河坝构造复杂工程地质问题与安全优快钻井技术对策

河坝构造钻井工程难度大,存在漏、塌、卡、涌、毒、硬、斜等问题,钻井效率低、周期长,需要在工程地质特征基础上,提高钻井工程工艺的针对性。本文在岩石力学实验基础上,建立工区岩石力学参数剖面,表明该构造地层岩石致密,抗压强度、抗剪切强度、硬度大,可钻性差。根据地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面,开展井壁稳定性分析,表明该区纵向多压力系统,陆相地层坍塌压力高,易井壁失稳;海相地层异常高压,安全钻井液密度窗口窄,井壁力学稳定性差。结合工程地质特征,提出优化井身结构设计,优选气体钻井、泡沫钻井、垂直钻井、复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,优选钻头型号,优选钻井液,优选防漏堵漏技术等钻井对策。现场实钻证实,上述对策大幅提高了机械钻速,有效减少了钻井复杂情况,大幅缩短了钻井周期,实现了河坝构造海相超深气井优快钻井。     

影响元坝气田超深井钻井提速的工程地质因素及技术对策

元坝气田工程地质特征异常复杂,钻井难度大,存在井漏、井涌、卡钻、井塌、高含硫化氢、高压水层等工程地质复杂问题,钻井效率低,周期长,建井成本高.从油气藏的基本地质特征、岩石力学性质、井壁稳定性等方面,分析认为,储层埋藏超深,钻遇地层岩性复杂、储层特征多样、油气立体成藏、油气水分布复杂、各油气藏特征差异大,岩石致密、强度大、可钻性差,异常高压-超高压、纵向多压力系统、井壁力学稳定性差、安全钻井液密度窗口窄,是钻井提速的工程地质影响因素.结合工程地质特征,提出了优化井身结构设计,优选空气钻井、泡沫钻井、液体欠平衡钻井、“螺杆+PDC钻头”和“涡轮+孕镶金刚石钻头”复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,以及优选高效钻头,优选钻井液体系等钻井提速技术对策,能够满足元坝气田海相超深井安全、快速钻井的需要.     

胜利油区河50丛式井组调整井钻井技术

河50断块丛式井组为全国最大的陆基平台井组,1989年投入开发,共有油水井45口,其中斜井43口,最大井斜角在19°～63°之间,现已进入高含水期,产能建设亟需进行调整开发。该断块探明含油面积2.6km2,地质储量1052×104t,可采储量242×104t,呈扇状分布,属稀油低渗、低饱和高压岩性构造油藏,具有天然能量充足、产量递减快的特点。由于老区采油地层压力亏空,调整井钻井过程中易出现井漏、井涌、坍塌等复杂情况,加之老区井网密集、斜井众多,井身轨迹控制困难,防碰难度大,对钻井技术、油气层保护和固井质量提出了更高的要求。对此,制定了井身轨迹控制与防碰技术措施;优选了适宜不同地层的钻井液体系;形成了井壁稳定与承压堵漏技术、固井技术和油气层保护技术。实钻效果表明:河50丛式井组调整井钻井技术有效解决了该区块井漏、井塌、缩径及固井时水泥浆漏失等井下复杂情况,井身质量和固井质量合格率均为100%。     

国外新型钻井工具技术进展

总结国外垂直钻井工具、空气螺杆、旋冲钻井工具、膨胀管、固井工具等四类主要新型钻井工具的最近技术进展、现状以及发展趋势。垂直钻井工具是一种集机-电-液一体化的井下闭环系统的钻井工具,是防斜方法的革命性突破,是钻井领域的前沿技术。垂直钻井工具有自动防斜、纠斜功能,适用于在高陡构造硬地层中大钻压钻进,能有效控制井身质量,大幅提高机械钻速。空气螺杆钻具,是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必要工具,因此也得到了推广应用,并在实践中不断改进和完善。经过10余年的发展,国外可膨胀尾管悬挂器技术逐渐趋于成熟,在很多油气田投入工业性应用,取得显著的技术和经济效益。膨胀管技术的发展方向,是单一直径井眼的建井技术。旋冲钻井工具是解决硬脆性地层机械钻速低,钻头使用寿命短的主要手段之一。同时,国外公司研制和开发出许多用于高含硫深井条件下的新型尾管悬挂器,如封隔式尾管悬挂器和防H2S和CO2气体腐蚀的不锈钢尾管悬挂器,以适应越来越复杂的高含硫深井固井施工要求。     

东营北带深井钻井主要工程地质问题及对策

近年来,胜利油田深层勘探主要集中在东营北带,该区由于目的层埋藏深,纵向上普遍存在多压力系统,同时还存在膏岩、盐岩集中段等易蠕变地层,给钻井设计和施工造成困难。不能预见的工程地质问题导致设计与实钻不相符及钻井复杂情况的发生,不仅制约了钻井速度,而且严重危及钻井工程安全和地质目标的实现。建议在以下几方面开展工作:加强工程与地质的结合,跟踪优化井身结构。利用地层自然造斜特性解决大倾角地层防斜打直问题,减少井斜控制难度,提高机械钻速。加强岩石可钻性分析,做好钻头选型工作。开展深层岩石可钻性研究,研制和引进适合深层砂砾岩体的高效钻头。这是缩短钻井周期、降低钻井成本的重要途径。开展扩展安全密度窗口钻井液技术研究,解决多压力层系、低压易漏和不稳定易塌地层并存导致的恶性漏失/井塌/井涌等技术难题。     

川西新场构造欠平衡钻井欠压值的确定

川西地区地层岩石致密、硬度大、可钻性差,机械钻速低,欠平衡钻井能有效提高机械钻速。由于该地区地层压力高、泥页岩发育稳定性差,要成功实施欠平衡钻井关键是确定合理的钻井液密度。为此,提出需要获得精确的地层孔隙压力和坍塌压力,确定合理的欠压值,为优化设计提供科学依据。在分析欠压实理论的基础上,运用伊顿法并利用测井资料,结合实测资料,建立了新场构造钻遇地层准确的孔隙压力;通过井壁力学理论分析,结合实钻井资料,确定了井眼扩大率为60%是新场构造允许井眼最大垮塌范围;然后依据井眼扩大率为60%时计算出地层坍塌压力,计算坍塌压力与孔隙压力之差表明,新场地区液体欠平衡钻井欠压值在0.3g/cm3左右。同时,根据建立的压力剖面,新场构造须二段地层坍塌压力、孔隙压力与上部须三段地层坍塌压力一致,目前以须二段为目的层的常规钻井四开次钻井井身结构可以进一步优化、简化,以利于提高钻井速度。     

川西马井气田钻井复杂情况及治理对策

马井气田探明地质储量175.58×10^8m^3,可采储量80.54×10^8m^3,是川西地区主要的天然气开发区域。该区地质构造复杂,主要表现为成岩作用差,层间缝发育,层系间不整合接触,断层发育,地层承压能力差;纵向上泥岩较发育,各组岩性疏松,胶结差,钻井施工中复杂情况发生率较高,为73.7%（统计57口已完钻井）,其中,井漏占65%,卡钻占17%,井喷、井涌占9%,井壁垮塌占5%,地层出水占4%,从而导致钻井速度缓慢、施工周期延长。对此,提出如下治理对策：采用新的钻井工艺,引进清水强钻和微泡沫钻井技术;钻井中使用强抑制性高钙盐聚合物钻井液,并合理调整其密度大小;调整井身结构,在一个裸眼井段内不能有压力悬殊的地层存在,在揭开储层前,应适当提高钻井液密度。同时,应加强对该区地层出水原因及治理方法的研究工作。     

腰平1井钻井设计和施工难点分析

腰平1井是松南气田第一口火山岩气藏水平井,主要目的层为营城组。由于井眼轨道设计需考虑靶点垂深的不确定性和工具造斜率的不确定性,故选择了易于控制和调整的"直—增—稳—增—水平"五段制轨道类型。井身结构设计以简化结构、提高钻井速度为目的,具体为技术套管下至泉二段造斜点上部,并配套相关工艺技术。欠平衡设计时采取井筒环空循环介质循环当量密度略低于据储层孔隙压力折合的当量密度即可的思路,地层流体一定要有控制地流入井筒,同时还需考虑地层稳定性。针对大尺寸井眼防斜打直、火山岩地层可钻性差、多套地层护壁难度大等施工难点采取相应对策,取得了较好的施工效果。腰平1井钻井周期仅135.83d,比设计提前了15.1%;平均机械钻速2.60m/h,比同区块直井提高了6.7%;最大井斜为83°,实际井底水平位移868.90m,水平段长度480.61m。建议今后进一步开展东部地区提高深井大尺寸井眼钻井速度、火山岩气藏钻井方式等方面的深入研究。     

苏丹水平井优快钻井技术研究与应用

苏丹市场老油区加密井增多,单井产量下滑,由于上产需要,甲方对水平井数量的需求大增.但因其独特、复杂的地质情况,导致钻井存在诸多难点,如起下钻阻卡、托压、塌卡等复杂和事故频发.对此,开展苏丹水平井优快钻井技术研究,通过实施井身结构优化技术、井眼轨迹控制技术、水平井钻井提速技术以及钻井液技术,有效解决了水平井施工难点,实现了优质、安全、快速钻井:钻头优选后,全面提升了钻井速度,减少了井下复杂;KCl/硅酸盐钻井液体系、Drilling-in钻井液体系有效保证了各项工序的顺利实施,在抑制页岩坍塌、稳定井壁、减少托压方面效果明显;水力震荡器的使用,可以解决长半径水平井摩阻大、造斜慢、加压困难的难题.研究成果一年内共成功实施20口水平井,平均钻井周期从2010年前的44d缩短至23.67d,缩短46.2％;平均建井周期为36.42d,比设计周期提前5～14d;机械钻速从原来的平均10.81m/h提高到12.41m/h,提高14.8％;事故和复杂现象由原来的3.7％降至1.8％.     

柳杨堡气田水平井钻井液防漏堵漏技术

柳杨堡气田位于鄂尔多斯盆地中西部,为低孔、低渗、低压气田,储层埋深3800～4100m,井底温度130～140℃,2015年采用水平井开发以来,钻井过程中多次发生漏失情况,堵漏时间长、难度大,部分井出现反复漏失,平均单井处理时间19.47d,严重制约钻井施工进度。原因为造斜段上部刘家沟组、石盒子组地层泥岩发育,胶结差,且存在横向及纵向裂缝,易发生井漏,地层裂缝对压力敏感,压力激动及起下钻控制不当造成漏失及复漏。针对地层漏失制约钻井提速提效的问题,开展钻井液防漏堵漏技术研究,首先考虑漏失地层裂缝与压力特点,优选针对不同漏速和裂缝的防漏堵漏配方,同时考虑激动压力影响,优化施工步骤及起下钻速度。在现场试验2口井,结果表明,井壁稳定,有效降低漏失,井平均漏失量降低70.80%,平均钻井周期缩短17.37%,达到预期效果,实现该气田水平井安全快速钻进。     

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。     

国内泡沫钻井流体应用与研究进展

综述泡沫钻井流体在国内的现场应用及室内研究,总结泡沫钻井流体的优点和不足.泡沫钻井流体具有密度低、滤失量小、携岩能力强和机械钻速高等特点,对于衰竭、水敏性地层有着广泛的应用前景,已成为油气田开发过程中钻井流体的一个重要发展方向.指出泡沫钻井流体在井壁稳定方面具有独特优势,为稳定井壁提供了新的技术手段；同时,也存在泡沫体系稳定性差、现场消泡困难以及井壁稳定评价方法欠缺等问题.以工程应用和室内研究为两条主线,介绍泡沫钻井流体在我国的应用进程和研究进展.最后指出,加强对泡沫钻井流体的认知和研究,进一步开发和优选发泡剂、稳泡剂,提高体系稳定性；增加消泡技术研究,促进泡沫钻井流体的可循环利用；研究抑制剂、井壁稳定剂,建立专用的室内井壁稳定评价方法和统一的标准,促进泡沫钻井流体在国内的进一步推广应用.     

肯基亚克油田钻井施工措施及轨迹控制技术

哈萨克斯坦肯基亚克盐下油田油层埋藏深,地质条件复杂。以H8068井为例,肯基亚克盐下油藏复杂地质条件下的钻井施工措施包括：①钻遇敏感性弱胶结、易坍塌地层时,采用快速钻进的方案,以减少地层在钻井液中浸泡的时间;②钻遇易膨胀缩径和塑性流动的地层时,采取减少扶正器的使用量,小钻压、低钻速钻进,适当提高钻井液密度等措施,来减少缩径,平衡膏岩层的塑性流动;③钻遇高压层段时,起下钻及短起下作业控制起下速度,钻井液密度严格控制在1.97—1．98g／cm3;④钻遇下部井段泥板岩地层时,应对增斜钻具发生屈曲的临界钻压和疲劳破坏系数进行校核。该油田H8068井定向井段轨迹控制钻具组合及实钻轨迹控制过程表明,H8068井纯钻进时效高（占钻井时效的56．40％）的原因在于后期合理的钻头选型,减少了起下钻更换钻头所用的时间。     

2009～2010年国内钻井液处理剂研究与应用进展

随着石油勘探开发向深部和海上发展,深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多,特别是超高温、超高压地层的钻探,对钻井液提出了更高要求。针对钻井液技术发展的需要,促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。近两年,国内在钻井液处理剂方面开展了一系列卓有成效的研究工作,其中一些研究已在现场应用中见到效果,部分产品已达到或超过世界先进水平,从而为钻井液技术的进步奠定了基础。从天然材料改性、合成材料、工业废料或副产物利用,以及不同材料复合或反应产物等方面,就2009～2010年国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,并指出处理剂的发展方向。从近期的研究看,仍然以合成聚合物为主,多围绕提高产品的抗温抗盐这一方向,并逐步向超高温发展,且研究最多的是钻井液降滤失剂,其次是降黏剂、堵漏剂和润滑剂等。而在钻井液降滤失剂、降黏剂中,又以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体与其他单体的共聚物更受重视,而润滑剂、堵漏剂等则多以多种材料复配为主。今后,在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,发展低相对分子质量的聚合物处理剂,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料的深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂。     

关于规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识

自上世纪70年代以来,我国钻井液技术逐步趋于成熟,与国外的差距日渐缩小。特别是近年来,围绕高温、高压地层以及强水敏地层、页岩气水平井的需要,在超高温钻井液、超高密度钻井液、页岩气水平井钻井液、油基钻井液等方面又有了新进展。但在钻井液处理剂和钻井液体系规范方面还存在问题,如在命名方面,钻井液处理剂任意编代号,随便起名字,钻井液体系缺乏主题和依据,有时仅仅加入了很小量的某种处理剂,就称"某钻井液体系";标准方面,因制定中缺乏实验和应用依据,多数行业标准系由企业标准转化而来,标准中缺少表征产品本质特征的项目及指标,通用性不强;加之高纯度、高质量产品推广受到价格限制,不同程度上制约了钻井液技术的发展。从钻井液处理剂和钻井液两方面提出规范思路。基于实验和分析认为,处理剂规范应从分类、命名、指标设置和实验方法等方面出发,以保证命名的科学性和标准的准确性与适用性。在钻井液体系方面,基于处理剂、标准、质量控制和钻井液性能间的关系,提出钻井液体系的命名原则,明确了钻井液技术规范、钻井液体系或工艺规范应包括的内容。