塔里木油田超深层钻井技术进展及难题探讨

当前,塔里木油田以超深特深层为代表的深地油气资源开发对满足我国经济发展需求和保障能源安全至关重要。经过数十年的探索和实践,塔里木油田创新形成了超深复杂井井身结构设计、超深难钻地层钻井提速、超深大斜度井水平井钻井、超深复杂地层钻完井液、超深复杂地层固井、高温高压井完整性、超深复杂井井控等一系列超深层钻井技术,保障深地油气勘探获得重大突破并创造多项纪录。伴随超深井数量持续增加,工程地质条件更加复杂,井下环境更加苛刻,超深层钻井过程势必面临新的工程难题和挑战,严重制约深地油气资源安全高效开发。为此,通过概括塔里木油田钻井工程技术发展历程,系统梳理了深地钻井工程技术取得的主要技术进展,并结合新的勘探开发形势与油气开发要求,指出了塔里木油田钻井工程技术从超深层迈入特深层新时期的焦点问题及攻关发展方向,为国内外深地复杂油气井安全高效钻进提供借鉴和参考。     

元坝气田钻井工程井筒完整性设计与管理

元坝气田长兴组气藏属于超深、高温、高压、高含硫化氢的酸性气藏,平均埋深６８００ｍ,是国内最深
的酸性气藏,钻完井过程中面临的工程风险较大。为解决上述难题,在油气井建井过程中引进先进的完整性管理
理念,系统谋划,科学设计,精心施工,有效保证了元坝气田的安全、快速建设。钻井工程井筒完整性设计和管理是
完整性管理的关键环节,通过深入研究工程地质特征,优化钻井液密度和体系、合理调整钻井液密度,重视井内压
力管理,强化初次屏障核心作用;同时不断优化井身结构、优选管材材质和抗压级别,不断提升固井质量,提高二次
屏障效果,成功确保了元坝气田２３口超深开发井的顺利施工,可对国内相似油田的开发提供参考作用。     

浅层大位移三维水平井钻井技术在超重稠油油田的应用

ＪＵＮＩＮ４区块属于超浅层、层状－块状超重油油藏,目的层浅、地层疏松,油田采用丛式大位移长水平
段三维水平井钻井工程设计,垂深４００ｍ左右,设计水平段长１０００ｍ,井深１８００～２０００ｍ,在如此浅层弱－非固
结疏松砂岩地层进行超大位移三维水平井钻井设计在国内外都很少见,特别是水垂比达到３．５以上的浅层“三维
水平井钻井在委内瑞拉重油带尚属首次,给钻井工程施工和井眼轨迹控制带来很大的难度和挑战。文章通过合理
设计井身结构,优化井眼轨迹设计,运用三维井眼轨迹控制技术理论和浅层松软地层水平井钻井工艺技术,解决了
目的层浅、造斜率高、水平段长、摩阻扭矩大、井眼轨迹控制难等技术难题,成功完成７口浅层大位移三维水平井先
导性试验井,满足了地质油藏需求,取得了较好的重油增产效果,对油田开发方案丛式井平台部署设计和技术推广
具有重要意义。     

单筒双井占位钻具钻井技术在海上油气田的应用

海上油气田丛式井开发中,井槽口数量是制约平台钻井数量的主要因素,采用单筒双井钻井技术可
以有效提高井槽口利用率。常规单筒双井技术在表层钻进时只能采用开路钻进,且无法进行造斜,实际工程中适
用范围受到限制。使用占位钻具的单筒双井技术在常规技术基础上进行了扩展,其中“占位钻具”是关键设备。占
位钻具的使用能够满足单筒双井表层闭路深钻、浅层预斜和浅层气钻进的要求,拓宽了单筒双井技术的适用范围,
该技术在海上油气田渤中２５－１区块、蓬莱１９－３油田成功应用并取得了良好效果。     

钻井工程软件的现状及发展趋势

随着钻井工程施工向复杂地区的扩展以及钻井新工艺、新技术的发展,钻井工程越来越依赖于软件系统的支持,如井眼轨迹设计、大斜度井/长井段水平井摩阻扭矩分析等。文章介绍了国内外钻井工程软件现状和功能特点,重点说明了目前国内钻井软件系统进展情况和取得的成果。经过"十一五"科技攻关,已经开发出具有自主知识产权的钻井工程设计与工艺软件,初步解决了我国钻井软件长期依赖于国外软件的局面,基本满足了国内油田钻井工程设计与施工分析的需要。     

随钻测量与控制工具在塔里木油田的应用与建议

随着塔里木油田勘探开发不断深入,难题不断涌现,对钻井工程技术的需求促使了技术本身的进步
与革命。作为钻井领域高新科技之一的井下随钻测量与控制技术,其作用在塔里木油田已得到一定体现,在复杂
条件下测井资料获取、薄油层钻进、井眼轨迹监测与控制等方面得到应用,为油田的储量发现与上产任务做出了贡
献。文章详细调研了以旋转地质导向、垂直钻井为代表的随钻测控技术及工具近年来在塔里木油田的推广应用情
况,介绍了相关技术在油田的应用发展历程,统计了应用规模,对各项技术的使用特点、效果和现状进行了客观分
析。在此基础上,结合目前油田钻井存在问题和未来需求,给出了工具应用的趋势判断和工具国产化研究方面的
一些建议。     

数字化钻井系统的构建及相关问题研究

数字化钻井系统是将先进的信息化、智能化和自动化技术集成后，通过在钻井过程中的广泛应用，实现最优化钻井的成套综合技术，数字化钻井系统是完成钻井工程作业的一套完整的技术方法和可以实施的一种技术手段。数字化钻井系统的构建包括现场设备层、井队操作层、专家决策层和油田管理层等4个信息层次，以及对应4个信息层次的钻井工程设计与管理、钻井数据库与专家决策、钻井操作监控管理、钻完井机电设备与测试仪器和钻井信息网络等5个子系统。目前数字化钻井系统尚需研究其网络化、信息资源、自动化钻井设备与测试仪器和智能化井下工具等问题。     

活跃沥青层控压钻井技术研究与应用

伊朗Ｙ油田Ｋ地层属于高温高压含硫化氢活跃沥青层,由于沥青分布与侵入规律不明、流体特征差
异和地层压力差异较大,其中Ａ井、Ｂ井、Ｃ井因沥青侵入被迫提前完井,未能实现设计钻探目的。由于国内外没
有成功的经验可以借鉴,沥青侵入处理过程中尝试了常规的惰性材料堵漏技术、注水泥堵漏技术、水玻璃堵漏技
术、化学固结堵漏技术、沥青固化技术,均未能有效解决沥青侵入问题。由于控制压力钻井技术可以精确地控制环
空压力,当井口存在套压时,可以实现井口带压强钻。文章对活跃沥青层控压钻井技术进行了适应性评价,优选了
控压方式、控压设备与参数,同时优化了相应的配套技术,如专打专封井身结构、欠饱和盐水泥浆、简化钻具组合
等。控压钻井配套技术在Ｄ井成功钻穿沥青层,共计用时２５ｄ,进尺３７１．５ｍ,实现了控压钻进、接立柱、起下钻、控
压堵漏、下套管、注水泥等工艺,完善扩展了控压钻井使用范围,同时为沥青层安全钻进找到了一种有效的应对措施。     

气体钻井混合流态分析与控制

川庆钻探公司钻采工程技术研究院空气钻井公司在新疆ＤＢ６井地层产水速度最高７０ｍ^３／ｈ的情况
下,成功在Φ３１１．２ｍｍ井眼３９００～５０００ｍ砾石层井段实施混合流态气体钻井。突破了目前雾化钻井或者泡沫钻
井技术对于实施条件（地层产水速度、注气量、井深、地层流体对于基液性能的影响程度等）的限制,克服了增压机
压力级别不能满足实施深井充气钻井技术的难题,实现了合理利用环空多种流态同时存在进行气体钻井,创新了
目前的气体钻井技术理念。     

无基坑气体钻井技术在页岩气区块的应用

针对现行气体钻井需要修筑沉砂池增加占地和成本问题,提出了应用无基坑气体钻井技术实现现场
清洁化生产的方法。气体钻井无基坑系统由分离系统、循环水处理系统及岩屑处理系统组成;分离系统采用重力
沉降、惯性及湿法捕集机理达到气固分离目的;经过分离后的气体达到直接排放标准排入大气中;气体钻井无基坑
系统与振动筛和岩屑不落地系统配合使用可将井下返出岩屑转运至固化池处理。气体钻井无基坑技术以其缩短
非生产时间、提高环境保护能力等优点在页岩气区块得到了广泛应用,有效减少环境污染物排放,大力促进气体钻
井技术的健康可持续发展,保护生态环境。     

窄安全密度窗口地层钻井起下钻井底压力瞬态波动规律

窄安全密度窗口地层压力敏感,钻井起下钻作业引起井底压力波动,易诱发溢流、井漏等井下复杂。
文章以一维瞬态流动模型,考虑井筒液－固两相介质,建立了起下钻井底压力瞬态波动理论模型,并通过数值模拟
研究了影响钻井起下钻井底压力瞬态波动的主要因素。研究表明,起下钻速度、井深、钻井液密度、起下钻深度是
影响井底压力波动的主要因素。起下钻速度、钻井液密度越大,井深越深,起下钻深度越深,起下钻作业引起的井
底压力波动越剧烈,压力波峰值滞后越严重。起下钻作业时,尤其在起钻的早期和下钻后期,应尽量降低起下钻速
度,以降低井底压力波动,保障井底压力处在安全密度窗口之内。     

顺南地区目的层以上大井眼优快钻井技术

顺南地区勘探前景广阔,但存在目的层埋藏深、大尺寸井段长、易井斜、井壁失稳等难点,导致大井眼
段钻速低、钻井周期长。为提高Φ４４４．５ｍｍ大井眼段钻速,通过优选非标Φ１３９．７ｍｍ钻具,研制四喷嘴牙轮钻头,
优化减震器＋扶正器钻井工艺及ＳＤ涡轮式冲击器钻井工艺,形成了Φ４４４．５ｍｍ井眼优快钻井技术。针对Φ３１１．２
ｍｍ井段易斜、井壁不稳定的问题,改进垂直钻井工具,优选钻井液配方,形成了Φ３１１．２ｍｍ井眼安全优质钻井技
术。研究成果在顺南地区试验５口井,目的层以上平均钻速６．７８ｍ／ｈ,平均用时１１６．８８ｄ,较前期（顺南４和５井）
机械钻速提高７１．８％、钻井周期缩短１５．６％,为顺南地区安全优快钻井提供技术支撑。     

钻井工程设计集成系统研发及应用

钻井工程设计集成系统是一套面向钻井工程设计部门,辅助钻井工程师完成直井、定向井、水平井等多种井型工程设计的钻井系统软件。系统基于钻井工程软件平台架构和统一的数据库,遵循中国石油勘探与生产分公司的钻井设计文本,结合中国石油各个油田的最新钻井设计格式要求,优化钻井设计流程、细化软件设计界面,提高了钻井设计数据的使用效率。具有井眼轨迹设计及防碰扫描、井身结构编辑与绘图、套管柱设计及下套管分析、钻头及钻井参数设计、钻柱设计及阻力扭矩分析、钻井液与完井液设计计算等功能,可根据用户需要自动生成订制格式的钻井工程设计文本。现场应用表明,软件的功能模块和计算准确性与国外同类钻井软件相当,可满足钻井工程设计与分析要求。该钻井工程设计集成系统提高了我国钻井工程设计和工艺软件的自主创新能力和原创性技术研发能力,增强了中国石油钻井工程核心竞争力,为我国钻井技术的信息化、自动化和智能化的发展做出了贡献。     

超深井页岩气钻井抗高温油基钻井液的研制

为满足超深井页岩气钻探技术发展需要,通过对油水比的选择、有机膨润土加量、乳化剂加量、降滤
失剂加量、润湿反转剂改性重晶石的加量分析以及抗高温性能评价等,研制出抗高温能达到２００℃,密度在２．２ｇ／ｃｍ^３
以下可调油基钻井液体系。所配制的油基钻井液在实际钻井过程中,能在高于１５００Ｖ的破乳电压、水侵入
量为２０％以及１５％的岩屑携带下,基本维持稳定,满足超深井页岩气钻井工程的需求。     

南海东部荔湾22–1–1超深水井钻井关键技术

荔湾22–1–1超深水井位于南海东部海域,作业水深2 619.35 m,是目前国内作业水深最深的超深水井。针对该井钻井中存在的水深、海底低温、安全密度窗口极窄、浅部地层成岩性差、隔水管及钻柱力学行为复杂等技术难点,采取了周密的钻井工程设计和现场精细化管理,并应用了喷射下导管技术、FLAT-PRO恒流变合成基钻井液、低温早强水泥浆表层套管固井技术、钻井液当量循环密度随钻监测技术等关键技术措施,安全高效地完成了钻井作业,创造了国内外相同水深钻井周期最短纪录,工程质量全优。荔湾22–1–1超深水井的成功标志着我国超深水钻井技术取得重大突破,不但为我国超深水井钻井积累了宝贵的经验,也对国内外超深水钻井技术的发展具有一定的促进和借鉴作用。      

水平井防砂完井一体化技术配套研究

在钻井工程与井下防砂作业的一体化研究基础上,针对粉细砂特点与地层结构,合理设计管柱结构、
滤砂管、充填装置、携砂液性能、砂浆排量等关键因素。简述钻井工程和采油防砂工程施工步骤,在春光油田进行
水平井防砂完井一体化技术配套研究试验,试验结果可知,钻井作业与防砂作业都顺利完成,此技术具有水平井施
工作业耗时短,固井费用低,防砂效果好等特点。     

深水钻井密度井涌余量计算及应用

井涌余量是正确判断能否安全关井和压井的重要参数,文章以深水钻井为研究对象,采用理论推导
和实例验证的方法开展了密度井涌余量的计算分析。以节流阀、防喷器、套管鞋地层和套管抗内压四个对象的承
压能力为最大关井套压约束条件,在考虑深水井筒温度剖面、环空和节流管汇循环压耗的基础上,建立了关井、司
钻法和工程师法压井井涌余量的计算模型,并以南海深水实例井的数据验证了模型的可靠性。在此基础上分析了
泥浆池增量和溢流发生深度对井涌余量的影响,并提出了相应的技术应对措施。文章的研究结果可以为深水钻井
井控工作的安全进行提供一定的理论指导。     

元坝地区超深含硫气井安全快速钻井难点及对策

川北元坝地区是中国石化南方海相重点勘探区域,其钻井完钻井深超过7 000 m,属于超深含硫气井。针对该区陆相地层研磨性强、可钻性差,井身质量控制难度大、海相地层盐膏层发育、井漏和井控安全问题突出等施工难点,提出了安全快速钻井技术对策：①运用气体钻井技术提高机械钻速,减少井漏复杂事故;②结合邻井资料,优选钻头类型,优化钻井参数;③制订井下安全钻井技术措施,预防地层掉块和键槽卡钻、缩径和压差卡钻、断钻具和钻头等井下复杂情况的发生。     

长宁区块目标法优化钻井技术

长宁区块页岩气勘探开发是国家“十二五”规划的重点项目,长宁Ｈ３平台是中国第一个页岩气平台
井。在页岩气钻井中,由于每口井、每个平台投资巨大,因此总结出合理高效的提速方法尤为重要。通过分析该平
台每口井的钻井参数并加以研究,从中总结出一套合理的钻井参数以减少钻井作业中起下钻趟数,提高行程钻速
的数学模型,从而最终达到用理论来指导实践,帮助长宁区块页岩气钻井平台减少投入,增加产出的目的。     

塔河油田钻井完井技术进步与展望

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏具有油藏埋藏深、温度高、压力高和普遍含H₂S等特点,钻井过程中存在井漏、缩径、井塌、钻井周期长和井控风险大等技术难题,为此开展了钻井完井技术攻关与实践,历经安全成井、优快钻井和高效钻井等3个技术阶段,形成了以井身结构优化和优快钻井技术为核心的深井超深井钻井完井技术,为塔河油田快速上产提供了有力支持,也促进了中国石化深井超深井钻井完井技术的进步。近年来,随着塔河油田勘探开发转向深层和外围,钻井完井的难度更大,更加需要以深部油气藏效益开发和超深井安全高效钻井为核心开展技术攻关与试验,以满足深部油气藏高效开发的需求,并推动中国石化超深井钻井完井技术持续进步。