复合钻井技术在元坝地区陆相地层中的应用

川东北元坝地区陆相地层,特别是须家河组地层具有研磨性强、可钻性差的特点,致使该地区陆相地层的机械钻速较低,而“PDC钻头+螺杆”和“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术可以提高机械钻速。在元坝地区陆相地层的应用表明,与常规钻井技术相比,“PDC钻头+螺杆”和“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术均能提高该地区的机械钻速和单只钻头进尺,但“PDC钻头+螺杆”复合钻井技术只适用于该地区的上沙溪庙组地层,“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术适用于须家河组地层。复合钻井技术的成功应用为高研磨性的元坝地区陆相地层提速提供了一种有效的技术手段。      

元坝124井超深井钻井提速配套技术

元坝124井是元坝地区的一口重点探井。由于元坝地区陆相地层石英含量高、研磨性强、可钻性差,导致单只钻头进尺少,机械钻速低,钻井成本高。为此,首先评价了元坝地区前期的钻井提速技术:气体钻井技术、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术、控压钻井技术和“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。并在此基础上,根据元坝124井所要钻遇地层的特征,制定了该井的钻井提速配套技术方案:一开采用气体钻井技术,二开采用“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,三开采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。实钻表明,该钻井提速配套技术方案可行,能够大幅提高机械钻速,缩短钻井周期。该井平均机械钻速2.80 m/h,钻井周期253.84 d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口井。      

元坝地区千佛崖和自流井组孕镶金刚石钻头研究及应用

元坝地区地层研磨性强,可钻性差,在钻井方面存在一些技术难点。本文针对千佛崖和自流井组牙轮钻头机械钻速慢,PDC钻头不适应的状况,对该段地层进行分析,研制了相适应的孕镶金刚石钻头,并提出配合高速螺杆的钻井方式。现场应用表明,研制的孕镶钻头适宜该地区使用,机械钻速快,进尺高,对该区块的提速提效具有重要意义。     

元坝陆相高压致密强研磨性地层钻井提速技术

针对元坝气田陆相深部自流井组和须家河组地层岩性致密、硬度高、研磨性强,牙轮钻头进尺少、寿命短,以及综合效益低的问题,通过分析地层的可钻性、钻头的破岩原理,结合现场实钻情况优选高效钻头,并根据钻头与钻井工具的合理匹配原则优选合适的动力钻具,进行了"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术、"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"复合钻井技术和牙轮-PDC混合式钻头钻井技术现场试验。以钻头每单位进尺消耗的比能作为选择钻头的依据,并应用盈亏平衡理论对3种钻井技术进行了经济评价。现场试验结果表明:高压致密强研磨性地层首选"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术;砾石含量高的珍珠冲组地层推荐采用"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术;砂泥岩互层较多的高压致密地层推荐采用牙轮-PDC混合式钻头钻井技术。经济评价结果表明,元坝气田应用"国产孕镶金刚石钻头+高效特殊螺杆"钻井技术的经济效益最高,其次是牙轮-PDC混合式钻头钻井技术,"进口孕镶金刚石钻头+高速涡轮"复合钻井技术最差。      

致密砂岩地层孕镶金刚石钻头的研制及应用

元坝气田须家河组致密砂岩地层石英含量高、研磨性强,钻进过程中容易造成钻头过早磨损,单只钻头进尺少、机械钻速低,严重影响了元坝气田的勘探开发进程。鉴于此,利用自主研制的钻凿特性测定试验装置和采集的须家河组露头岩石,开展了孕镶钻头的室内钻进特性模拟试验,得到了不同金刚石粒度和浓度参数组合对孕镶钻头整体性能的影响规律。根据孕镶金刚石参数的试验优选结果,选用40/50目和50/60目两种粒度并配以质量分数70%的金刚石,以钻头平稳钻进、长使用寿命兼顾高机械钻速为目标,研制了一种自锐性好、耐磨性强的离散化DIG259S孕镶金刚石钻头。在YB27-3H井开展的现场应用中,单只DIS259S钻头进尺104. 63 m,平均机械钻速0. 85 m/h,分别较邻井高效牙轮钻头提高了208. 83%和70. 00%,取得了显著的应用效果。该钻头的研制成功为今后元坝气田致密砂岩地层的钻井提速提供了一种有效手段。     

元坝地区超深井钻井提速难点与技术对策

元坝地区是中国石化天然气增储上产的一个重要勘探开发区域。前期钻探实践表明,元坝地区超深井钻井机械钻速低、钻井周期长,为了加快该地区的勘探开发进程,开展了钻井提速技术研究。对前期完钻的12口井进行了统计分析,指出元坝地区钻进过程中,有3个重点井段存在提速难点,重点介绍了针对该难点所采取的技术对策,以及应用这些技术对策所取得的提速效果。采用泡沫钻井技术后,上部大尺寸井眼的机械钻速提高4倍以上;采用控压钻井、孕镶金刚石钻头+高速涡轮、扭力冲击发生器等钻井新技术后,提高了下部陆相地层的机械钻速;采用优化井身结构以及“PDC钻头+螺杆”复合钻井技术后,解决了超深小井眼机械钻速低的难题。      

川渝地区须家河地层涡轮钻具配套孕镶金刚石钻头钻井提速技术

川渝地区须家河地层研磨性强、硬度高、可钻性差、单只钻头进尺低、钻头消耗量大、机械钻速低、钻井成本高、针对上述难题,采用自主研发的涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头钻井技术。经龙岗X1井的现场试验,单只钻头进尺392m,纯钻时间240,平均机械钻速2.73m/h,与邻井同层钻头对比!机械钻速提高95%,以上,单只钻头平均进尺提高了334.1%。试验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在强研磨性地层具有较好的提速效果,可为川渝、新疆等地区强研磨性地层钻井提速提供技术支持。     

元坝124井超深井钻井关键技术

元坝地区地质因素复杂,存在陆相地层厚度大、砂泥岩互层频繁、可钻性差以及自流井组-须家河组地层超高压、压力窗口窄等特点,所钻井普遍存在溢流、井漏、垮塌等复杂和事故,机械钻速低,施工周期长。元坝124井是元坝地区的一口重点预探井,钻井过程中先后实践应用了气体钻井、控压钻井等多项新技术,创造了元坝区块钻井周期最短、机械钻速最高等多项记录。除了我国超深井自身气体钻井、控压钻井技术水平较以前有了大幅度提升外,下部陆相地层引进了Smith公司"孕镶金刚石钻头+涡轮钻具"技术、海相地层应用了"国民油井抗高温螺杆+贝克休斯高效PDC钻头"复合钻井,显著提高了机械钻速,有效缩短了该井钻井周期。该井平均机械钻速2.8m/h,钻井周期253.84d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口。     

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。     

胜利西部探区哈山地区组合钻井技术研究及应用

为解决胜利西部探区哈山地区中深层石炭系、二叠系坚硬地层可钻性差、地层倾角大、井斜难控制、井壁易失稳等技术难题,实现油气储量的高效勘探、效益开发,在现用常规钻井技术的基础上,通过分段组合钻井技术适用性研究与工艺优化,针对石炭系、二叠系的云质岩、火成岩难钻地层,提出气体钻井相关提速及安全施工配套技术,形成了地区施工规范;在气体钻井转钻井液施工后,优先选用“气体钻井+‘孕镶钻头+涡轮钻具/高速螺杆’”组合钻井技术,并针对地层特点研发了不同尺寸的高效孕镶钻头系列,实现井斜控制与机械钻速双提高。该组合钻井技术在哈山3和哈山2等井成功应用,取得了良好的效果,其中哈山3井气体钻井机械钻速达到5.2 m/h,较常规钻井方式提速3倍以上,转钻井液施工后采用孕镶钻头+涡轮钻具/高速螺杆施工,地层倾角为30°,井斜控制良好,机械钻速接近1 m/h,较常规钻井技术表现出良好的区域应用效果。现场应用表明,“气体钻井+‘孕镶钻头+涡轮钻具/高速螺杆’”组合钻井技术是实现胜利西部探区哈山地区中深层钻井提速提效的一种有效手段,但该组合钻井技术也存在瓶颈,结合对粒子冲击钻井技术的适用性研究,建议下步引进并完善粒子冲击钻...     

涡轮钻井技术在元坝等重点区块的应用

针对高研磨性坚硬地层机械钻速慢的难题,中国石化近年来引进了“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,取得了较好的应用效果,同时也暴露出一些问题。为全面准确掌握涡轮钻井技术在油田现场的应用情况,对涡轮钻井技术在元坝、川西和巴麦地区的应用情况进行了统计分析,并对其在现场应用过程中存在的问题进行了总结。结果表明:元坝、川西和巴麦地区应用 “孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术后,平均机械钻速同比提高了102.74%,128.24%和115.38%,钻井提速效果明显;元坝地区采用“孕镶金刚石钻头+涡轮”复合钻井技术钻进自流井组地层取得了直接经济效益,而在钻进该地区其他地层和其他区块还没有取得直接经济效益;涡轮钻井技术现场应用中主要存在部分井的机泵条件达不到涡轮钻具高压降要求、与涡轮钻具配套的钻头选择不尽合理以及卡钻等复杂情况时有发生等问题。      

元坝区块陆相井钻井关键技术探析

以元陆10井为例对元坝区块陆相井钻井的关键技术进行了探析。该井在钻进中先后使用了空气锤钻井技术、PDC钻头+螺杆钻具复合钻井技术、进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术及孕镶金刚石钻头+高速涡轮复合钻井技术,有效克服了陆相地层岩性复杂、机械钻速低及易斜易漏等难题。其中进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术应用效果较好,平均机械钻速是常规钻井牙轮钻头的4.68倍,平均单只钻头进尺是常规钻井牙轮钻头的9.7倍。建议使用无固相钻井液体系,并在珍珠冲段之前结束使用扭力冲击器。     

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。      

元坝地区钻井提速探索与实践

元坝地区是中国石化天然气增储上产的重点区域,但该地区钻井存在一些技术难点,导致钻井施工风险很大:地层研磨性强,可钻性差;地下断层、裂缝、溶洞发育,井漏频繁,稳定性差;存在多套压力体系、安全窗口窄。这一直制约着该地区钻井速度的提高。为此,勘探南方分公司开展了钻井提速提效技术攻关与实践,采取了井身结构优化、空气钻井、欠平衡钻井等技术措施,并应用了高速涡轮、扭力冲击发生器、孕镶金刚石钻头等新工具和新工艺,平均机械钻速提高1倍以上,钻井周期缩短15%。为进一步提高元坝地区的钻井速度,提出了完善已有提速技术,研制或优选与之配套的钻井设备和工具的建议。      

元坝超深水平井直井段优快钻井技术

元坝区块是中国石化南方海相重点勘探开发区域,在海相飞仙关和长兴组等地层已经获得了高产的工业气流,特别是水平井的开发效果显著。由于井超深,地质条件复杂,导致机械钻速慢,钻井周期长,其中直井段占整个周期的65%以上,特别在自流井组、须家河组等陆相地层,研磨性强且可钻性差,严重制约了机械钻速的提高,成为一个主要的技术瓶颈。根据直井段各开的地层特征,通过集成应用泡沫钻井、空气钻井、PDC+扭力冲击器钻井技术、涡轮/高速螺杆钻具+孕镶金刚石钻头钻井技术和螺杆钻具+PDC钻头复合钻井技术等优快新技术,形成了元坝超深水平井直井段配套优快钻井技术,大幅度地提高了机械钻速,缩短了生产周期,节约了生产成本。     

涡轮+孕镶提速技术在准噶尔南缘高103井的应用

准噶尔盆地南缘地区油气勘探前景广阔,但地层埋深深、压实程度高,整体钻探难度大、施工周期长。针对新近系沙湾组膏质粉砂岩地层抗压强度高、研磨性强、单只钻头进尺低、机速低、成本高等难题,试验涡轮+孕镶提速技术。通过优选高温高速涡轮、耐研磨孕镶钻头、微降斜钻具组合,在南缘高103井进行了成功应用,实现了进尺和机械钻速的有效提高,为该地区的钻井提速提供了积极借鉴作用。     

孕镶金刚石钻头配合螺杆钻具在乌参1井应用

随着国内外深井、超深井钻井数量逐年增加,常规牙轮钻头和PDC钻头采用常规钻井方式在可钻性差的研磨性地层中已无法获得令人满意的技术经济指标。目前,孕镶金刚石钻头配合高速涡轮钻具钻该地层取得了一定的技术效果,但是该技术钻井成本高,涡轮钻具压差大对钻井设备要求高。研究的孕镶金刚石钻头配合螺杆钻具钻井模式应用于乌参1井的火成岩地层钻井,取得了降低钻具压差和钻井成本的技术经济效果,并对现场应用进行了分析研究,为今后孕镶金刚石钻头研制和技术推广应用给出建议。     

哈萨克斯坦阿克纠宾地区全井筒钻井提速综合技术

哈萨克斯坦阿克纠宾项目位于滨里海盆地东缘,其复杂碳酸盐油气藏普遍存在上部地层蹩跳钻严重、井斜控制难和下部高研磨性灰泥岩,机械钻速低等问题突出,通过开展钻井提速工具的集成与应用,形成了该地区以垂直钻井、个性化钻头、复合钻进、旋冲钻井为主的提速综合技术。在阿克纠宾项目各油田进行了推广应用,取得了较好的提速效果,与常规钻进方式钻进对比,垂直钻井技术提速1.6倍,个性化锥形齿PDC钻头配合高速螺杆技术在直井与水平井均提速1倍以上,旋冲钻井配合个性化PDC钻头技术提速2~3倍,孕镶金刚石钻头配合涡轮钻井技术提速2倍以上。鉴于滨里海盆地具有很强的地层规律性,所形成的钻井提速技术和方法在全盆地其他油田具有较强的指导和借鉴意义。     

几种典型难钻地层提速方法

PDC钻头在极硬、强研磨性和软硬交错等非均质地层中,机械钻速低,使用寿命短,因此,需要采用新的钻井工具和方法解决难钻地层的钻井提速问题。针对硬脆性地层、硬塑性地层及强研磨性地层等典型难钻地层,提出了相应的提速提效钻头钻具组合方法。指出在硬脆性地层和硬塑性地层中,可分别采用液动冲击器+锥球齿金刚石钻头、扭力冲击器+尖圆混合齿钻头,以实现钻井提速;而对于硬地层定向段的提速,则可采用等壁厚大扭矩螺杆+混合钻头来实现。现场应用结果表明:这些提速提效钻头钻具组合大幅提高了机械钻速,降低了钻井成本,可推广应用。所得结论可为难钻地层的钻井提速方案选择提供参考。     

“NEW-DRILL”提速新工具在元坝气田的应用

元坝气田陆相深部的自流井组和须家河组地层岩性致密，非均质性强，砾岩含量高（最高可达50%），地层研磨性强（可钻性为8 级以上），且钻井液密度高（最高可达2.4 g/cm3），压持效应大，导致牙轮钻头磨损速度快，单只钻头进尺少，是制约元坝钻井提速的关键层段。为了解决这一关键层段钻井提速问题，针对元坝陆相深部高压致密研磨性地层的钻井难点，从破岩工具入手，通过对破岩机理的进一步研究分析，提出了要应用为钻头提供持续的扭矩、恒定转速和钻压的动力工具，以增加钻头的破岩能力，减少钻柱的震荡，减少切削时滑脱和钻压波动，同时配合高效的PDC 钻头或孕镶金刚石钻头，从而提高钻井效率的思路。为此，元坝气田开展了“NEW-DRILL”提速新工具的现场应用，获得了成功，取得了明显的效果。使元坝气田三开平均机械钻速由0.76 m/h 提高到2.06 m/h；周期由150~170 d 缩短到90~110 d。缩短率为35%，有效地解决了元坝气田钻井提速的技术瓶颈问题。现场应用表明，“NEW-DRILL”提速新工具能够有效提高陆相地层的机械钻速，具有进一步推广应用前景。