空气钻井技术“亮剑”大气田

正近日,中国石油塔里木油田公司(以下简称塔里木油田)在博孜701井推广空气钻井技术,平均钻井日进尺达117 m,是使用该技术前平均日进尺40 m的3倍,钻井提速效果显著。塔里木油田勘探事业部地质工程人员形象地说:"博孜701井成‘明星井’了,机械钻速提高2.9倍,成为博孜巨厚砾石层钻井提速、提效的‘领头羊’"。博孜701井之所以能够成为"明星井"得益于空气钻井技术。空气钻井技术的推广应用,为塔里木油田博孜—大北区块巨厚砾石层钻井提速工作提供了新的途径。空气钻井技术主要利用空气作为钻井液介质实施钻井,具有提高机械钻速、节约钻井成本、保护油气层等诸多优点。     

牛庄洼陷页岩油大尺寸井眼优快钻井技术

牛庄洼陷是胜利页岩油国家级示范区重点开发区域,该区块地质条件复杂,二开?311.1 mm井眼钻进效率低的问题十分突出。为实现页岩油井大尺寸井眼的高效钻进,针对上部砾石层钻头寿命短、行程进尺少,斜井段滑动钻进“托压”严重、钻头攻击性与工具面稳定性矛盾突出等问题,通过对提速工艺的分段优化、井眼轨迹优化、高效钻头及提速工具研制配套、钻井液性能分析及工艺优化等技术措施,提出了优快钻井技术。该技术在牛庄洼陷页岩油国家级示范区应用20口井,取得了显著的提速提效成果,表现在：机械钻速较同区块前期提高40.8%,平均行程进尺较同区块前期提升46.35%,二开平均钻井周期较同区块前期缩短55.55%,有效解决了牛庄洼陷页岩油上部大尺寸井眼钻进效率低、行程进尺少的问题。研究结果可为胜利油田页岩油钻井提速提效提供借鉴。     

气体钻井技术提高普光气田钻井速度研究

普光气田前期钻井实践表明,常规钻井液钻井技术不能满足普光气田快速开发的需要。引进空气钻井、氮气钻井、空气锤冲击钻井在普光气田上部陆相地层试验和应用,并成功拓展到须家河组地层。对气体钻井提速效果进行了对比分析,较之常规钻井液钻井机械钻速提高3-8倍,单井钻井周期缩短60-90d以上,严重漏失、井斜等复杂问题得到了较好控制,提速效果十分显著。文章分析了气体钻井在应用中存在的问题。目前气体钻井技术已经成为提速普光气田开发的核心技术,值得在普光气田及周边区块推广应用。     

凸脊型非平面齿PDC钻头的研制与现场试验

常规PDC钻头在钻进塔里木油田库车山前巨厚砾石层时存在破岩效率低、机械钻速慢和钻井周期长等问题,分析认为,砾石对常规PDC钻头的平面齿产生较大冲击力导致切削齿崩齿或严重磨损是钻速低的主要原因。为此,设计了一种凸脊型非平面齿,并研制了配套PDC钻头,将钻头破岩方式由常规PDC钻头的面切削转变为线压裂和面挤压,大大提高了钻头破岩效率。室内试验表明,凸脊型非平面齿具有良好的抗冲击性能与抗研磨性能,抗冲击性能是平面齿的10倍以上。2只凸脊型非平面齿PDC钻头在库车山前地区博孜区块某井砾石层井段进行了现场试验,创造了机械钻速最高、单只钻头进尺最长的区块纪录,与邻井常规PDC钻头相比,进尺提高1.5倍以上,平均机械钻速提高64%以上,提速效果明显。研究与试验表明,凸脊型非平面齿PDC钻头能够较好地满足库车山前巨厚砾石层高效钻进的要求,可为库车山前深层天然气的高效勘探开发提供了技术支持。      

塔里木盆地山前巨厚砾石层快速钻井技术

塔里木盆地山前某构造沉积巨厚砾石层,钻井液钻井存在着钻速低、钻头消耗多等问题,而采用空气钻井来提速又面临井斜控制和井眼失稳两大技术难题。为此,在大量试验研究基础上提出了空气钻井的实施技术方案。根据最小动能法判断准则,落实不同条件下的合理注气量;应用连续循环空气钻井技术避免沉砂卡钻,延长钻井进尺,提高钻井时效;基于钻具动力学特性分析,提出空气钻井动力学防斜技术,优选出"弯短节+双扶正器"防斜钻具组合;优配"二强二高一低"(强抑制、强封堵、高防塌性、高润滑性、低滤失)的聚磺-KCl转换用钻井液体系,给出钻井液转换工艺措施。通过在A井现场试验,空气钻井井段最大井斜角仅2.19°,仅用2d时间就顺利完成钻井液转换作业,同比钻井液钻井机械钻速提高3~5倍,节省钻井时间119d,取得良好应用效果,该配套技术的形成可对该区深部天然气勘探钻井提速发挥积极的推动作用。     

亚肯北区砾石层优快钻井技术

亚肯北区第四系及库车组上部地层发育巨厚砾石层,导致钻井过程中蹩跳和钻井效率低下,在研究分析该区砾石层特征及钻井难点的基础上,从钻头结构参数和钻具结构及钻进参数等方面优化设计了大尺寸镶齿牙轮钻头及配套钻井工艺。钻井实践表明,亚肯北地区砾石层钻井过程顺利,砾石层段大尺寸牙轮钻头寿命长达404 h,机械钻速提高了84.62%,同时大幅度地减少了钻头使用个数,减少了起下钻时间,提高了钻井作业效率。对亚肯北区钻井提速方案的制定提供了技术指导和借鉴。     

气体钻井技术在新疆火北区块的应用

新疆准噶尔盆地火北区块地表为厚度1000m～2500m的巨厚推覆体,在前期探井钻井过程中钻速低,钻井周期长。为加速该区块的评价进程,通过对石炭系及下部二叠系地层应用气体钻井的可行性分析,并制定气体钻井参数、钻具组合、钻井工艺转换等各项技术措施,气体钻井技术在区块两口评价井火北021和火北022井得到了试验应用,其钻井提速3～6倍以上,为火北区块提速、降低钻井成本提供了新的技术思路,并在区块运用气体钻井技术提速方面积累了一定的经验。     

砾石层气体钻井气液转换工艺技术与应用

基于砾石层地质特征,开展了砾石层气体钻井后转换过程中钻井液对井壁伤害机理分析,得出砾石层钻井液转换时易发生井塌、井漏及携砂困难等问题。文章通过室内实验,优配出"二强二高一低"聚磺-KCl混油钻井液及配套的特殊前置液、特殊堵漏浆及高黏切高密度钻井液,提出不同工况条件下的气液转换工艺措施,形成了适合砾石层地质特点的钻井液转换工艺技术,通过在A井现场应用,气液转换期间未发生井塌、井漏等复杂,用时仅0.4 d,取得良好应用效果。     

川渝X区块珍珠冲段钻头优选与应用

川渝X区块地层可钻性变化较大,钻头选型困难,尤其是在珍珠冲段,该段岩性以砾砂岩、砾页岩和纯砾岩为主,砾石硬度大。在珍珠冲段钻进过程中,钻头外径磨损严重,使用寿命短,划眼时间长,起下钻频繁,机械钻速大大降低,钻井周期延长,钻井成本上升。为了保证该区块的安全钻进及钻井提速,针对砾石层的特点,尝试多种钻头选型。应用表明,M钻头具有超硬材料强化外排、背锥设计、防钻头缩径的特点,是川渝X区块钻井提速的重要选择。     

东海L区块螺杆马达搭配复合冲击器提速技术研究与应用

中海油东海海域L区块地层可钻性较差，瓯江组存在大段含砾中砂岩和砂砾岩，单只钻头进尺短，灵峰组以泥岩、粉砂质泥岩为主，钻头吃入困难，机械钻速（ROP）低、井眼浸泡时间长，易发生钻具遇阻和卡钻等复杂情况。为提高该区块钻井效率、缩短钻井周期，加快L区块油气田勘探开发进程，开展了钻井提速实践探究。该文总结分析L区块已钻井提速现状，综合考虑螺杆马达和复合冲击器两种不同类型的提速工具工作原理，将螺杆马达与复合冲击器配套使用，强化钻头攻击性和布齿技术，应用于L区块直探井瓯江组砾石层和灵峰组泥岩段，提速效果显著，很好地解决了该区块单只钻头进尺短、磨损严重、机械钻速低和井斜不易控制等难题，创该区块单只钻头最长进尺记录，实现了12-1/4″井眼一趟钻工程。该技术可在类似区域直探井推广应用。     

大庆油田方正区块钻井提速技术

大庆油田外围方正区块地质构造复杂,含砾石夹层、不均质、软硬交错、具有可钻性差,地层倾角大,易漏、易塌等特点,导致钻井速度慢、周期长。结合本地区现场钻探实际情况,通过优选个性化PDC钻头和牙轮钻头、首次集成应用液动旋冲钻井、垂直钻井、复合钻井和安全钻井技术等配套技术措施,现场应用4口井,平均机械钻速同比同区块提高15.61%;钻进周期同比同区块缩短30.47%;井身质量合格率达到100%;复杂事故时率为零,钻井提速收到明显效果,解决了钻速慢、周期长的问题。     

气体钻井后气液转换新工艺

为了解决气体钻井后气液转换过程中容易出现的地层水化剥蚀、井壁坍塌、钻井液漏失等问题,对气体钻井后的气液转换工艺进行了研究。分析了3种常规气液转换工艺存在的风险,根据井壁润湿反转理论,在井壁上喷淋润湿反转剂使其形成亲油状态,保护井壁不坍塌;在注入钻井液前先将钻头提至上一层套管内,然后旋转钻头喷淋润湿反转剂,对井壁进行润湿反转处理;最后将钻头下到井底,边慢速起钻边小排量注入钻井液。在元坝区块元页 HF-1 井的应用表明,转换时间仅为常规气液转换工艺的47%,润湿反转剂消耗量仅为常规气液转换工艺的13%,整个过程无井下故障发生。这说明该气液转换新工艺是一种安全、简易、经济有效的气液转换工艺,可为气体钻井后气液转换提供新的技术支持。      

连续循环空气钻井技术在BZ18井的应用

塔里木油田BZ构造巨厚砾石层发育,常规钻井机械钻速低、钻头消耗严重、提速工具优势无法发挥等难题一直困扰该构造的高效勘探与开发,而空气钻井面临沉砂量大及井壁失稳和井斜的难题;为此,在大量试验和探索基础上,利用专业软件对BHA进行模拟,提出了预弯+双摆最佳钻具组合,依据最小携岩动能原理,优化注气量,充分发挥连续循环优势,采用控时钻进技术,避免了大量沉砂和井斜超标等难题,最大限度提高了空气钻井的机械钻速。通过在该构造某井现场试验,平均机械钻速6.40 m/h,最大井斜3.94°,15.5 d完成进尺1 275 m,同比邻井钻井液钻井,钻速提高4～6倍,节约钻井周期33.5 d,总体应用效果较好,这为该构造巨厚砾石层提供了一种提速手段,也为该构造高效勘探开发提供重要技术支撑。     

准噶尔盆地火成岩钻井提速难点与技术对策

针对准噶尔盆地火成岩地层钻井现状、地层特点以及钻井技术难点,开展了气体钻井、欠平衡/控压钻井、复合钻井、自动垂直钻井、井下减振增压破岩工具以及随钻封堵钻井液等多项提速技术适应性分析。分析结果表明,欠平衡/控压钻井技术通过精确控制井眼环空的钻井液柱压力剖面,能减少钻进过程中的岩屑压持效应以及起下钻期间环空循环压耗消失的影响,有利于火成岩地层的井壁稳定并提高机械钻速;气体钻井是解决火成岩地层机械钻速慢、井漏情况复杂的首选技术。建议针对不同火成岩区块开展井壁失稳机理研究,并尝试高效钻头配合井下减振增压破岩工具以提高火成岩地层机械钻速,进一步探索有效解决火成岩地层钻井提速难点的技术手段。     

元坝地区陆相地层钻井提速配套技术

四川盆地元坝气田天然气资源丰富,是中国石化的重点勘探开发区块,但钻速慢、钻井周期长是该区深井-超深井所面临的共同难题,该区域陆相侏罗系沙溪庙组-三叠系须家河组地层岩石致密、硬度高、可钻性差,此井段钻井周期约200 d,占全井钻井周期的45%,严重制约了钻井提速提效。为此,开展了扭力冲击器配合PDC钻头、涡轮配合孕镶金刚石钻头、气体钻井等新技术应用试验,在试验效果的技术经济分析基础上,提出了延长气体钻井应用井段和深度的方案;对于不宜开展气体钻井的钻井液井段,如侏罗系自流井组中上部以浅地层或钻井液密度较低的地层推荐采用扭力冲击器提速,自流井组中下部-须家河组地层推荐应用涡轮钻具提速的方案。YB27-1H等11口井第三次开钻的Φ314.1 mm井段平均进尺1 885.29 m,钻井周期缩短到166.18 d,较前期平均值缩短34 d。采用上述配套技术后,无论是钻井周期、日进尺均优于前期施工井,陆相地层提速提效取得了显著效果。     

玉门油田鸭西区块钻井提速关键技术

为提高玉门油田鸭西区块钻井速度,降低事故复杂,结合地层特点和钻井过程中面临的地层倾角大、井眼轨迹控制困难、PDC选型难效果差、长裸眼段摩阻扭矩大、易卡钻、易井漏等技术难题,开展了钻头改型、井眼轨迹控制、减摩扭、钻井液体系优选、事故复杂防控等关键技术研究并进行现场试验。现场试验表明:改进后的PDC钻头性能稳定,机速高;优选的钻具组合和高效能螺杆能实现优快钻井达到提速目的;优化阳离子钻井液体系能有效预防事故复杂,保证有效携岩、井壁稳定和井眼润滑,助力钻井提速;优化井眼轨迹控制减摩减扭,降低摩阻扭矩,提高钻井速度。经研究形成的鸭西区块钻井关键技术为该区块的安全高效钻井提供了技术支撑。     

巴楚隆起夏河区块风险探井钻井优化设计

夏河区块位于新疆塔里木盆地巴楚隆起,夏河1井是中国石化部署在该区块的第1口风险探井,目的层为寒武系盐间灰岩和盐下白云岩。该区块地层岩石可钻性差,易蹩跳钻、断钻具,机械钻速低,深部地层易井斜,裂缝性地层易井漏,盐膏层存在钻井液钙侵污染等。邻近地区钻井周期长,钻井复杂情况及故障多发,安全钻井技术难点多。为实现安全高效钻井,基于工程地质特性和邻区完钻井技术分析,优化设计了夏河1井井身结构、分层段钻头型号、钻井液体系,制定了古生界钻井提速、井斜控制、裂缝地层防漏堵漏、抗钙侵钻井液等针对性技术措施,为安全、高效成井创造了条件。     

山前地区复杂地层新型钻头技术及应用研究

塔里木山前地区岩石可钻性差,钻速低,单只钻头进尺低。鉴于此,在对山前地区钻头使用技术难点分析的基础上,分别开展了"狮虎兽"钻头、微芯钻头和涡轮配合孕镶钻头等新型高效钻头技术在山前地区的提速增效的试验性应用研究。研究结果表明,"狮虎兽"钻头在迪北103井苏维依组平均机械钻速为2.04 m/h,比邻井相同层位提高了135.8%;单只钻头进尺为290.0m,比邻井相同层位提高了564%。微芯钻头在迪北102井平均机械钻速为1.5 m/h,比邻井相同层位提高了38.6%;平均单只钻头进尺为119.8 m,比邻井相同层位提高了82.2%,同时获取了2块地层岩芯。涡轮配合孕镶钻头技术在克深地区机械钻速提高2倍,单只钻头进尺提高3倍,在博孜102井上部砾石层应用平均机械钻速1.73 m/h,与进口牙轮钻头使用情况对比,平均机械钻速提高2.2倍,单只钻头进尺提高5.3倍。研究成果为山前地区复杂地层的钻井提速增效提供了参考。     

新疆博孜区块空气钻井关键技术研究及应用

博孜区块位于新疆库车坳陷克拉苏构造带西部,是塔里木油田"十四五"期间3 500×104 t油气产量建设工作的重点区块之一。该区域内分布有巨厚砾石层,其抗压强度高、非均质性强、可钻性差,从而导致常规钻井机械钻速低,钻头耗用多,钻井周期长,严重制约了该区块的增储上产进程。文章采用离散元方法,对砾石层空气钻井井壁失稳机理进行了分析,通过优化空气钻井参数和钻具组合,进行了注气量优化和防斜打直探索,通过试验连续循环钻井技术,解决了井底沉砂多易造成井下复杂的难题。2013年以来,在新疆博孜区块开展了9井次空气钻井提速探索试验,平均机械钻速达4.81 m/h,取得了良好成效。     

丁页5井“井筒一体化”钻井提速技术

丁山区块页岩气井钻井时存在机械钻速低和钻井周期长的问题,为提速、提效,在该区块丁页5井探索实施了"井筒一体化"钻井提速技术。提出了"井筒一体化"钻井提速模式,将井筒工程中不同专业技术服务由一个承包商统筹管理、综合应用,以解决多个承包商提供单项技术服务时技术针对性不强和衔接性不好的问题;围绕"井筒一体化"钻井提速模式如何最大化地提高钻井速度和时效,研究实施了空气/雾化钻井、PDC钻头优选改进、配套提速工具、防斜打直工艺和钻井液等各单项技术措施。"井筒一体化"钻井提速技术在丁页5井的试用结果显示,与邻井相比,平均机械钻速提高25%,钻井周期缩短41.95 d。由此表明,"井筒一体化"钻井提速技术有利于发挥各单项技术的优势,互补不足,从而实现提速提效。