国内外钻井摩阻力研究的现状及趋势

结合近年来的科研和生产实践 ,以及海洋石油的钻井现状 ,讨论了国内外对于水平井、大斜度定向井摩擦阻力研究的现状及发展趋势 ,详细介绍了钻井摩阻问题的产生及研究背景。系统地给出了我国近十几年来研究钻井摩阻问题的科研成果 ,并扼要叙述了这些成果在生产实践中的应用。作者还着重介绍了我国国家“863”高科技发展计划中唯一的一个石油项目———海洋大位移石油钻井技术中的水平井摩阻技术的研究与应用 ,并结合一系列与国外同行的交流与技术合作 ,提出钻井摩阻技术已是我国为数不多的几项具有中国特色的石油前沿技术之一。     

渭北油田超浅层水平井优快钻井技术

针对渭北油田超浅层水平井钻井过程中摩阻大、托压严重、钻井周期长、钻速慢等问题,以井身结构优化为核心,研究形成了渭北油田超浅层水平井优快钻井技术:采用二开井身结构,二开采用φ215.9 mm钻头钻进;采用“直-增-平”三段式井眼轨道,以保证井眼轨迹平滑,降低钻进摩阻与扭矩;采用倒装钻具组合,以保证钻头有效加压,提高机械钻速;优选钾铵基聚合物钻井液,造斜段摩阻系数控制在0.08以内,水平段摩阻系数控制在0.06以内,以避免或减少托压现象。该技术在8口井进行了现场应用,平均钻井周期为17.81 d,与同区块三开井身结构水平井相比钻井周期缩短了51.06%。渭北油田超浅层水平井优快钻井技术解决了该油田超浅层水平井钻井中存在的技术难点,为超浅层油藏的高效开发提供了技术支持。      

大位移井、水平井扭矩摩阻分析与三维建模

定向钻井作业中,特别是复杂井、大位移井和水平井钻井过程中极度的钻柱扭矩和摩阻给钻井作业带来了极大的困难和挑战。为了监测钻井过程中可能出现的类似问题,作为一种预测和监测方法,扭矩摩阻模型可以在井的设计阶段和钻井过程中预测和分析此类问题。当今钻井业界广泛使用的扭矩摩阻模型大都基于20多年前推出的方程,这些方程至今没有多大改变。本文对钻井作业中有关扭矩摩阻的基本原理、导致扭矩摩阻大的因素、井眼轨迹、钻杆屈曲以及岩屑运移等问题做出一些阐述和分析,简要介绍了标准扭矩摩阻模型,同时,引入了一组最新推出的三维扭矩摩阻模型,并分别给出了不同井段的扭矩摩阻模型。最后,根据大位移井和水平井钻井扭矩和摩阻大的特点,给出了水平井降低扭矩摩阻的钻柱设计准则,目的在于有效传送井底钻压,减小钻柱屈曲,提高井身质量和钻井效率。     

旋转导向钻井技术在葵东1块薄互层油藏水平井的应用

针对螺杆钻具组合在超薄互层油层水平井钻井过程中存在的钻进摩阻大、随钻测井精度低等问题,开展了旋转导向钻井技术的研究及应用,通过在葵东1块薄互层油藏水平井钻井中的应用,提高了钻井速度,缩短了钻井周期,减少了井下复杂情况的发生,提高了钻井工程质量,降低了钻井成本,在薄互层油藏水平井轨迹控制具有广泛的应用前景.     

钻井液润滑剂研究进展

随着大位移井、水平井、深井及超深井的钻探力度不断加强,钻井摩阻过大与井下安全的问题越来越突出。在钻进过程中,通过向钻井液中添加润滑剂以降低井下摩阻是预防和解决钻井安全问题的主要技术手段之一。本文介绍了钻井液润滑剂的种类和作用机理,对钻井液润滑剂的发展历程和研究现状进行了综述,并对未来的发展方向提出了建议,希望有助于发展钻井液润滑剂及其应用技术。     

水平井钻井摩阻影响因素分析

针对水平井钻井作业过程中的减摩技术问题,结合我国水平井钻井作业现状,对水平井钻井摩阻的影响因素进行了深入分析,为提高钻井作业效率奠定基础。研究表明:在水平井钻井作业的过程中,会受到多种因素的影响,其中井壁对管柱的反扭矩以及轴向阻力为钻井作业的摩阻来源,摩阻主要受到钻井作业的参数、管柱的基本性能、井眼的基本条件以及钻井液等四方面因素的影响,相关企业需要根据自身的实际情况,选择不同的减摩措施,进而全面提高水平井钻井作业效率。     

大庆油田薄油层水平井钻井技术

随着水平井钻井技术的不断发展和完善,一口水平井可以开发多个连续薄油藏、层叠状油气藏、断块油气藏,从而降低钻井成本,提高单井产能及采收率。根据大庆外围油藏的特点,分析该油田薄油层水平井钻井技术难点为:储层变化大,中靶难度大;油层薄,井眼轨迹控制难度大;扭矩和摩阻大,施工风险大;易形成岩屑床。从井身结构及剖面优化设计、工程技术措施、井眼轨道控制技术、钻井液技术等方面对大庆油田薄油层水平井钻井技术进行了详细介绍。以南219-平320井为例,简要介绍了薄油层水平井钻井技术在大庆油田的应用情况。      

分析定向井水平井摩阻控制与优化处理

在石油开采前线的钻井工作当中的摩阻危害非常严重,对整个石油开采工作的安全开展产生了较大的威胁。基于此,本文重点针对我国油井开采工作展开了分析和研究,针对油田开采过程中定向井水平井摩阻的危害控制,及其相关的优化处理方法进行了深入性的研究和探讨,以此来有效保证定向井和水平井的安全工作,并且对钻柱的摩阻大小进行了科学的计算和分析,以此来保证定向井和水平井对摩阻的控制更加精确和合理。     

大位移井钻具组合设计及摩阻扭矩分析

大位移井技术是衡量钻井技术水平高低的关键因素,大位移井钻具组合设计是大位移井钻探中的核心内容之一。国外大位移井的钻具组合设计主要考虑摩阻和扭矩及不均匀转动和震动这两大类问题。摩阻和扭矩分析主要校核钻柱的三轴应力、侧向力、屈曲变形。文中简要介绍了钻具组合设计中的三轴应力、侧向力、屈曲、不均匀转动和震动等五个基本概念。重点介绍了国外大位移井钻具组合设计的基本原则,结合实例作了简略分析。提出了国内水平井钻柱设计需要关注的技术要点,阐述了随钻测量仪对不均匀转动和震动测量等参数的现场需求及重要性。文章认为,不断地消化吸收国外先进的技术和理念,国内未来的水平井技术、大位移井技术将会不断进步和稳步发展。     

国外大位移井钻井技术发展现状

随着定向井，水平井钻井技术的日趋成熟，大位移钻井技术在国外已有很大的发展。本文是对近十年来英，美，俄等国家的有关资料认真研究分析编写而成的，大位移钻井的关键技术是：井身剖面设计，钻柱设计，扭矩和摩阻，井眼稳定技术及井眼清洁技术，完井技术等６个方面，本文将分别给予介绍，并以大庆油田钻头位移井进行可行性分析。     

南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术

针对南海莺歌海盆地中深层高温高压气藏水平井钻井中高密度钻井液流变性难以调控、大斜度井段套管磨损严重、摩阻扭矩大、钻具负荷大及大斜度井固井质量难以保证等问题,从保障钻井安全和提高钻井时效出发,进行了井身结构设计和抗高温高密度油基钻井液技术、钻井液微米级重晶石加重技术、高密度油基钻井液滤饼冲洗技术、高温高压含CO₂气井套管材质优选、高温高压水平井段安全钻进等方面的技术研究,形成了南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井关键技术。现场应用表明,该技术可以有效保障安全高效钻井和提高固井质量,应用井投产后清喷产能比预期高30%。水平井钻井关键技术为南海莺歌海盆地中深层高温高压水平井钻井提供了技术保障,也可在同类条件同类型井钻井中推广应用。      

涪陵页岩气水平井定向托压主要影响因素及对策

根据涪陵页岩气交叉式平行水平井组布井方式,研究了井眼剖面类型、造斜点、造斜率、钻具刚性、钻井液性能等对井眼摩阻的影响,形成了渐增式变曲率五段制低摩阻井眼轨迹设计、控制及降摩阻技术,现场应用230多口井,为国内页岩气水平井钻井提供了经验。     

大位移钻井技术在渤海QHD32-6油田的应用

总结了国家 863-820-09-01海洋大位移钻井技术专题,继 QK17-2油田钻成 4 口大位移水平井以后,在QHD32-6油田又成功地钻成2口水平井,其中,A26H井水平位移2997m,A25H井水平位移1942m。该项目成功地应用了国家 863课题所研究的 6项关键技术,即扭矩摩阻软件的设计和预测技术、水基钻井液钻井技术、可变径稳定器钻井技术、环空压力检测技术、井壁稳定及井眼净化预测技术。同时,还应用了国外先进的大位移井技术:MWD随钻测量技术、LWD随钻测井技术、GST地质导向钻井技术及漂浮接箍下套管技术。在水平井钻井技术经验基础上,指出了今后使用大位移井技术开发油田需要注意的问题,并对今后的技术改进和发展提出了意见和看法。     

全程滚动水平井钻井降摩阻工具研制

在水平井钻井过程中钻柱的摩擦力大,影响钻压施加,减少钻进速度和水平段钻进长度。以前的降摩阻工具存在不足。进行了降摩阻理论分析,研制了全程滚动式水平井降摩阻工具。该工具通过滚珠与井壁接触,实现滚动摩擦,结构合理,操作方便,能够有效降低水平井钻井过程中的摩阻。介绍了该工具的关键技术,对同类工具的研发思路具有一定的指导意义。     

古巴SEB-20大位移水平井钻井设计与施工

通过对钻井设备的优选、井身结构的优化、钻头及钻具组合的优选、钻井参数及钻井液性能的优化、油气层保护技术的研究与应用,形成了一套适合于古巴白垩系岩层的大位移水平井钻井技术。合理的井身结构、轨道优化设计、优选钻井液体系和进行摩阻分析是保证大位移井顺利施工的重要技术措施。经过对古巴SEB-20大位移水平井钻井过程中5次开钻钻井工艺的设计与施工进行分析,指出大位移水平井钻井施工的特点以及适用于大位移水平井钻井的工艺及钻具组合、井身结构等。设计结果在现场进行了工程应用,应用效果良好,达到了设计目的,并且缩短了钻井周期,为同类井的钻井施工提供了借鉴和指导依据。     

元坝272H井超深水平井钻井技术

元坝地区海相气藏埋藏深,垂深超过6 500 m.该地区水平井摩阻扭矩大、温度高,对水平井钻井技术提出了更高要求.元坝272H井是元坝Ⅱ区施工的第一口超深水平井,施工难度大.通过优化设计、基于滑动方式的井眼轨迹控制技术优化、摩阻扭矩精确预测分析、先进高温高压MWD仪器应用,解决了高温环境下井眼轨迹的测量及控制问题.采用抗高温润滑钻井液,根据地层特点合理调整钻井液性能,满足了超深水平井高温稳定、携岩和润滑的要求.通过元坝272H井定向钻井施工,总结了一套适合元坝地区超深水平井钻井技术.     

勺形水平井在四川长宁页岩气开发中的应用

随着四川长宁页岩气进入新的开发阶段,丛式水平井平台正下方储层无法动用的问题突显,目前沿用的常规水平井无法有效应对,严重制约了长宁页岩气的高效开发。勺形水平井是解决该问题的有效方法之一。通过研究勺形水平井的技术原理,基于长宁区块地质情况设计了页岩气勺形水平井,并结合长宁区块第1口勺形水平井——CN-S井的试验情况对勺形水平井的应用进行了分析。分析结果表明:勺形水平井通过产生反向位移将入靶点提前,可使水平段增加300 m左右,可使平台下方死气区面积缩小至30 m×800 m,储层动用面积增加95%;钻井摩阻低(实测下钻摩阻为10~15 k N,起钻摩阻为5~10 k N,油层套管下入摩阻为15~20k N),套管下入顺利,具有技术可行性。实例表明,勺形水平井在长宁页岩气应用是可行的,能有效增加储层动用面积,节约钻井成本,对页岩气的经济高效开发具有重要意义。     

水平井钻井减摩降阻工具研制及流场分析

在调研国内外现有降低摩阻和转矩的钻井工具的基础上,研制了新型水平井钻井用减摩降阻工具。介绍了该工具的结构,主要部件的作用,降低摩阻-转矩的原理及性能特点。该工具主要用于大位移井、定向井和水平井,不仅可以减少摩阻-转矩,还能减少套管磨损,接头磨损,防止压差卡钻,提高机械钻速。根据钻井流体携岩机理,并结合流场分析结果可知,特殊设计的导流槽还能提高井眼净化效率。     

埕海一区大位移水平井摩阻扭矩研究与应用

大港油田埕海一区庄海8井区按照“海油陆采”模式采用大位移井技术进行开发,针对大位移井钻井难点,开展摩阻扭矩预测技术研究。根据钻成的水垂比为3.92的庄海8Nm-H3大位移水平井实钻摩阻扭矩数据,通过建立大位移井摩阻扭矩预测模型,确定了现有钻井液体系和性能条件下的摩阻系数。分析了减摩工具、钻井液体系、井眼轨迹、钻柱结构及井眼净化等对摩阻扭矩的影响,使用与庄海8Nm-H3井类似的井身结构、钻具组合及钻井液体系及性能,采用相同的管内和裸眼摩阻系数,计算了水垂比为3.1、3.5、4、4.5、5的大位移井摩阻扭矩,结果表明,在大港油田埕海一区能够完成水垂比为5的大位移水平井施工。     

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将“单弯双稳”钻具组合优化为“单弯单稳”钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30 d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45 d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。