气体钻井集成技术在元坝地区陆相地层的应用

气体钻井技术是解决复杂地层井漏、水敏性坍塌、可钻性差、钻速慢、周期长等问题的重要手段。为此,从地质特征及钻井技术难点入手,分析了川东北元坝地区陆相地层气体钻井技术适应性,集成了泡沫钻井、空气钻井、空气锤钻井、干法固井、气液转换等气体钻井技术进行应用,形成了针对元坝地区上部陆相地层出水、井壁垮塌、易井斜等井下复杂问题的预防、监测和处理的钻井技术。气体钻井综合集成技术的推广应用,使深度在3 100 m以浅地层的钻井提速难题得到了较好的解决,应用井平均施工周期节约29.75 d,缩短36.52％,为川东北元坝地区陆相地层钻井的提速增效提供了重要技术保障。     

判定空气钻井井壁稳定性的临界内聚力计算新方法——以四川盆地东部黑楼门构造为例

空气钻井的井壁稳定性主要取决于岩石内聚力与临界内聚力的关系,此时传统的地层坍塌压力计算方法已不能准确地判断地层是否适合空气钻井,利用测井资料对已钻井段进行空气钻井的地层适应性分析便成为钻新井需要解决的问题之一。为此,根据空气钻井的要求,首先进行单井剖面油气水层的测井解释,然后从传统的地层坍塌压力计算方法出发,依据井壁稳定性准则,建立了判定空气钻井井壁稳定性的临界内聚力计算新方法,通过比较逐点计算的岩石内聚力与临界内聚力数值,便可以判断出哪一个井段适用于空气钻井。研究结果表明,计算新方法可定量推荐、优选适合空气钻井的井段,其判断结果是对比测井解释成果图中的岩石内聚力与临界内聚力曲线的数值来确定适用空气钻井的井段。通过对四川盆地东部黑楼门构造楼探1井520～7 265 m井段测井资料的岩石力学计算分析,给出了该井适合空气钻井的井段:下三叠统嘉陵江组二段—中志留统韩家店组的1 910～3 432 m、下志留统龙马溪组—中寒武统高台组的4 345～6 690 m。结论认为,该研究成果为该区乃至整个四川盆地实施空气钻井提供了重要的参考依据。     

判定空气钻井井壁稳定性的临界内聚力计算新方法——以四川盆地东部黑楼门构造为例

空气钻井的井壁稳定性主要取决于岩石内聚力与临界内聚力的关系，此时传统的地层坍塌压力计算方法已不能准确地判断地层是否适合空气钻井，利用测井资料对已钻井段进行空气钻井的地层适应性分析便成为钻新井需要解决的问题之一。为此，根据空气钻井的要求，首先进行单井剖面油气水层的测井解释，然后从传统的地层坍塌压力计算方法出发，依据井壁稳定性准则，建立了判定空气钻井井壁稳定性的临界内聚力计算新方法，通过比较逐点计算的岩石内聚力与临界内聚力数值，便可以判断出哪一个井段适用于空气钻井。研究结果表明，计算新方法可定量推荐、优选适合空气钻井的井段，其判断结果是对比测井解释成果图中的岩石内聚力与临界内聚力曲线的数值来确定适用空气钻井的井段。通过对四川盆地东部黑楼门构造楼探1井520～7 265 m井段测井资料的岩石力学计算分析，给出了该井适合空气钻井的井段：下三叠统嘉陵江组二段—中志留统韩家店组的1 910～3 432 m、下志留统龙马溪组—中寒武统高台组的4 345～6 690 m。结论认为，该研究成果为该区乃至整个四川盆地实施空气钻井提供了重要的参考依据。     

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。     

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。      

徐深气田深层气体钻井设计及对策

大庆油田徐深气田深层温度高，岩石可钻性极值高，常规钻井机械钻速低。从2005年开始进行了空气钻井科研攻关和现场试验研究，主要目的是利用气体钻井技术来探索提高泉头组以下地层的机械钻速。针对气体钻井过程中地层出水、出气、井斜、井壁剥落掉块和井壁坍塌等问题，提出在实施钻井前，进行邻井资料调研，确定技术套管封固井段，避免钻遇水层，在实钻过程中利用湿度监测来提高地层出水的综合判断能力；对于气体钻井井斜问题，可以通过优化钻具组合和钻井参数，降低钻压，控制机械钻速，加强实钻监测井斜来预防和控制。     

川东北复杂地层气体钻井井壁稳定特征研究

川东北地区的上部陆相地层具有岩石致密坚硬、地层可钻性差、高陡构造应力关系复杂等地质特点,
采用常规钻井面临钻速低、周期长、经济效益差等难题。近些年来,在该地区上部陆相地层开始尝试采用空气钻井
技术,钻井速度得到大幅提高,在一定程度上解决了上述难题,但在气体钻井施工中,又出现了井壁稳定问题,成为
本地区推广气体钻井提速的瓶颈。研究了川东北地区空气钻井壁失稳机理,建立了井壁稳定预测方法,并对川东
北地区空气钻井井壁稳定性实钻案例进行了分析,表明预测方法与实际情况吻合,本研究结果对该地区开展气体
钻井适应性评价具有指导作用。     

元坝气田须家河组地层氮气钻井适应性研究

元坝气田是国内埋藏最深的海相大气田,其主力气藏长兴组埋深接近7 000 m。在上部,陆相地层采用气体钻井,海相地层采用复合钻井,提速效果显著。但是,深部的陆相须家河组地层岩性致密、硬度高,机械钻速低,是制约元坝气田钻井提速的瓶颈。针对这一问题,先后探索了多种钻井工艺,但提速效果有限。在普光、龙岗成功应用氮气钻井的基础上,开展了元坝须家河组氮气钻井提速潜力分析,从地层压力特征、井壁稳定性和地层产气量、出水量以及经济性等方面论证了氮气钻井在须家河组的适应性。研究表明,元坝气田须家河组属于高压、低产地层,测试基本不产水,大部分井段的岩石内聚力大于气体钻井临界值,井壁稳定性较好,氮气钻井预计可提速6倍以上,具有巨大的提速潜力和经济效益。建议选择适当的井位开展氮气钻井试验,为元坝钻井提速提供新的技术手段。     

空气钻井技术在元坝地区的应用

元坝地区应用空气钻井技术钻进时,大尺寸井眼携岩差,上部地层易出水,钻进中频频出现断钻具故障。针对大尺寸井眼段的携岩问题,提出采用空气钻井最小气体流量计算方法确定空气、泡沫钻井时携岩所需要的最小气体流量;优选出了适合该地区空气钻井的牙轮钻头和塔式钻具组合;针对元坝地区空气钻井过程易出现地层出水、断钻具、井斜和井壁垮塌等复杂情况,也提出了相应的处理方法和技术措施,并针对元坝地区推广应用空气钻井技术,提出研制性能可靠、使用寿命长的空气锤,防止空气钻井转换为常规钻井液钻井时出现井下复杂情况的建议。      

元坝气田空气钻后气液转换新技术

空气钻井技术在川东北元坝区块陆相上部地层广泛应用,极大地提高了钻井速度,节约了钻井成本。但因受地质条件及井身结构的限制,在二开中完前须转换为常规钻井液钻进,为确保空气钻的提速成果,在分析空 气钻后井壁失稳机理及总结前期经验教训的基础上,提出了元坝地区空气钻后气液转换新技术及转换工艺,并在现场应用中取得良好的效果。     

中江地区井壁力学稳定性研究

中江地区沙溪庙组地层在钻井过程中一直存在比较严重的垮塌现象，给该区钻井施工带来较大的技术难题和经济上造成较大损失。为弄清井壁稳定性机理，为该区钻井工程的设计与施工提供科学依据，文章从井壁应力状态角度出发，根据岩石力学理论分析和实验，利用钻井、录井、测井、测试、压裂等资料建立了计算中江地区沙溪庙组地层井壁力学系统合理的物理模型和计算方法，建立了该区地层孔隙压力、地应力、井壁破裂压力和井壁坍塌压力剖面，并在此基础上对井壁力学方面的稳定性进行了分析，发现在1600～1840m井段地层坍塌压力较高，与地层压力相当，出现了井壁扩大现象，井壁稳定性差，建议改进钻井液性能，降低地层坍塌压力。     

川西低渗气藏气体钻井提速潜力评价

根据川西须家河组地层井底岩石应力状态分析,井底岩石侧向应力与钻井液条件下的差别为35％,是影响气体钻井提高钻速的主要因素.结合须家河组工程地质特征,开展须家河组地层坍塌密度、气体钻井强度和气体钻井井眼扩大率进行井壁稳定性评价,通过川西须家河组气体钻井井底岩石可钻性级值模型量化,进行了该地区气体钻井提速潜力评价.     

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。     

元坝陆相欠平衡集成钻井技术

元坝气田是中石化重点勘探开发区块,气田整体埋藏深,海相及陆相的天然气资源丰富。元坝陆相地层可钻性差,采用常规钻井液钻井,机械钻速低,钻井周期长。以前主要采用空气钻井技术来提高陆相地层平均机械钻速,由于受到剑门关组地表水和上沙溪庙组底部垮塌地层制约,具备实施空气钻井条件的井段有限,进一步提高陆相地层平均机械钻速难度大。文章根据元坝气田陆相地层不同层位的工程地质特征和井身结构特性,结合不同介质欠平衡钻井技术的特点,优化欠平衡钻井技术组合,形成元坝陆相欠平衡集成钻井技术,通过现场应用该技术,陆相地层提速效果明显。     

埕海油田2区沙河街组地层井壁失稳原因及对策

埕海油田2区沙1段地层在钻井过程中,井壁失稳,垮塌严重。通过分析沙1段地层岩性、矿物组分、理化性能、三个压力剖面、钻井液的抑制性与封堵性对该段地层力学性能与坍塌压力的影响,认为造成该地层发生井壁失稳的主要原因是,钻井液密度低于地层坍塌压力当量钻井液密度（考虑实际井身剖面、地应力与岩石力学性能等因素计算）、钻井液封堵性与泥饼质量差。提出了以下技术措施:先根据地层特性选择钻井液体系,再根据所钻井实际井身剖面、地应力、岩石力学性能确定的地层坍塌压力系数确定钻井液密度,最后通过对钻井液进行维护处理增强钻井液的抑制性和封堵性。在张海21-21L井直径155.6 mm井眼侧钻过程中的应用表明,该技术措施较好地解决了沙1段地层的井壁失稳难题,顺利钻穿易坍塌的沙1段,仅用时7 d就钻至完钻井深（4 070 m）,且测井、下筛管和完井等作业均顺利完成。      

砾石层空气钻井井壁失稳机理研究及应用

塔里木盆地库车山前分布巨厚砾石层(1 000～5 000 m),采用常规方式钻井面临单只钻头进尺少,机械钻速低,建井周期长等问题。塔里木油田自引进空气钻井开展现场试验,取得了较好的提速效果,但也存在井壁失稳,井底沉砂较多,甚至发生卡钻的恶性事故。文章首先通过对传统井壁稳定模型分析,将孔隙压力的影响去掉,得到适合于空气钻条件下的井壁稳定模型。同时运用新的井壁稳定模型进行井壁失稳全过程分析,提出了沉砂主要是由于井壁形成坍塌椭圆时的坍塌物质造成的,坍塌椭圆的形成有利于保持井壁稳定,解答了现场沉砂量多且沉砂速度不同的疑问。为解决井壁失稳卡钻的问题,并基于以上研究成果结果得出空气钻适合于砾石分布均匀的小砾岩地层,对于大和中粒径砾石层,需考虑胶结强度对井壁稳定的影响的重要结论,为下步空气钻井井位优选提出了新的优选准则。     

华北ND1区块气体钻井地层适应性评价

华北地区ND1区块ND101井中深部古近系沙河街组首次采用气体钻井提速,因井壁失稳、地层流体产出及井下燃爆等一系列的难点,严重阻碍了该区块气体钻井的实施。为此,基于气体钻井理论并与现场实践相结合,建立了一套有效的气体钻井适应性评价分析体系,包括气体钻地层井壁稳定评价和产出地层流体影响评价。通过评价产出地层流体对气体钻井壁坍塌、井下燃爆的影响,得到了3个方面重要认识：①快速产出的储层气体降低了近井壁地层孔隙压力,对气体钻井壁稳定更有利,因而,适当提高注气量可保障沙河街组氮气钻井有效进行;②修正的气体钻井井壁稳定分析模型提高了地层产水条件下坍塌压力当量密度预测的精度,可作为合理筛选该地区中下部地层气体钻井井段的依据;③采用邻井测井资料估算地层出水量并计算不同产水量下立管压力的方法,可确定维持气体钻井在一定湿度范围内的相应注气量参数,实钻中可根据立管压力、排砂管线湿度变化判断井下地层出水、出油及井壁干燥情况,及时调整或改变钻井措施。     

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。     

空气钻井侧钻技术在元陆1井的应用

空气钻井技术目前已经在中国石化普光、元坝等地区上百口井推广应用,成为工区上部陆相地层提速的主要技术手段,但在空气钻井过程中断钻具、井壁掉块的情况比较多,有时处理困难需要进行填井侧钻。前期通常是转换为钻井液体系按常规作业方式侧钻,与空气钻井相比,机械钻速慢、作业效率低。如果不转换钻井液在空气钻井条件下侧钻,将提高处理事故效率,延长空气钻井应用井段,显著提高钻井速度。元陆1井断钻具后成功实施了空气钻侧钻技术,取得了非常好的提速效果与经济效益,为该类事故的处理积累了经验。     

泥页岩水化对气体钻井井壁稳定性影响规律研究

气体钻井钻遇地层水后,井壁岩石力学特征变得复杂,给钻井施工带来较大的安全威胁。从泥页岩水化机理着手,通过实验和理论计算方法,对气体钻井过程中泥页岩水化对井周岩石力学参数的影响规律进行分析研究,给出地层出水条件下泥页岩井段井壁稳定性分析评价方法,结合工程地质特征,对川西特殊复杂地层出水情况下气体钻井井壁稳定性进行定量评价。分析结果表明,由于川西地区中浅～中深井段泥页岩层段较多,且地层水丰富,气体钻井过程中井壁容易发生失稳破坏。因此在气体钻井过程中,应充分认识待钻井段地层出水情况和泥页岩地层的纵向分布规律。