气体钻井研究进展

气体钻井是欠平衡钻井的一种特殊形式,具有机械钻速快、保护储层、克服井漏和钻井效率高等常规钻井液钻井不可比拟的优势,促进了气体钻井在国内外的推广应用。但作为一项新技术,基础理论研究和现场实践过程还不成熟。综述了国内外气体钻井研究的几个热点问题,主要包括以下几个方面:研究了气体钻井理论模型,为钻井工艺参数奠定理论依据;探讨了气体钻井井斜机理,类比了气体钻井控制井斜新技术;分析了气体钻井井壁稳定性理论,总结了应对气体钻井井壁稳定性的技术思路。     

井壁失稳的原因及预防措施探讨

钻井施工中,井壁失稳会造成较大的影响和经济损失。主要是从井壁失稳的研究情况出发,从地质、物理化学和工艺3个方面分析,探讨井壁失稳的预防和处理措施。     

气体钻井出现的问题分析及对策研究

气体欠平衡钻井技术主要包括空气钻井、天然气钻井和惰性气体钻井。实践证明气体钻井能够大幅度提高钻井速度,增加钻头单进尺,对于提高深层钻井速度具有重大的意义。但是目前存在一些问题,如井壁稳定、井斜控制、摩阻大、转换过程中井壁剥落、出水以及钻具断裂和硫化氢问题。针对以上问题,做出了分析,并提出了相应的解决方案;针对井下复杂情况在地面上的反映进行了分析,提出了一套处理井下复杂情况的方案。     

川西中江区块中浅层快速钻进井壁稳定关键技术

自川西区块提速提效以来,在中江区块上部地层钻进过程中均出现了不同程度的井壁失稳现象,对比分析了中江区块钻井提速前后上部地层的井壁失稳情况和井壁失稳机理,针对中江区块中浅层易于井壁失稳的地质特点,在优化原有钾石灰体系基础上提出了在快速钻井情况下中江区块钾石灰钻井液体系关键控制指标。该技术成功应用在JS206-1HF井的上部地层钻进,成功保证了中浅层的井壁稳定,并将该体系成功推广应用于该区块,减少了井下复杂处理时间,缩短了钻井周期,为川西中江区块的提速提效提供了技术支撑。     

火成岩地层气体钻井井壁稳定性实验研究

准噶尔盆地深部石炭系地层具有较大的勘探潜力。前期钻探实践表明,石炭系火成岩地层厚度大、岩石坚硬、可钻性极差,导致了该层段钻进过程中机械钻速低、钻井周期较长。利用乌参1井的火成岩地层取芯岩样,开展了岩芯室内准三轴围压力学实验,表明40MPa围压下火成岩岩石失效表现为脆性断裂;根据摩尔—库伦强度理论,通过对气体钻井发生井壁失稳时的最大正应力进行计算,并与上覆地层压力比较,提出了准噶尔盆地火成岩地层气体钻井的井壁稳定性实验分析方法,并据此得到了准噶尔盆地埋深小于6110m的石炭系火成岩地层均可以尝试气体钻井技术应用的结论。研究成果为实施气体钻井解决石炭系深探井火成岩井段的钻井提速瓶颈问题提供了理论依据。     

煤层气多分支水平井钻井关键技术探究

多分支水平井钻井技术是目前开发煤层气最有效的技术之一,多分支水平井钻井是一项技术要求高、施工难度大的系统工程。本文结合目前国内煤层气多分支水平井的发展情况,分析了钻井时井壁失稳的因素,提出了井壁稳定控制的技术,总结了其现有成果,可为同类多分支水平井钻井井壁的控制提供借鉴。     

流固耦合作用下气体钻井井壁稳定性分析

以经典流固耦合基础理论为根据,推导出一个井壁岩石流固耦合模型,利用ANSYS有限元分析软件对比分析了流固耦合和非流固耦合两种情况下的井壁稳定性。通过分析得出:气体欠平衡钻井时形成负压差,在负压差的作用下流体拖拽力引起的流固耦合作用对井壁岩石产生了拉应力作用,破坏了井壁岩石的抗拉性导致井壁失稳,所以流固耦合作用在气体欠平衡钻井过程中不容忽视;通过ANSYS有限元分析可知,由欠平衡钻井逐渐向过平衡过度时,井壁岩石所受的拉应力慢慢地过渡为压应力,流固耦合作用在这个过程中的影响也随之逐渐变弱,井壁的稳定性也逐渐变强。     

深厚表土层变断面钻井井壁竖向稳定临界深度的有限元计算

在给出了深厚表土层钻井井壁竖向稳定性有限元基本理论的基础上,结合工程实例,计算出该钻井井壁的竖向稳定临界深度为635 m（其钻井井壁全深为645.3 m）,表明该钻井井壁在下沉到底时存在竖向失稳的可能性.通过增加横向约束的方法,井壁的竖向稳定性可得到有效地改善.同时研究了井壁的质量、井壁上下端的约束条件和井壁底接触面积等因素对钻井井壁竖向稳定临界深度的影响.结果表明：井壁的质量与钻井井壁竖向稳定临界深度成反比;井壁上下端的约束条件对井壁的竖向稳定性影响较大;井壁底与岩面的接触面积越大,井壁的竖向稳定性越强.     

大型钻井井壁大流动高强泵送混凝土研制

淮南板集煤矿主井与风井采用钻井法凿井,钻井井壁在地面预制施工.我们在国内首次将混凝土泵送工艺成功应用于钻井井壁混凝土预制,取得了巨大的经济与社会效益,简要介绍了钻井井壁的大流动高强泵送混凝土的研制过程与技术要点.     

基于流固耦合理论的充气欠平衡钻井井壁稳定性分析

充气欠平衡钻井钻井过程中常出现井壁失稳、钻井失败情况。基于流固耦合理论,应用ANSYS软件平台模拟充气欠平衡钻井钻进中的井壁应力,在考虑流固耦合数学模型和应力破坏准则基础上,对井壁应力情况分析,得出以下结论:(1)确定了井壁失稳的破坏准则及破坏方向;(2)计算分析了井壁的3种应力随距井眼轴心距离变化规律,得出欠平衡钻井和过平衡钻井中井壁应力区别;(3)考虑不同渗透率条件下,欠平衡钻井井壁稳定随时间变化情况,以及孔隙压力变化情况。确定了不同地层条件下欠平衡钻井需要注意的问题。分析准确地指出了欠平衡钻井过程中井壁应力变化规律,保证了现场施工的顺利进行。     

大庆油田古龙1井气体钻井应用实践

古龙1井是大庆油田2008年完钻最深的一口天然气探井,在三开311.2 mm井眼进行了空气/雾化钻井实践.针对实际钻进中存在的问题,对比分析了几种不同介质气体钻井方式在松辽盆地泉二段以下的应用情况,并优选了合适的钻进方式.实钻结果表明,该井创造了大庆油田松辽盆地有史以来311.2 mm井段空气钻进至井深4301.05 m,井段最深、温度最高的记录,在井壁失稳、持续出水的情况下,克服重重困难,空气、雾化钻进了1196.05 m,平均机械钻速7.9 m/h,单只钻头最高进尺达到了552.86 m.     

气体循环钻井气量补充研究

气体循环钻井是一项新的钻井工艺,该项技术能重复循环利用携岩介质气体,从而大大降低了钻井成本;由于气体循环钻井与常规气体钻井在工艺上有较大的差异,因此需要对循环钻井压力分布、井筒气量及补充气量等因素进行研究,并且根据理论分析和现场实践对气量进行控制,以满足正常钻井的需求。通过井深、回压等因素分析了循环钻井注气量的变化规律,并为气体循环钻井气量补充给出了工艺设计方案。     

中原老区井壁稳定技术应用

造成井壁失稳的原因是多方面的,主要影响可归结为力学因素、化学因素和工程技术因素。通过对2010年施工的钻井数据进行分析,对中原油田老区井壁稳定技术进行了研究。根据施工中遇到的问题,采取的措施,提出了对油田老区井壁稳定技术的一些想法,利于提高油田老区钻井的速度和质量。     

气体钻井技术在九龙山地区的应用

四川盆地九龙山地区钻进时机械钻速低,部分深井平均机械钻速仅1.53m/h,严重影响了勘探开发效益。气体钻井技术是当前提高机械钻速的最为有效的方法之一,曾在川渝地区其他构造上取得较好的提速效果,但它的应用要受到地质条件约束。利用测井资料对井壁稳定性、地层流体侵入等问题分析,评价九龙山气体钻井的可行性,结合气体钻井先导试验,确定了适合气体钻进的井段。在后续的实践过程中形成了气体钻井提速配套技术方案,广泛地应用于九龙山地区。目前,在该地区利用气体钻井技术以6.6%的时间就可完成48.28%的进尺,并在提高单只钻头进尺、节省钻头用量方面起到了显著的效果。     

长江下游(安徽)地区页岩气钻井工程难点及对策分析

为推进长江下游地区页岩油气等清洁能源调查工作,2015-2021年中国地质调查局在安徽地区部署了25口页岩气井。针对勘探区域地质构造复杂、软硬互层、断层裂隙发育以及地层破碎等地质条件引起的恶性漏失、难钻进、难取心、井壁失稳等钻井复杂情况,通过制定针对性堵漏方案,优选多种类钻头,优化钻具组合、钻井液配置和钻井工艺,初步形成了长江下游(安徽)地区页岩气钻井技术体系,包括:破碎带高效高质取心工艺、软硬互层纠斜控斜钻具组合研究、强研磨性硬地层钻头优选、恶性漏失卡钻处理方法、水平井段钻井液堵漏技术以及水敏地层井壁稳定处理等。为该区后续钻井工程设计和施工作业提供有益借鉴。     

黔西南地区煤系地层井壁稳定技术探讨

井壁稳定性问题对黔西南地区煤系气的勘探开发效果至关重要。对泥页岩和煤岩井壁失稳的机理进行了分析,从化学、力学和化学与力学耦合等方面,探讨了煤泥互层段井壁失稳的对策。结合黔西南地区煤系地层煤层气井的实例,分析了井壁失稳对井径大小及岩心采取率的影响,发现煤泥互层段的井径扩大率较大而相应的岩心采取率较小。尽可能准确地预测探井的地层压力、选用合理的钻井液体系和密度、采用合理的钻井工艺有助于维持黔西南地区煤系地层井壁稳定。     

Y151区块水平井地层坍塌钻井技术分析

Y151区块两口采油水平井在青山口组井段都发生井壁剥落和坍塌,为此对钻井技术进行了分析与改进。由于两口井发生坍塌井段都在造斜段,该井段轨迹复杂,发生井壁剥落后常有卡钻发生,解卡进一步加大了坍塌严重程度,最终造成两口井提前完钻成弃井,造成很大经济损失。后续采油水平井在吸取前两口井失败经验基础上,探索出适用于该区块的钻井工艺及钻井液处理方法。后续Y151区块一系列水平井利用探索出的工艺及方法达到了全部按照设计要求成功完井目的。     

中牟页岩气区块泥页岩井壁稳定影响因素分析及技术对策

井壁失稳是钻井过程中常常遇见的难题之一,尤其在钻遇泥页岩井段。针对河南中牟页岩气区块在山西组-太原组泥页岩钻进过程中发生井壁坍塌掉块、卡钻、井径扩大率大等复杂情况,利用MY1井钻井岩心从泥页岩类型划分、孔渗特征、微观结构、岩石力学以及地应力等方面开展井壁稳定性影响因素实验分析。通过分析可知,中牟区块泥页岩属硬脆性泥页岩,造成井壁失稳的主要因素为地层非均质性强,岩石脆性程度较高,微裂缝发育,易导致井壁机械剥落、坍塌掉块。通过合理控制钻井液密度、优化井身结构及钻井参数、研发低自由水强封堵钻井液提高井壁稳定性,在区块钻井实践中取得了较好的应用效果,基本解决了井壁失稳难题。     

也门1区块恶性漏失地层气体钻井实践

也门1区块地表覆盖着约300 m厚坚硬灰岩,区块内断层多,广泛存在着漏失层,采用常规钻井技术,机械钻速慢,井漏频繁,钻井难度很大。从地质条件、循环介质以及经济性等方面评价了气体钻井在1区块的适应性。现场应用初期,砂岩地层井漏、下套管遇阻问题非常突出,气体钻井发挥的作用有限。针对这些问题,通过优化井身结构和注气注液参数,优选泡沫、充气钻井基液配方、首选充气盲钻作为快速钻穿恶性漏失层的主要技术等,并制订完善的技术措施。现场3口井的应用表明,1区块地层复杂,单一的空气、泡沫或气体钻井技术只能解决部分钻井问题,综合运用气体钻井技术,才能满足提高钻速、稳定井壁和预防井漏等多方面的要求,从整体上提高钻井时效。     

塔河油田托甫台区块井壁稳定分析与探讨

塔河油田托甫台A小区二叠系发育大段玄武岩,易垮易漏;深部志留系硬脆性泥岩裂缝发育,安全密度窗口窄,井塌井漏问题突出,井下复杂频发,井壁失稳问题一直制约着该区块钻井技术的发展。通过对已完钻井过程的分析,探讨了该区块井壁失稳机理,同时在室内进行了钻井液体系评价与优选,提出相对应的钻井液抑制、封堵措施及工程施工措施,通过在G井的实际应用,钻进过程中未发生井下复杂,易失稳井段井径扩大率较小,钻井周期节约20%以上,取得了较好的效果。