渤中19-6大气田深部潜山硬地层钻井提速技术研究与应用

渤中19-6大气田太古界潜山地层埋藏深,地层抗压强度高、可钻性差、研磨性强,造成常规PDC钻头机械钻速低、钻井周期长、钻井成本高。针对地层特征和钻井技术难点,引入扭力冲击器配合忍者齿PDC钻头提出了深部潜山硬地层钻井提速技术。该技术已在渤中19-6大气田10口井取得成功应用,单支钻头平均进尺65.5 m、平均机械钻速4.77 m/h,比常规马达+PDC钻头分别提高135.46%、114.77%,大幅缩短了钻井周期,经济效益显著,可为类似深井、超深井潜山硬地层钻井提速提供借鉴。     

几种典型难钻地层提速方法

PDC钻头在极硬、强研磨性和软硬交错等非均质地层中,机械钻速低,使用寿命短,因此,需要采用新的钻井工具和方法解决难钻地层的钻井提速问题。针对硬脆性地层、硬塑性地层及强研磨性地层等典型难钻地层,提出了相应的提速提效钻头钻具组合方法。指出在硬脆性地层和硬塑性地层中,可分别采用液动冲击器+锥球齿金刚石钻头、扭力冲击器+尖圆混合齿钻头,以实现钻井提速;而对于硬地层定向段的提速,则可采用等壁厚大扭矩螺杆+混合钻头来实现。现场应用结果表明:这些提速提效钻头钻具组合大幅提高了机械钻速,降低了钻井成本,可推广应用。所得结论可为难钻地层的钻井提速方案选择提供参考。     

孕镶金刚石钻头+高速螺杆钻井技术在元坝陆相高研磨性地层的应用

元坝陆相高研磨性地层岩石硬度大、可钻性差,前期的技术攻关试验在钻头选型、钻井新工具、新技术的探索方面虽然取得了一些进步,但效果还不尽人意,仍然是元坝陆相高研磨性地层钻井提速提效的瓶颈。为此,在总结前期钻井施工经验的基础上,开展孕镶金刚石钻头+高速螺杆钻井技术研究,优选出适用于高研磨性地层的孕镶金刚石钻头和与孕镶金刚石钻头相匹配的高速螺杆,并在YB12-1H、YB102-3H井开展了现场试验,自流井组地层机械钻速达1.04 m/h,较前期施工井机械钻速提高了52.94%,上三叠统须家河组机械钻速达1.18 m/h,较前期施工井机械钻速提高了73.53%,共计节约钻井周期46.35 d,节约钻井成本309.28万元,提速提效取得了显著成果。研究试验认为,该技术为元坝陆相高研磨性地层实现钻井提速提效寻求了一种新的途径。     

南海文昌区块深部地层旋转切削齿PDC钻头提速技术

针对南海西部海域文昌区块深部地层常规固定齿PDC钻头磨损严重、机械钻速较低的问题,研究了旋转切削齿PDC钻头提速技术。分析了文昌区块深部地层的钻井难点,基于地层和钻头磨损特征分析结果,用旋转切削齿代替常规PDC钻头肩部高磨蚀区的固定切削齿,并优化布齿,形成了适用于文昌区块深部地层的旋转切削齿PDC钻头,并在文昌区块3口探井进行了应用,结果表明,该钻头提速效果明显、单只钻头进尺长且出井钻头磨损评价良好。研究认为,旋转切削齿PDC钻头兼具攻击性和耐磨性,可有效提高南海西部海域文昌区块深部地层的机械钻速,建议在该区块和类似强研磨性地层推广应用。      

川渝地区须家河地层涡轮钻具配套孕镶金刚石钻头钻井提速技术

川渝地区须家河地层研磨性强、硬度高、可钻性差、单只钻头进尺低、钻头消耗量大、机械钻速低、钻井成本高、针对上述难题,采用自主研发的涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头钻井技术。经龙岗X1井的现场试验,单只钻头进尺392m,纯钻时间240,平均机械钻速2.73m/h,与邻井同层钻头对比!机械钻速提高95%,以上,单只钻头平均进尺提高了334.1%。试验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在强研磨性地层具有较好的提速效果,可为川渝、新疆等地区强研磨性地层钻井提速提供技术支持。     

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。     

提高渤海中深层机械钻速技术应用

渤海A油田主力储层为太古界潜山地层,岩性为片麻岩,目的层垂深超过4 000 m,上部孔店组地层发育一套砾径超过7 mm的含砾砂岩,常规PDC钻头钻进,钻头崩齿严重,更换频繁;牙轮钻头机械钻速低,磨损严重,钻井周期增加导致裸眼浸泡时间加长,上部地层垮塌频发,严重制约油田开发。通过对测井资料回归并校核岩心强度,确定地层可钻性级值剖面,为钻头优选提供了理论依据,并分析了多种提速工具的优劣。孔店组非均质含砾砂岩地层采用一体化复合冲击工具,降低了崩齿导致的钻头早期破坏;潜山片麻岩地层引入扭冲工具配合忍者齿PDC钻头钻进有效提高机械钻速,使单只钻头进尺大大增加,实现了渤海中深层钻井的提速。在A油田勘探过程中形成了渤海中深层优选钻头技术,该技术在钻井实践中得到了检验,降低了中深层的开发门槛,实现了勘探开发费用的降低,也为未来渤海中深层油田的开发提供了经验和技术支持。     

适用于复杂岩性地层的PDC钻头个性化设计与应用

针对常规PDC钻头在吐哈油田复杂岩性地层钻井施工中,由于其软硬交错、高含砾、强研磨性的特性,造成钻头机械钻速低、行程短、用量高的问题,开展了PDC钻头整体结构、冠部头型、布齿参数、水力参数等方面的个性化设计,研制出新型PDC钻头。复杂岩性地层现场试验表明,所设计的新型PDC钻头具有很强的适应性,有效提高了单只钻头行程和机械钻速,提速效果显著,从而提高钻井运行效率、缩短钻井周期、降低钻井作业成本,为复杂岩性地层的快速高效钻探提供了切实可行的技术思路,为加快油田勘探开发步伐贡献了积极的力量。     

惠州区块深层火成岩地层钻井提速技术

南海东部惠州区块前古近系为火成岩地层,岩石强度高、地层可钻性差,导致钻速低、钻头进尺短和磨损严重。为提高火成岩地层钻井效率,通过地层岩性特点分析、钻头磨损评价,并根据测井数据开展了岩石力学分析,设计了高攻击力提速工具和钻头提高机械钻速,采用了强抗冲击性斧型齿和双排齿钻头增加进尺,并提高了钻头心部位置强度减轻磨损。钻井提速技术在惠州D井进行了成功应用,相比较于前期作业的惠州A井:在相同地层岩性的前古近系闪长岩和花岗岩段,钻头机械钻速分别提高了88%和69%,火成岩井段单只钻头平均进尺增加了31.5%,且出井钻头磨损较轻。该技术较好地解决了区域火成岩地层钻井效率低的难题,也为火成岩地层提速提效探索了解决方法。     

TUZ区块个性化高效破岩钻头优选和应用

近年随着TMG油田增储上产需要,TUZ区块深井逐步增加,勘探开发难度不断增大。因此在保证井身质量的同时,优选出地层适应能力强、穿夹层性能好、抗研磨性强的个性化高效破岩钻头,提高机械钻速,缩短施工周期,安全快速完成钻井作业,是TUZ区块提速上产的重要途径。文章通过TUZ区块已用钻头调研,从降低施工扭矩和钻压、增加岩屑导流面积、强化稳定切削和延长钻头工作寿命等方面考虑,对PDC钻头复合片进行梯度合金齿技术处理,通过抗冲击性复合片技术和针对性个性化钻头设计的优势结合,实现PDC钻头切削材料性能的提高和钻井施工极端环境的延展,对比优选出个性化高效破岩钻头序列,并以优选出的钻头在该区块的施工数据为实例,为该油田区块后期高效勘探开发提供了一个选择方向,具有较好的现场施工指导作用。     

元坝区块超深井钻井提速关键技术应用

元坝超深井提速受大尺寸井眼长、致密性硬地层多、同一裸眼井段压力体系多且差异大、深层地层高温、高压、高含硫等因素制约,机械钻速提高困难,钻井周期长。为此,对空气钻、个性化PDC钻头选型及井下工具、预弯曲钻具组合、钻井液体系等方面进行优化,形成了一套元坝区块超深井提速模板。现场应用表明,元坝701井通过空气钻和个性化PDC钻头实现陆相地层提速,在须家河组地层最高机械钻速达2.02 m/h。在易斜地层使用小度数螺杆的预弯曲钻具组合,相比常规钻具组合能更好释放钻压,在防斜和提速方面达到平衡。     

哈萨克斯坦阿克纠宾地区全井筒钻井提速综合技术

哈萨克斯坦阿克纠宾项目位于滨里海盆地东缘,其复杂碳酸盐油气藏普遍存在上部地层蹩跳钻严重、井斜控制难和下部高研磨性灰泥岩,机械钻速低等问题突出,通过开展钻井提速工具的集成与应用,形成了该地区以垂直钻井、个性化钻头、复合钻进、旋冲钻井为主的提速综合技术。在阿克纠宾项目各油田进行了推广应用,取得了较好的提速效果,与常规钻进方式钻进对比,垂直钻井技术提速1.6倍,个性化锥形齿PDC钻头配合高速螺杆技术在直井与水平井均提速1倍以上,旋冲钻井配合个性化PDC钻头技术提速2~3倍,孕镶金刚石钻头配合涡轮钻井技术提速2倍以上。鉴于滨里海盆地具有很强的地层规律性,所形成的钻井提速技术和方法在全盆地其他油田具有较强的指导和借鉴意义。     

南海西部油田常规探井钻井提速配套技术

南海西部油田地层砂泥岩交替频繁、地层倾角大、泥质含量高、断层多、易垮塌、砾石含量高、地层研磨性强,钻井复杂情况多,极大限制了常规探井钻井时效。针对这些难题,经过多年的实践与探索,逐步形成了根据地层特性匹配的个性化钻头提速、在难钻地层使用扭冲工具提速、灵活应用非常规井身结构提速、高陡地层使用垂直导向系统防斜打直、使用强封堵型钻井液体系防塌防漏等一系列钻井提效技术及配套工艺。同时也详细探讨了各项技术原理、配套工艺措施及现场应用效果。近年来南海西部油田应用结果表明,百余口常规探井平均机械钻速由24 m/h提高到40 m/h,建井生产时效由88 %提高到98 %,钻井复杂情况率得到显著降低,为类似探井钻井提效提供参考与借鉴。     

塔里木泛哈拉哈塘地区扭力冲击钻井技术

针对塔里木泛哈拉哈塘地区油气藏埋藏深,二开裸眼段长,深部地层研磨性强,软硬交错,钻头吃入地层效果差,PDC钻头失效快,钻井机械钻速以及中标费用低等特点和难点,引进扭力冲击钻井技术,力求通过高效破岩技术提高机械钻速、降低成本。2012—2015年进行了36口井试验与应用,结果表明,试验与应用井段平均机械钻速达到5.74 m/h,是转盘钻井技术的2倍以上,是复合钻井技术的1倍以上,平均单井缩短钻井周期25.87 d,提速效果和经济效益显著,为塔里木台盆区深井、超深井钻井提速降本提供技术支持。     

新型多重复合切削钻头的研制

为提高钻头在研磨性硬地层中的机械钻速,延长钻头寿命,研制了新型多重复合切削钻头。该钻头采用"PDC复合片+锥形PDC齿+金刚石孕镶块"3级切削结构,以PDC复合片作为1级切削元件、以锥形PDC齿作为2级切削元件,以金刚石孕镶块作为3级切削元件。多重复合切削钻头具有PDC钻头、牙轮钻头和孕镶金刚石钻头的优点,使钻头既具有较高的机械钻速,又能保持较长的寿命。在青海东坪地区基底花岗岩地层的现场试验中,新型多重复合切削钻头进尺137 m,纯钻时间114.9 h,机械钻速1.19 m/h,比同井段HJ537G牙轮钻头进尺提高128.3%,机械钻速提高40%。多重复合切削钻头为强研磨性硬地层钻井提速提供了一种新型高效的破岩工具。     

近钻头旋扭冲击器结构设计与试验

PDC钻头在深井高硬度、研磨性较强的地层钻进时会出现蹩钻、跳钻现象,从而导致钻头机械钻速低、进尺少、经济效益差等问题。为提高钻头机械钻速,克服深井高硬地层普遍存在的粘滑现象,开展了近钻头旋扭冲击器设计研究工作。结合流体力学对工具进行结构优化设计,通过建立三维模型,运用模拟软件对工具结构流场进行有限元仿真分析,确定了工具结构参数。试制样机开展室内及现场的性能测试,样机各项功能正常,达到设计指标,满足现场应用要求。可为后期现场应用及工具的进一步优化改进提供借鉴。     

塔里木油田HLHT区块超深井钻井提速配套技术

塔里木油田HLHT区块储层埋藏深、上部地层松软和下部地层岩石可钻性差,导致出现机械钻速低、钻井周期长等问题,在将井身结构优化为塔标Ⅲ三开井身结构的基础上,把提速重点聚集于二开井段,通过分析地层的可钻性,优选钻头及配套提速工具,并结合钻井实践经验,制定了二开钻井提速技术方案:二叠系以上地层,采用长寿命大扭矩螺杆/国产高效螺杆+ STS915K型或MS1952SS型高效PDC钻头复合钻井提速技术;二叠系及其以下地层,采用Torkbuster扭力冲击器+U513M型或U613M型专用PDC钻头钻井提速技术。现场应用表明,HLHT区块超深井应用钻井提速配套技术后,平均机械钻速逐年提高,从5.55 m/h逐渐提高至8.82 m/h,平均钻井周期逐年缩短,从131.0 d逐渐缩短至86.1 d。这表明,HLHT区块超深井钻井提速配套技术提速效果显著,能够满足该区块超深井快速高效安全钻井的需要。      

扭转冲击提速工具在文安区块的现场应用

钻具黏滑振动现象造成PDC钻头过早失效是限制PDC钻头在深井、超深井硬地层应用的一个重要因素。针对该问题,研制了扭转提速冲击工具。该工具通过给钻头提供一定频率的扭转冲击力,从而抑制钻具黏滑振动,提高钻速。通过室内实验验证了周期性扭转冲击外载能够有效地抑制PDC钻头的黏滑效应。现场试验结果表明,使用扭转冲击提速工具后的机械钻速提高了102%。该项研究结果为扭转冲击提速工具在钻井过程中的合理应用提供了理论依据。     

塔里木山前井涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井提速技术

塔里木盆地山前井是塔里木油田油气勘探开发的重要区域之一。针对山前井地层研磨性强、可钻性级值高,单只钻头进尺低,钻头消耗量大,机械钻速低,钻井成本高等问题,引进涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术。2 口山前井钻进实验数据表明:博孜102 井配套工具进尺704 m,纯钻时间407.5 h,平均机械钻速1.73 m/h;克深2-1-14 井配套工具进尺146.8 m,纯钻71.75 h,平均机械钻速2.05 m/h。两组配套工具与邻井同层PDC 钻头、牙轮钻头对比,钻井速度提高了2~4 倍,单只钻头平均进尺提高了3~10 倍,平均纯钻时间提高了1.7~2.5 倍。工具实验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在塔里木山前井具有较好的提速效果,可为塔里木山前井钻井提速提供技术支持。     

频率可调脉冲提速工具深井提速现场试验研究

脉冲射流技术是提高钻井机械速度的一种有效方法。根据机械强制脉冲与自激振荡脉冲相结合的原理,研制了频率可调脉冲提速工具。现场2口井的试验结果表明,频率可调脉冲工具在深井井段提高机械钻速21.30%⁵9.17%,提高钻头进尺36.07%59.17%,提高钻头进尺36.07%¹48.15%。频率可调脉冲提速工具结构简单、可靠性高,在现有钻井设备和工艺参数基本不改变的情况下,能在深井下部地层取得较好的提速效果。作为一种能有效提高钻井机械钻速的技术,频率可调脉冲提速工具在深井钻井中具有广阔的应用前景。