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。     

四川地区防斜打直新技术的运用

介绍了国内外比较先进的防斜打快技术和深井大尺寸钻柱研究,通过这些方法来提高钻井速度。防斜打快技术部分分析了井斜的原因,通过简单分析国内外的防斜打直技术,看到了目前的打快技术的发展趋势。分析结果表明防斜技术在目前钻井工业的实用价值,当前主要采用的国外新技术如:AutoTrak旋转闭环钻井系统、PowerV垂直钻井技术,国内的新技术主要是:钟摆钻具组合防斜技术、满眼打直技术、冲击钻井技术等。     

氮气钻井技术在艾克1井的应用

为了提高新疆油田乌夏区块二叠系风城组地层的机械钻速,缩短建井周期,在艾克1井风城组风三段、风二段、风一段进行氮气钻井试验。试验结果表明,氮气钻井能大幅度提高机械钻速,为以后该地区的钻井提供了新的技术选择。从机理、井壁稳定性、地层产出物等方面进行分析艾克1井氮气钻井的可行性,分析了气体钻井机理,介绍了氮气钻井流程和详细实施过程。     

青西地区优快钻井技术研究与应用

针对青西地区存在的地层岩性不均、可钻性差、井漏、井塌、井斜难以控制等钻井技术难点，在大量的室内实验分析与研究的基础上，通过井身结构优化设计技术、地层岩石可钻性剖面的建立与钻头优化选型技术、PDC钻头个性化设计与使用技术、钻井液类型优选及其井壁稳定性技术的成功试验应用，钻井速度大幅度提高，钻井周期明显缩短，实现了青西地区优快钻井的目标。     

气体钻井后续工艺技术研究与应用

气体钻井已经成为比较成熟的一项钻井技术,它可以大幅度地提高机械钻速,有效地保护储层.但在气体钻井后续工艺中,常常因为介质转换而发生井壁坍塌、卡钻等井壁失稳现象,影响气体钻井的整体时效.分析了气体钻井及转换介质后井壁失稳的力学特点,结合川渝地区气体钻井实践,对气体钻井的后续工艺技术进行了探讨,提出了泥浆转换或直接下套管干井眼固井后续工艺的技术措施,举出了现场成功实施案例.     

深厚冲积层中钻井法钻深对井壁稳定性的影响研究

根据工程实例建立起数值模型,利用数值分析方法研究钻井深度是否对井壁的稳定性构成影响.结果表明,随着钻井深度的增加,井壁的最终位移状况没有发生明显改变.井壁的稳定性与冲积层中土的性质密切相关,砂土层的井帮内易出现一定的塑性区域,稳定性较差.     

准噶尔盆地石炭系地层防斜打快技术

准噶尔盆地深部石炭系地层勘探潜力巨大.前期钻探实践表明,石炭系地层地质条件极其复杂、岩石可钻性差、井斜问题突出等因素严重影响了钻井速度、增加了井下风险,为了加快石炭系地层的勘探开发进程,开展了防斜打快技术研究.首先分析了石炭系地层防斜打快技术难点及井斜原因,通过开展气体钻井、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井以及自动垂直钻井等提速技术的优势及适应性分析,指出它们是目前解决石炭系地层防斜打快问题的3种有效钻井技术;通过利用“井斜趋势角”指标对塔式钻具、单稳定器和双稳定器钟摆钻具等3种常用防斜钻具组合的降斜能力对比分析,3种防斜钻具的降斜能力均随钻压增大而显著降低,并且当钻压较大时,单稳定器钟摆钻具的防斜能力较强,当钻压较小时以双稳定器钟摆钻具的降斜能力为最佳,对于今后石炭系地层的防斜打快施工具有一定指导意义.     

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。     

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.     

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。     

四川盆地及周缘页岩气水平井钻井面临的挑战与技术对策

中国石化近几年在四川盆地及周缘页岩气勘探开发取得了重要进展。但该地区页岩气水平井钻井速度低、钻井周期长、成本高、成井质量不高,严重影响了该地区页岩气商业化勘探开发进程。系统总结了四川盆地及周缘的涪陵大安寨、涪陵龙马溪、彭水和建南等地区页岩气水平井钻井面临的主要问题:浅部地层出水空气钻井受限、定向段井眼尺寸大机械钻速低、井漏频繁、气体钻井易井斜以及水平段油基钻井液固井质量差。针对上述问题,从浅层水控制措施、泡沫定向钻井技术试验、井漏的预防与处理、空气钻井防斜打直工具研发、页岩气水平井固井对策以及"井工厂"钻井作业模式攻关与应用等6个方面提出了应对技术措施,为页岩气钻井技术攻关和现场施工提供了借鉴与参考。     

大庆徐深28井气体钻井实践

大庆油田徐家围子地区深层采用常规钻井机械钻速较低,试验气体钻井技术表明,能够大幅度提高深层钻井机械钻速,缩短钻井周期。通过前期的地质分析,在总结大庆油田已经试验的2口气体钻井现场试验的经验和教训的基础上,确定在徐深28井三开登娄库设计采用空气钻井技术,进入营城组试验氮气钻井技术,这是大庆油田第一口采用空气和氮气钻井的气体钻井。经过周全的设计,克服了冬季气温低、地层出水、气液转化井壁稳定等难题,保证了井身质量,机械钻速与邻井常规钻井相比提高了7倍,缩短钻井周期26天,节约钻头7只,尝试了氮气钻进营城组,取得了较好的效果。     

焦石坝地区海相页岩气水平井优快钻井技术

川东南焦石坝地区海相页岩气井具有地表和地下地质条件复杂、井壁稳定困难、井眼轨迹要求高、造斜段及水平段钻进困难、长水平段固井难度大等特点及难点,经过攻关研究,配套形成了三开井身结构、浅层气安全钻井、气体钻井、复合钻井、水平井钻井、油基钻井液、弹塑性水泥浆体系、钻头选型及参数优化以及地质跟踪导向等钻井技术,实现了该地区勘探井的优快钻井,有效支撑了勘探工作。     

8.3m超大井筒钻井井壁设计

张集煤矿（西区）西进风井为净直径8.3 m超大井筒,穿厚表土采用钻井法凿井,是目前国内外钻井法钻井直径最大的立井井筒。介绍了该井壁在设计、施工方面的特点及成果。     

九龙山某井气体钻井技术及事故处理实践

九龙山地区上部地层存在井漏、垮塌的可能,中部地层研磨性强、可钻性极差,下部地层存在多产层多压力系统并可能会钻遇异常高压。为了应对异常情况、缩短钻井周期、节约处理成本,龙某井设计从350～2000 m使用气体钻井。空气钻井钻至1170.28 m后地层出气,甲烷浓度超过6%,后改用氮气钻进,钻至1868 m时出现井壁垮塌和钻具阻卡,随后停止气体钻进。记录了钻进过程中返出主要气体的浓度变化情况和异常情况处理措施,实践表明,气体钻井在防止井漏、钻遇地层出气(不含H2S)、异常压力等复杂情况具有常规钻井无法比拟的优势。     

高陡倾斜煤层沿煤层钻井研究——以准南昌吉地区为例

针对准噶尔盆地南缘煤层倾角大、地应力复杂的煤层气井钻探难题,基于弱面理论研究了煤层倾角、地应力、造(降)斜对井壁安全的影响,建立起多目标约束的沿煤层钻井轨迹优化模型。研究表明:(1)昌吉地区煤层倾角为10°~25°,局部达到25°~40°,属于高陡倾斜煤层,具有渗透率各向异性强、地应力各向异性强、岩体力学性质各向异性强的特点。(2)钻水平井时,根据倾角对井壁稳定影响分为作用区、过渡区和反转区,倾角在5°~25°时为作用区,沿倾向钻井最安全,沿走向钻井最危险;倾角大于65°后进入反转区,沿倾向、走向都成为安全钻井方位。地应力各向异性越大,坍塌压力越高、安全钻井方位的范围越小。(3)沿煤层倾向钻井时,倾角小于35°时建议沿煤层上倾方向钻井;倾角大于65°时建议沿煤层下倾方向钻井;倾角在35°~65°范围内井壁安全性最低,建议沿煤层走向钻井;井斜角在45°~65°时是最危险造(降)斜段,应尽量避免在此井斜范围对煤层造(降)斜。(4)为降低煤层着陆点到首靶点的坍塌压力,提出S型、J型两种沿煤层钻井轨迹类型,从对比结果看出本文方法比常规方法设计的井眼进尺更短、摩阻扭矩更小。     

变断面深厚表土钻井井壁竖向结构稳定性

采用理论分析和有限元分析2种方法深入研究了变断面深厚表土钻井井壁竖向稳定性问题.用外推法建立了变断面非满水钻井井壁竖向稳定临界深度计算公式,并分析了其影响因素;借助ABAQUS软件分析了不同阶段钻井井壁的竖向稳定性问题,计算了钻井井壁竖向稳定临界深度,分析了井壁自重、不同边界条件、井壁底部接触面积对竖向稳定临界深度的影响.结果表明,井壁筒受力状态和边界条件对竖向稳定临界深度的影响最大.     

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。     

浅析山西沁南煤层气井钻井技术

通过对煤层气成因、特征的分析,指出了煤层气钻井井斜预防、钻井液性能、煤层钻进、生产套管安装和固井四个关键性技术,提出了相应的技术措施,有效指导煤层气钻井施工,提高钻井效率,保证钻井质量,展望今后煤层气钻井的主要技术。     

煤层气水平井钻井工程因素对煤粉产出影响的数值模拟——以柳林区块为例

煤粉产出是制约煤层气开发的关键因素。影响煤粉产出的因素包括静态和动态因素,钻井工程是动态因素中影响煤粉产出的重要因素之一。以柳林煤层气区块为例,从井壁稳定性角度出发,运用ANSYS软件建立了二维、三维模型,分别模拟了不同钻井方位、钻井液密度、井眼半径、井斜情况下井壁的受力和变形,分析了煤层气水平井钻井工程因素对煤粉产出的影响。研究表明,井眼大小和井斜对煤粉产出的影响较大,而井眼方位和钻井液密度对煤粉产出的影响较小;井眼方位沿最大水平地应力方向时,井周等效应力差值最大,应力集中最明显;钻井液密度过大会导致井壁拉伸破坏;水平井钻进过程中,井眼半径越大、井斜越大,越易产生煤粉。为了减少钻井因素导致的煤粉产生,建议研究区水平井钻进时,井眼方位选择沿最小水平地应力方向,水平段选用清水钻进,水平段井眼倾角尽量与煤层倾角保持一致。研究成果为煤粉管控措施提供参考。