河坝构造复杂工程地质问题与安全优快钻井技术对策

河坝构造钻井工程难度大,存在漏、塌、卡、涌、毒、硬、斜等问题,钻井效率低、周期长,需要在工程地质特征基础上,提高钻井工程工艺的针对性。本文在岩石力学实验基础上,建立工区岩石力学参数剖面,表明该构造地层岩石致密,抗压强度、抗剪切强度、硬度大,可钻性差。根据地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面,开展井壁稳定性分析,表明该区纵向多压力系统,陆相地层坍塌压力高,易井壁失稳;海相地层异常高压,安全钻井液密度窗口窄,井壁力学稳定性差。结合工程地质特征,提出优化井身结构设计,优选气体钻井、泡沫钻井、垂直钻井、复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,优选钻头型号,优选钻井液,优选防漏堵漏技术等钻井对策。现场实钻证实,上述对策大幅提高了机械钻速,有效减少了钻井复杂情况,大幅缩短了钻井周期,实现了河坝构造海相超深气井优快钻井。     

影响元坝气田超深井钻井提速的工程地质因素及技术对策

元坝气田工程地质特征异常复杂,钻井难度大,存在井漏、井涌、卡钻、井塌、高含硫化氢、高压水层等工程地质复杂问题,钻井效率低,周期长,建井成本高.从油气藏的基本地质特征、岩石力学性质、井壁稳定性等方面,分析认为,储层埋藏超深,钻遇地层岩性复杂、储层特征多样、油气立体成藏、油气水分布复杂、各油气藏特征差异大,岩石致密、强度大、可钻性差,异常高压-超高压、纵向多压力系统、井壁力学稳定性差、安全钻井液密度窗口窄,是钻井提速的工程地质影响因素.结合工程地质特征,提出了优化井身结构设计,优选空气钻井、泡沫钻井、液体欠平衡钻井、“螺杆+PDC钻头”和“涡轮+孕镶金刚石钻头”复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,以及优选高效钻头,优选钻井液体系等钻井提速技术对策,能够满足元坝气田海相超深井安全、快速钻井的需要.     

辽河油区东部凹陷火成岩深探井快速钻井技术及应用

辽河油区东部凹陷火成岩油藏开发始于1971年,1998年以来先后发现黄沙坨、欧利坨等火成岩油气藏,现今已经成为东部凹陷勘探开发主要目的层。辽河油区东部凹陷火成岩油气藏的岩石物性、埋藏深度、含油气情况和地温变化等性质变化较大,在钻井施工中存在局部油藏压力高、井控风险大,井漏、井塌以及机械钻速低、钻头行进尺寸小等难点。通过对地层岩石物性的研究,确定了地层岩性特征、孔隙度和渗透率的取值范围、地层岩石硬度范围和可钻性级别以及适合的钻头型号,为钻井液选型和性能优化、钻头选型优化,以及工程事故和复杂情况的预防技术措施提供了依据。据此形成的辽河油区东部凹陷火成岩深探井快速钻井技术模板,应用于新施工井中,中完井深明显比老井深250~500m,钻井周期和建井周期都大大缩短。     

量化可钻性的测井方法应用

从北美十口井的数据记录中，不同岩石类型的声波测井和地层可钻性之间存在密切关系。结合钻井数据，自然伽马测井可用于计算可钻性。进尺速度模式的可钻性可根据钻头设计，结合现场记录使用的仪表运行参数、地层类型和孔隙压力来反向计算。     

我国深井钻井技术发展的难点及对策

分析了目前我国深井钻井技术面临的主要难点:井段内存在多套压力体系,喷漏共存;钻遇地层复杂,井壁稳定性差,井漏、井涌、井塌、缩径、卡钻等井下复杂情况频发;机械钻速低,钻井周期长,钻具易损坏;在地层倾角大的地区直井防斜难度大;深井井下温度高、压力大,钻井液、井下工具和测量仪器性能要求高;固井施工难度大。展望了深井钻井技术的发展趋势,并结合国内外钻井技术发展的最新进展,提出了加快我国深井钻井技术发展的对策:应用套管钻井技术、膨胀管技术,改善井身结构提高整体钻井速度;提高钻压、转数,增加钻头的切削能力和寿命,提高深部井段机械钻速;最大限度地扩大气体钻井的使用范围;增强地层承压能力,实现井壁稳定;降低固井施工难度,提高封固质量;提高工程事故的预防与快速处理能力。     

苏丹水平井优快钻井技术研究与应用

苏丹市场老油区加密井增多,单井产量下滑,由于上产需要,甲方对水平井数量的需求大增.但因其独特、复杂的地质情况,导致钻井存在诸多难点,如起下钻阻卡、托压、塌卡等复杂和事故频发.对此,开展苏丹水平井优快钻井技术研究,通过实施井身结构优化技术、井眼轨迹控制技术、水平井钻井提速技术以及钻井液技术,有效解决了水平井施工难点,实现了优质、安全、快速钻井:钻头优选后,全面提升了钻井速度,减少了井下复杂;KCl/硅酸盐钻井液体系、Drilling-in钻井液体系有效保证了各项工序的顺利实施,在抑制页岩坍塌、稳定井壁、减少托压方面效果明显;水力震荡器的使用,可以解决长半径水平井摩阻大、造斜慢、加压困难的难题.研究成果一年内共成功实施20口水平井,平均钻井周期从2010年前的44d缩短至23.67d,缩短46.2％;平均建井周期为36.42d,比设计周期提前5～14d;机械钻速从原来的平均10.81m/h提高到12.41m/h,提高14.8％;事故和复杂现象由原来的3.7％降至1.8％.     

川西坳陷致密碎屑岩钻井故障及对策

川西坳陷上三叠统至侏罗系地层主要表现为岩石致密、研磨性强，钻井速度慢，建井周期长。对该区储层敏感性，岩石力学特征，地应力大小、方向以及地层的压力和温度进行了详细地分析，总结了川西地区由于以上各种客观因素引发的常见的钻井故障，并结合已有的钻井资料，通过采用不同的钻井工艺、优化应用新型的井身结构、优选应用高效钻头和优选新型钻井液来提高机械钻速、缩短建井周期和保护油气层。     

腰平1井钻井设计和施工难点分析

腰平1井是松南气田第一口火山岩气藏水平井,主要目的层为营城组。由于井眼轨道设计需考虑靶点垂深的不确定性和工具造斜率的不确定性,故选择了易于控制和调整的"直—增—稳—增—水平"五段制轨道类型。井身结构设计以简化结构、提高钻井速度为目的,具体为技术套管下至泉二段造斜点上部,并配套相关工艺技术。欠平衡设计时采取井筒环空循环介质循环当量密度略低于据储层孔隙压力折合的当量密度即可的思路,地层流体一定要有控制地流入井筒,同时还需考虑地层稳定性。针对大尺寸井眼防斜打直、火山岩地层可钻性差、多套地层护壁难度大等施工难点采取相应对策,取得了较好的施工效果。腰平1井钻井周期仅135.83d,比设计提前了15.1%;平均机械钻速2.60m/h,比同区块直井提高了6.7%;最大井斜为83°,实际井底水平位移868.90m,水平段长度480.61m。建议今后进一步开展东部地区提高深井大尺寸井眼钻井速度、火山岩气藏钻井方式等方面的深入研究。     

川西深层井壁稳定分析中参数敏感性研究

井壁稳定性研究是工程方案决策的重要依据,本文以Mohr-Coulomb准则为基础,分析了对井壁稳定性判断产生影响的各项参数,以及在川西深层条件下,井壁稳定性判断中各项参数对地层坍塌压力和破裂压力计算结果的影响程度。通过实例分析表明,在川西深层条件下,地应力、地层孔隙压力和岩石的弹性系数等参数的准确程度对井壁稳定性分析结果影响程度最大,而其他岩石力学参数的影响次之。计算结果同时证明,如果在川西深层采用定向井钻井,其井壁稳定性将不会因为井斜角、相对方位角的变化而变差,且地层破裂压力会随井斜角和相对方位角的增加而大幅提高。     

川西新场构造欠平衡钻井欠压值的确定

川西地区地层岩石致密、硬度大、可钻性差,机械钻速低,欠平衡钻井能有效提高机械钻速。由于该地区地层压力高、泥页岩发育稳定性差,要成功实施欠平衡钻井关键是确定合理的钻井液密度。为此,提出需要获得精确的地层孔隙压力和坍塌压力,确定合理的欠压值,为优化设计提供科学依据。在分析欠压实理论的基础上,运用伊顿法并利用测井资料,结合实测资料,建立了新场构造钻遇地层准确的孔隙压力;通过井壁力学理论分析,结合实钻井资料,确定了井眼扩大率为60%是新场构造允许井眼最大垮塌范围;然后依据井眼扩大率为60%时计算出地层坍塌压力,计算坍塌压力与孔隙压力之差表明,新场地区液体欠平衡钻井欠压值在0.3g/cm3左右。同时,根据建立的压力剖面,新场构造须二段地层坍塌压力、孔隙压力与上部须三段地层坍塌压力一致,目前以须二段为目的层的常规钻井四开次钻井井身结构可以进一步优化、简化,以利于提高钻井速度。     

防斜打快技术研究现状分析

垂直井眼的防斜打快是钻井过程中的工程技术难题之一,其本质一是通过工程技术手段使井眼垂直不偏斜,二是在保证井斜不超标的情况下尽量提高机械钻速。当前防斜理论与工具可以分为常规防斜钻具组合、高效防斜钻具组合和自动垂钻系统三大类。常规防斜钻具组合包括钟摆钻具组合、满眼钻具组合等传统防斜技术,这些技术在大量使用过程中取得了不错的效果,但在钻遇高陡构造等造斜能力强的地层时无法实现防斜与打快的统一。防斜技术的思路由静力学防斜向动力学防斜的转变,是典型的技术创新,如光钻铤防斜、偏心偏轴防斜钻具、反钟摆钻具组合等。自动垂钻系统可以在快速钻进的同时,将井斜控制在1°以内,完全实现了防斜打快的目标,但价格昂贵。     

美国Barnett页岩气开发中应用的钻井工程技术分析与启示

美国Barnett页岩气开发十分成功,有较多经验可供参考。井身结构设计要满足多次压裂的增产方式和长达30～50a生产周期的要求;丛式井成为降低开发成本、增大对储层控制能力的有效技术;水平井技术是页岩气开发的关键技术,水平井的成本一般是垂直井的1～1.5倍,而产量是垂直井的3倍左右;水平段钻进中,常使用油基钻井液和PDC钻头,在保持水平井眼稳定性的同时,提高机械钻速;低密度、高强度固井完井技术,能为后期储层改造和开发做好准备;随钻伽马测井曲线,可用于较准确地识别页岩储层,若水平井技术结合geo VISION随钻成像服务和RAB钻头附近地层电阻率仪器等LWD技术,可以更为合理的控制井眼轨迹。提出国内钻井工程技术集成与发展的建议:实现地面上集成、集中的"小间距丛式井组"(井工厂),做到"组少井多";实现储层中水平井眼轨道空间分布,合理开发"地下立体井网",做到"少井高产和高采收率";追求"钻井速度高、井眼质量好、钻井成本低"的钻井模式;开展长水平段水平井或水平分支井钻井技术的整体研究:研究满足后期开发和压裂需求的完井方式,在成本允许的条件下采用泡沫水泥固井技术,研制特殊套管、封隔器、分支工具等材料和新型井下工具。     

川西新场须二段新10-1H水平井安全快速钻井技术

川西新场构造须二段气藏储层埋深较大,范围一般为4600～5200m,孔隙度和渗透率较低,孔隙度范围在1%～4%之间,渗透率普遍低于0.06×10-3μm2。由于须二段气藏获得高产、稳产的储层类型主要为致密的裂缝-孔隙型,因此水平井是开发此类气藏的有效技术。以川西新场构造第一口水平井——新10-1H水平井为例,分析了该构造须二段水平井安全快速钻井的难点,并提出相应技术对策:直井段一开井段采用塔式钻具组合,二开井段采用钻头和直螺杆配合塔式钻具,并根据实时测量数据,采取小钻压吊打等措施,确保井眼的防斜打直;通过动力钻具与MWD配合控制井眼轨迹,并根据MWD实时测量数据分析井下情况,合理调整井眼轨迹,确保井眼轨迹的精确控制;根据地层岩性特点,优选牙轮钻头和PDC钻头,是提高钻速的关键;水平段钻进施工时,采用复合金属离子聚磺防漏水包油钻井液体系,能够有效润滑、防卡,降低摩阻至250kN以下,保障钻进的顺利进行。     

沙特致密气藏水平井完井管柱下入难点与对策

近年来,在沙特阿拉伯,由于水平井的钻探,使产层的泄油面积明显增加,一些油气田的产量也在增长.在完井作业中,需要下入多级增产系统(MSS)完井管柱,但在致密气藏深水平井中,出现下入困难甚至管柱被卡现象.分析认为,井眼的完成、不同压力体系的多套地层、井眼的准备以及下入的技术和程序等因素,是影响管柱组合顺利下入的关键.实践证明,对于存在多套低压层的井眼,钻井设计时,技术套管应尽可能深下,封住上部低压非生产层,最好将套管鞋坐封在生产层内.应在井眼安全的情况下,将钻井液密度调低,以减轻低压层的过平衡压力;一旦发生黏卡,缓慢降低钻井液密度,并小幅活动管串,是解卡的唯一途径.在可能存在台阶的水平井段,用模拟完井管串结构的钻具组合(BHA)通井,可以消除机械卡钻风险,为大尺寸尾管顺利下入创造条件.     

国外新型钻井工具技术进展

总结国外垂直钻井工具、空气螺杆、旋冲钻井工具、膨胀管、固井工具等四类主要新型钻井工具的最近技术进展、现状以及发展趋势。垂直钻井工具是一种集机-电-液一体化的井下闭环系统的钻井工具,是防斜方法的革命性突破,是钻井领域的前沿技术。垂直钻井工具有自动防斜、纠斜功能,适用于在高陡构造硬地层中大钻压钻进,能有效控制井身质量,大幅提高机械钻速。空气螺杆钻具,是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必要工具,因此也得到了推广应用,并在实践中不断改进和完善。经过10余年的发展,国外可膨胀尾管悬挂器技术逐渐趋于成熟,在很多油气田投入工业性应用,取得显著的技术和经济效益。膨胀管技术的发展方向,是单一直径井眼的建井技术。旋冲钻井工具是解决硬脆性地层机械钻速低,钻头使用寿命短的主要手段之一。同时,国外公司研制和开发出许多用于高含硫深井条件下的新型尾管悬挂器,如封隔式尾管悬挂器和防H2S和CO2气体腐蚀的不锈钢尾管悬挂器,以适应越来越复杂的高含硫深井固井施工要求。     

普光气田大斜度井井身结构设计

川东北地区尚未形成成熟的钻井工程设计及应用技术,尤其是在井身结构设计方面影响因素较多,难度较大。结合川东北普光气田的地质特点和钻井难点,从工程实际和采气安全出发,通过井下摩阻分析、地质导向技术、井下测量环境、套管磨损预测方法、井眼轨迹控制技术、完井作业能力等方面的研讨、分析,得出了以下结论：三开井身结构的井眼轨迹控制遇到井下磨阻过大、难以实施滑动钻进等问题,可通过使用不同底部钻具组合、钻井参数和复合钻进方式来解决;对于三开井身结构裸眼井段较长,井下情况复杂,存在安全隐患的问题,则需做好各种技术保障措施;三开井身结构设计需根据川东北地区特有的地质特点进行具体分析,有针对性地进行井身结构设计,应特别注意长裸眼井段的选择;考虑到双防合金套管的四开结构存在无法规避的技术风险,建议最好不予采用。     

油包水钻井液研究与应用

与水基钻井液相比,由于油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和保护油气层等优点,成为钻遇深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的首选体系。油包水钻井液具有油基钻井液的优点。针对非常规油气藏及强水敏、易坍塌地层钻井的需要,研制了油包水钻井液,优化了钻井液配方:基液(油水体积比为8∶2)+3%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%有机土+4%降滤失剂+3%的CaO+重晶石。室内评价结果表明,该油包水钻井液具有良好的流变性、悬浮稳定性、润滑性、乳液稳定性和抗污染能力。同时,完善了现场施工工艺,并在中原、新疆、西南等现场应用了7口井。应用证明,油包水钻井液稳定性好,破乳电压大于600V,抗污染、抗温能力强,遭受20%的水和岩屑污染后,钻井液性能稳定,易于维护处理;且钻井过程中井壁稳定,定向施工顺利,减少井下复杂,平均井径扩大率小于5%。该钻井液配制工艺简单,可以回收利用,满足页岩气水平井、易塌地层钻进的需要。