超声波高频旋冲钻井技术破岩效果试验研究

为了研究超声波高频旋冲钻井技术相较于常规旋转钻井技术的提速效果,以及钻进条件和参数对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律,设计了超声波振动发生短节,搭建了超声波破岩模拟试验台,采用控制变量法和正交试验法,开展了超声波破岩提速试验及影响超声波破岩效率的试验,得到了钻压、超声波振幅、转速和钻头直径对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律。结果表明:在实验室常规温度和压力条件下,与常规旋转破岩技术相比,超声波高频旋冲钻井技术的破岩效率更高,平均提高幅度达77.65%;影响超声波高频旋冲破岩效率的因素从大到小依次是钻压、振幅、钻头直径和转速;钻压和振幅对超声波高频旋冲破岩效率的影响显著,且振幅越大,超声波高频旋冲破岩的效率越高。研究结果表明,超声波高频旋冲钻井技术可为提高深部硬地层机械钻速提供一种新的破岩方法。      

新疆玛湖油田砂砾岩致密油水平井钻井关键技术

准噶尔盆地玛湖致密砂砾岩油田是新疆油田提产的重点区域,为了满足该油田勘探开发的需求,提高钻井速度,缩短钻井周期,通过优化井身结构,优化井眼轨道设计,优选钻井液和个性化PDC钻头,采用韧性水泥浆、漂浮下套管固井技术、“螺杆钻具+PDC钻头”复合钻井技术及旋转导向钻井技术等一系列钻井提速技术,形成了玛湖油田砂砾岩致密油水平井钻井关键技术。2018年,该油田玛131 区块完钻8口砂砾岩致密油井水平井,平均完钻井深 4?921.75?m,平均水平段长度 1?576.00?m,平均钻井周期 46.50?d,平均机械钻速 11.19?m/h,其中MaHW1247井完钻井深达5 040.00 m,钻井周期只有42 d,创造了玛湖油田完钻井深5 000.00 m以上水平井钻井周期最短纪录。现场应用表明,玛湖油田砂砾岩致密油水平井钻井关键技术能够提高机械钻速,缩短钻井周期,为玛湖油田的高效勘探开发提供技术支持。      

SAGD平行水平井和直井连通钻井技术

为了解决SAGD平行水平井在后期采油过程中遇到的采油泵下入困难、抽油杆磨损以及沉没度不够等问题,提出了SAGD平行水平井和直井连通的钻井试验方案,即下方的采油水平井与直井连通,利用直井采油,从而有利于简化有杆泵举升工艺。在试验中,采用了大尺寸套管段铣、连通井段扩孔、水平井与直井的连通以及井下砾石充填等技术,均获得圆满成功,为新疆油田浅层超稠油的有效开发提供了新的技术途径。     

准噶尔盆地南缘山前构造带钻井提速研究

针对准噶尔盆地南缘山前构造带泥岩层段黏土含量高、地层易破碎,钻进中易发生粘卡、井漏、井壁失稳等而导致钻速慢、时效偏低的问题,进行了钻井提速研究。从该地区逆冲推覆体断层和褶皱的地应力特征入手,分析了泥岩的岩石力学特性,包括流变性地层的井壁稳定性特征、地层蠕变速率及其影响因素、井壁岩石崩落掉块机理、地层矿物成分及理化特性等,提出了山前构造带地层钻井提速技术对策,并在风险探井——西湖1井进行了现场应用。现场应用表明,采用具有较强抑制性和封堵能力的PRT有机盐钻井液,能有效减少因吸水膨胀造成的井壁失稳,并能解决井漏问题;用螺杆配合优选的PDC钻头进行钻进,钻速大幅提高,平均机械钻速达到3.00 m/h。与邻井西5井相比,西湖1井的井深增加20.5%,但井下故障大幅减少,钻井周期缩短11.9%,提速效果明显。由此证明,提出的钻井提速技术对策,能够有效解决山前构造带地层机械钻速和钻井时效偏低的问题。      

套管偏心对水平井顶替效果的影响

水平井套管偏心引起的钻井液局部滞留制约了水平井固井质量的提高和水平井优势的发挥,为了准确地描述水平井环空钻 井液滞留的规律以及范围,考虑水平井套管偏心条件下水泥浆与钻井液密度差引起的驱动力对顶替界面扩展的影响,根据顶替界面达 到稳定的平衡条件建立了水平井偏心环空套管和井壁处的钻井液滞留层边界位置计算模型,分析了套管偏心对水平井顶替效果的影响 。研究得出:套管上偏心时随着偏心度的增加,顶替效率降低,环空水泥环的厚度分布不均程度增大;套管下偏心时顶替效率随着偏 心度的增加而提高,环空水泥环的厚度先是趋于均匀而后逐渐变为非均匀;水平井套管下偏心偏心度控制为0.1~0.2能够获得较好的 固井质量,应严格控制套管上偏心以防止整体钻井液窜槽和水泥环厚度分布不均现象的出现。     

超深井抗盐高密度固井水泥浆技术

塔里木油田克深井区超深井固井存在井下盐膏层发育、窄间隙、高压、高温、大温差等固井技术难题,固井质量无法保证。为解决固井难题,完善了井眼准备通井技术,修正了刚度比计算公式,控制套管下放设计,通过室内实验开展加重材料的优选及合理配比、优选抗盐抗高温添加剂体系、采取针对性技术措施提高水泥石抗高温强度衰退性能,研究出了超高密度抗盐抗高温防气窜水泥浆体系,并对其进行性能评价。结果表明,该水泥浆体系流动度为18～22 cm,水泥浆上下密度差为0.03 g/cm3,其具有流动性能良好、稳定性较好、防窜性能良好、早期强度高、长期强度无衰退等优点,形成了克深井区超深井盐膏层尾管固井技术。该固井技术在现场应用5井次,测声幅固井质量良好。克深井区超深井窄间隙盐膏层尾管固井技术,不但可以解决该区块固井难题,还封固了高压盐水层,保障了该区块的安全、高效开发。      

玛湖砂砾岩致密油水平井钻井技术

准噶尔盆地环玛湖斜坡区三叠系百口泉组致密砂砾岩油藏,油气资源丰富,但是由于物性很差,常规直井、注水开发的模式难以有效地动用。借鉴美国和国内非常规油气开发的成功经验,结合玛湖本身的油藏地质特征,以地质-工程一体化理念为指导,优化完井方式和井身结构,开展井眼轨迹剖面设计与控制、高性能水基钻井液、砂砾岩储层个性化PDC钻头设计、薄油层长水平段地质导向、小井眼窄间隙固井等技术的攻关研究和试验,形成了玛湖致密砂砾岩油藏有效开发的水平井钻井配套技术,2015年以来共计完成50余口水平井,水平段长度突破2 000m、三维水平井扭方位90°、水平偏移距400m。水平井单井产量是前期试验水平井的3倍、直井的10倍,实现了低油价形势下玛湖致密砂砾岩油藏的有效开发,对我国西部类似地质条件的致密油气藏开发具有借鉴意义。     

钻井优化系统在国内非常规油气资源开发中的实践

相对于北美,国内非常规油气资源勘探开发起步较晚。页岩气勘探开发始于"十二五"初,致密油、致密气、页岩油勘探开发则始于"十三五"初,但在"十三五"期间得到了快速发展,特别是川渝页岩气藏、准噶尔盆地玛湖砾岩油藏、吉木萨尔页岩油藏已进入规模开发阶段,成为中国石油"十三五"末及"十四五"期间天然气和原油上产的最重要领域。与常规油气资源相比,非常规油气资源储层条件差,需要大规模"水平井+体积压裂"才能实现有效开发。然而,由于受钻机装备条件和水平井钻井工具性能,特别是理念和方法的限制,国内非常规水平井普遍存在钻井效率低、建井周期长的问题:一般垂深为2000~3000m、水平段长1500~2000m的水平井钻井周期为60~90天。而北美钻一口水平井基本都能控制在15~25天:一般垂深为2000~3000m、水平段长2000~3000m。国内一部钻机一年只能钻2~3口水平井,而在北美一部钻机一年能完成15~20口水平井。随着国内非常规油气资源的规模开发,钻机紧缺的矛盾日益突出,钻井效率已经成为严重制约国内非常规油气资源快速规模上产的瓶颈问题。北美大幅度提高水平井钻井效率的原因有管理和技术两大因素,其中技术主要表现在以下5个方面:一是钻机配套能力的不断升级;二是井下工具可靠性和稳定性的提升;三是大平台工厂化作业;四是远程实时支持与决策系统;五是系统优化钻井理念和方法的应用。2018年海峡能源股份有限公司与美国K&M钻井工程咨询公司合作,引进国际先进的系统优化钻井理念和方法,率先在川渝地区长宁页岩气藏和新疆玛湖砾岩油田开展了水平井钻井提速先导性试验,大幅缩短了建井周期,验证了系统优化钻井方法在国内非常规油气资源开发中的可行性。为了达到进一步推广的目的,2019年在玛湖砾岩油田开展区块提速试验,同样取得了显著的提速效果,进一步证明了系统优化提速理念和方法具有科学性、广普性和可复制性,是经验钻井向科学钻井迈进的重要实践,展示出了非常广阔的推广应用前景。     

空气钻井钻柱波动响应规律研究

空气锤钻井具有提高机械钻速、减少储层伤害以及降低钻井成本等优势,因而在国内外各大油田得到广泛应用。而高速冲击的空气锤产生的应力波既有破岩作用．又对钻柱产生了一定程度的损伤．极易导致钻柱失效。文中根据应力波传播理论,对高速冲击工况下产生的应力波进行了模拟研究,求解出了波动响应随时问变量在钻柱中的传播规律,为研究应力波的破坏机理奠定了基础：     

碳封存区块内弃置井泄露机制及控制方法模拟

弃置井筒作为CO₂地质封存中的主要泄露途径,其密封完整性直接关乎封存效果。为此,针对弃置井筒泄露问题,基于耦合孔隙压力的Cohesive单元法,建立了三维水泥塞-地层有限元模型,模拟了CO₂沿弃置井筒运移过程,分析了水泥浆体系、胶结质量对泄露风险的影响。模拟结果表明：CO₂聚积会诱发水泥塞-地层界面微环隙,形成泄露通道,且微环隙倾向于轴向发育;选择高模量、高泊松比、微膨胀性水泥密封井筒时,井筒泄露风险低;微环隙对胶结质量极为敏感,密封井筒时应重点控制胶结质量。研究结果对指导碳封存区块内井筒弃置具有重要意义。