元坝气田海相超深水平井钻井技术

元坝气田长兴组气藏储量巨大,但由于气藏埋深接近7000m,面临地层压力系统复杂、井底温度高、陆相下部地层常规钻井机械钻速低、超深小井眼钻井提速难度大、深部井段钻井液维护困难等诸多技术难题。针对超深、地层压力系统复杂、岩性及流体分布情况复杂等钻完井工程难题,明确了不同井区必封点深度,优化了套管设计方案,形成海相超深井五开制井身结构方。根据工程地质特征,结合现有钻井技术手段,陆相上部地层应用气体钻井技术,下部地层采用扭力冲击器、复合钻井和涡轮钻井提速,海相地层采用PDC钻头复合钻井技术,斜井段采用螺杆滑动定向和复合钻进,配合使用抗高温低摩阻钻井液,形成了元坝超深水平井全井段钻井技术体系。应用于12口海相开发井,提速效果显著,能够满足元坝气田高效开发的需要。     

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。      

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。     

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。     

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。      

欠平衡钻井技术在元坝121H井的应用

元坝121H井是一口部署于川东北巴中低缓构造带元坝区块的海相超深水平井,钻遇地层复杂,地层压力和温度高,地层流体含H2S和CO2,钻井施工难度大、周期长.尤其是陆相的千佛崖、自流井和须家河组大尺寸井段,地层岩石硬度高,研磨性强,可钻性差,机械钻速低,严重制约了开发效益和周期.为了提高钻井速度,缩短钻井周期,分别在一开、二开和三开部分井段采用了泡沫、气体和液体欠平衡钻井技术,机械钻速约是常规钻井液钻速的1.2～6.0倍,最高达9.41 m/h,提速效果显著.该井欠平衡钻井效果在提高机械钻速方面与常规钻井方式相比具有明显优势,也为该地区钻井提速和及时发现油气显示提供了宝贵经验.     

钻头扭转冲击器在元坝10井的试验

针对川东北地区尤其是元坝地区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题,在元坝10井进行了“钻头扭转冲击器+PDC钻头”钻井试验,试验井段3233.30～3503.82 m,进尺270.52 m,纯钻时间81.0 h,平均机械钻速3.34 m/h,与同地层牙轮钻头钻进相比机械钻速提高3.04倍,与该井“螺杆+PDC钻头”复合钻进相比机械钻速提高2.59倍,PDC钻头工作寿命延长53 h。试验结果表明,钻头扭转冲击器配合PDC钻头钻井可解决复杂地层钻头寿命不高和机械钻速低的难题,拓宽了PDC钻头的应用范围。介绍了钻头扭转冲击器的技术背景、工作原理、特点和技术参数及在元坝10井的试验情况。      

TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用

针对元坝地区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题,中国石化近年来引进了“TorkBuster扭力冲击器+PDC钻头”钻井新技术,取得了较好的应用效果,同时也暴露出一些问题.为此,介绍了扭力冲击器的工作原理、特点和技术参数,对钻头扭力冲击技术在元坝地区的应用情况及现场应用中出现的问题进行了初步分析.应用结果表明:该技术在元坝地区钻井提速效果明显,单井机械钻速达到了2.45m/h,特别是在元坝10井、元陆9井,其机械钻速相比常规钻井分别提高了304％和322％,解决了该地区复杂地层机械钻速低的难题.     

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1井钻井设计与施工

元坝1井是中国石化在川东北地区元坝区块的一口区域重点探井,完钻井深7 170.71 m,完钻层位为上二叠统长兴组.该井侧钻后对飞仙关组地层酸压测试获得50×104m3/d的产气量,标志着元坝区块油气勘探取得重大突破.该井在钻井过程中存在地层易漏失、陆相地层可钻性差、地层压力预测及检测准确性差、钻井周期长、气层申富含HzS(井控工作压力大)等技术难题.为此,该井采用了以Ф273.1 mm套管为主要技术套管的井身结构,应用了气体钻井技术和复合钻井技术来提高机械钻速,优选及研制了适用地层特性的钻头及聚合物磺化防塌钻井液体系,确保了该井顺利钻至设计井深.详细介绍了该井工程设计,现场施工及钻井新技术的应用效果.元坝1井的成功,对于加快南方海相地区钻井速度、提高勘探成功率,将起到重要的指导和借鉴作用.