常规钻具充气反循环钻井技术研究与试验

长宁页岩气部分井区地表地形复杂,地下水资源丰富,表层裂缝、溶洞发育,地层压力系数低,表层井漏问题严重影响了该区页岩气资源高效勘探开发。目前该区主要采用气体钻井和清水强钻技术解决表层钻井井漏问题,但这两种技术存在一定局限性。双壁钻杆气举反循环钻井技术是一种有效的低压、负压钻井技术,已成熟应用于水井、地热井等钻井领域,但该技术需要专门配套气水龙头、双壁钻杆、气水混合器等工具,工艺复杂,成本较高。在双壁钻杆气举反循环钻井技术基础上,设计了一种常规钻具充气反循环钻井新工艺,进行了现场试验,用以解决长宁页岩气表层钻井严重井漏问题。试验取得了一定的成果,累计进尺241 m,与邻井同井段井漏地层相比,较常规钻井技术井漏减少83.6%。研究成果为解决长宁页岩气表层严重井漏问题提供了一种新的技术措施,为其他低压易漏地层钻井难题处理提供了借鉴。     

RDM技术中双壁钻杆环空钻井液流动模拟研究

RDM钻井技术以同心双壁钻杆为基础,钻井液从双壁钻杆环空泵入井内,并从内部钻杆携带岩屑返回地面,从而实现钻井液闭环循环。该钻井技术中双壁钻杆环空流道中有支撑双壁钻杆内管的定位块,定位块对钻井液流动产生巨大影响。通过Fluent软件模拟钻井液在双壁钻杆环空内的流动规律,发现定位块处压力降低后逐渐增大,流速增加后迅速降低,定位块处出现4个轴对称最低流速区、最高流速区、最低压力区和最高压力区,固相颗粒浓度在壁面处最高。分析表明,双壁钻杆流道的过流面积小,而且由于定位块的存在,循环压耗较常规钻井大很多,故不宜采用大排量进行钻进。这为建立井底压力计算模型、优化定位块结构和优选钻井水力参数等提供了科学依据,对RDM钻井技术的发展具有积极作用。     

充气连续循环钻井技术在深部易漏地层中的应用

深部易漏地层钻井液钻井井漏频繁,处理井漏复杂耗时耗材,本文论述了用于治理深部地层井漏复杂的充气连续循环技术,将充气钻井与连续循环钻井技术相结合,实现充气流体介质的持续循环,有效解决了深部井段常规充气钻井作业中存在的压力及液面波动大、中断后重建循环时间长等难题,维持环空稳定的ECD值,显著提高了邻井BQ1井充气钻井的安全性和时效性。通过在BY1井现场应用表明,该技术较好治理了风城组易漏层段2961.00～3161.00m、3740.00～3846.00m的井漏难题,同比邻井BQ1井节省了钻井液200m³,节约复杂处理时间12d,行程钻速提高1.6倍。     

国外ReelWell钻井新技术及其应用

ReelWell钻井法是一项新的钻井技术,它以双壁钻杆为基础,钻井液从双壁钻杆环空泵入井内,并从内部钻杆返回,从而实现了钻井液的闭环循环。该技术在井底压力精确控制、钻井液微流量控制、钻压控制、欠平衡钻井、大位移井钻井、井眼清洗、尾管钻井、海洋深水钻井、实现单一直径的井身、提高钻井安全性与作业效率以及有压力挑战性的地层钻进方面具有较大的潜力和优势。详细地分析了ReelWell钻井法的系统组成、工作原理、特点及其应用情况,并建议我国要结合实际情况,尽快研发适合我国油田开发的相关钻井新技术。     

多工艺反循环钻井技术发展现状与展望

反循环钻井技术与正循环钻井技术相反,循环介质和地层岩屑从钻具水眼返出井口,其裸眼环空保持相对静止,此种钻井方式有利于实现超大尺寸井眼高效携砂、恶性井漏井段的防漏治漏以及敏感性储层的有效保护,同时也为水平井钻井过程中的窄钻井液密度窗口、井眼净化和水平段长度延伸等需求提供新的技术方案。文章通过梳理开展反循环钻井技术以来各家反循环钻井技术的研究进展与成果,总结了单壁钻杆反循环钻井技术、双壁钻杆反循环钻井技术、单壁钻杆+双壁钻杆反循环钻井技术、多通道钻具反循环钻井技术的工作原理及技术特色、适应的工作环境等,并在此基础上提出了反循环钻井技术在油气钻井领域的发展方向及建议。文章的研究成果可以为反循环研究工作提供信息,助力深井超深井超大尺寸井眼提速钻进、井漏等复杂井眼处理以及非常规油气资源安全效益开发提供技术支撑。     

高温高压井ECD计算

随着深部油气藏的勘探和开发，高温高压深井及超深井的数量大幅度增加，而高温高压、窄安全密度窗口安全钻井是当前国内外未能很好解决的重大技术难题，钻井工艺技术面临易发生井漏、井喷等事故的挑战，准确计算钻井过程中井下ECD分布对突破该技术难关有重要意义。为此，文章从研究高温高压钻井过程中循环温度场分布出发，分析了温度和压力对钻井液密度的影响规律，建立了不同温度和压力条件下的ECD实时耦合模型。该模型由动态压力和温度模型耦合而成。通过计算分析表明，井底钻井液密度和地表钻井液密度有很大差别；温度增加，钻井液密度下降；压力增加，钻井液密度增加。在高温高压钻井过程中，随着循环时间的增加，环空下部井段温度呈指数降低，ECD升高；环空上部井段温度呈指数升高，ECD降低。随着排量增加，环空下部井段温度降低，ECD近似呈线性升高；环空上部井段温度升高，ECD呈指数降低。     

ReelWell钻井方法——一种新的控压钻井技术

ReelWell钻井是一种新的控压钻井技术,主要由双壁钻杆、滑动活塞、双浮动阀等组成.钻井液从双壁钻杆环空泵入井内,并从内部钻杆返回,能够实现钻井液的闭路循环及对井底压力的精准控制.该技术具有井底压力精确控制、钻井液微流量控制、井眼清洗、水力加压钻头、井底压力隔离、保护储层的特征,对于控压钻井、大位移井钻井、海洋深水钻井、无隔水管钻井、尾管钻井,提高钻井安全性与作业效率以及有压力挑战性的地层钻进方面具有较大的潜力和优势.文章详细地分析了ReelWell钻井的系统组成、工艺原理、特点及其应用情况,并建议我国结合实际情况,尽快开展这方面的相关配套钻井技术研究.     

国外礁灰岩漏失地层钻井技术

礁灰岩漏失地层是一类结构脆弱,并含有大量孔洞和气体的特殊地层,常常是严重井漏与天然气的井喷井涌并存.解决这类地层的漏失问题对中国海相地层各种严重漏失地层钻井技术的发展有借鉴怍用.讨论了礁灰岩漏失地层的特点,综述了国外4个油田的礁灰岩漏失地层的钻井技术.礁灰岩漏失地层的流体通道是孔洞和岩石碎裂的裂缝,流体易出易进,渗透率极高,气体上窜速度快;岩石本体强度低,易碎裂,可钻性好;采用普通的堵漏工艺无法制服礁灰岩漏失地层的井漏.采用浮动钻井液帽(floating mudcap)技术钻礁灰岩漏失地层,能够快速穿过漏失地层,降低钻井成本.该技术的工艺要点为:用清水作钻井液、高粘度钻井液稠浆作清扫液,边漏边钻,将钻屑带入漏失地层;在钻井、起下钻、电测和下套管等全部现场作业中连续不断地灌入具有适当密度的高粘度稠浆作为环空压井液.运用float-ing mud cap技术的关键是井控技术的可靠性和水源、环空高粘度钻井液的储备.     

大位移井井眼清洁监测技术在大港油田的应用

随着大位移井及复杂结构井钻井技术的不断发展,井眼清洁及监测技术面临着新的困难和挑战。如何监测复杂地质条件、复杂井型条件下的岩屑运移状况,预测岩屑成床时间,帮助判断、处理井下复杂情况是现场迫切需要解决的问题。基于环空岩屑运移规律及岩屑床成床机理,采用岩屑运移多层模型,根据岩屑对环空压耗的影响以及环空压耗与循环钻井液当量密度的转换关系,建立了适合工程中监测井眼清洁状况的ECD曲线。并应用该技术对大港油区ES-H6井进行分析和指导。实例分析表明,ECD曲线是衡量井眼清洁与否的重要标准,应控制ECD曲线在合理的范围之内。另外,ECD主要与环空载荷、环空返速、钻井液性能等因素有关,对钻井液性能以及钻杆钻速的合理控制有利于大位移井的井眼清洁。     

反循环钻井避免损害低压气层

反循环中间返出钻井技术 (RC CD)使用双壁钻杆 ,钻屑和钻井液从双壁钻杆的内层内径返出 ,避免了地层损害 ,且砂样滞后时间短、钻屑无污染、及时发现地层气体。RCCD系统特别适合低压储层钻井。在北美的低压弓岛层采用常规钻井没有发现油气显示 ,而RCCD系统却获得了工业气流。     

双壁钻杆反循环空气钻井循环参数的分析与计算

介绍了双壁钻杆反循环空气钻井的优越性,根据双壁钻杆的内管直径,从理论上分析了反循环钻井满足携带岩屑需要的最低注气量,又根据双壁钻杆的结构和空气介质反循环钻井的流程分析计算了一定注气量与注气压力之间的关系,从而能根据注气设备的额定工作压力确定反循环钻井能钻达的井深。     

含水漏失层段的气体钻井技术

钻井过程中,出现井漏特别是恶性井漏后,将给钻井工程带来一系列的难题。对于采用常规的钻井液堵漏方法不能解决的恶性井漏,应用气体钻井来钻穿漏失井段,可以避免在易漏失井段出现的漏失。在考虑漏失层特性参数对气体钻井影响的基础上,通过地层岩石吸水膨胀室内实验,分析了漏失层特性参数与气体钻井的关系,提出采用气体钻井来钻过漏失层或漏、水共层井段,解决了既有漏失层又有含水层或漏、水共层的井段的钻井难题。为钻遇复杂恶性漏失层井段选取欠平衡钻井方式提供了理论依据。     

小眼井环空压力损耗计算

在常规井眼环空压力损耗计算模型基础上，根据小眼钻井特点提出了小井眼环空压力损耗的理论模型，探讨了以钻井液流变性、钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头为主要影响因素的直井、近直井小间隙环空压力损耗计算问题，同时给出了模型中各因子的确定方法。通过实例计算，定量分析了钻柱偏心、钻柱旋转和钻柱接头对环空压力损耗的影响。     

基于赫巴流体的页岩气大位移水平井裸眼延伸极限分析

大位移水平井的裸眼延伸极限主要与环空压耗和地层破裂压力等因素有关,不同的钻井液流变模式又会对环空压耗的描述产生较大的影响,而赫巴模式能够更好地模拟实际钻井液的流变特性。为此,建立了基于赫巴流体的页岩气储层大位移水平井裸眼延伸极限模型,进而用实际案例分析了赫巴流体的基本流变参数(流性指数、稠度系数、屈服值)和主要钻进参数(机械钻速、钻井液密度、钻杆转速)对大位移水平井水平段延伸极限的影响,并将其与幂律流体模型计算结果进行对比分析。结果表明:(1)在同样的条件下,采用赫巴流体所得结果小于采用幂律流体计算的结果,新预测模型可靠性更好;(2)通过参数的敏感性分析可知,水平段延伸极限会随着上述3个基本流变参数和机械钻速的增加而减小,而该极限值会随着钻井液密度的增加而先增加后减小,它也会随着钻杆转速的增加而增加。结论认为:所给出的赫巴流体流变参数和钻进参数的优选方法,有助于解决大位移水平井在页岩储层中究竟可以打多远的问题,并且更加精确地预测了其裸眼延伸极限。     

环空响应段流体流动特性数值模拟

基于物理法进行随钻防漏堵漏，其技术核心是利用侧向射流的水力能量在漏失层快速形成薄而高强度的“人造井壁”。钻遇漏层时，部分流体从专门设计的井下工具中喷出，直接射向井壁，给新形成的井壁一个合适有效的作用力，将混入钻井液中的堵漏材料推进漏失层岩石的孔、洞和裂缝，在漏失层井壁迅速形成一层致密的、可以承受一定压差的滤饼屏蔽环，从而增大井壁的承压能力或钻井液密度窗口，达到随钻防漏堵漏目的。由于环空响应段的侧向射流与上返流体具有一定的干扰，采用流体力学软件（CFD）对环空响应段的流体流动特性进行分析，弄清了上返流体对侧向射流的干扰。模拟结果表明，在现有应用的环空返速下，对侧向射流干扰很弱，基本没有影响。     

Decision Making for Reduction of Nonproductive Time through an Integrated Lost Circulation Prediction

Abstract

An increase in world energy demand forces oil and gas companies to drill deeper in order to produce more oil and gas. This requires drilling layers with various characteristics and results in drilling problems as drilling progresses. Lost circulation and stuck pipes are the most common drilling problems, which are always challenging. Mechanical pipe sticking is likely to occur after complete loss. Time that is spent dealing with such problems is called nonproductive time. It is also defined as time during which drilling is ceased or the penetration rate is very low. This definition includes consequences of lost circulation.

Lost circulation is likely to take place throughout drilling operations and even during primary cementing due to direct contact of the drilling fluid with the formation along with severe pressure pulses due to pipe movement or onset of circulation after connection, which sometimes goes over hundreds of psi. Lost circulation results in a loss of money, especially when severe losses are experienced. Partial mud loss, or even complete mud loss, can occur in low fluxes, which can lead to well blowout or severe pipe sticking. Freeing the pipes may involve a week or even more time from the rig. Thus, accurate information on returned fluid and recording mud loss rate can help prevent drilling problems. A recent solution to dealing with lost circulation is an underbalanced drilling technique, although this is not applicable in some countries due to lack of technology or great expenses. Thus, prediction of loss severity can bring the opportunity of decision making true for adjusting drilling fluid content and operational parameters. Several factors while drilling will govern how severe mud loss would occur. These make analytical modeling of lost circulation complicated. Employing artificial intelligence can be a leeway with proven capability and accuracy. In this article, the operational parameters in a Middle Eastern oilfield are used for prediction of the mud loss severity along different sectors of the oilfield. Cross-validation showed fairly good compatibility with reality.     

川西深井钻井液技术难点分析及对策

复杂的地质情况一直制约着川西坳陷深层天然气藏的勘探开发进程.通过分析目前川西深井钻井过程中存在的主要工程地质问题,以及由此产生的一系列钻井液技术难题,如井壁失稳、井漏、井涌和卡钻等井下复杂情况和事故,提出了优化控制高温高密度钻井液流变性、稳定井壁等有针对性的钻井液预防和处理技术对策,可用于指导钻井设计与现场施工,有效降...