川西地区超深井钻井完井技术现状及攻关方向

川西地区油气资源丰富,但超深层海相碳酸盐岩地质条件复杂,钻井过程中面临纵向上压力系统多、井漏频发、井壁失稳垮塌、部分地层可钻性差、钻井风险高及钻井周期长等技术难点。通过近几年的技术攻关,研究形成了适用于川西地区的超深井钻井完井技术,主要包括超深井井身结构优化技术、钻井提速关键技术、防漏堵漏技术、高压低渗气层控压钻井技术、抗高温强封堵油基钻井液技术、超深高钢级套管开窗技术、控压平衡法固井技术和超深短尾管固井技术等,创造了多项钻井工程纪录,支撑了川西地区超深层油气资源的勘探开发。但目前仍然面临风险区域地质认识不足,恶性井漏治理难度大、部分难钻地层提速不理想和漏垮同存地层安全钻井配套技术不完善等技术难点,因此,提出下一步需在井身结构对策研究、钻井提速新技术新工艺试验、高效堵漏技术研究和地质工程一体化等方向进行技术攻关,以推动川西地区超深井钻井完井技术快速发展,实现川西地区深层油气资源的经济有效勘探开发。     

中国石油深井、超深井和水平井钻完井技术进展与挑战

深层、超深层和非常规成为我国油气勘探开发的重要增储上产领域,“十三五”以来,工程技术围绕“五油三气”六大盆地勘探开发重点和高温高压、窄密度窗口等钻井提速难点,通过持续攻关,取得了一大批技术成果。深井、超深井、非常规水平井钻完井关键技术快速发展,形成了以非常用井身结构优化、安全高效优快钻井、抗高温钻井液、精细控压钻完井、膨胀管等为核心的关键技术,成功实施了一批标志性超深井的钻探作业。研制了大功率顶驱、一体化地质导向系统、绿色经济储层改造等装备工具,研发了耐高温高性能井筒工作液、高效防漏堵漏材料等核心助剂,加快了非常规油气资源的低成本、规模效益开发。深井钻深能力突破9000m,水平井水平段长度突破5000m,一趟钻进尺最长3700m,部分指标比肩北美,助推了塔里木富满、四川双鱼石、大庆古龙等大型油气田的发现与开发,为提高油气资源开发力度和效益提供有力的工程技术支撑。随着油气勘探开发不断推进,钻井面临的工程地质风险、新的挑战仍然不断出现,还需进一步开展地层压力精确预测、井身结构优化拓展、井眼轨迹控制、抗高温工作液体系、高效破岩与提速工具、地质工程一体化等攻关研究,以实现钻井关键技术与装备的不...     

川渝地区超深井钻完井技术新进展

中国石油川渝地区勘探开发已由上二叠统—三叠系向更深的下二叠统—震旦系转移,区域向川中古隆起外围、川西下二叠统、川东寒武系进行战略拓展,地质条件愈加复杂,超深井的多压力系统、可钻性差、超高压超高温、高含硫等难题给钻完井工程带来巨大挑战。通过技术攻关,形成了集井身结构优化、个性化钻头、优质钻完井液、深井水平井钻井、精细控压钻井、特殊取心等技术为一体的超深井钻完井技术,为安岳气田龙王庙组资源快速转化、二叠系和泥盆系资源重大发现提供了强有力的技术支持,加速了川渝地区深层油气藏勘探开发进程。     

川西地区复杂超深井钻井技术

四川盆地川西北地区超深井普遍存在多压力系统,多套管必封点,大尺寸井眼长,局部地层可钻性差、研磨性强,深部地层高温、高压、高含硫和窄安全密度窗口等技术难点,井下易发生溢、漏、垮、卡多种复杂及故障,钻井速度慢,整体钻井周期长,严重影响深层高产气藏的效益化勘探开发。研究人员通过开展井身结构优化与高效承压堵漏技术的研究攻关,拓展形成适用于四川盆地川西地区超深井钻井的非标井身结构1套,发展出以“个性化钻头+长寿命井下工具+优质钻井液体系+精细控压钻井”为核心的超深井钻井提速提效综合技术,建立了川庆钻井工程技术信息一体化系统,实现了川西北地区复杂超深井钻井速度成倍提高,井下复杂和故障得到有效控制,钻井周期大幅缩短,大大加快了四川油气田川西地区深层气藏的整体勘探开发进程,对国内其他类似地区深井超深井钻井具有良好的借鉴意义。     

蓬莱气区超深井钻井提速技术

近年来,随着我国油气资源的勘探开发向深层、超深层迈进,深井、超深井数量快速增长,但超深井钻井过程中仍面临诸多难题,亟需开展超深井复杂地层钻井技术研究。以四川盆地中部蓬莱气区为例,储层埋藏超深,地质条件复杂,纵向产层多,压力系统复杂,断层、膏盐、高压盐水发育,必封点多,井控风险高;蓬莱气区超深井钻井在钻井过程中遇到机械钻速低、故障复杂时效高、钻井周期长等问题。为此,对蓬莱气区开展钻井提速技术研究。通过对已钻井实钻数据进行分析,总结提出3个制约钻井提速的瓶颈问题,并重点介绍了针对问题形成的技术对策与初步实施效果。研究结果表明：(1)通过缩短大尺寸井段长度,钻井速度得到有效提高;(2)通过将高低压层段放入两个钻井开次,故障复杂发生率得到有效控制;(3)通过优选堵漏材料、扩展安全密度窗口的高效承压堵漏技术,能够解决窄安全密度窗口井段喷漏同存难题;(4)通过在难钻地层采用“个性化PDC钻头+螺杆”复合钻井技术、应用扭力冲击器、大尺寸钻具,难钻地层提速效果明显。结论认为,上述技术对策有效解决钻井提速难题,为蓬莱气区超深井安全快速钻井提供了有力的技术支撑,也为其他区块超深井钻井提供了技术参考。     

深井钻录、测试技术和配套装备创新进展及应用

深井钻录、测试技术和配套装备(二期)研发项目主要针对深井钻井关键技术瓶颈问题进行研究。经过"十二五"科研攻关,形成了精细控压钻井装备与技术、山前复杂地层超深井钻井关键技术、以气体钻井为代表的高效破岩技术、复杂地质条件下深井钻井液技术、深井高温高压固井技术、新型录井装备及智能采集系统、深井酸性气层测试及数据传输系统、旋转导向钻井系统、钻井工程设计和分析软件9项重大成果,解决了我国深井钻完井作业方面存在的部分技术瓶颈问题,使我国7000m钻井技术基本成熟、8000m钻井技术获得突破,大幅度提升了深井钻完井技术水平。     

2022 年 4 期目录

顺北油气田油气资源储量丰富,但特深层碳酸盐岩油藏地质条件复杂,钻井完井过程中存在漏失、井壁失稳和高压盐水侵等问题,因此,探索适用于该油气田特深井的钻井完井技术体系,是加快该油气田开发进程的关键。通过技术攻关和实践,形成了适用于顺北油气田的特深井钻井完井技术体系,包括特深井井身结构优化、钻井提速关键技术、防漏堵漏技术、长裸眼防漏及小间隙固井技术、超深小井眼定向钻井技术和超深井缝洞型储层完井技术等技术,指出需持续优化特深井井身结构、急需解决二叠系和志留系漏失问题、深层破碎带安全钻进技术不成熟、急需配套高温高压井下仪器工具和裂缝性储层安全钻井技术,提出了增强工程地质一体化、加强堵漏和防塌技术研究、加强新技术和新工具的应用、加强高端仪器和特殊材料及装备研发等发展建议,以进一步推动顺北油气田特深井钻井完井技术的快速发展,实现该油气田特深层碳酸盐岩油气藏的高效开发。      

深井超深井油气钻井技术进展与展望

"十三五"期间,通过持续攻关,我国深井超深井油气钻井技术快速发展,取得了一大批技术成果,主要包括:(1)研制了自动化钻机、控压钻测固完技术、大扭矩顶驱、深井连续管作业机等高端装备;(2)研制了垂直钻井、非平面齿钻头、高强度膨胀管、抗高温大扭矩长寿命螺杆、扭力冲击、协同减震破岩、随钻测量和安全监测等尖端工具;(3)研发了抗高温高密度油基钻井液、高性能水基钻井液、韧性水泥浆、自愈合水泥浆等核心助剂;(4)形成了全生命周期井筒完整性技术体系。尽管如此,油气钻完井依然面临着深(埋藏深)、陡(地层倾角大)、窄(压力窗口窄)、厚(砾石层、盐层等复杂层段厚)、难(复杂多压力系统、事故复杂多、可钻性差等)、高(高温、高压、高酸性)等严峻挑战,为此提出了建议:"十四五"及今后若干年油气增储上产的重点依然是深层超深层,需要围绕上述地质难点,开展深井自动化智能化钻井装备、超高温井筒工作液、随钻前探、数字孪生建井等关键核心技术攻关,实现传统优势技术的迭代升级,提升深井超深井安全优快钻井的能力。结论认为,"十三五"期间,我国超深井数量首次超越美国,井深迈上8 000 m新台阶,对于支撑深层油气勘探开发业务发展、提升钻完井市场竞争力发挥了重要的作用。     

深井超深井钻完井技术现状、挑战和“十三五”发展方向

"十二五"期间,为解决塔里木、四川等盆地超深油气藏勘探开发所遇到的深井超深井钻完井难题,中石油研制了一批具有自主知识产权的重大装备、工具、仪器、工作液等,包括:①8 000 m钻机、四单根立柱超深井钻机、5 000/7 000 m钻机管柱自动化处理装置、精细控压钻井技术与装备、双燃料/高可靠性钻机动力机组、气体/欠平衡钻井装备等6项深井超深井核心装备;②自动垂直钻井工具、涡轮钻具、高效PDC钻头、系列复合钻头、水力脉冲提速工具、钻井井下安全监控系统、顶驱下套管装置等7项核心工具;③高温高密度水基钻井液、油基钻井液、高温大温差固井水泥浆、韧性水泥浆体系等4项钻井液和水泥浆体系。研究认为,"十三五"期间深井超深井钻完井所面临的挑战包括:深井超深井高温、高压、窄密度窗口、井筒完整性等,以及降本增效的巨大压力,亟待在深井超深井高效运移钻机、高效破岩钻头和辅助工具、井筒完整性、井下宽带信息传输技术等方面开展攻关并力争取得技术突破。结论认为:上述研究和试验成果有力地提升了中石油超深井钻完井的能力和水平,将对中石油油气勘探开发业务起到重要的支撑作用。     

海域含天然气水合物地层钻完井面临的挑战及展望

全球天然气水合物资源丰富,被世界各国视为未来石油和天然气的战略性接替能源。天然气水合物主要分布于深水海底浅层和陆地冻土区中,其中海域天然气水合物资源较为丰富,然而,目前海域天然气水合物储层钻完井工程实践较少,存在着许多技术难题和挑战。为了研究和应用海域天然气水合物地层钻完井技术,介绍了美国、日本、印度、中国等国家海域天然气水合物地层的钻探与试采活动,分析了海域天然气水合物地层钻完井技术发展现状,指出在天然气水合物地层钻完井工程中存在的基础性技术难题主要包括钻井液密度窗口窄、天然气水合物相变、井壁失稳、井口不稳定性、出砂防砂等。此外,针对钻完井工程存在的技术难题,对海域天然气水合物地层控压钻井、套管钻井、水平井钻井、防砂和钻井液等关键技术的未来发展进行了展望分析,以期为我国海域天然气水合物地层安全高效钻完井设计提供参考。     

元坝气田超深酸性气藏钻完井关键技术

四川盆地元坝气田是近年来中石化发现的一个大型气田,是继普光气田之后天然气增储上产的又一个重点探区。元坝气田超深酸性气藏地质构造复杂,储层埋藏深,钻遇地层复杂,特别是陆相深部地层,属于高研磨性地层,机械钻速慢,钻井周期长。为此,经过多年的钻井实践和技术攻关,引进新工具、新技术,研制专用钻头,优化钻井设计,形成了针对该气藏的6项钻完井关键技术:(1)保证提速、安全完井作业的井身结构优化技术;(2)陆相上部地层气体钻井、陆相深部高研磨地层钻井提效技术体系;(3)气液转换、超深大斜度井及水平井润滑减阻、井壁稳定控制及防酸性气体污染技术等钻井液配套技术;(4)气体介质条件下固井、深井长封固段固井及超高压小间隙固井技术系列;(5)完善了以测量仪器、动力钻具优选及钻具组合设计等水平井井眼轨迹控制技术;(6)适合该气藏衬管完井方式和完井管柱优选技术。现场应用效果表明,系列关键技术有效地解决了机械钻速慢的难题,大幅度缩短了作业周期,实现了7 000 m井深水平井的提速提效的目标。     

川西地区高压天然气深井钻井完井技术

川西地区天然气储层埋藏深，纵向上普遍存在多个产层和异常高压气层，钻井过程中易出现井喷、井漏、井眼坍塌、卡钻等井下事故和复杂情况。针对复杂的地质条件，开展了技术攻关和现场试验，逐渐形成了包括深井井身结构设计、深井钻井液技术、储层保护技术、高压井控技术、深井长裸眼井段固井技术的深井配套钻井完并技术，并试验应用了包括螺杆钻具＋PDC钻头、深井PDC钻头、旋冲钻井技术、涡轮钻具等提高深井钻井速度的新技术、新工具。近年来，该地区高压天然气深井钻井速度、固井质量不断提高，井下事故及复杂情况不断减少，未出现井喷失控的重大事故，加快了该地区天然气勘探开发速度。     

提高四川深井超深井钻井速度的技术途径

四川地区地质条件复杂，深井超深井钻井速度低、完井要求高、勘探开发成本高，严重制约了深部地层油气勘探开发的进程。为此，对影响四川复杂地质条件下深井超深井钻井速度的主要技术难点进行了分析，并根据龙岗1井的成功经验和当前国内外钻井技术现状，提出了四川复杂地质条件深井超深井提高钻井速度的技术途径，包括浅中层沙溪庙组-须家河组层段采用气体钻井、中深层雷口坡组-长兴组层段采用复合钻井（螺杆钻具＋转盘配合PDC钻头）等新工艺、新技术与成熟技术配套应用的提速技术方案以及科学设计井身结构、配套应用新工艺、新技术和加强钻井装备配套等做法。     

中原油田深井超深井钻井技术

深井钻井具有裸眼段长、井底温度高、岩石可钻性差、机械钻速低、井眼易失稳等问题。中原油田开展了复杂地质条件下深井钻井技术攻关，逐步形成了深井井身结构优化设计、PDC钻头十井下动力钻具复合钻井、防斜打直、钻井液、固井、井控等配套工艺技术。截至2004年底，该油田共完成井深超过4000m的深井468口，而且深井钻井速度逐年提高，事故复杂时间大幅减少。详细介绍了中原油田深井超深井钻井技术现状，并对深井超深井钻井技术的发展提出了建议。     

海相碳酸盐岩超深油气井安全高效钻井关键技术

塔里木盆地及四川盆地海相碳酸盐岩油气资源埋深超过7 000.00 m,地层具有层系多、非均质性强和高温高压等特点,钻井难度大、风险高,存在机械钻速低、井筒完整性易失效等突出工程问题。为此,研制了一批新型钻井提速工具及耐高温测量仪器与固井工具,研发了耐高温的高密度钻井液体系、环保型低摩阻钻井液、高性能堵漏浆和防气窜固井水泥浆,发展了硬地层协同破岩快速钻井技术、缝洞型高压油气井“预–监–控–压”闭环式安全控制钻井配套技术及超深小井眼水平井井眼轨迹测控关键技术,完成了多口井深超8 000.00 m的高难度超深井钻井施工,创造了多项工程纪录,有力支撑了新疆顺北、川西超深海相碳酸盐岩油气的勘探开发。      

中国石化重点探区钻井完井技术新进展与发展建议

近年来,中国石化在顺北、川渝和鄂尔多斯等重点探区,通过技术攻关与现场实践,初步形成了顺北8 000～9 000 m特深层钻井完井关键技术、川渝页岩气钻井完井关键技术、四川海相碳酸盐岩油气钻井关键技术和华北鄂尔多斯盆地致密气低成本钻井完井关键技术,支撑其在特深层油气、海相碳酸盐岩油气和非常规油气资源方面获得了勘探开发突破。随着勘探开发不断深入,重点探区还面临钻井周期较长、机械钻速偏低、井下故障较多、压裂提产效果不理想等一系列技术难点和挑战,需要坚持需求导向,强化关键技术攻关,推广应用成熟技术,大力实施提质、提速、提效、提产的“四提”创新创效工程,为中国石化重点探区的油气高效勘探和效益开发提供技术保障。      

2022 年 5 期目录

准噶尔盆地深层超深层已成为油气资源勘探开发的重要接替阵地,随着钻探深度增加,地质条件越来越复杂,钻井技术难度越来越大。结合准噶尔盆地超深井钻井技术进展,根据该盆地地质构造特点、压力体系分布和地层岩性特征,剖析了造成井漏、溢流、井壁坍塌、机械钻速低的主要原因,梳理了近年来在井身结构优化、控压钻井、井壁稳定和钻井提速等方面取得的技术进步,分析了准噶尔盆地39口超深井的钻井情况和存在的不足,提出了提升钻井地质环境描述能力、丰富井筒强化手段和深化高效破岩技术等发展建议,以期对准噶尔盆地超深井钻井技术发展起到推动作用。