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。     

库车山前巨厚砾石层钻井提速技术分析

库车山前构造带巨厚砾石层段的钻井速度严重制约着区域油气资源高效勘探开发,实钻过程中普遍表现出机械钻速慢、单只钻头行程进尺低、地层造斜能力强及因蹩跳钻引发井下钻具失效事故频发等特点,部分井仅巨厚砾石层段的钻进用时超过200 d。经过近十年的钻井技术快速发展,塔里木油田形成了针对库车山前不同砾石成岩形态的配套钻井提速工艺,取得了较大的技术进步。文章首先简述了库车山前巨厚砾石层未成岩段、准成岩段和成岩段三种沉积发育特点及钻井难点,指出了目前巨厚砾石层普遍应用的垂直钻井系统、空气钻井、涡轮+孕镶钻头与双摆工具钻井提速技术的应用优缺点,同时以BZ7井与BZ18井为例对比分析了不同提速技术的应用效果,对于同类型巨厚砾石层的钻井提速具有借鉴意义。     

空气钻井在BZ24井的应用

塔里木盆地库车山前构造带砾石沉积厚,可钻性差,研磨性强,钻头消耗多,钻井提速困难,通过应用连续循环空气钻井,机械钻速显著提高,并快速通过恶性井漏复杂层段,显著缩短钻井周期。因此BZ24井在井段3 272～4 509 m进行连续循环空气钻井,进尺1 237 m,平均机械钻速6.22 m/h,仅消耗牙轮钻头2只,并首次应用“?279.4 mm双扶钟摆钻具组合”进行空气钻井,最大井斜4.02°,平均井斜1.71°,同比钻井液钻井节约时间22.3 d,为塔里木油田博孜区块巨厚砾石层的空气钻井的应用提供技术支撑,并对BZ24井空气钻井进行生产成本评估,节约钻井成本达千万元,经济效益显著。     

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。     

塔里木博孜区块巨厚砾石层气体钻井实践与认识

塔里木博孜区块沉积巨厚砾石层,机械钻速低、钻头耗用多、钻井周期长是该区块勘探开发提速的一大瓶颈。通过砾石层气体钻井井壁稳定性、防斜打快、沉砂控制及钻井液转换等可行性研究,筛选出适合气体钻井层段,运用阀式连续循环、预弯钟摆钻具组合、气液转换等关键技术,开展了3井次现场应用实践,取得了较好的提速效果,同比钻井液钻井,行程钻速平均提高3.4倍,节省钻头7只以上,单只钻头进尺平均提高3.5倍,初步形成了博孜区块砾石层气体钻井配套工艺技术。     

空气钻井技术在滴北1井的试验与应用

新疆准噶尔盆地陆东地区的深探井，由于下部石炭系地层可钻性差，机械钻速低，钻井周期长，严重制约了陆东地区的天然气勘探开发进程，如何提高钻井速度一直是陆东地区钻井工作的一个难题。在滴北1 井的钻井过程中，为提高三开井段机械钻速，加快该区的勘探步伐，在三开井段实施了空气钻井，空气钻进井段3365～3924.56m，进尺559.56m，平均机械钻速～3924.56 m，559.56 m，5.26 m/h，是常规钻井机械钻速的5倍，节约钻井工期25 d。空气钻井在该井的成功实施，提高了机械钻速，降低了钻井周期，节约了钻井成本，同时也探索了深部石炭系提速工艺，为新疆油田推广应用空气钻井技术积累了经验。     

砾石层空气钻井井壁失稳机理研究及应用

塔里木盆地库车山前分布巨厚砾石层(1 000～5 000 m),采用常规方式钻井面临单只钻头进尺少,机械钻速低,建井周期长等问题。塔里木油田自引进空气钻井开展现场试验,取得了较好的提速效果,但也存在井壁失稳,井底沉砂较多,甚至发生卡钻的恶性事故。文章首先通过对传统井壁稳定模型分析,将孔隙压力的影响去掉,得到适合于空气钻条件下的井壁稳定模型。同时运用新的井壁稳定模型进行井壁失稳全过程分析,提出了沉砂主要是由于井壁形成坍塌椭圆时的坍塌物质造成的,坍塌椭圆的形成有利于保持井壁稳定,解答了现场沉砂量多且沉砂速度不同的疑问。为解决井壁失稳卡钻的问题,并基于以上研究成果结果得出空气钻适合于砾石分布均匀的小砾岩地层,对于大和中粒径砾石层,需考虑胶结强度对井壁稳定的影响的重要结论,为下步空气钻井井位优选提出了新的优选准则。     

龙凤山气田北209井钻井提速技术

针对龙凤山气田钻井中存在的上部地层易塌、下部地层易漏、机械钻速低、钻井周期长等问题,在该油田评价井——北209井进行了钻井提速技术研究与试验,以达到提高机械钻速、缩短钻井周期的目的。在分析龙凤山气田地质资料和地层特点的基础上,通过优化井身结构、采用“PDC钻头+0.5°单弯螺杆”复合钻井技术、选用适合于砾石层的液动射流冲击器、选择机械式无线随钻测斜仪测量井斜、应用SMROP-1快钻剂等关键技术措施,使北209井实现了安全快速钻井,机械钻速达到8.62 m/h,较该气田此前平均机械钻速提高了53.38%;钻井周期40.98 d,比设计钻井周期缩短22.40 d。研究认为,北209井钻井提速技术可为龙凤山气田后续井钻井提速增效提供借鉴。      

库车山前巨厚盐膏层提速技术探索与应用

库车山前是塔里木油田增储上产的重点区域,但该地区深部巨厚盐膏层工程地质特征复杂,强度软硬交替,井斜难以控制,一直制约着该区钻井速度。为此,塔里木油田开展了库车山前巨厚盐膏层钻井提速增效的探索与实践,打破Power-V垂直钻井工具不适用于盐膏层钻进的固有思维,率先将垂直钻井工具、油基钻井液、高效PDC钻头等技术工艺进行集成配套并试验,解决了库车山前巨厚盐膏层防斜打快的难题。试验表明,深部盐膏层使用油基钻井液配合Power-V垂直钻井工具钻进能有效控制井斜角,大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期。该技术的成功应用对国内外同类油气田钻井提速具有重要的借鉴意义。     

塔里木油田空气钻技术亮剑大气田

正截至2021年4月22日,中石油塔里木油田在博孜701井开展空气钻平均日进尺达117m,是空气钻使用前平均日进尺40m的3倍,钻井提速显著。"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提速、提效的‘领头羊’"。塔里木油田勘探事业部地质工程人员形象地说。     

空气钻井技术在老君1井的应用

为提高川东北地区的钻井速度．加快川东北地区的勘探进程．在该地区老君山构造的老君1井的钻井过程中．选择上部陆相地层进行了空气钻井技术试验并取得了成功，用时21d安全钻进2491，70m，机械钻速达到11．27m/h．较常规钻井提高了10倍．为以后该地区钻井提供了新的技术选择。从井壁稳定性、地层压力和地层产出物三个方面分析了老君1井在上部地层进行空气钻井的可行性，介绍了该井空气钻井的流程、设备和详细的实施过程．分析了空气钻井过程中存在的问题及该地区今后空气钻井急需解决的问题。     

青西油田深井钻井提速技术与应用

针对青西油田地质条件复杂、地层岩性多变、倾角大、井斜难控制、可钻性差等难题,分开次、分地层制定了自上而下的钻井提速技术对策。上部推覆体地层倾角大,井斜难控制,采用预弯曲动力防斜打快技术;二开新近系牛胳套—胳塘沟组砾石层发育,单只钻头进尺低,分段优选高效PDC钻头;三开白垩系岩性多变,研磨性强,采用New-Drill配合PDC钻头提速。对青西油田不同地层应用的提速技术试验效果进行评价,形成了提速技术模板,并在18口井上进行了现场推广应用。在平均井深增加239.7 m的情况下,平均机械钻速由1.98 m/h提高至2.44 m/h,平均钻井周期由184.4 d缩短至168.7d,提速效果显著。研究结果表明,青西油田深井提速技术模板的建立有效解决了整体提速效果差的难题,同时可为其他油田类似地层提供借鉴参考。     

空气泡沫钻井技术在川东北QX-2的应用

川东北上部陆相地层为高陡构造,砂、泥、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,须家河组石英砂岩硬度达8级,可钻性差,漏层多,中下部地层破碎,井眼稳定性差,钻井中时常发生井漏,井漏后往往诱发井塌,并且漏失井段长,极易造成井下复杂,处理难度大。空气钻井作为陆相地层提速有效手段已得到认可。然而,空气钻井钻遇严重出水地层后,井底岩屑无法顺利返出,导致空气钻井无法实施。空气泡沫钻井技术为大幅度提高川东北上部地层机械钻速提供了有效的钻探手段,进一步拓宽了技术服务领域。空气泡沫钻井技术在川东北QX-2井的成功应用,不仅大大提高了机械钻速,缩短了陆相地层的钻井周期,有效解决了该工区“硬”、“斜”、“漏”三大技术难题,并且有效的避免了井下燃爆,为欠平衡钻井技术广泛应用拓展了新的空间。

     

九龙山构造欠平衡钻井提速的可行性分析

气体钻井技术在四川盆地九龙山构造提高机械钻速方面发挥了巨大作用,但在侏罗系沙溪庙组沙二段底部出现井壁坍塌,转换成常规钻井后钻速较慢。为了提高该井段的机械钻速,从岩石可钻性与井壁稳定两方面进行了欠平衡钻井的可行性分析,结果表明:沙溪庙组沙一段与千佛岩组层段设计的欠平衡钻井液密度应控制在1.10～1.25g/cm3,才能确保欠平衡工况下井壁稳定;欠平衡钻井与常规钻井相比,其岩石可钻性系数更低,有利于明显地提高机械钻速;沙一段至珍珠冲组上部岩石井壁稳定,适宜开展欠平衡钻井提速试验;对存在大量砾石层的珍珠冲组下部,欠平衡钻井提速效果不明显,可采用其他钻井措施提高机械钻速。龙110井的现场试验表明,沙一段至马鞍山组层段开展欠平衡钻井,能有效地提高机械钻速,且与邻井龙104井的常规钻井相比,最高可达206%。所提出的欠平衡钻井提速模式,为广泛开展九龙山构造欠平衡钻井提速提供了经验和技术支持。     

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。      

川西双鱼石构造超深井大尺寸井眼钻井提速技术研究

川西双鱼石构造勘探目的层埋藏深,完钻井深超过7 000 m,纵向多压力系统致使钻进中井塌、井漏、气侵等复杂频发,针对于此该地区钻井普遍采用非标井身结构。实钻中上部长井段大尺寸井眼往往表现出机械钻速较低同时钻井周期较长,从地层岩性与井眼尺寸入手分析了上述问题并就井身结构优化、空气钻井可行性论证、钻头选型以及钻井液优选展开了提速技术研究,逐步形成了适合该区块工程地质特征的钻井提速配套技术:优化井身结构,减少大尺寸?444.5 mm井眼钻井深度;采用"空气钻"提速技术,快速钻过沙溪庙组中上部以上易塌、易漏地层;?333.4 mm井眼沙溪庙组中下部至须家河组中上部井段采用"高效PDC+螺杆+优质Kcl-有机盐聚合物钻井液"复合钻井提速技术,保证了"空气钻"井段井壁稳定以快速钻至三开中完,上部大尺寸井段的钻井周期大幅缩短,实现了优快钻井,为加快该区块勘探步伐提供了技术保证。     

气体钻井技术在九龙山构造的应用

针对九龙山构造前期开发过程中存在的井漏严重、机械钻速低、钻井周期长的问题,结合九龙山地质条件,提出了两套气体钻井提速方案。通过这两套方案,九龙山构造气体钻井技术共应用39井、46井次,总进尺66466.97m,单井平均进尺1704.29m,占全井井深的42%,平均钻速17.53m/h,是钻井液钻井的5.69倍,同井段钻井周期由39d缩短到8d,节约时间1个月。对比两种方案,方案二延长了气体钻井进尺,提高了机械钻速,缩短了钻井周期,更能充分发挥气体钻井优势。建议在尽量减小事故复杂、组织停等的基础上,推广应用方案二,以加快了九龙山构造勘探开发进程。     

PDC钻头在普光10井空气钻井中的应用

长期以来人们一直认为,在气体钻井中PDC钻头机械钻速没有牙轮钻头高,而且气体散热能力差,易损坏PDC钻头的复合片而使钻头早期失效,因此,在气体钻井中绝大多数使用牙轮钻头。在普光10井空气钻井中应用PDC钻头,主要目的是验证PDC钻头的适应性,并探索在高陡构造、岩石可钻性差的地层控制井斜和提高钻井效率的方法。在该井空气钻井施工中,利用PDC钻头加较低的钻压便可获得较高机械钻速,配套应用塔式防斜钻具,达到了有效控制井斜和提高钻井效率的目的,最大井斜2.59°,比邻井空气钻井井斜小13.6%~75.4%,PDC钻头钻进进尺1517.08m,机械钻速8.63m/h,比邻井普光101井机械钻速高67.1%。通过分析认为,气体的散热效果并不是影响PDC钻头寿命的根本原因,而只影响井眼环空的畅通和单位时间通过钻头的气量;PDC钻头+塔式钻具可有效地控制井斜,提高钻井效率。     

柯中107井提速工具优选与应用

柯中107井是塔里木盆地塔西南坳陷的一口开发采气井,该井构造地层可钻性差,钻头吃入困难,地层胶结不好,钻进中极易发生井壁失稳;高压层和低压层压差大,易发生压差卡钻。复杂地质情况导致在钻井过程中提速工具、钻头选型困难和机械钻速普遍偏低,严重制约勘探开发周期。因此,在本井使用高效PDC钻头、ATk-V等提速工具与方法,为本区块钻井提速提供重要参考依据。     

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。