基于振动实测的非均质地层钻头失效分析与对策

四川盆地作为国内页岩气开发的重点区域,通过近几年的不断攻关和实践,机械钻速得到了提高,但由于受地层复杂、可钻性差、非均质性强等地质因素的影响,导致井下钻柱系统不良振动剧烈,容易出现钻头损坏严重、钻速较低等问题,严重影响了钻井时效。为了解决上述难题,以该盆地涪陵工区上二叠统龙潭组—中二叠统茅口组为例,采用井下振动高频测量工具的实测手段,测量了钻头—钻柱系统的动态振动加速度参数,结合地层的岩性和矿物组分分析,研究钻头失效原因与对策,并开展了现场试验。研究结果表明:①在非均质地层中钻进的钻头—钻柱系统产生了大于40 m/s~2的高幅值瞬时冲击振动,高幅值的瞬时冲击是导致钻头先期失效的主要原因;②提出了抑制高幅值的瞬时冲击振动采用"减振+增压"工具组合和避免井下工具共振的钻井参数;③采用钻井新参数的试验井比邻井的高幅值瞬时振动降低了17%,单只钻头进尺增加24%,钻头工作环境得到了较大的改善,钻头使用数量减少。结论认为,该研究成果能够有效地改善钻头—钻柱系统的振动状态,有利于达成延长钻头使用寿命的目标。     

负载型超强酸催化剂催化合成甲基葡萄糖苷的研究

针对常规质子酸催化合成出的甲基葡萄糖苷色泽深、收率低的问题,采用自制的负载型固体超强酸催化合成甲基葡萄糖苷。通过在活性炭上负载对甲苯磺酸、浓硫酸、磷钨酸等强酸,得到负载型超强酸催化剂CBSL。用CBSL催化剂催化合成甲基葡萄糖苷,得到的优化反应条件为:葡萄糖与甲醇物质的量之比为1∶8,催化剂加量为葡萄糖质量的5%,在140℃温度下反应4.0 h。自制产品和市售产品性能对比结果表明,自制甲基葡萄糖苷的岩心回收率明显高于市售产品,浓度为40%时,自制产品岩心回收率93.12%,市售产品岩心回收率90.13%;自制产品的润滑性能优于市售产品,当浓度为30%时,自制产品润滑系数0.08,市售产品润滑系数0.09,随着浓度的升高,市售产品的润滑系数均高于自制产品。自制产品的合成工艺及所用催化剂具有较好的工业放大前景。     

钻井液用聚醚胺基烷基糖苷的合成及性能

针对钻井液中聚醚胺易絮凝黏土、配伍性差和烷基糖苷加量大、成本高、高温易发酵的技术难题,通过醚化和胺化两步反应,合成得到了聚醚胺基烷基糖苷产品,并对其进行了提纯。对提纯得到的产品样品进行了红外光谱分析和元素分析,确定了产品分子结构。对产品性能进行了评价测试。结果表明,产品可改善无土相、低固相聚合物、聚磺等常规水基钻井液的流型,降低钻井液滤失量; 0. 3%产品水溶液的页岩一次回收率为97. 85%,页岩二次回收率为97. 55%,页岩相对回收率为99. 69%; 0. 3%产品对钙土相对抑制率为95. 28%;产品耐温达252℃;产品EC50值为528 800 mg/L,远大于排放标准30 000 mg/L。该产品配伍性好,具有超强抑制性和优良耐温性,绿色环保,适用于强水敏性泥岩等易坍塌地层及页岩油气水平井的钻井施工,应用前景广阔。     

涪陵页岩气井水平段一趟钻技术实践与认识

涪陵页岩气田二期产建井的三开水平段,由于地质条件复杂、钻进工具效率低等原因,需要多趟钻才能完成,导致起下钻次数多、周期长、成本高。在分析涪陵二期工区水平段施工存在的技术难点基础上,通过储层岩石物性分析,优选钻头、螺杆、导向钻具方案,优配钻井施工工艺,提出了水平段一趟钻实施的优化方案。现场完钻的14口井,3口井一趟钻钻完水平段,8口井两趟钻钻完水平段。结合实践中存在的问题,提出了下一步对策和建议,对后续新钻井水平段实现一趟钻施工具有一定的参考意义。     

基于工程参数变化趋势异常诊断的卡钻实时预警方法

川南工区是中石化重点页岩气勘探开发工区，该工区地层压力系数高、钻井地质条件苛刻，导致该工区钻井复杂、故障频发，其中卡钻故障最为突出，严重制约了川南页岩气的安全高效开发。现有卡钻识别技术存在监控信息综合利用能力差、风险预警不及时、主观性强等问题。本文通过分析钻井作业过程中卡钻故障的专家知识判断，确定了卡钻风险对应的关键表征参数，并研究了卡钻发生位点的关键表征参数的变化趋势，得到了相应的变化规律；在此基础上建立了基于工程参数变化趋势异常诊断的卡钻实时预警方法。选取WY-XX井为实例进行分析，软件预警结果与实际井下风险相吻合，验证了模型的准确性和可靠性，准确率达83%。     

油包水钻井液研究与应用

与水基钻井液相比,由于油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和保护油气层等优点,成为钻遇深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的首选体系。油包水钻井液具有油基钻井液的优点。针对非常规油气藏及强水敏、易坍塌地层钻井的需要,研制了油包水钻井液,优化了钻井液配方:基液(油水体积比为8∶2)+3%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%有机土+4%降滤失剂+3%的CaO+重晶石。室内评价结果表明,该油包水钻井液具有良好的流变性、悬浮稳定性、润滑性、乳液稳定性和抗污染能力。同时,完善了现场施工工艺,并在中原、新疆、西南等现场应用了7口井。应用证明,油包水钻井液稳定性好,破乳电压大于600V,抗污染、抗温能力强,遭受20%的水和岩屑污染后,钻井液性能稳定,易于维护处理;且钻井过程中井壁稳定,定向施工顺利,减少井下复杂,平均井径扩大率小于5%。该钻井液配制工艺简单,可以回收利用,满足页岩气水平井、易塌地层钻进的需要。     

鄂尔多斯地区防塌钻井液技术

鄂尔多斯地区多采用水平井钻井,但在钻井施工中普遍存在造斜井段定向托压,泥页岩、碳质泥岩、煤层地层垮塌严重等现象,针对该技术难题开展了防塌钻井液体系研究,选择5%KCl、(2%~3%)聚合醇和(0.1%~0.2%)聚胺抑制剂FYZ-1协同防塌,选择1.5%氧化沥青、1.5%超细植物纤维NMF和1%超细凝胶CNJ作为封堵配方,聚合醇和表面活性剂SUB复配使用提高钻井液的润滑性能。实验表明,该钻井液具有良好的抑制性和封堵能力,一次页岩滚动回收率达到98.3%,承压可达20 MPa,极压润滑系数达0.07。该钻井液在靖南72-13H1和靖南70-6H井的三开斜井段进行了现场应用,分别顺利钻穿8套和4套煤层,施工井段平均井径扩大率分别为4.06%和1.71%。     

非常规油气藏水平井油基钻井液技术

针对油基钻井液在非常规油气藏勘探开发中存在的悬浮稳定性及封堵能力不好、流变性对温度的敏感性强、复杂条件下流变性控制困难等问题,形成了一套新型油基钻井液体系,该体系采用对温度敏感性小的沥青类降滤失剂和抗高温有机土,用粒径小于6.5μm的超细碳酸钙和细目海泡石复配作封堵材料,用细颗粒重晶石作加重剂,并使用抗高温的润湿剂。通过设计正交实验,优化了油基钻井液配方。室内评价结果表明,该油基钻井液具有良好的流变性和热稳定性,可泵性及携砂能力满足施工要求,可抗20%岩屑粉、20%NaCl,在130℃静置120 h的上下密度差小于0.02 g/cm3。在中原油田濮1-FP1井水平段的应用表明,该油基钻井液的润滑防卡效果好,无托压现象,通井、电测一次到底;稳定井壁能力强,平均井径扩大率为8.2%;钻井液性能稳定,机械钻速快,平均机械钻速为7.05 m/h。为油基钻井液在非常规油气藏应用提供了技术支撑。     

川南页岩气平台井组浅层预增斜轨道优化技术

川南页岩气示范区受地理条件限制,主要采用小井距三维丛式水平井开发。上部地层倾角大,井间距离小,防碰问题突出,石牛栏组地层可钻性差,定向钻速慢。针对存在的技术难题,开展了平台井组轨道优化设计研究,基于浅层预增斜防碰方法,分析了不同预增井斜角下邻井的防碰安全距离、地层自然造斜特性对下部轨迹控制的影响,综合考虑地层特点和施工措施优化了剖面设计的相关参数,形成了"直—微增—稳—增—平"预增斜轨道优化设计方案。预增斜轨道优化技术在川南长宁X-5井进行了应用,有效降低了直井段防碰难度,提高了石牛栏组机械钻速,实现了小井距丛式水平井井眼轨迹的高效控制。研究结果可为其他地区丛式井轨道优化提供技术参考。