国外钻、完井技术新进展与发展趋势(Ⅰ)

非常规油气、深层、深水、极地油气的勘探开发及新能源技术的发展对钻井技术提出了更高需求。近年来国外钻井技术的新进展主要包括高效起下钻机和自动化钻机、高效PDC钻头和辅助破岩工具、高造斜率旋转导向工具、井下信息高速上传、连续管技术、套管与尾管钻井技术、深水钻井、极地钻井、页岩气钻井、钻井实时优化与远程监控技术、新型钻井液及堵漏材料等方面,新材料、新装备、信息化技术为极端环境下的资源钻探提供可能,随钻技术、远程控制和自动化操作将有助于解决复杂地质条件难题,满足要求越来越高的HSE标准。     

中石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势

中国石油天然气集团公司（以下简称中石油）近年来自主研制了万米钻机及配套装备、近钻头地质导向、欠平衡/气体钻井/控压钻井、连续管作业机、21 MPa/35 MPa带压作业机等核心装备,发展完善了以水平井、欠平衡钻井、钻井提速、储层改造、带压作业为核心的配套技术,有力地支撑了水平井、欠平衡钻井、钻井提速、水平井分段压裂等重点工程的实施。但与国外同行相比,在自动化钻机、海洋钻完井装备、旋转导向系统、抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、高温高密度油基钻井液、高压气井带压作业装备、低成本高效压裂液、无限制选择性压裂工具、完井技术等方面差距明显。研究结果认为：我国深层、海洋、非常规油气藏领域钻完井面临高温高压、高研磨性地层钻速低、钻井周期长、旋转导向等技术储备不足的挑战,建议在高效起下钻机、高效破岩钻头和辅助工具、旋转导向系统、井筒完整性、井下宽带信息传输技术、海洋钻井成套装备和技术、工厂化钻完井与体积压裂一体化技术等方面开展技术攻关。     

美国页岩气水平井钻井提速提效案例与启示

自2004年起,美国开始大规模应用水平井开发页岩气,水平井钻井数量呈爆发式增长。随着技术的进步,美国页岩气水平井的平均水平段长度不断增加,钻井周期不断缩短,单位进尺钻完井费用持续降低。通过美国的Fayetteville气田、Marcellus页岩气产区、Eagle Ford页岩气产区3个案例,具体分析了该国页岩气水平井钻井提速提效措施,主要包括简化井身结构,应用工厂化作业模式及配套钻机,采用个性化高效钻头及油基钻井液,以及高效实用的常规导向钻井技术或旋转导向钻井技术。最后针对我国现状,提出了大力推行工厂化钻井、加快发展旋转导向钻井、重点发展个性化钻头和钻井液、提高钻井设备可靠性和耐用性等建议。     

深井超深井钻完井技术现状、挑战和“十三五”发展方向

"十二五"期间,为解决塔里木、四川等盆地超深油气藏勘探开发所遇到的深井超深井钻完井难题,中石油研制了一批具有自主知识产权的重大装备、工具、仪器、工作液等,包括:①8 000 m钻机、四单根立柱超深井钻机、5 000/7 000 m钻机管柱自动化处理装置、精细控压钻井技术与装备、双燃料/高可靠性钻机动力机组、气体/欠平衡钻井装备等6项深井超深井核心装备;②自动垂直钻井工具、涡轮钻具、高效PDC钻头、系列复合钻头、水力脉冲提速工具、钻井井下安全监控系统、顶驱下套管装置等7项核心工具;③高温高密度水基钻井液、油基钻井液、高温大温差固井水泥浆、韧性水泥浆体系等4项钻井液和水泥浆体系。研究认为,"十三五"期间深井超深井钻完井所面临的挑战包括:深井超深井高温、高压、窄密度窗口、井筒完整性等,以及降本增效的巨大压力,亟待在深井超深井高效运移钻机、高效破岩钻头和辅助工具、井筒完整性、井下宽带信息传输技术等方面开展攻关并力争取得技术突破。结论认为:上述研究和试验成果有力地提升了中石油超深井钻完井的能力和水平,将对中石油油气勘探开发业务起到重要的支撑作用。     

值得关注的国际石油工程前沿技术(I)

油气资源特别是非常规、深层、深水和北极油气资源的高效开发越来越依赖于技术进步,特别是工程技术的进步。进入21世纪以来,国外石油工程技术发展很快,涌现出了一批重大关键技术和前沿技术,文章对其中18项技术进行了概述,其中包括旋转导向钻井技术、控压钻井技术、深水钻井技术、智能钻杆、连续起下钻及连续循环钻机、折叠式连续套管等,这些新兴技术值得我国业界高度关注。     

值得关注的国际石油工程前沿技术(Ⅱ)

油气资源特别是非常规、深层、深水和北极油气资源的高效开发越来越依赖于技术进步,特别是工程技术的进步。进入21世纪以来,国外石油工程技术发展很快,涌现出了一批重大关键技术和前沿技术,文章对其中18项技术进行了概述,其中包括旋转导向钻井技术、控压钻井技术、深水钻井技术、智能钻杆、连续起下钻及连续循环钻机、折叠式连续套管等,这些新兴技术值得我国业界高度关注。     

值得关注的国际石油工程前沿技术(Ⅰ)

油气资源特别是非常规、深层、深水和北极油气资源的高效开发越来越依赖于技术进步,特别是工程技术的进步.进入21世纪以来,国外石油工程技术发展很快,涌现出了一批重大关键技术和前沿技术,文章对其中18项技术进行了概述,其中包括旋转导向钻井技术、控压钻井技术、深水钻井技术、智能钻杆、连续起下钻及连续循环钻机、折叠式连续套管等,这些新兴技术值得我国业界高度关注.     

深水平台控压钻井技术浅析

窄密度窗口、漏溢同存、高温高压已成为深水钻井实现安全高效钻探所面临和亟待解决的难题。控压钻井技术已在我国陆地和浅海取得良好应用效果，国内深水领域还未系统开展控压钻井工艺和装备的攻关研究。调研分析我国南海某工区钻井工程需求，文章在此提出将旋转控制头安装在张力环下方的深水控压钻井技术，从系统的组成和功能方面阐述控压钻井隔水管水下子系统和控压钻井平台管汇系统；从平台工作状态、控压钻井隔水管水下子系统部署时序、钻井液循环特点等方面与自升式平台控压钻井进行对比分析；以井底压力为研究目标开展平台升沉、大排量钻井、增注/节流参数等因素对其影响的模拟计算。在此基础上指出我国深水控压钻井应从工艺、井底压力波动机理及控制方法、实时水力计算软件研发等方面开展攻关研究，满足深水钻井工程需求，助力深水油气资源高效勘探开发。     

胜利油田钻井完井技术新进展及发展建议

“十二五”期间,胜利油田为了实现复杂油气藏的高效开发和剩余油气的挖潜增效,深入开展了复杂结构井钻井、随钻测控仪器、新型破岩工具、膨胀管及钻井液完井液等技术研究与工具研制,初步形成了满足滩海浅海、低渗透、超稠油等难动用油气藏勘探开发需要的配套钻井完井技术。现场应用表明,大位移井、密集型丛式井技术的进步有力推动了滩海浅海油气藏的整体开发和降本增效,水力喷射径向水平井、近钻头地质导向及磁性导向钻井等技术丰富了复杂断块、超稠油等类型油气藏的精细开发手段,捷联式垂直钻井、扭转冲击钻井工具、高性能钻井液及实体膨胀管封堵等技术有效解决了复杂深井机械钻速慢且井下故障多的技术难题。在分析目前胜利油田钻井完井技术现状的基础上,分别从钻井装备自动化、高端随钻测控、信息化及绿色环保钻井等方面提出了“十三五”期间的发展建议,有利于进一步推动胜利油田钻井完井技术的快速发展,更好地满足复杂油气藏高效开发和剩余油气挖潜增效的需求。      

渤海QK18地区快速钻井实践

渤海石油公司QK18-1项目组实行项目经理负责制,树立新的观念和思想,采用了当今世界上先进的10项钻井配套技术:整体组装式井口头、全井段PDC钻头、PDC钻头可钻式浮箍浮鞋、不候凝固井、大功率导向马达、无油无污染环保钻井液、不占用钻机时间水泥胶结测井、MWD测量技术、顶部驱动钻井和新型高效线性震动筛等。所钻3口井平均井深3561m,平均机械钻速29.46m/h,平均建井周期18.83d,最快的一口井只有13.31d,创造了多项最好记录。     

北美页岩油气长水平段水平井钻井实践与启示

在低油价压缩成本和提高油气单井产量的双重压力下，通过增加水平段长度已成为北美页岩油气公司降本增效的重要突破口。北美页岩油气生产商采取了一系列技术措施提高长水平段水平井钻井效率，降低了单位英尺作业成本，取得了较好的经济效益。通过调研北美页岩油气长水平段水平井钻井现状，分析了主要油气公司采用的关键钻井技术，包括井身结构优化设计、超大规格钻机、定向工具、钻井液、下套管技术等，结合我国页岩油气水平井钻井现状及技术需求，提出了长水平段水平井钻井技术发展建议，旨在为我国页岩油气增储上产、降本增效提供借鉴。     

应用于中国页岩气水平井的高性能水基钻井液

目前中国页岩气水平井定向段及水平段钻井均使用油基钻井液,但油基岩屑处理费用昂贵,急需开发和应用一种具有环境保护特性的高性能水基钻井液体系。介绍了2种高性能水基钻井液体系的室内实验和现场试验效果。在长宁H9-4井水平段、长宁H9-3和长宁H9-5井定向至完井段试验了GOF高性能水基钻井液体系,该体系采用的是聚合物封堵抑制方案,完全采用水基润滑方式;在昭通区块YS108H4-2井水平段试验了高润强抑制性水基钻井液体系,该体系采用的是有机、无机盐复合防膨方案以及润滑剂与柴油复合润滑方式。现场应用表明,定向段机械钻速提高50%~75%,水平段机械钻速提高75%~100%。通过实验数据及现场使用情况,对比分析了2种体系的优劣,找出了他们各自存在的问题,并提出了改进的思路,为高性能水基钻井液的进一步完善提供一些经验。      

基于直剪试验的页岩水化作用的强度弱化规律

随着页岩气资源的不断开发,水平井段的硬脆性页岩井壁失稳问题也越来越突出。为此,通过对水基、油基钻井液浸泡后的页岩岩样直剪试验,并结合单组弱面强度理论,分析了内聚力和内摩擦角对页岩强度的影响规律以及不同钻井液浸泡后的页岩强度弱化规律。对试验数据的分析结果表明:①水基、油基钻井液浸泡后内聚力和内摩擦角均下降,其垂直层理面方向的内摩擦角和内聚力均高于平行层理面方向;②页岩强度随钻井液浸泡时长增加而降低,受水化作用影响层理面导致强度降低,微裂缝表现为更易扩展,页岩容易产生破坏;③内聚力控制页岩强度大小,内摩擦角控制页岩沿弱面破坏的范围;④水基钻井液对页岩影响较为明显,页岩受其浸泡后强度下降较快,并随浸泡时间增加页岩强度持续下降,同时沿弱面破坏的角度限明显增大,油基钻井液能较好地保持岩样强度水平。最后,以四川盆地志留系龙马溪组M气藏为例,通过水平井段坍塌压力的计算,认识到水基钻井液基本不能满足钻井要求,而应采用油基钻井液且优先考虑沿最小水平地应力方向钻进。     

页岩气油基钻井液体系性能评估及对策

油基钻井液已成为开发页岩气水平井的关键技术之一,具有稳定井壁和保持井眼清洁的功能。通过评价中石油川渝地区油基钻井液体系的流变性、封堵性、固相含量和稳定性等性能,并结合这些井的井下复杂情况原因分析,得出封堵性是保持井壁稳定的关键,提高钻井液φ₆值和排量可以改善井眼清洁,有害低密度固相含量的增加是导致钻井液性能恶化的主要原因。针对井壁失稳、井眼清洁和性能维护等问题,建立了纳-微米封堵评价方法,确定了有害低密度固相含量计算方法,并形成了页岩气油基钻井液技术规范,有望为页岩气水平井的开发提供技术支持。      

苏里格致密气藏超长水平段水平井钻井完井关键技术

针对苏里格气田致密气藏超长水平段水平井钻井完井过程中循环泵压高、摩阻扭矩大、机械钻速低、井眼清洁困难、完井套管柱下入困难等问题,分析了超长水平段水平井钻井完井技术难点,进行了高效钻具和钻井设备优化配置、井眼轨道设计和井眼轨迹控制、水平段钻井提速和清洁,以及旋转导向钻井、强抑制润滑性水基钻井液和"旋转引鞋+套管"漂浮下入...     

国内页岩气长水平井JY2-5HF井钻井液技术

JY2-5HF井是中石化在重庆涪陵页岩气田部署的一口开发评价井,完钻井深5965 m,水平段长3065 m。该井二开中下部钻遇地层主要为泥页岩井段,存在井壁垮塌、卡钻、漏失等潜在风险,使用多元协同防塌水基钻井液（BT-200钻井液）钻井,主要处理剂有抑制剂BT-200、K-HPAN、KCl、井壁稳定剂、乳化沥青、非渗透处理剂、聚合醇、多功能固体润滑剂和QS-2。水平段要求钻井液除了具有较强的化学及物理防塌能力,还须具有良好的润滑及悬浮性能,采用了油水比为90:10的油基钻井液,水相为26% CaCl₂水溶液,破乳电压控制在900 V以上。现场实践表明,该套钻井液较好地满足了井下和钻井工程的需要;页岩气井长水平段钻进较适宜采用旋转导向和油基钻井液;压裂后测出的地层压力系数普遍比钻进时高0.1~0.2,建议设计钻井液密度时减去。      

基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术

常规油气井钻井用的高性能水基钻井液无法满足页岩气长段水平井的钻井需要,而油基钻井液存在成本高和巨大的环境压力问题。以昭通页岩气示范区为目标区块,通过分析页岩气的地层特点和存在的技术难题,有针对性地研制出了一种呈黑褐色液体的高效抑制剂、一种纳微米封堵剂、一种成膜降滤失剂和一种特种液体润滑剂,并形成了一套新型高性能水基钻井液体系。该体系的流变性、降滤失性、润滑性和抑制性与油基钻井液的性能基本相当,并且具有较好的抗污染性能,具备了页岩气钻井液"水替油"所需的各种主要性能;密度为2.05 g/cm3的该钻井液中加入研制的润滑剂后,润滑系数降低26%;该钻井液具有较强的成膜封堵能力,能够封堵页岩微裂缝,阻隔压力传递;页岩岩心在该钻井液中高温浸泡10 d后仍有较高的强度,有利于页岩井壁稳定。该体系在昭通页岩气示范区黄金坝YS108H4-2井水平段的现场应用表明,该体系在钻进过程中性能稳定,流变性良好,返砂正常,润滑性良好,无掉块,电测一次成功,井径规则,平均井径扩大率为5.71%,机械钻速为11.74 m/h。该体系完全满足页岩气水平井现场施工的技术要求。      

塔里木克深致密砂岩气藏基质钻井液伤害评价

塔里木克深致密砂岩气藏储层基质致密,发育微纳米孔喉,毛管力作用明显,在钻井过程中受到钻井液侵入从而受到伤害,导致油气藏产能降低。常规稳态方法评价低渗致密储层钻井液伤害驱替压差大、稳定时间长,评价效率低。因此,在瞬态压力传导法的基础上建立渗透率数学模型,并使用拉氏变换对模型进行求解。基于模型的解,使用压力传导渗透率仪定量分析了钻井液对克深致密砂岩基质的伤害规律。实验结果表明,油基钻井液平均伤害率为31.24%,水基钻井液平均伤害率为23.67%。该研究成果为评价入井流体伤害提供新的思路。