水力脉冲诱发井下振动钻井技术

在分析现有水力脉冲钻井技术和冲击振动钻井技术现状的基础上，结合当前钻井工程实际，综合水力脉冲和冲击振动钻井两类技术的优势，发展了水力脉冲诱发井下振动钻井技术，即利用水力脉冲直接诱发钻头机械振动，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，从而有效提高钻井速度。现场试验表明，该技术具有效果显著、易于实现、工具结构简单、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具组合等特点，具有很好的现场应用前景。     

水力脉冲诱发井下振动钻井工具研究

为有效提高深部地层钻井速度,充分发挥水力脉冲钻井和冲击振动钻井的技术优势,提出了水力脉冲诱发井下振动钻井的技术思想,并研制了相关的钻井工具。该类钻具的基本原理是调制水力脉冲,通过水力能量转换机构,将压力脉动直接转化为作用于钻头上的周期性冲击载荷,利用岩石在冲击载荷作用下易于破碎的特点、井底的水力脉动有助于改善井底岩石应力状态、强化岩屑净化的特性,提高了钻头的破岩钻进效率。实际应用结果表明,所提出的技术思想确实可行,研制出的工具原理正确,结构可靠,为提高深部地层的钻探效率提供了一个有效途径,可大面积的推广应用。     

水力脉冲空化射流钻井技术适应性分析

为了推广应用水力脉冲空化射流钻井技术,在介绍该技术提高机械钻速机理的基础上,通过理论分析、统计总结的方法对该技术的现场试验进行了适应性分析,包括适用的钻具组合、地层、井径、钻头以及钻进参数等。结果表明:水力脉冲空化射流发生器可与常规钻具、井下动力钻具、欠平衡钻具以及Power V钻具等多重钻具组合配合钻进;适用于新生代至古生代地层,包括软、中硬、硬地层,最大试验井深达6 162 m;可在?216~?406 mm不同井眼配合不同型号PDC和牙轮钻头应用;适用的钻井参数范围较大,对钻井参数没有特别要求;一般工作寿命在230 h以上。水力脉冲空化射流钻井技术对现有的钻井装备、工艺参数等具有较好的适应性,平均机械钻速提高10.1%~104.4%,为深井钻井提供了一种安全高效的钻井新技术。     

水力脉冲式钻井工具的研制与应用

水力脉冲式钻井是利用特定的工具使钻井管柱中的连续流转变为脉冲射流,从而改变井底流场的压力状况,进而提高机械钻速的一种钻井新工艺。在分析水力脉冲产生机理的基础上,探讨了基于瞬变流理论的机械阻断式水力脉冲破岩机理,介绍了SLPMC机械阻断式水力脉冲工具的工作原理及结构特点,简单叙述了该工具在胜利油田进行的2口井的现场试验情况。该钻井工具对于提高机械钻速和降低钻井成本具有一定的积极意义。     

钻井用液动冲击器技术研究进展及应用对比

论述了提高钻井速度的意义和方法。按照冲击力的方向可把液动冲击器分为轴向冲击器和扭力冲击器,介绍了该技术的研究进展。指出扭力冲击器是提高深部硬地层钻井速度的有效工具,具有广泛的应用前景。针对现场出现的问题,提出应开展对扭力冲击钻井配套PDC钻头的研究、加强对扭力冲击工具内表面处理的研究、开展扭力冲击钻井破岩机理的研究。     

双向耦合冲击钻具设计与数值模拟

为了提升硬质地层破岩效率,满足深井、超深井钻井的提速需求,结合扭转冲击破岩及水力脉冲空化射流提速方法的特点,提出了双向耦合冲击钻井提速方法,并基于该方法研制了新型双向耦合冲击钻具.分析了双向耦合冲击提速方法及工具的结构特点,并从理论上进行了可行性分析与论证.采用数值模拟的方式分析了脉冲射流结构流场压力变化规律和脉动特性...     

自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用

为进一步提高中深井、硬地层钻井速度,大港油田在段六拨、孔南等4个区块8口井的部分井段应用了自激振荡式冲击钻井工具进行钻井试验。现场施工表明,该工具性能稳定,质量可靠,应用井段机械钻速提高了14.2%~132.63%。这表明应用自激振荡式冲击钻井工具基本能够满足提高钻井速度的要求,但为了充分发挥该工具的提速性能,应分析该工具的最佳适用条件。      

冲击频率可调的钻井提速工具结构设计与试验

二叠系以下岩石可钻性差,机械钻速低,单一冲击频率的钻井工具无法满足不同地层的提速需求。为此,研制出一种频率可调的钻井提速工具。该工具以钻井液作为动力源来实现冲击功能,可以通过改变工具下心轴对称孔的数量改变工具的冲击频率。基于工具的结构特点和工作原理,确定了冲锤碰撞过程中产生的冲击力,建立了单齿破岩仿真模型,进行动力学仿真分析。仿真分析结果表明：随着冲击频率的增加,机械钻速与岩石内部最大主应力整体呈上升趋势,但超过一定的冲击频率时,机械钻速与岩石内部主应力将会下降;在花岗岩等硬地层钻进过程中,最佳冲击频率为18 Hz;在砂岩等中硬地层钻进过程中,最佳冲击频率为16 Hz。现场试验验证了工具原理的正确性,使用该工具在硬地层与中硬地层钻进中,与邻井相比机械钻速分别提高103.2%和27.0%。所得结论可为频率可调的钻井提速工具的进一步优化及现场应用提供参考。     

塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究

塔河油田深井钻井水力能量利用效率低、机械钻速低、钻井成本高,严重制约了勘探开发速度。针对该油田钻井实际情况,结合二开φ241.3 mm井眼地层、钻具组合和水力参数,利用水力脉冲空化射流钻井技术提高机械钻速。该技术配合常规钻具和复合钻井钻具组合使用,脉冲空化射流发生器耦合脉冲射流和自振空化射流,改善井底流场及岩面应力状态,提高钻速。该技术在塔河油田进行了4口井5井次的现场试验,在常规泵压、排量、钻井液密度等参数条件下试验井深达6 162 m,试验井段与邻井相近井段在相近工况下机械钻速平均提高33.3%~74.3%,单套钻具纯钻时间超过260.0 h。试验结果表明,塔河油田二开井段砂岩、泥岩等地层配合PDC钻头应用水力脉冲空化射流钻井技术,能够很好地提高机械钻速。      

水力脉冲空化射流钻井技术在四川硬地层中的应用

川西须家河地层及元坝地区的下沙溪庙以下的陆相地层具有地层硬、可钻性在5～7.7级的特性。水力脉冲空化射流钻井技术是水力脉冲射流和空化射流相结合的一种新技术,钻井液经过水力脉冲射流器钻头后在井底产生脉冲空化射流、负压脉冲、空化空蚀等效应,达到提高钻井机械钻速的目的。在阆中2井等3口井5级以上的地层中应用水力脉冲射流器,平均机械钻速提高12.87%,具有一定的提速效果。     

塔河油田S111井复杂地层优质钻井液技术

塔河油田S111井在钻井过程中钻遇了大段软泥岩、硬脆性泥岩、多套压力层系、深井巨厚盐膏层、巨厚泥岩(包括橡皮地层、破碎地层)等复杂地层，在优选多种钻井液体系的基础上，采取相应的配套维护处理措施，保持钻井液性能稳定，较好地解决了可能出现的井漏、缩径卡钻、井眼坍塌、井壁掉块等问题，不但提高了钻井速度，而且及时发现油气层并顺利钻达设计井深。详细介绍了该井钻进各种复杂地层时钻井液维护处理措施。     

国产垂直钻井系统在永川地区的首次探索试验

永川地区是中国石化深层页岩气勘探开发新阵地,整个陆相地层砂泥岩交互频繁,易井斜,通常采用“轻压吊打”保证井身质量。但陆相深部地层自流井组须家河组富含石英砂岩,需要释放钻压才能提高机械钻速,防斜与打快矛盾突出。为了解决上述难题,在YY5-1HF井首次引进了国产垂直钻井系统。现场应用表明,井斜控制在0.73°以内,机械钻速提高了158.85%,为区块低成本防斜打快找到了新的技术手段。     

高钙盐钻井液体系的研究与应用

针对塔河油田第三系地层易缩径、阻卡，三叠系、石炭系地层井壁易坍塌扩径的特点，优选了高钙盐钻井液体系。现场应用表明，该钻井液体系具有极强的抑制性和防塌能力。可有效解决浅层泥岩吸水缩径、砂岩段厚泥饼缩径和深部(三叠系、石炭系)泥页岩剥蚀掉块垮塌等问题，试验井三叠系、石炭系平均井径扩大率小于6％，完井电测及下套管固井等作业顺利。且该体系在同样地层钻进中的密度低于常规钻井液体系，有利于油气层保护。     

削减PDC钻头泥包提高机械钻速的技术途径

采用PDC钻头与水基钻井液配合方式钻进泥页岩地层时,如何防止钻头泥包成为提高钻速的一大技术难点。为此,首先介绍了国外水基钻井液和水基钻井液添加ROP增速剂的钻头提速室内模拟实验取得的成果;然后用典型实例分别评述了PDC钻头优化（结构、氮化处理）以及在泥岩段地层中应用水基钻井液添加ROP增速剂的提速效果。考虑到钻井液的费用和环保问题,认为加入ROP增速剂的水基钻井液配合抛光PDC钻头将是软泥岩地层提速的有效技术途径,其应用一定会有更广阔的前景。     

中美典型高压页岩气藏钻井提速技术对比与启示

美国Haynesville高压页岩气气藏与中国长宁—威远国家级页岩气示范区下志留统龙马溪组高压页岩气藏的地质、钻井条件最为类似,前者的钻井提速技术思路对于我国页岩气快速钻井也具有重要的参考借鉴意义。为了实现我国页岩气藏的钻井提速,通过对比中国和美国典型高压页岩气藏钻井提速技术,分析探讨了上述两个气藏在钻井提速技术方面的异同点。研究结果表明:①目前美国Haynesville等页岩气藏已将水平段井眼尺寸从215.9 mm缩小到171.5 mm或161.1 mm,单井钻井投资降低超过25%,节能减排优势明显;②美国同行采用的"高效钻头+配套井下提速工具+钻井参数优化软件/装备"的硬研磨性难钻地层系统化钻井提速技术,值得国内重视、借鉴、攻关、应用;③"控压钻井+降密度"钻井技术能够在高压页岩层段钻井提速中起到至关重要的提速应用效果。结论认为,应积极在国内国家级页岩气示范区开展缩小井身结构尺寸及其相关的钻井配套装备、工具、软件的应用探索试验;在目的层段值得持续探索、优化、应用控压钻井技术。     

邦亚租区丛式定向井钻井提速试验

邦亚租区的上部地层软,成岩性差,为大段泥岩、页岩、流沙夹石英砂岩;下部地层成岩性较好,以泥岩、页岩为主夹砂岩.地层软硬及可钻性差别大,钻头选型难全部兼顾,用牙轮钻头起下钻次数多,机械钻速慢;用PDC钻头,容易泥包,在石英砂地层钻进易损坏.如果按通常做法,以调整维护好钻井液性能来保证井下安全,加强井斜、磁场监测、及时更换钻具组合控制井眼轨迹等方法,不但使钻井时间增加,反而会添新麻烦,甚至导致填井、报废等严重后果.根据邦亚租区的实际问题,进行了设计优化、设备优选、参数强化,新技术的成组应用,采用了灵活的井身结构设计、灵活的井眼轨迹剖面设计,进行了钻头及井下马达和钻具组合优选,使一套钻具组合具有多种功能,强化了钻井参数,坚持喷射钻井,根据地层情况优化钻井液性能和钻井方式.施工精准、高效,预测、评估及时,效果显著.     

南堡油田保持中深层泥页岩井壁稳定钻井液研究

在南堡油田中深层钻井过程中,东二、东三、沙一段泥页岩的剥落掉块经常造成井壁坍塌掉块、钻具阻卡、电测遇阻等井下复杂情况。分析了中深层泥页岩的理化特性,研究探讨了泥页岩的坍塌机理。在此基础上,提出了选用强封堵抑制型钻井液是有效抑制中深层泥页岩剥落掉块的根本措施。这一研究成果对于在南堡油田中深层开发工程中提高钻速、减少井下复杂情况发生具有重要意义。     

桩古斜47井钻井液技术

介绍了聚合醇正电胶钻井液及无固相钻井液在桩古斜47井的应用情况。现场施工表明，聚合醇正电胶钻井液具有良好的防塌和润滑能力，流变参数合理，解决了该井泥质／砂岩互层极易水化分散、砂岩／煤层易坍塌、塑性红泥岩易水化缩径、奥陶系压力系数低易发生裂缝／溶洞漏失等问题，电测下套管顺利，经受了空井一个多月及打捞钻具处理事故一个多月的考验，保证了钻井及完井工作的顺利进行。淡水无固相钻井液在密度、切力较低的条件下仍具有良好的携带岩屑的能力，振动筛返砂良好，密度易调节，稳定性好，满足了该井奥陶系以下地层的平衡一近平衡钻进的需要。     

可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用

针对川东北地区上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,常规钻井液钻井机械钻速低,而气体钻井由于地层出水无法顺利进行的技术难点,研发了适合该地区上部地层钻进的空气泡沫流体配方,研制了HX-350型环隙式机械消泡器,形成了可循环空气泡沫钻井技术。元坝10井Φ660.4 mm导眼段应用了可循环空气泡沫钻井技术,该井段的平均机械钻速为4.88 m/h,与邻井常规钻井液钻井井段相比,平均机械钻速提高了3倍;消泡器消泡效果显著,累计回收泡沫基液2230 m3,节约清水2230 m3,污水处理量减少2230 m3,并大大减少了发泡剂的消耗。应用结果表明,可循环空气泡沫钻井技术能有效解决大尺寸井眼的携岩问题,实现泡沫基液的循环利用,大幅度降低泡沫钻井成本,具有广阔的推广应用前景。      

Modern Shale Gas Horizontal Drilling： Review of Best Practices for Exploration Phase Planning and Execution

The challenging characteristics of shale formations often require horizontal drilling to economically develop their potential. While every shale gas play is unique, there are several best practices for the proper planning and execution of a horizontal well. In planning a horizontal well, the optimal method and technology for building inclination and extending the lateral section must be determined. Properly specified logging-while-drilling tools are essential to keep the wellbore within the target formation. Planning must also focus on casing design. Doing so will help ensure stability and enable reliable and productive completions. Shales pose a challenge for these elements of well planning due to their thin strata and potentially low mechanical competence when foreign fluids are introduced. Once a plan is developed, executing it is even more important to prove a viable exploration program. Fast, efficient drilling with wellbore control and minimal torque and drag should be the priority. This may be achieved by focusing on fluid hydraulics and rheology and bottom hole assembly. Managed pressure drilling （MPD） will help fast drilling, well control and stability. IfMPD can be combined with new generation rotary steerable systems that allow the drill string to maintain rotation, impressive efficiencies are possible. Modern drilling parameter analysis represents the newest opportunity for executing shale gas horizontal wells. A method for ROP analysis to improve operational parameters and equipment selection is also proposed.