元坝区块陆相井钻井关键技术探析

以元陆10井为例对元坝区块陆相井钻井的关键技术进行了探析。该井在钻进中先后使用了空气锤钻井技术、PDC钻头+螺杆钻具复合钻井技术、进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术及孕镶金刚石钻头+高速涡轮复合钻井技术,有效克服了陆相地层岩性复杂、机械钻速低及易斜易漏等难题。其中进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术应用效果较好,平均机械钻速是常规钻井牙轮钻头的4.68倍,平均单只钻头进尺是常规钻井牙轮钻头的9.7倍。建议使用无固相钻井液体系,并在珍珠冲段之前结束使用扭力冲击器。     

元坝陆相裂缝储层钻井技术

元坝气田地质构造复杂,多压力系统共存。陆相地层埋藏深、井段长、稳定性差、坍塌严重,自流井、须家河组地层压力高、裂缝发育、喷漏现象明显、井控风险大,且含砾石层,可钻性极差,同时还需兼顾海相储层的开发,井身结构复杂、井眼尺寸大、钻井施工难度大。通过多年来的探索与实践,总结集成了元坝陆相裂缝储层防塌、防漏堵漏、井控、钻井提速关键技术,有效地解决了技术难题。     

元坝地区气体钻井井斜控制技术与应用

元坝地区侏罗系上沙溪庙组及以上地层实施气体钻井技术提速效果明显,但是井斜问题一直是制约气体钻井优快钻进的技术难题。基于实钻资料统计,分析认为蓬莱镇组中下部~上沙溪庙组上部地层是元坝地区空气钻井的易斜井段;岩性软硬交错是引起井斜的客观地质因素,而大尺寸钻铤数量不够和钻进过程中钻压较大是造成井斜的直接原因。结合目前现场采用的吊测井斜监测手段,提出优化塔式钻具组合和钻井参数,选用大尺寸钻铤配合牙轮钻头,控制钻压不超过140~160 k N,现场成功应用10余井次,最大井斜控制在2°以内,目前已成为元坝地区海相井中最经济有效的防斜技术;陆相井通过应用空气锤钻井技术,易斜井段控制井斜在1°以内,同时提速效果显著,建议推广应用。     

空气锤钻井技术在哈深201井火成岩地层的应用

准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,钻进过程中井斜问题突出、机械钻速低、钻井周期长,严重影响了火成岩目的层的勘探开发进程。首先分析了牙轮钻头气体钻井技术难点,通过开展火成岩岩石力学特性实验,分析空气锤破岩机理及其在火成岩中的适应性,结合KQC型空气锤主要结构、技术性能特点,提出空气锤钻井低钻压、低转速、高频率冲击的破岩方式,在实现山前带火成岩防斜打快的同时,能有效避免钻具磨损、疲劳断裂等情况发生。在准噶尔盆地哈深201井火成岩中进行了现场应用,在保证井斜始终控制在2°以内情况下,平均机械钻速和单趟钻进尺较牙轮钻头气体钻井同比分别提高了2.45倍和6.42倍以上,哈山区块?444.5 mm井眼单趟钻机械钻速14.29 m/h,?311.2 mm井眼单趟钻进尺470.62 m,取得了显著的防斜打快应用效果,为今后火成岩地层优快钻井探索出了一种有效的技术手段。     

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。     

空气锤钻井技术在气体钻井中的应用

空气锤钻井是一种低钻压、低转速、高冲击破岩回转钻进技术,它兼容了气体钻井和冲击回转钻井的优势,其机械钻速一般比回转钻井高,是当今解决硬岩钻井难题的一种有效方法。在气体钻井中,空气锤钻井技术解决了不能在打快的前提下控制井斜的难题,是目前最可行最有效的技术。介绍了空气锤结构与工作原理、钻井参数的选取、现场取得的效果和存在的问题等。     

空气锤钻井技术在滴北1井的应用

为了提高钻井速度、节约钻进周期,新疆油田针对滴北1井的地层及岩性特点,在该井三开石炭系地层实施了空气钻井.整个空气钻井过程中分别使用了牙轮钻头和空气锤进行钻进,二者都实现了提高机械钻速的目的.在钻进3383～3872m井段使用了空气锤取得了更为良好的效果,其平均机械钻速是使用常规泥浆钻进的8倍,较空气钻井使用牙轮钻头井段又提高了46%.空气钻井中使用空气锤可以进一步扩大提速优势,有利于空气钻井的推广应用.     

川东南泰来区块202井优快钻井技术

川东南泰来区块沙溪庙组和千佛崖组砂泥岩互层发育,井壁易失稳,而下补地层研磨性高,可钻性差;防斜打直,控制井径扩大和井深轨迹困难,给常规钻井过程中的钻头选型、施工参数优化增加了难度。通过空气钻和New–Drill钻井技术,在定向井段采用抗高温螺杆,配合欠尺寸稳定器稳斜钻具组合,提高了复合钻进比例,保证了井眼全角变化率。现场应用结果表明,泰来202井实际完钻斜深为5 240 m,垂深5 050 m,钻井周期181.3 d,完井周期203.9 d,建井周期220.7 d,创川东南泰来区块同类井最快工期记录,为同类井施工提供了借鉴。     

可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用

针对川东北地区上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,常规钻井液钻井机械钻速低,而气体钻井由于地层出水无法顺利进行的技术难点,研发了适合该地区上部地层钻进的空气泡沫流体配方,研制了HX-350型环隙式机械消泡器,形成了可循环空气泡沫钻井技术。元坝10井Φ660.4 mm导眼段应用了可循环空气泡沫钻井技术,该井段的平均机械钻速为4.88 m/h,与邻井常规钻井液钻井井段相比,平均机械钻速提高了3倍;消泡器消泡效果显著,累计回收泡沫基液2230 m3,节约清水2230 m3,污水处理量减少2230 m3,并大大减少了发泡剂的消耗。应用结果表明,可循环空气泡沫钻井技术能有效解决大尺寸井眼的携岩问题,实现泡沫基液的循环利用,大幅度降低泡沫钻井成本,具有广阔的推广应用前景。      

复合钻井技术在元坝地区陆相地层中的应用

川东北元坝地区陆相地层,特别是须家河组地层具有研磨性强、可钻性差的特点,致使该地区陆相地层的机械钻速较低,而“PDC钻头+螺杆”和“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术可以提高机械钻速。在元坝地区陆相地层的应用表明,与常规钻井技术相比,“PDC钻头+螺杆”和“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术均能提高该地区的机械钻速和单只钻头进尺,但“PDC钻头+螺杆”复合钻井技术只适用于该地区的上沙溪庙组地层,“高速涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”复合钻井技术适用于须家河组地层。复合钻井技术的成功应用为高研磨性的元坝地区陆相地层提速提供了一种有效的技术手段。      

空气锤钻井技术在定向井中的应用

空气锤钻井技术用于直井钻井可以提高机械钻速和防斜纠斜,同时也可用于定向井和水平井中,以提高机械钻速和缩短钻探周期。为此,介绍了国外空气锤钻井技术在定向井中的应用,包括自回转式空气锤钻井技术和空气螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术,分析其在油田的应用效果,以期对国内空气锤定向钻井技术提供技术参考。     

反循环空气锤及其在气体钻井中的应用前景

在介绍常规空气锤钻井技术及其应用的基础上,研究了反循环空气锤在国内外的发展现状,分析总结了反循环空气锤用于气体钻井所能发挥的技术优势。反循环空气锤在油气勘探钻井领域具有广阔的应用前景,研制开发适合气体钻井用的反循环空气锤具有重要现实意义。     

元坝124井超深井钻井提速配套技术

元坝124井是元坝地区的一口重点探井。由于元坝地区陆相地层石英含量高、研磨性强、可钻性差,导致单只钻头进尺少,机械钻速低,钻井成本高。为此,首先评价了元坝地区前期的钻井提速技术:气体钻井技术、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术、控压钻井技术和“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。并在此基础上,根据元坝124井所要钻遇地层的特征,制定了该井的钻井提速配套技术方案:一开采用气体钻井技术,二开采用“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,三开采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。实钻表明,该钻井提速配套技术方案可行,能够大幅提高机械钻速,缩短钻井周期。该井平均机械钻速2.80 m/h,钻井周期253.84 d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口井。      

空气锤钻具防斜机理研究

空气锤在提高气体钻井机械钻速的同时可以有效控制井斜。通过对井底应力及空气锤破岩过程的研究,利用摩尔-库伦准则建立了考虑岩石本身以及周围压力的各向异性指数计算公式。结合空气锤的破岩特性得出空气锤钻具的防斜机理为:空气锤钻具的破岩力主要来自于内部冲击力,较小的钻压使钻具变形较小;空气锤的半圆形牙齿以及巨大冲击载荷使待破碎岩石的局部各向异性指数变小;空气锤低转速条件下的高频冲击有利于克服岩石的各向异性而实现平衡破碎。      

长庆小井眼丛式井钻井技术

长庆油田自1998年至2000年进行了小井眼定向井、丛式井钻井技术研究,形成了一套完善的工艺技术。针对小井眼定向井特殊工艺及长庆油田地层、油藏特征,分析了长庆小井眼定向井的井身结构和井身剖面,给出了适合长庆小井眼定向井钻井的设备、工具配套,重点分析了长庆小井眼定向井井眼轨迹控制技术、底部钻具组合力学特性对井斜和方位的影响及小井眼定向井钻头的合理选择,并且对最佳参数配合进行了分析,形成了长庆小井眼定向井、丛式井轨迹有效控制的成套技术。小井眼丛式井能够达到降低浅油层钻井成本的目的,适应当今世界石油的低成本战略要求。     

也门32区块空气泡沫钻井技术

也门32区块和53区块地层可钻性差、存在断层漏失，采用泡沫钻井液有效地解决了井漏问题，应用空气锤钻井加 快了硬地层的钻进速度，并且利用国外先进技术成功地进行了取心和定向钻进；已在也门顺利完成5口井，全部安全优质高效地完成，经济效益显著。     

空气钻井井斜控制技术的探讨

空气钻井在提高机械钻速、缩短钻井周期、降低钻井成本、发现保护气田和提高产能有着重大贡献。但在井斜控制方面的研究还很欠缺。文中介绍了目前空气钻井在井斜控制上的一些措施,尤其重点阐述了空气锤和空气螺杆钻井技术。空气锤技术在四川地区现场试验中,取得了显著效果,防斜成功率在95％以上,是目前最有效最可行的防斜打快技术。空气螺杆技术较空气锤技术不成熟,效果不明显,还要不断研究和摸索。     

射流冲击器配合PDC钻头在超深井中的应用

射流冲击器配合PDC钻头在超深井中应用可有效提高机械钻速。在简要介绍旋冲钻井破岩机理和射流冲击器的工作原理与性能特点之后,对应用于新疆塔河工区的YSC-178射流冲击器的技术参数进行了优化,选择冲击器活塞行程15 mm,冲锤质量45 kg,分流孔直径13 mm,确定冲击功193～268 J,冲击频率6～19 Hz,压耗1～3 MPa。最后对YSC-178射流冲击器在S116-3井的应用情况进行了详细分析,指出该型射流冲击器与PDC钻头配合进行超深井钻井提速是可行的,应用井例的机械钻速较邻井显著提高。     

空气钻井井斜问题与地层倾角的规律探讨

由于可以有效的保护储层、防止井漏和大幅度提高钻井速度等优点使得空气钻井得到迅速发展,然而在一些地层的钻进过程中,使用空气钻井时出现了在钻井液钻井时不会出现的井斜问题。针对这一问题,采用弹塑性有限元法建立了空气钻井和钻井液钻井中井筒在不同地层倾角情况下的高度非线性力学分析模型,重点从岩石力学的角度分析和探讨了空气钻井中井筒岩石的应力分布、破岩趋势以及井斜与地层倾角的变化关系,得到了空气钻井的井斜规律;同时与钻井液钻井进行了比较,证明了空气钻井比钻井液钻井更易发生井斜的观点。