轴向振动减阻工具实现页岩气钻井提速增效

当前,页岩气等非常规资源已成为能源开发领域的热点。页岩既是天然气生成的源岩,也是聚集和保存天然气的储层和盖层。     

水平井钻井用连续压力脉动减阻防卡工具研究

在页岩气开发中采用水平井、大位移井和多分支井技术,钻井和完井过程中经常出现钻压传递、泥浆马达滑动钻进、钻柱与完井管柱下入困难等问题。连续压力脉动减阻防卡工具利用泥浆循环压力作为动力,采用螺杆结构有效进行压力能与机械能转化,打破静态摩擦状态并消除扭转振动,减少钻具拖压和卡钻现象、提高对工具面的控制能力,增加钻速和钻头寿命。采用理论模拟与室内试验结合的方式验证工具的性能。介绍了连续压力脉动减阻防卡工具的结构、工作原理和应用效果,并提出了使用建议。     

焦石坝页岩气水平井钻井提速工具应用

针对焦石坝区块页岩气水平井在钻进过程中遇到的地层可钻性差、摩阻扭矩大、井下动力钻具寿命
短等问题,在详细分析钻井施工难点的基础上,优选多种新型提速工具进行了现场应用。采用旋冲钻具改变破岩
方式提高了研磨性地层的破岩效率;采用水力振荡器和旋转导向工具将定向过程中的静摩擦变为动摩擦,实现了
长裸眼段降摩减阻和轨迹高效控制;采用低速螺杆、等壁厚螺杆和耐油螺杆延长了井下动力钻具单趟钻寿命及进
尺。现场应用效果表明,通过新型提速工具的优选应用,机械钻速同比提高２８％～８６．３９％,实现了一趟钻完成一开
进尺,一趟钻完成水平段进尺,有效提高了钻井效率,为焦石坝及邻近区块后续页岩气水平井钻井提速提供了技术
参考和支撑。     

气体钻水平井用减阻器

在气体钻大位移定向井、 水平井中, 随着井眼的延伸, 摩擦阻力越来越大, 使得钻压难以施加到钻头上, 使钻井无法继续进行; 此外, 还使得卡钻等井下事故频繁。文章介绍的钻具减阻器不仅能降低钻具在滑动钻进中的摩擦阻力, 并且能满足旋转钻进时对钻具的要求, 同时减小旋转钻进时的扭矩, 满足气体钻水平井、 大位移水平井等特殊工艺钻井的需求。     

页岩气水平井完井压裂技术综述

页岩气藏是一种超低渗透非常规储藏,水平井完井和压裂技术是页岩气获得工业性开发的关键。综述了几种页岩气水平井的完井方式,包括笼统压裂完井、限流压裂完井、套管固井多级压裂和裸眼多级压裂完井,揭示了裸眼井多级压裂具有更优的增产特性,介绍了减阻水压裂相关的液体体系、支撑剂和施工工艺,指出我国在今后的页岩气开发中应加强水平井裸眼多级压裂技术的研发。     

水力脉冲轴向振荡减阻工具研制

在大斜度井中,轴向力传递通常成为问题。为了减少摩阻并实现轴向力的连续传递,最新的减阻技术是水力脉冲诱发轴向振荡钻井技术,为此开发设计了一种水力脉冲轴向振荡减阻工具。介绍了该轴向振荡减阻工具的总体结构及技术特点、关键零部件的设计加工、动力马达基本结构参数合理配比优化、盘阀过流面积模拟、花键心轴表面处理技术及计算机辅助设计分析、碟形弹簧组合设计计算等。室内及现场试验表明:该工具性能可靠,能够解决托压的问题,减阻提速效果明显。     

页岩气水平井JY10HF井钻井关键技术及认识

JY10HF井是南川金佛山断坡第一口页岩气预探水平井,钻遇地层具有缝洞发育、倾角大和可钻性差等特点,钻井过程中面临易漏失、易坍塌、易井斜和机械钻速低等难题。鉴于此,采取"导管+四开制"井身结构、旋转导向控制井身轨迹、优选钻头及工具、优化堵漏措施等技术,完成了该井的施工任务。为进一步实现该区块页岩气水平井提速提效,分别从井身结构、井眼轨道设计和防斜打快等方面进行了探讨和优化,提出了优化技术套管下深、采用双二维轨道设计、应用欠平衡钻井技术和优选旋转导向工具等提速方案。研究内容可为类似页岩气区块开发提供技术支撑和方法指导。     

页岩气水平井固井工具配套技术

为满足页岩气水平井固井作业特殊需要,针对页岩气水平井套管下入困难、水平井眼套管居中度差以及高压固井套管浮箍浮鞋关闭不严等问题,研制了专用的套管安全下入引导工具、水平井专用套管扶正器以及井底关闭专用工具。详细描述了这些固井工具的结构原理和性能特点,给出了其技术参数和适用范围。结合涪陵页岩气水平井实际情况进行了固井工具配套技术研究,介绍了专用固井工具的现场应用情况。现场应用结果表明,所开发的专用固井工具能够满足涪陵页岩气水平井固井施工的需要,建议根据不同井况推广使用。页岩气水平井固井工具的研制成功对于确保固井质量和满足页岩气开发的需要具有积极的意义。     

四川盆地泸州区块深层页岩气水平井钻井关键技术

四川盆地泸州区块深层页岩气水平井钻井周期长、机械钻速低、钻具振动大,特殊岩性地层可钻性差、水平段井眼易失稳、地层温度高,且摩阻扭矩大、卡钻风险高。为保证作业安全,降低钻井成本,开展了水平井井身结构优化、水平段井眼轨道优化及轨迹控制等技术研究,推荐了激进钻井方式的最优参数,优选了特殊岩性地层减振提速和高效破岩技术;结合地面降温设备先导试验,优选了钻井液体系,并优化了钻井液性能参数,最终形成了泸州区块深层页岩气水平井安全高效钻井关键技术。该技术在泸州区块 4 口井中进行了试验,试验井平均井深5 601 m,水平段长1 884 m,钻井周期平均缩短14.5%,未发生井下故障。研究结果表明,该技术满足泸州区块安全高效钻井和推广应用要求。      

页岩气水平井分段压裂优化设计新方法

针对页岩气水平井分段压裂形成的复杂性裂缝量化表征困难、压裂优化设计方法不成熟的问题,对已有裂缝复杂性指数表征方法做了进一步深化,考虑各分支裂缝沿主水力裂缝方向的分布密度及其相互间渗流干扰波及面积,提出了新的裂缝复杂性指数表达式,使其不仅仅是一个范围,而是一个具体数值。围绕最大限度提高裂缝复杂性指数的压裂优化设计目标,从配套施工参数的优化与控制、最终预期产量的预测等方面入手,给出了针对水平层理缝/纹理缝发育储层、高角度天然裂缝发育储层的压裂优化设计方法及流程,并提出了天然裂缝分布密度及延伸缝长的定量描述方法。该压裂优化设计新方法在涪陵焦石坝某井进行了试验,其无阻流量比邻井约高26%,证明该新方法能有效提高页岩气水平井分段压裂的效果,对页岩气的经济有效开发具有重要意义。     

涪陵页岩气水平井定向工艺技术实践

涪陵焦石坝页岩气田是中国第一个海相页岩气产能建设示范区。根据焦石坝页岩气大位移长水平段的特点,为保证技术套管和产层套管的正常下入,分析了页岩气水平井难点,进行了井眼轨迹优化设计。施工中成功运用了井眼轨迹控制技术,随钻测量、泡沫定向等工艺技术,解决了定向速度慢的问题,对页岩气水平井施工具有一定的指导作用。     

美国页岩气水平井钻井提速提效案例与启示

自2004年起,美国开始大规模应用水平井开发页岩气,水平井钻井数量呈爆发式增长。随着技术的进步,美国页岩气水平井的平均水平段长度不断增加,钻井周期不断缩短,单位进尺钻完井费用持续降低。通过美国的Fayetteville气田、Marcellus页岩气产区、Eagle Ford页岩气产区3个案例,具体分析了该国页岩气水平井钻井提速提效措施,主要包括简化井身结构,应用工厂化作业模式及配套钻机,采用个性化高效钻头及油基钻井液,以及高效实用的常规导向钻井技术或旋转导向钻井技术。最后针对我国现状,提出了大力推行工厂化钻井、加快发展旋转导向钻井、重点发展个性化钻头和钻井液、提高钻井设备可靠性和耐用性等建议。     

页岩气水平井压裂连续管滑套开关工具的研制

页岩气井可通过电缆射孔与机械封隔器层间封隔,通过依次投球,打开压裂滑套,实现多级压裂改造。但是该技术需要下球座投球封堵影响到采油通道的直径,且下入开关工具的时候均需要精确定位,无法很好满足目前页岩气井压裂的发展需求。为此,通过工艺分析,研制了液压式滑套开关工具来配合固井水泥+开关滑套多段压裂技术使用,并对此液压开关工具进行了三维设计,结构有限元分析和流动分析,验证了该工具结构的合理性。试验测试结果表明,该工具可在较小压力下实现滑套的打开和关闭,其设计原理正确,技术性能可靠,现场操作方便,开启关闭滑套的成功率高。     

页岩气长水平段水平井钻完井关键技术

针对长水平段水平井钻完井依然存在井壁稳定风险,钻进过程中摩阻、扭矩高,下套管载荷不足等问题。采用井身设计结构、轨道剖面优化设计,轨迹控制中提高复合钻进比列,结合油基钻井液、固完井工具等技术应用,实现3500m长水段水平井钻完井施工。     

页岩气水平井牵引器输送射孔技术应用研究

牵引器输送射孔技术是牵引输送技术与多级射孔技术相融合的一种射孔技术,它既可以替代连续油管传输射孔技术,实现水平井首段射孔,又能与泵送分簇射孔作业实现无缝对接,可以为页岩气水平井射孔提供高效手段。介绍了牵引器输送射孔技术的原理和特点。同时指出,无专门管串设计分析软件、无标准测试操作流程以及无异常处置经验是当前牵引器输送射孔技术应用中存在的主要难点。通过对川南页岩气水平井的应用研究,给出了安全可靠的解决措施,为牵引器输送射孔技术的推广应用提供技术保障。     

水平钻井振动减阻器参数优化设计

水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明：(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。     

四川盆地页岩气水平井压裂实践与展望

总结分析了川庆井下作业公司在四川盆地22井次、66 段页岩气压裂改造中形成的经验和技术,将压裂改造中涉及的龙马溪、筇竹寺等页岩层系与北美几个重点页岩气区的压裂改造技术现状进行了对比,归纳总结了四川盆地页岩气水平井压裂改造中获得的经验。并对即将开展的丛式水平井组压裂改造进行了分析,提出了多口水平井压裂相对于单井而言作用机理和技术思路的区别。结合长宁H2、H3平台丛式水平井组压裂改造方案和 “工厂化”施工模式的技术方案进行了剖析,旨在为四川盆地页岩气丛式水平井组的压裂改造提供新的技术思路和解决办法。     

川南探区页岩气水平井钻井技术

川南探区存在地层古老、可钻性差、机械钻速慢、钻井成本高及投资收益低等问题,为实现该探区页岩气高效勘探开发,在分析探区工程地质及钻井工程技术难点的基础上,结合页岩气储层改造技术要求,开展了井身结构方案优化、优快钻井技术以及经济成本分析,形成了以?139.7 mm套管完井的三开钻井技术方案,指导完成了WY1井、YY1井等探井的设计,为川南探区第一轮页岩气勘探提供了技术指导。      

页岩气多分支水平井增产机理

页岩气井产量低,为达到经济有效开发的目的,往往采取压裂投产或水平井工艺.多分支水平井一方面可以定向钻进局部富集的“甜点”区,另一方面可以大规模地沟通页岩中的微裂缝,增加泄气面积;同时能够降低裂缝中的气液两相流动阻力,有望大幅提高单井产量.页岩气多分支井产能受到多种因素制约,其中储层渗透率、岩层厚度等是最主要的先天性因素,而多分支井的分支数、井身长度、分支长度、分支夹角等设计因素对页岩气井产能也有较大影响,因此在设计中应结合实际情况对这些参数进行优化.     

大位移井减阻工具合理安放位置研究

大位移井技术因其具有巨大经济效益并能够满足特殊作业的目的而得以迅速推广应用，但水平井段摩阻扭矩又成为了制约大位移井推广应用的关键因素。为了减少大位移井摩阻扭矩的目的，首先根据用测斜数据，应用3次样条函数拟合井眼轨迹。将多维井段装有减阻工具套管柱作为类连续梁，并考虑弯曲载荷的影响，综合考虑了井斜角、方位角以及套管柱自身几何参数等多因素对套管柱挠曲变形综合影响，以此建立大位移井不同井段套管柱力学模型，完善了部分国外学者计算套管柱挠度“软模型”的不足；进而给出了优化大位移井减阻工具合理安放位置理论计算方法。