防斜打快技术研究现状分析

垂直井眼的防斜打快是钻井过程中的工程技术难题之一,其本质一是通过工程技术手段使井眼垂直不偏斜,二是在保证井斜不超标的情况下尽量提高机械钻速。当前防斜理论与工具可以分为常规防斜钻具组合、高效防斜钻具组合和自动垂钻系统三大类。常规防斜钻具组合包括钟摆钻具组合、满眼钻具组合等传统防斜技术,这些技术在大量使用过程中取得了不错的效果,但在钻遇高陡构造等造斜能力强的地层时无法实现防斜与打快的统一。防斜技术的思路由静力学防斜向动力学防斜的转变,是典型的技术创新,如光钻铤防斜、偏心偏轴防斜钻具、反钟摆钻具组合等。自动垂钻系统可以在快速钻进的同时,将井斜控制在1°以内,完全实现了防斜打快的目标,但价格昂贵。     

钻头-钻柱系统振动特性分析

针对钻柱振动引起的钻具失效问题,综合考虑钻柱弹性变形及钻柱与井筒的碰撞摩擦相互作用,研究了钻头与下部钻柱的振动特性。根据哈密顿原理和有限单元法,建立了全井钻柱纵、横、扭耦合振动动力学模型;将钻头、钻柱、井筒视为一个完整的系统,以川渝地区某中深井实钻操作参数、下部钻具组合(BHA)和井筒参数作为基本输入数据,采用非线性仿真技术,研究了不同井段钻柱以及钻头的振动规律,分析了钻头处的动态钻压、扭矩及转速波动情况。结果表明,钻头处振动剧烈,跳动幅度较大,因此有必要研究振动控制工具和方法,以减少振动对钻头的伤害,改善钻头的工作环境并提高钻进效率。形成的钻头-钻柱-井筒系统非线性仿真技术,为下部钻具组合优化、钻井操作参数优选、钻具失效预防乃至钻头优化设计,提供了可行的分析手段,为研究振动控制策略提供了基础技术支持。     

我国深井钻井技术发展的难点及对策

分析了目前我国深井钻井技术面临的主要难点:井段内存在多套压力体系,喷漏共存;钻遇地层复杂,井壁稳定性差,井漏、井涌、井塌、缩径、卡钻等井下复杂情况频发;机械钻速低,钻井周期长,钻具易损坏;在地层倾角大的地区直井防斜难度大;深井井下温度高、压力大,钻井液、井下工具和测量仪器性能要求高;固井施工难度大。展望了深井钻井技术的发展趋势,并结合国内外钻井技术发展的最新进展,提出了加快我国深井钻井技术发展的对策:应用套管钻井技术、膨胀管技术,改善井身结构提高整体钻井速度;提高钻压、转数,增加钻头的切削能力和寿命,提高深部井段机械钻速;最大限度地扩大气体钻井的使用范围;增强地层承压能力,实现井壁稳定;降低固井施工难度,提高封固质量;提高工程事故的预防与快速处理能力。     

塔深1井超深井井斜控制技术应用分析

塔深1井设计井深8000m,完钻井深8408m．首次在塔河油田钻探寒武系地层,没有可供借鉴的经验。在钻井过程中．借鉴以往的防斜打直技术,不断探索和完善,解决了钻具组合和钻井参数配合、超深井段动力、液力有效传递等问题．特别是在五开井段6800-8408m超深井段钻探中取得了宝贵经验,对以后再进行超深井钻井以及井斜控制技术具有一定的借鉴意义。     

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。     

川西新场须二段新10-1H水平井安全快速钻井技术

川西新场构造须二段气藏储层埋深较大,范围一般为4600～5200m,孔隙度和渗透率较低,孔隙度范围在1%～4%之间,渗透率普遍低于0.06×10-3μm2。由于须二段气藏获得高产、稳产的储层类型主要为致密的裂缝-孔隙型,因此水平井是开发此类气藏的有效技术。以川西新场构造第一口水平井——新10-1H水平井为例,分析了该构造须二段水平井安全快速钻井的难点,并提出相应技术对策:直井段一开井段采用塔式钻具组合,二开井段采用钻头和直螺杆配合塔式钻具,并根据实时测量数据,采取小钻压吊打等措施,确保井眼的防斜打直;通过动力钻具与MWD配合控制井眼轨迹,并根据MWD实时测量数据分析井下情况,合理调整井眼轨迹,确保井眼轨迹的精确控制;根据地层岩性特点,优选牙轮钻头和PDC钻头,是提高钻速的关键;水平段钻进施工时,采用复合金属离子聚磺防漏水包油钻井液体系,能够有效润滑、防卡,降低摩阻至250kN以下,保障钻进的顺利进行。     

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。     

YH23-2-4侧钻水平井钻井实践

位于新疆牙哈地区的YH23-2-4井是在某直井基础上填井侧钻而成的凝析气田水平井。实钻中,克服了斜井段长、水平位移大、井眼轨迹控制难度大,以及摩阻扭矩大、大斜度井段钻井液携岩困难、钻具疲劳破坏等诸多技术难点,井眼轨道设计采用直—增—增—增—平五段制剖面类型;深井侧钻坚持小钻压、小排量和稳定的工具面的原则,优选适宜的钻具组合;斜井段为满足轨迹对造斜率的需要,选用高速牙轮钻头配合1.75°螺杆钻具及MWD施工;水平段钻进中,合理确定滑动钻进和复合钻进的比例,根据LWD实时测井曲线与邻井测井曲线对比结果,及时调整靶点垂深,控制井眼轨迹在储层中有效穿行,降低钻井风险;采用聚磺类钻井液体系,在膏泥岩地层井底温度升高、井壁缩径、黏切升高、失水量大的情况下,适当提高钻井液密度,并加入一定量的原油和抗高温高压、降低失水量的钻井液材料,以增加钻井液的润滑性和流变性,保证井眼稳定和井下安全。     

伊朗雅达油田S4井水平井钻井液技术

伊朗Y油田水平井水平段长在900～1000m,平均钻井周期为69d.该工区水平井施工存在二开井段盐膏层污染严重,潜在异常高压盐水层;Ph、Iam和Lf地层泥灰岩、页岩易水敏剥落,造成井壁失稳;斜井段漏失,滑动钻进“托压”严重,斜井段井眼清洁困难等技术问题.为此,对水平井钻井液体系配方和工程技术措施进行优化,改善钻井液抗污染、封堵防塌及润滑防卡性能,加强井眼净化及摩阻控制.“多元协同”防塌技术解决了井壁失稳问题;随钻防漏与细颗粒堵漏技术解决了定向段渗漏地层措施受限问题;液体润滑剂、固体润滑剂、乳化石蜡和聚合醇复配使用润滑效果显著,该井滑动钻进摩阻小于10kN,未出现明显的“托压”现象,并从现场验证了液体润滑剂最佳加量应小于3％.S4井现场试验表明,优化后钻井液技术措施效果显著,钻井过程无复杂事故发生,钻井周期缩短至57d.     

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。     

Prediction of downhole circulating and shut-in temperatures

An accurate prediction of downhole circulating temperatures during geothermal well drilling is needed for cement slurry and mud design. At present, API correlations are used to predict bottom-hole circulating temperatures for geothermal wells. Presented in this paper are field data which show that the API predictions overestimate the bottom-hole circulating temperatures for wells with high geothermal gradients. New empirical relationships are suggested to predict downhole circulating temperatures for deep, high temperature wells. Also, an analytical formula for predicting downhole shut-in temperature is presented.     

Evaluation of geotemperatures from oil wells in Italy

Using Bullard's theory on the representation of drilling operations by a line source of heat, a method is proposed, based on the knowledge of other parameters as well, for an approximate correction of bottom-hole temperatures (BHT).The accuracy of the proposed correction is discussed and tested.     

水平井实钻井眼偏差图的新绘制方法

水平井的钻井设计方案规定了井眼轨道在水平井靶体内的允许横向偏差和纵向偏差,在实钻工程中,需要以比较直观的形式来描述实钻井眼轨迹与靶体之间的偏差情况。在钻井质量评价工作中,实钻井眼轨迹与靶体之间的偏差也是评价钻井质量的一个重要指标。讨论并推导了靶体轴线上任一点的允许横向偏差和允许纵向偏差的规定方法和计算公式。在计算出实钻井眼的实际横向偏差和实际纵向偏差的数据之后,以井深为横坐标、以横(纵)向偏差为纵坐标,将横(纵)向偏差描绘在平面直角坐标系中,并以线段依次连接,形成横(纵)向偏差图。与以前使用的偏差率圆图相比较,横(纵)向偏差图展现出更为丰富的信息,更能反映出横(纵)向偏差随井深的变化情况,在实际钻井过程中以及钻井质量评价工作中有比较重要的指导意义和应用价值。     

中原油田小井眼钻井技术实践

在中原油田应用开窗侧钻技术，达到了遏制井况恶化、挖掘剩余资源、节约投资、提高原油产量的目的。在小井眼开窗侧钻工艺中成功应用复合钻井技术，钻井速度提高了66％，选择合理的钻具组合可对井眼轨迹进行有效的控制。介绍了小井眼完井技术的技术要点，该技术的应用解决了固井质量低的难题，对小井眼微间隙钻井和完井具有一定的借鉴作用。     

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.     

普光气田大斜度井井身结构设计

川东北地区尚未形成成熟的钻井工程设计及应用技术,尤其是在井身结构设计方面影响因素较多,难度较大。结合川东北普光气田的地质特点和钻井难点,从工程实际和采气安全出发,通过井下摩阻分析、地质导向技术、井下测量环境、套管磨损预测方法、井眼轨迹控制技术、完井作业能力等方面的研讨、分析,得出了以下结论：三开井身结构的井眼轨迹控制遇到井下磨阻过大、难以实施滑动钻进等问题,可通过使用不同底部钻具组合、钻井参数和复合钻进方式来解决;对于三开井身结构裸眼井段较长,井下情况复杂,存在安全隐患的问题,则需做好各种技术保障措施;三开井身结构设计需根据川东北地区特有的地质特点进行具体分析,有针对性地进行井身结构设计,应特别注意长裸眼井段的选择;考虑到双防合金套管的四开结构存在无法规避的技术风险,建议最好不予采用。