下至井深1 691.15 m,无任何遇阻显示,且固井质量良好。采试-平1井的顺利完钻,表明该井所应用的钻井工艺和技术是可行的,对胜利油田大井眼水平井的安全优质钻井具有借鉴价值。      

气体钻井井斜控制的发展与新技术探讨

回顾了井斜控制技术的发展过程,总结了气体钻井井斜失控的原因及危害,探讨了空气锤钻井技术、空气螺杆钻井技术、扩眼保满防斜技术和自动防斜技术等气体钻井井斜控制新技术。空气锤钻井技术是目前最有效且可行性较高的钻井技术。文章提出了空气锤钻井技术的后续研究重点是:研究该工艺方式下钻具振动机理,研究空气锤的使用寿命、内部润滑机理及其结构优化等。提出了该课题组研制的气体钻水平井、垂直井两种专用扶正器和气体钻井滚轮扶正器,解决了钻井液钻井扶正器用在气体钻井中所产生的问题。同时提出了研究气体钻井专用防斜工具和研究气体钻井钻柱系统动力学是以后井斜控制技术的研究方向。     

平落006-5井空井固井初探

平落006-5井是平落坝低压易漏地质构造上的一口排水井。设计311.2mm井眼采用空气钻井技术钻至井深1650m下入244.5mm技术套管。为了解决空气钻井达到设计井深后,替入水基钻井液再下套管、注水泥固井面临井壁水化失稳和井漏等问题,第一次实施了空井正注水钻井液固井作业。分析了空井固井的7项技术难点。空井通井采用了模拟钻具配合划眼、加大排气量清扫技术,下套管采用了加长铝质引鞋配合平稳控制下放速度技术,注水泥采用内插管配合施工参数动态监测技术。介绍了现场施工过程中井眼准备及管柱下入、注水泥等工序,值得借鉴和推广。施工顺利,固井质量合格,创造了该地区244.5mm套管空井固井最深纪录,丰富了空气钻井技术。     

库车山前井防漏固井方法技术研究

由于塔里木油田库车山前地区目的层深、地质条件复杂,导致该地区的井在固井过程中时常发生漏失事故,严重影响固井质量。基于此问题,对整个固井期间产生激动压力的原因进行分析。通过研究钻井液性能、环空间隙、钻具和套管下放速度、排量以及井浆流变性能对激动压力的影响,得出环空间隙越小激动压力越大,建议不得小于20mm;降低钻井液屈服值能减小破坏胶凝结构产生的激动压力;提出了更为合理的套管下放速度计算模型以及提升循环排量频率的概念和控制方法 ;调整井浆的流变性能可以有效降低施工中产生的摩阻,并依此提出了注替排量的计算模型。现场应用表明,该套防漏固井方法对库车山前地区井的防漏设计有指导意义。     

富满油田超深井井身结构优化技术与应用

随着富满油田勘探开发的推进,对钻井事故复杂的认识更深入, 前期采用的塔标Ⅲ 三开和塔标Ⅰ四开井身结构难以满足安全钻井和高效开发的需要。 在提质增效活动中, 分析了现有井身结构存在的不足,优化解决了塔标Ⅲ二开 Ø200. 03 mm套管下深极限和塔标Ⅰ 二开 Ø244. 50 mm 套管强度、钻机资源矛盾,拓展了超8 000 m井深的井身结构,形成了三套井身结构设计方案。通过对优化后井身结构进行10个月的跟踪调查,生产时效提高了4.08% 、事故复杂率降低了3.26%,钻井周期平均缩短了25 d,实现了提升作业效率、降低作业成本的目的     

Study of a Mechanism for Well Deviation in Air Drilling and Its Control

Abstract

Air drilling applied in an oilfield of western China shows its advantages in enhancing the rate of penetration (ROP) and oil reservoir protection. However, wells deviate more severely in air drilling than in mud drilling, which constrains the its application. The main factors resulting in well deviation are bottom hole assembly (BHA) and formation. This article analyzes these two factors in air drilling. The analysis shows that there is no significant difference in the behavior of BHA during air drilling and during mud drilling. BHA is not the critical factor that results in more serious well deviation in air drilling. The fundamental reason is that the bottom hole formation character changes in air drilling. Air replacing mud in a bore hole would lead to redistribution of bottom hole stress. Greater anisotropy index of formation in air drilling leads to more serious well deviation, and the increasing invasion depth of bit teeth in air drilling aggravates the well deviation. This article will analyze the above changes quantitatively by describing rock failure of anisotropy formation in air drilling. Based on the mechanism of well deviation, two types of BHA are recommended: air hammer and pendulum assembly with air motor, which have been proven as effective measures of controlling deviation in air drilling in Tarim oilfield.     

满东2井氮气钻井实践与认识

为了探明塔里木油田满东 3 号构造志留系的含油气情况，结合满东 2 井的储层特征，在 5818.50 ～ 6200.00 m 井段实施了氮气钻井。氮气钻井前对满东 2 井氮气钻井存在的问题与采取的对策做了研究，在此基础上对井身结构、钻具组合、随钻监测等做了设计，阐述了满东 2 井的钻进情况及应用效果。满东 2 井作为国内沙漠腹地第 1 口气体钻井的井，创造了目前国内气体钻井井深最深记录；该井氮气钻进井段进尺 381.5 m ，机械钻速 5.44 m/h ，是同构造同层位邻井满东 1 井钻井液钻井机械钻速的 5.4 倍，创造了塔里木油田深层 149.2 mm 井眼的机械钻速最高记录；氮气钻井井段使用 2 只钻头，单只钻头纯钻时间 45 h 5 min ，进尺 230.4 m ，刷新了塔里木油田深层 149.2 mm 井眼最大单只钻头进尺记录。满东 2 井氮气钻井的成功实施，促进了满东 3 号构造的勘探进程，为国内深层小井眼氮气钻井积累了经验，为类似井实施氮气钻井提供了借鉴。     

东河1-H18C井钻井复杂情况分析

东河1-H18C井是位于塔里木东河油田东河1区块的一口开窗侧钻定向井。该井钻井工程的难点是:同一裸眼内存在压力系数相差较大的地层,极易造成粘卡;井斜角达到57°,?152.4 mm井眼下?127 mm尾管,环空间隙小,固井风险大。实钻过程中发生卡钻和固井憋高压事件。通过对钻井工程难点的细致分析,从中找出导致事件发生的原因,从而采取必要的措施,在今后的钻井生产中加以避免,可对现场技术工作起到借鉴作用。     

吉木萨尔页岩油水平井JHW00421井钻完井关键技术

JHW00421井是吉木萨尔油田第1口超长水平段页岩油水平井,设计水平段长度3 027 m,面临钻进摩阻及扭矩大、井壁易失稳、井眼轨迹控制难度大、井眼清洁难度大、油层套管下入困难等诸多钻井难题。为攻克以上技术难题,开展了以下技术研究和现场实践:优化井身结构并将?244.5 mm技术套管下至A靶点以实现水平段专打;采用旋转导向工具对水平段轨迹进行精准控制并减小井眼曲折度;采用油水比85∶15的油基钻井液,降低长水平段井壁失稳风险、钻井管柱与井壁摩阻系数;基于水平井井筒清洁“传输带”理论,制定详细的井筒清洁技术方案以确保井筒“干净”;优选套管柱摩阻计算模型并合理选取摩阻系数,准确预测套管柱下入能力并优选下套管方案;采用多扶正器通井钻具组合、优化套管扶正器类型及安放位置以降低下套管阻力;采用油基冲洗型隔离液并优选注水泥参数来提高水平段固井质量。该井完钻井深5 830 m,实际完成水平段长度达3 100 m,水平段固井质量测井解释为优质,对今后同类超长水平段水平井设计和施工有借鉴和指导作用。