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。      

元坝超深水平井井眼轨迹控制技术

元坝地区水平井钻井施工难度大、风险大,安全开发级别要求高。井眼轨迹控制技术是水平井钻井整套技术的关键环节,在分析元坝区块水平井施工难点的基础上,首先对入井工具、仪器、钻具组合及钻井参数进行了优选及优化分析,然后根据施工要求有针对性的提出了元坝超深水平井轨迹控制技术方案,包括超深水平井侧钻技术、造斜段井眼轨迹控制技术、超深水平井着陆控制技术、水平段轨迹控制技术等。在此基础上,优选出了适合元坝超深水平井的高温高压测量仪器,形成了超深井井眼轨迹控制技术及操作规程,提高了钻井效率。     

顺北区块超深小井眼水平井优快钻井技术

顺北区块超深小井眼水平井钻井过程中,钻遇易漏易塌的层位多、摩阻扭矩大、φ120.6 mm井眼轨迹控制困难,导致机械钻速低、钻井周期长,为此进行了优快钻井技术研究。通过分析钻井、测井、测试等资料,建立了地层三压力剖面,并据此确定必封点,将六级井身结构优化为四级井身结构;针对易漏易塌地层的特点,通过室内试验,制定了防漏防塌技术措施;通过分析大角度螺杆的造斜率和采用双增式轨道,降低了小井眼段轨迹控制难度;通过降低定向井段长度、钻具和井壁的接触面积和采用混油钻井液,降低了摩阻扭矩;试验应用“扭力冲击器+PDC钻头”钻井工艺,提高了机械钻速。通过研究和试验形成了顺北区块超深小井眼水平井优快钻井技术,并在5口井进行了现场应用,与采用六级井身结构的X1井相比,机械钻速提高了29.36%,钻井周期缩短了93 d。研究与应用表明,超深小井眼水平井优快钻井技术能满足顺北区块超深小井眼水平井安全高效的钻井需求,为该区块碳酸盐岩海相油气藏的高效开发提供了工程技术保障。      

顺北油气田超深高温水平井井眼轨迹控制技术

顺北油气田储层埋藏深、井底温度和压力高,导致MWD仪器故障率高,超深高温水平井下部高温井段有时无MWD仪器可用,井眼轨迹控制难度较大。为了降低该油气田超深高温水平井轨迹控制难度并提高钻井效率,对水平井井眼轨道设计与井眼轨迹控制进行一体化规划,将顺北油气田超深高温水平井井眼轨道设计成造斜率“前高后低”的多圆弧轨道,优化钻具组合和钻进参数;对于下部无MWD仪器可用的高温井段,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,以控制井眼轨迹。研究和应用结果表明,采用单弯单稳定器螺杆钻具组合进行复合钻进,根据复合钻进井斜角变化率预测结果优化钻具组合和钻进参数,可以解决顺北油气田超深高温水平井下部高温井段无法应用MWD控制井眼轨迹的问题,降低井眼轨迹控制难度,提高钻井效率。      

焦页 2-5HF长水平井钻完井关键技术

长水平井提高单井产量是页岩气开发的发展趋势,涪陵页岩气田开发调整阶段将超长水平井作为增产提效的主要措施之一,在焦石坝主体区块焦页2平台进行了试验。钻井实践表明,随着水平段的延伸,同比常规水平井,超长水平井井眼摩阻扭矩增大、循环压耗升高以及井筒钻屑量增多,轨迹控制及套管下入难度增大,井眼防碰压力更大,易形成岩屑床,钻压传递困难,钻具易疲劳损坏。针对技术难题,通过低摩阻轨迹优化设计。井眼防碰扭描方法、导向技术优选及轨迹控制、井眼净化、钻具优选、套管下入等技术研究,解决了施工中的技术难题,焦页2-5HF长水平井顺利完井,水平段3065m,生产套管顺利下至预计井深,为国内超长水平井钻完井提供了经验。     

页岩气双二维水平井轨迹优化设计与应用

水平井井眼轨迹设计是“井工厂”模式开发页岩气的重要组成部分,研究合理的井眼轨迹有利于降低页岩气钻井施工难度,提高经济效益。针对页岩气水平井的钻井难点,提出了双二维井眼轨迹设计方法。从降低钻井成本、减小钻柱摩阻扭矩、防止丛式井相碰等方面对比分析了双二维水平井相对于三维水平井的优点。结果表明：将水平井的轨迹设计在2个相交的铅垂面中,在每个铅垂面内只有井斜变化没有方位变化,大大降低了钻井施工难度;在钻具组合和工程参数相同的情况下,双二维水平井的水平段摩阻扭矩更小;同时,双二维水平井在降低导向钻井成本和邻井碰撞风险等方面具有明显优势。双二维水平井轨迹优化设计方法可有效降低页岩气井水平井钻井成本,实现页岩气藏的高效开发。     

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将“单弯双稳”钻具组合优化为“单弯单稳”钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30 d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45 d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。      

长宁页岩气超长水平段水平井钻井完井关键技术

为了解决长宁区块页岩气超长水平段水平井机械钻速低、钻井周期长和井下安全风险高等技术难点,通过理论分析和软件模拟计算,优化了井眼轨道,优选了钻井设备和套管下入方式,并制定了减振提速、防漏堵漏等降低和消减井下安全风险的技术措施,形成了长宁页岩气超长水平段水平井安全高效钻井完井关键技术。该技术在长宁区块3口超长水平段水平井进行了试验,3口井钻井和完井过程中均未发生井下故障,与未应用该技术的邻井相比,机械钻速提高了2.5%,钻井周期缩短了16.9%。这表明,该技术可以解决长宁区块页岩气超长水平段水平井钻井完井存在的技术难点,满足长宁区块安全高效钻井完井需求,可以在该区块进行推广。      

长庆油田致密气水平井超长水平段安全钻井完井技术

为了提高长庆气田致密气开发效益,加大部署水平段长超4 000 m的水平井,但随着水平段长度增加,面临井眼轨迹控制困难、钻井液携岩难度大、钻具起下钻摩阻大、泥页岩井壁易失稳和尾管难以下至设计井深等技术难点。为此,应用优化钻具组合及强度校核技术,以保证施工的安全性;研发高性能水基环保钻井液体系并配合井眼清洁监测技术,以实现超长水平段的安全钻进;采用破裂板悬浮器下套管技术,以确保套管下入顺利;并结合该油田的实际情况提出了具体的技术措施,形成了长庆油田致密气水平井超长水平段安全钻井完井技术。长庆油田3口致密气水平井的超长水平段应用该技术后,均顺利完井,表明其可以保证超长水平段的安全施工。长庆油田致密气水平井超长水平段安全钻井完井技术为长庆油田致密气高效开发提供了技术途径。      

水平井卡钻案例分析

近年来为提高油气产量,超长超深水平井钻井口数剧增。在水平井钻井过程中,普遍存在地层可钻性差、小井眼裸眼段长、水平段井眼轨迹控制难度大、靶区设计窗口窄、定向仪器、工具价格昂贵等特点,施工风险相对较高,极易发生卡钻。一旦发生事故,处理周期长,损失巨大。通过3口水平井卡钻案列分析,总结出超长水平井施工过程中的复杂事故应对措施,对水平井施工提供一些参考。     

吉木萨尔页岩油藏超长水平井水平段长度界限研究

页岩油气开发实践表明,较长的水平段有利于提高单井控制储量与经济效益。与美国相比,中国页岩油气埋藏深度相当,但水平井的水平段长度差距较大。优化钻井技术、提高水平井水平段长度已成为现阶段中国非常规油气藏水平井钻井技术难题之一。以吉木萨尔页岩油藏超长水平井为例,分析了制约水平段长度的关键因素,包括额定泵压、钻井液安全密度窗口、钻柱和套管屈曲等,推导了水平井管柱摩阻-扭矩计算模型。基于吉木萨尔页岩油藏JHW00421井地质条件和现有钻井设备工艺参数,优化了井眼轨迹与钻具组合,研究了避免钻柱与套管屈曲的技术条件,制订了水平段长度为3 500 m的钻井技术方案,该井最终完钻井深为5 830 m,水平段长度为3 100 m,达到钻井方案设计要求。该项技术为页岩油藏超长水平井的实施提供了技术参考。     

四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术

从国内第一口页岩气水平井开钻至今,国家级页岩气示范区之一的威远区块已经完钻多口页岩气水平井,在钻探过程中,面临着表层井漏、机械钻速低、井眼轨迹控制难度大、井壁垮塌、油基钻井液条件下固井质量差等问题。针对上述问题,从井身结构优化、PDC钻头优选、井眼轨迹控制、油基钻井液优选、油基钻井液条件下的固井技术等方面进行了研究和实践,取得5项成果:1形成的水平井非标尺寸井身结构,对273.1mm套管的下入深度适当加深,起到了解决井漏、封隔易垮塌层的作用,而且各个井眼的尺寸均缩小,更有利于提高机械钻速;2优选出适合威远页岩气水平井的钻头序列,形成了"PDC+螺杆"的提速方式;3形成了水平井钻探的轨迹控制技术,提高了储层钻遇率;4优选出适合页岩水平段钻进的油基钻井液,保证了井壁稳定和井眼清洁;5形成了油基钻井液条件下的固井技术,解决了水平段固井质量差的问题,提高了后期储层分段改造的效果。所获成果为今后该区块开展页岩气丛式水平井钻井奠定了基础。     

长庆致密气田超长水平段钻井降摩减阻技术

为了保护生态环境,提高单井产量,长庆气田部署了多口水平段超过3 000 m的井。针对超长水平段井裸眼段长,存在井下摩阻大、扭矩大的问题,选取了S135钢级钻柱和清砂钻杆减阻工具,采用旋转导向井眼轨迹控制技术,优化了钻进参数:最佳钻井液环空返速为1.20~1.30 m/s、最低钻柱转速为60 r/min,选用氯化钾、石灰石和高性能润滑剂提高钻井液及其所形成滤饼的润滑性,控制钻井液有害固相含量,其动塑比提高至0.5 Pa/(mPa · s),最终形成了一套长庆致密气田超长水平段降摩减阻技术。将该技术应用于水平段长度为5 256 m的靖51-X井,其水平段平均全角变化率为0.74 (°)/30 m,钻井液固相含量最高为16%,完钻后最大起钻摩阻为380 kN,下钻最大摩阻为280 kN。实践表明在超长水平段应用该技术具有良好的降摩减阻效果。     

长宁超长水平井钻井摩阻数值模拟分析

CN-H21-5井是四川长宁页岩气区块一口超长水平段水平井,存在高摩阻、高扭矩和钻柱屈曲变形等一系列页岩气水平井典型技术难题急需解决。为了控制钻柱屈曲变形和接触摩阻扭矩,基于Hamilton原理建立全井钻柱动力学模型并采用 ＨＨＴ-α法对模型求解,分析了造斜段造斜率和水平段钻具组合对摩阻扭矩的影响规律。通过数值模拟表明：增加造斜段的造斜率能够降低造斜段的接触摩阻总值,同时也能降低全井段的接触摩阻;小尺寸钻杆传递较大轴向力时会发生严重屈曲变形,导致接触摩阻不降反增;在水平段采用“大 ＋小”的钻具组合,既能减小钻柱发生严重屈曲变形的概率,也能降低水平段接触摩阻。结论认为,减少造斜段长度并提高水平段前半段钻柱尺寸能够有效降低全井的接触摩阻,该结论能为长宁页岩气超长水平井的降摩减阻提供理论支撑。     

中古5-2H井井眼轨迹控制研究

塔里木油田中古5区块储层较深,钻井液安全密度窗口窄,受井眼直径、钻具弯曲等因素综合影响,水平井段的长度延伸一直较难突破,影响了水平井产能开发,为提高中古潜山灰岩裂缝油气藏单井产量,开展了超深长水平段井井眼轨迹研究,针对井眼清洁、钻具弯曲、螺杆脱胶、轨迹控制等施工难点,现场实施中应用了ф101.6 mm钻杆组合、钻具弯曲模拟、安全钻压、水力振荡器、高温螺杆、高温MWD、优选PDC钻头结合控压钻井技术,钻成国内高难度、高温超深长水平段水平井,该井超长井眼顺利钻完,并在水平段实施了分段多级压裂增产措施,探索出了超深、高难度、长水平段井的轨迹控制新方法,该研究及应用的成果对此地区水平井大规模实施具有一定的指导意义。     

长庆致密气超长水平段水基钻井液技术

2020年长庆气田在致密气井区先后完成了3口超长水平段水平井,水平段长度分别为3321、4118和4466 m,均使用水基钻井液完成施工,不断刷新亚洲陆上最长水平段记录。超长水平段给降摩减阻、钻屑清洁、泥岩防塌等工作带来极大难度,针对这些难点并结合地层岩石结构特点进行了针对性的技术攻关,形成了超长水平段井眼净化、井眼稳定等技术和CQSP-RH水基钻井液体系,现场应用效果良好,水平段井壁保持稳定,完钻钻具下放摩阻控制在500 kN左右、套管摩阻控制在350 kN以内,顺利完井。随着长庆油气田开发力度的加大,为了动用水源保护区、林区并提高单井产量,长水平段井的开发成为必然,这些井的顺利完成,为油气田的后续开发带来了极大的示范作用      

水平井地质导向技术在四川威远204井区页岩气开发中的应用

四川威远204井区龙马溪组地层底部发育一套富含烃类气体页岩,为了提高水平井优质页岩钻遇率和页岩气产量,在威远204井区共实施了4口水平井地质随钻导向钻井技术,根据随钻GR值的变化调整轨迹纵向位置,保证钻头在设计地质层位钻进,优质页岩钻遇率达95.11%,节约了钻井成本,单井初期日产气达22.6×104 m3,达到了预期效果。     

顺北56X特深水平井钻井关键技术

顺北56X井是部署在顺北V号条带的超深重点风险预探井,钻井过程中面临二叠系和志留系易漏失、奥陶系破碎地层井壁稳定性差、奥陶系桑塔木组易井斜、井眼轨迹控制难和储层钻遇裂缝带气侵等技术难点。为此,针对二叠系、志留系和奥陶系的地质特征,选用防漏堵漏钻井液和高温强封堵油基钻井液,并制定相应维护处理措施,有效预防了二叠系和志留系的漏失,保障了奥陶系的井壁稳定;应用“大扭矩螺杆+垂直钻井系统”防斜打快技术,实现了直井段的防斜打快;通过优化井眼轨道、采用工具面快速调控工艺、配套高温随钻测量技术和制定井眼轨迹技术方案,使该井井眼轨迹与井眼轨道符合度高,实现准确中靶;利用“微过平衡密度+简易控压”钻井技术,解决了储层钻遇裂缝带气侵的问题。顺北56X井钻井过程中未出现井控风险,准确中靶,顺利钻至井深9 300.00 m（垂深8 087.94 m）完钻,成为我国目前最深的水平井,同时也是目前亚洲陆上最深的水平井。该井安全成井,表明我国具备了钻特深水平井的能力,可为中国石化“深地一号”工程顺北特深层油气藏勘探开发提供技术支撑。      

超深水平井钻井技术

水平井的施工风险和难度随施工井深的增加而增加,特别是6000 m以上的超深水平井,存在着较高的施工风险和难度。塔里木油田东河塘区块油藏深度在5740 m左右,目前已先后完成了6口单、双台阶超深水平井,完钻井深均在6300 m以上。水平井投产后,油气产量明显提高,水平井平均单井油气产量为开发水平井前单井产量的3~5倍,取得较好的效果,经济效益显著。通过6口水平井的施工,超深水平井技术也在不断完善和提高,已日臻成熟。针对塔里木油田东河塘地区自身特点,以东河1-H3井和东河1-H5井为例,从难点分析、优化钻井设计、轨迹控制、分段技术措施、水平井钻井液等方面作了较详细的论述。该区块水平井的成功经验,对超深水平井施工有一定的指导和借鉴意义。