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。     

胜利油田研制成功空气可循环泡沫钻井液

在空气钻井的过程中，若地层出水，会把空气钻井形成的粉尘凝结，糊在井壁上，造成扭矩增加、局部过热、井壁岩石出现裂缝，吸水膨胀后造成井壁坍塌或卡钻，不得不改用常规钻井液进行钻进，从而大大降低钻井速度。为此，胜利油田研制出了空气可循环泡沫钻井液。其原理是利用发泡剂和高压空气产生均匀高速的泡沫到井下，携带岩屑和地层水回到地面，避免了岩屑凝结和井壁吸水膨胀导致的卡钻事故。     

塔河南岸跃满区块三叠系防塌钻井液研究与应用

针对塔河南岸跃满区块三叠系井段井壁垮塌严重的问题,对井壁失稳机理及防塌钻井液体系研究。三叠系地层岩性为泥岩和砂泥岩,黏土矿物含量为28.6%,黏土矿物中伊蒙混层含量45%,岩石吸水后抗压强度下降,现场钻井液密度低于井壁坍塌压力当量密度,这些是井壁坍塌的主要内因。现场钻井液滤失量大、泥饼厚而韧性差,岩屑滚动回收率和线性防膨率低,封堵性差,固相颗粒粒径分布不合理,这些是井壁坍塌的主要外因。通过优选降滤失剂、复合防塌抑制剂,引入防塌封堵剂FTDA等研究出防塌钻井液体系。该体系API滤失量和高温高压滤失量低,泥饼薄而且韧性好;岩屑滚动回收率比现用体系提高15.7%,对砂盘的封堵性提高50%以上。现场应用时钻井液流变性稳定,滤失量低,无卡钻、无掉块现象,平均井径扩大率为10.35%,比该区块平均井径扩大率下降50.24%。该体系的应用为跃满区块三叠系井壁稳定提供一种新的技术思路。      

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。     

泥煤互层段井壁稳定分析新方法

井壁稳定是泥煤互层段地层安全钻进的一大难题。常规计算模型没有考虑不等厚煤层与泥页岩失稳时的相互影响,获得坍塌密度低于实际钻井工况条件下,容易造成局部不稳定地层失稳引起井壁大面积垮塌。文章通过岩石理化性能与力学实验,系统分析煤层及互层面的失稳机理,结合不稳定地层非连续性,建立了考虑泥煤互层影响的井壁坍塌压力计算模型,获得互层段坍塌压力随岩性变化的规律。计算结果表明互层段在考虑不同地层失稳影响后地层坍塌压力更大。该评价方法应用于吐哈油田泥煤互层段井壁稳定分析,理论计算与实际工况吻合程度高,为钻遇类似井段井壁稳定准确分析奠定了重要的基础理论。     

页岩气水平井钻井沉砂卡钻监测方法研究及应用

页岩气有利目标箱体地层多发育天然微裂缝,呈现硬脆性力学特征,地层稳定性差,水平井钻进过程中井壁容易剥落产生掉块,如果不能及时将掉块从井筒环空循环排除,可能导致钻井沉砂卡钻事故。鉴于目前还无法直接测量井壁剥落掉块严重程度,进行了利用随钻环空压力监测环空掉块数量及其在环空中分布情况的研究。通过定义最小关泵压力、最大关泵压力、平均关泵压力、停泵和开泵状态及停泵时间实现了环空压力监测窗口自动捕捉;根据提取不同窗口的特征建立随钻环空压力数据与停泵期间井壁剥落掉块严重程度表征关系,通过定义沉砂卡钻风险等级实现了对页岩气钻井沉砂卡钻风险评价。现场测试实例表明,该方法可以实现对沉砂卡钻风险的识别,有助于对沉砂卡钻事故的预判和预防,提高页岩气水平井施工安全性,具有现场应用推广价值。     

空气泡沫钻井流体井壁稳定性研究

针对空气钻井中遇到地层大量出水时无法钻进、需转化为空气泡沫钻井的情况,优选出了有利于空气泡沫流体钻井时井壁稳定的处理剂GXG、AP-1和WJ-3,形成了一套具有良好井壁稳定性能的空气泡沫钻井流体配方,对该泡沫流体的抑制性、井壁稳定性等性能进行了评价。结果表明,所研究的空气泡沫钻井流体具有强抑制性,页岩回收率达97.4%,页岩膨胀量较清水降低67.1%。该空气泡沫钻井流体能使泡沫在井壁上形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌,井壁稳定效果良好。     

川东北气液转换井壁稳定技术研究与应用

针对川东北地区在空气钻井后转化为钻井液钻井过程中因井壁掉块和坍塌,造成长时间大段划眼、测井遇阻、卡钻等复杂情况,研制了空气钻井后的转换钻井液。其耐温大于150℃,抗盐达饱和,抗石膏污染达2％,相对回收率96．0％。并开发了空气钻井后气液转化工艺,使转换钻井液的井壁稳定能力提高。空气钻井后转换钻井液技术在川东北地区P103-4和P102—1等井的应用结果表明,空气钻井后转换钻井液钻井顺利,转换过程中未出现井壁坍塌等复杂情况,井眼质量提高。     

松辽盆地古龙页岩水平井井壁失稳机理

松辽盆地古龙页岩层理发育,层理密度高,黏土矿物以伊利石为主,质地偏硬脆性.古龙页岩水平井施工中反复出现坍塌卡钻、井眼扩大等井壁失稳问题.为了大幅度提高水平井的井壁稳定性,开展了岩石力学测试,建立有限元应力—流场耦合模型,求取不同工况条件下井壁稳定的坍塌压力上限.结果表明:井斜角、井斜方位、弱结构面数和弱结构面倾角是井筒...     

超深井侧钻段泥岩井壁失稳分析

为了解决西部超深硬脆性泥岩地层侧钻过程中井壁易垮塌的难题,从矿物特征及钻井液作用下地层强度的变化规律出发,确定了井壁失稳原因,考虑了层理面产状、井眼轨迹及地应力的综合影响,根据桑塔木组井壁围岩强度破坏条件建立了造斜井段井壁失稳地质力学模型.利用提出的井壁稳定力学模型分析可得,TKX-CH井侧钻段泥岩造斜初期坍塌压力当量密度为1.22 kg/L,实钻采用钻井液密度1.12 kg/L,井下掉块严重;井斜角达到58°时,将钻井液密度降至1.11 kg/L,井下掉块即得到抑制.现场试验表明,相同井斜角和侧钻方位角条件下,随着差应力比值的增大以及泥岩裸露在钻井液中时间的增长,维持井壁稳定的钻井液密度增大.研究认为,钻井设计时应根据地应力状态优选合理的造斜方位,以有效规避地层井壁围岩坍塌失稳风险高的井段,降低安全钻进风险.      

塔里木盆地富满油田二叠系玄武岩井壁稳定技术研究及应用

塔里木盆地富满油田二叠系普遍发育有玄武岩,玄武岩段钻进易发生井壁失稳,引起卡钻等井下故障复杂,影响了在该区块钻井时效和经济效益。通过对二叠系玄武岩进一步结构特征研究、易垮井地震相态特征及实钻特征研究、理化特性、地应力、坍塌压力研究,确定引起井壁失稳的原因。根据该区块现场实钻资料及井壁失稳处理经验,从强化钻井液封堵性、控制滤失量、提高钻井液抑制性、携岩能力、密度优选、控制工程参数等几个方面给出避免二叠系玄武岩井壁失稳的处理建议。研究成果在AM3井应用成功,效果显著,对指导富满油田二叠系玄武岩钻进具有一定的指导意义。     

测井在井壁稳定判定的应用

针对四川气田部分地区泥页岩易坍塌而造成卡钻事故的情况,在对国内外各种预测井眼稳定性方法进行验证评价优选后,本文从力学角度入手,建立了适当该地区的井壁稳定力学模型,通过分析测井资料与计算井壁稳定性所需的岩石各弹性参数间的关系,研究如何利用测井资料来计算预测井壁稳定条件的工作。利用编制的井壁稳定性分析软件,可以为四川地区钻井工程设计以及现场优选钻井液密度提供科学的依据。     

川东北元坝陆相空气钻井安全风险评价

从元坝气体钻井钻深相差1000m入手,计算出钻井成本将增加500万元。运用川东北元坝陆相地层岩石内聚力和原始地层坍塌分析方法,从空气钻井条件下井壁稳定性分析入手,进行井壁坍塌风险评价、井下安全评价和空气钻井提速潜力评价。通过建立岩石坍塌密度剖面,计算井筒环空压力分布和岩屑浓度,量化井底岩石可钻性级值,得出了元坝地区空气钻井钻深在2800m最为安全可靠的结论。     

渤海油田浅层沉砂卡钻处理新技术

为防止渤海油田因井漏而造成的沉砂卡钻钻井事故再次发生,以垦利10-4A10井为例,介绍了该井的基本情况,并对该井因漏致卡过程进行了详细描述。经过分析讨可知:大量岩屑堆积在339.7 mm(133/8英寸)套管鞋附近和井壁坍塌掉块两者共同作用,造成钻具因沉砂而卡钻。提出“微扩孔工具+随钻堵漏工具”扩孔解卡新工艺,并成功解卡被卡钻具,保证了海上油气田钻井安全和钻井时效。该工艺在国内首次成功应用,为解决沉砂卡钻事故提供了新思路。     

G构造深部地层井壁稳定研究

在东海西湖凹陷G构造勘探开发作业过程中,花港组以下深部地层多次发生由井壁失稳引发的起下钻遇阻、井壁掉块等井下复杂情况。该文选取伊顿法计算了地层孔隙压力纵向剖面,发现异常压力主要集中在花港组以下深部地层。并根据莫尔库伦准则进行井壁稳定钻后分析,该构造地区井壁失稳的主要原因是钻井液密度低于地层坍塌压力导致的力学失稳,以及由钻井液泥浆性能引起的泥岩水化。为确保后续钻井作业安全,建议在G构造相关区块开展钻前压力预测研究,并优选油基钻井液以避免泥岩水化。     

不同粒径特征的砾石层井壁围岩破坏机制

塔里木油田大北区块新近系库车组是一套长段砾石地层,在钻井过程中多发生井壁坍塌、掉块等钻井复杂问题。而砾石地层具有的弱胶结和不连续的特点,使得基于连续介质力学的分析方法不能很好解释井周砾石剥落和掉块的机理。为此,首先对该区砾石层露头进行粒度分析、微观电镜扫描、室内三轴实验,获得了砾石层物理力学特性;进而采用非连续特性的离散元数值模拟方法,深入地分析了该套地层中砾石以及粒径分布对围岩破坏和井周裂缝扩展特征。研究结果表明:①砾岩破坏方式为劈裂,破裂面沿着砾石颗粒的胶结面扩展,形成一条呈锯齿状的破坏面;②井周的大颗粒砾石降低了井壁围岩的抗压强度,在井眼液压作用下,砾石层井壁产生掉块,形成以最小水平主应力方向为长轴的不规整崩落椭圆;③井壁在非均匀构造应力作用下,发育小粒径砾石地层裂缝沿着最小主应力方向扩展,砾石的分布对裂缝扩展的影响较小,而发育大粒径砾石地层中,裂缝在砾石大颗粒周围产生,优先向附近砾石集中区域扩展,改变初始裂缝传播路径,扩展速度更快,延伸距离更远,逐渐形成更大范围的破坏区域,导致井壁失稳。     

KCl-有机盐聚合物钻井液在川西双鱼石区块的应用

川西地区双鱼石区块目的层埋藏深,完钻井深在7 000 m以深,上部φ444.5 mm、φ333.4 mm井眼主要采用“空气钻”提速,空气钻井转钻井液如何保证井壁稳定至关重要,在“高效PDC+螺杆”提速方式下优质的钻井液性能也尤其重要。为此,KCl-有机盐聚合物钻井液在KCl、有机盐的共同作用下抑制能力强,能够抑制岩石组分水化分散、膨胀,封堵防塌剂可以快速形成致密泥饼,减少滤液侵入井壁地层,防止“空气钻”后干燥井壁“吸水”引起的井塌;抑制钻屑水化分散,钻井液流变性能稳定、波动小、易调控、现场维护处理简单;钻井液强抑制性、低黏度和切力可提高钻头水马力,减少钻屑在钻头上的吸附,防止钻头泥包现象,减少钻井液中微米、亚微米粒子,有助于提高机械钻速。双探8井等现场应用表明,KCl-有机盐聚合物钻井液确保了“空气钻”井段井壁稳定,顺利钻过沙溪庙组下部（沙一段）、凉高山组、自流井组及须家河组易垮塌地层,井眼畅通、井壁稳定、井径规则、电测顺利、井下安全、钻速较高,满足工程、地质录井需要。      

辽河油田浅海钻井液技术

辽河油田滩海地区上部隔水管井段以流砂层为主，机械钻速高，环空岩屑量大，选用了正电胶钻井液；中下部地层富含以蒙脱石、伊蒙混层为主的泥岩，并且存在强坍塌应力及由沉积引起的超高压地层流体，存在井壁失稳问题；由于多个压力系统在同一裸眼段并存，油气水层相容、相近，极易发生井漏、井涌、井塌、卡钻等复杂事故，加之地层压力预测的局限，更增加了钻探难度，因此优选了海水KCl钻井液。在13口井的应用表明，海水KCl钻井液性能稳定，黏土容量限高，抗盐污染能力强，具有稳定井壁、井眼清洁、润滑防卡和保护油气层等特点，满足了辽河钻井的需要以及海洋环保的要求。     

硅酸盐钻井液降低易失稳地层钻井液密度可行性分析

珠江口盆地古近系地层在钻井过程中,多口井出现坍塌、卡钻、起下钻遇阻等井壁失稳问题,现场通过增加钻井密度解决垮塌问题,但又出现压差卡钻、钻井时效低的问题。从黏土矿物含量分析、扫描电镜、滚动回收率及膨胀性实验入手,分析珠江口盆地古近系地层井壁失稳原因。古近系地层为微裂缝发育,在钻井过程中井壁周围应力发生变化及钻井液侵入,引起井壁坍塌,继而出现卡钻、起下钻遇阻等问题。为了解决以上问题,结合硅酸盐钻井液抑制性强、封堵性好、可增强岩石强度的特点,降低地层坍塌压力。对硅酸盐水基防塌钻井液进行优化及性能评价,结果表明,其性能参数满足钻井要求,具有提高岩石内聚力、抗压能力的特点,同时与古近系已用PLUS-KCl钻井液、油基钻井液相比,优化的硅酸盐水基防塌钻井液浸泡后岩石具有抗压强度高、内聚力高等特点,其内聚力高达11.7 MPa,是PLUS-KCl钻井液的1.9倍,是油基钻井液的1.5倍,可见在保证井壁稳定的前提下,用硅酸盐钻井液降低地层坍塌压力是可行的。      

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。