考虑延伸极限的大位移水平井最优钻井液排量设计

钻井液排量的大小直接关系到大位移水平井延伸能力的高低,为获得最大的大位移水平井延伸极限,笔者从钻井液排量的角度出发,提出了排量的优化设计原则,并给出了最优钻井液排量的设计方法。综合利用大位移井的裸眼延伸极限原理和水力延伸极限原理,并考虑井眼清洁的需要从而确定钻井液的排量范围,最终以获得最大的水平段延伸极限为目标,确定最优钻井液排量值。应用该方法对1口大位移水平井进行分析可知,其排量允许范围为26.2~42.9 L/s,最优排量值为31.8 L/s,其对应的最大水平段延伸极限为6 251 m。进一步研究表明:首先,在任意排量下,基于上述两原理获得的两水平段延伸极限值的最小值可以作为大位移水平井的水平段延伸极限;其次,两水平段延伸极限相等时的值即为最大水平段延伸极限,其所对应的排量值即为最优钻井液排量值;最后,该最优排量值既可以保证大位移水平井获得最大的井眼延伸极限,又可以满足井眼清洁的需要,井内压力也不会超过井壁稳定和钻井泵的最大承载能力。     

大位移井水力延伸极限研究

依据大位移井水力学原理,首次提出了大位移井水力延伸极限的概念,并给出了计算公式及步骤,分析了地层因素、泵能力、环空压耗和岩屑床高度对大位移井水力延伸极限的影响规律,结果表明,大位移井水力延伸极限随地层安全密度窗口和额定泵压的增加而增加,随环空压耗和岩屑床高度的增加而减小.大位移井极限长度的预测以及合理进行工程设计,为减少钻井风险提供了理论指导.     

渤海超大位移井水平段裸眼延伸极限预测及影响因素分析

为解决渤海复杂地质条件下浅层超大位移井到底能打多远的问题,文中综合考虑岩屑、井筒环境、水化效应对井壁稳定性的影响,建立了海上超大位移井水平段裸眼延伸极限预测模型,分析了不同因素对水平段裸眼延伸极限的影响,并进行了因素敏感性和钻井方案优化措施分析。结果表明：考虑岩屑影响的水平段裸眼延伸极限明显小于不考虑岩屑影响的延伸极限;水平段裸眼延伸极限随破裂压力当量密度、钻井液稠度系数、钻杆转速、温度增量的增加而增大,随钻井液密度、钻井液流性指数、机械钻速、固相（岩屑）密度、固相体积分数、压力增量、水化应力的增加而减小,随钻井液排量的增大先增大后减小。敏感性分析结果表明,破裂压力当量密度、钻井液流性指数、钻井液稠度系数对延伸极限的影响较大。通过优化各参数取值,可改善钻井液性能,提高井筒清洁能力,合理控制钻进参数,从而延长超大位移井水平段裸眼延伸极限,为平台位置优选、井网布置、复杂结构井开发方式选择提供帮助。     

中国石油西部钻探完成西南页岩气大位移水平井

正2020年3月10日,由中国石油集团西部钻探工程有限公司(以下简称西部钻探)承担工程技术和轨迹控制服务的黄202H2-4井,新年大位移水平井钻探"博得头彩",水平位移长达2 127 m。黄202H2-4井位于中国石油西南油气田公司永川深层页岩气先导示范区,是已钻4口井中难度最大的一口,由西部钻探70095钻井队和定向井公司提供工程技术一体化服务。黄202H2-4井地质条件复杂、机械钻速低,是永川深层页岩气钻探的一大难题。西部钻探定向井工程技术人员针对这一难题,认真     

大位移井钻井极限延伸能力的研究

大位移井钻井极限延伸能力是大位移井钻井设计和施工的关键参数,它往往被人们所忽视,目前有关此方面的研究尚不多见。针对大位移井的钻井实际,应用大位移井整体钻柱摩阻力分析的间隙元理论,给出了大位移井的延伸极限力学判断准则和计算模型。应用编制的大位移井极限延伸能力计算机软件,对影响大位移井的延伸极限能力因素进行分析,确定影响大位移井极限延伸能力的主要因素。得出了从对极限延伸能力的大小程度分依次为井眼摩阻系数最大、井眼曲率次之、门限钻压第三、转盘转速最小的重要结论,为今后大位移井的钻井设计和施工提供依据。     

大位移井钻井延伸极限研究与工程设计方法

大位移井在海洋、滩海、湖泊及山地等复杂地区油气资源的高效开发中应用广泛,大位移井钻井技术具有约束因素多、作业难度大、作业风险高等基本特点,其井眼延伸极限的预测和控制对于安全钻进意义重大。在概述国内外大位移井钻井延伸极限研究进展的基础上,重点介绍了大位移井钻井延伸极限的预测模型和分布规律,提出了基于延伸极限的大位移井钻井优化设计方法,并应用大位移井钻井延伸极限理论分析了萨哈林地区Z–42大位移井的水平段旋转钻进极限及完井管柱下入极限,认为提升钻机性能可大幅度提高井眼延伸极限,旋转接头和减阻接头可提高完井管柱的下入极限。研究结果表明,开展大位移井钻井延伸极限预测理论和控制方法研究,可为大位移井的风险预测、优化设计及安全控制提供科学依据。      

长裸眼段页岩气水平井固井水泥浆体系研究

从长裸眼段页岩气水平井固井难点及要求着手,研发了适宜的固井水泥浆体系,取得了较好的应用效果。     

考虑岩屑影响的大位移井机械延伸极限研究

大位移井钻井技术作业难度大,对井眼清洁作业要求较高,岩屑堆积对摩阻扭矩的影响不容忽视.通过改进摩阻扭矩计算中常用的软杆模型,建立井眼清洁与摩阻扭矩耦合模型;考虑钻机、钻柱和钻头约束,建立大位移井机械延伸极限的预测模型.针对一口水垂比大于5的实钻大位移井,考虑岩屑对摩阻扭矩的影响,计算不同工况下的摩阻扭矩,预测大位移井水...     

页岩气水平井裸眼分段压裂酸化管柱下入技术

本文对国内水平井裸眼分段改造工艺技术和工具系统进行了研究,以177.8mm技术套管、152.4mm裸眼完井的水平井为例,对分段改造完井工具管柱的下入技术展开深入研究,并通过多井次现场施工,总结出一套适用的管柱下入技术。     

浅层大位移水平井钻井关键技术分析

高平1井是胜利油田第一口位垂比达到4的大位移水平井。为了最大限度降低和克服井下摩阻扭矩,利用井眼轨道优化设计、下部钻具组合及钻进参数优选、工程保障措施和钻井液性能调控等关键技术,实现了对井眼轨迹的有效控制。所完成的高平1井位垂比达到了4.019 8,水平段长3 462.07 m。结论认为：①造斜率相对较低的单增轨道更适用长水平段水平井井眼轨道优化设计;②优选底部钻具组合、钻进参数和钻头,在特定区域能有效降低长水平段滑动钻进的比例;③水基钻井液在大位移井钻井中拥有较广阔的应用空间。     

水平井钻柱动态摩阻扭矩计算与分析

国内近年的页岩气开采水平井井型主要有常规水平井、大斜度井和勺型水平井,为便于施工决策,有必要对上述3种井型的摩阻扭矩特性、钻压传递效率、重点关注井段或环节、极限延伸钻进长度等进行研究。为此,以上述3种水平井井型为分析对象,基于全井钻柱动力学模型和全井钻柱系统动态特性仿真计算,探究了其摩阻扭矩、载荷传递和延伸钻进情况,并在四川盆地长宁地区的3口对应井型页岩气井进行了现场应用实验。研究结果表明:(1)勺型水平井造斜段后半段的接触摩擦强度很高,造斜段后段接触强度是稳斜段接触强度的1.67倍,造斜段的总接触力是大斜度水平井的1.62倍;(2)大斜度水平井稳斜段的接触摩擦强度不仅高于造斜段,而且也高于相同井深的3种井型中的任一特征段;(3)3种井型延伸钻进中钻柱的工作应力都不大,但对于勺型水平井的弯曲段,延伸钻进时还需要重点关注稳斜段钻柱的扭断问题;(4)勺型水平井的钻压传递效率低于常规水平井和大斜度井。结论认为,该研究成果初步揭示了3种页岩气水平井井型的摩阻扭矩特性和主动载荷传递机理,指出了安全评估重点关注井段,对页岩气水平井的高效安全施工具有参考价值。     

Optimal determination of rheological parameters for Herschel–Bulkley drilling fluids and impact on pressure drop, velocity profiles and penetration rates during drilling

Drilling fluids containing bentonite and bentonite–lignite as additives exhibit non-Newtonian rheological behavior which can be described well by the three parameter Herschel–Bulkley rheological model. It is shown that determination of these parameters using standard techniques can sometimes provide non-optimal and even unrealistic solutions which could be detrimental to the estimation of hydraulic parameters during drilling. An optimal procedure is proposed whereby the best value of the yield stress is estimated using the Golden Section search methodology while the fluid consistency and fluid behavior indices are determined with linear regression on the transformed rheometric data. The technique yields in many cases results which are as accurate as these obtained by non-linear regression but also gives positive yield stress in cases where numerical schemes give negative yield stress values. It is shown that the impact of the values of the model parameters can be significant for pressure drop estimation but less significant for velocity profile estimation for flow of these fluids in drill pipes and concentric annuli. It is demonstrated that very small differences among the values of the model parameters determined by different techniques can lead to substantial differences in most operational hydraulic parameters in oil-well drilling, particularly pressure drop and apparent viscosity of the fluid at the drilling bit affecting penetration rates, signifying thus the importance of making the best simulation of the rheological behavior of drilling fluids.     

用于页岩气水平井的防塌水基钻井液体系的优选与评价——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

页岩气水平井钻进中常采用油基钻井液体系来解决页岩井壁失稳问题,但却面临废弃油基钻井液和油基后期岩屑处置的环保问题,因而迫切需要研制一种能防止页岩垮塌的水基钻井液来替代油基钻井液。为此,在分析四川盆地长宁—威远地区页岩矿物组分和微观结构的基础上,对构成防塌水基钻井液体系的关键处理剂,如封堵剂、抑制剂、润滑剂等进行了评价和优选,并确定了加量范围;然后通过室内配伍实验和复核,研制出防塌水基钻井液体系并对其性能进行了评价。结果表明,该钻井液的封堵性、抑制性、润滑性等性能均优于该区使用的聚磺钻井液、聚合物钻井液,接近或达到油基钻井液的水平。在长宁—威远国家级页岩气示范区进行的水平井钻进现场试验结果表明,该钻井液体系密度可达到2.31 g/cm~3,抗温能力达到130℃,在造斜段和水平段表现出良好的封堵能力和抑制能力,具有很好地防塌效果。该钻井液体系对实现该区页岩气的清洁生产与效益开发将发挥重要作用。     

普通稠油水淹层顶部剩余油水平井技术界限研究——以孤岛中二北Ng5为例

具有较大边底水的中等厚度的普通稠油油藏,长期以来利用直井开发,效果不佳。在高油价的有利条件下,针对该类油藏,提出了利用水平井挖潜,以孤岛中二北北部Ng5稠油区块为例,建立实际参数的概念模型,分不渗透隔层和无隔层两种类型,对水平井的开发方式、最小有效厚度、水平井垂向位置、排液量、井距及水平段长度进行了优化,给出了对应两种类型的水平井技术界限,现场实施取得了良好的开发效果。     

水平井井眼轨迹对排水采气的影响

低渗气藏不断加大水平井开发力度,水平井数量急剧增加,井筒积液成为水平气井普遍存在的难题。根据水平井筒内气液两相流体由分层流向非分层流转变判别式,对影响水平段井筒携液的因素进行分析。分析表明:水平段井筒倾角越大、积液高度越高、管径越小,水平井筒中气液两相流型更容易从层流转向非层流,水平段中的液体更容易被气流带出。通过实例证明水平井井轨迹对气井排液有影响,B靶点比A靶点越高,井底积液越少。     

地质—工程—经济一体化页岩气水平井井距优化——以国家级页岩气开发示范区宁209井区为例

为了最大限度地提高资源动用率,通常都采用一次性井网整体部署的方式开发页岩气,而水平井井距设计则是页岩气井网部署的关键。在确定最优井距时,既需要掌握地质特征和钻井压裂工艺,也必须考虑气价、成本等经济因素的影响,目前国内外均没有形成较为可靠的页岩气水平井井距设计方法。为此,首次建立了一种基于地质—工程—经济一体化的页岩气水平井井距分析方法,通过地质建模、数值模拟、现金流分析3种技术手段,使用最终可采储量(EUR)、采收率和内部收益率(IRR)等3项指标对四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区宁209井区的页岩气开发井距进行了综合评价。研究结果表明:①宁209井区在当前的地质、工程、经济条件下,井距大于240 m可以确保页岩气平台开发的内部收益率大于8%;②井距控制在330～380 m时,可以同时兼顾单井EUR、平台采收率和经济效益。结论认为,该研究成果支撑了该井区页岩气开发技术政策的制定,为其实现页岩气规模效益开发奠定了基础。     

靖边气田S190井区储层小幅度构造及水平井部署

为提高靖边气田S190井区水平井储层钻遇率,综合应用三维地震、测井和钻井资料,经过制作合成记录,层位标定,利用上下标定层位构造趋势控制,结合钻井分层厚度比例,横向预测得到主力气层奥陶系马五小层顶面小幅度构造图,应用地层厚度法及印模法获得石炭系底至马五底的厚度图以及前石炭系的古构造图。对上述三图进行综合研究分析,提出水平井部署建议,已钻两口高产水平井钻进轨迹与马五顶面基本一致,相关系数分别为0.6548和0.8547,说明研究区古构造较高部位、较大的储层厚度和现今小幅度构造高部位三者叠合位置是寻找高产区以及指导水平井部署的有利指向。     

长庆气区储气库Y37-2H井长水平段钻井技术

鄂尔多斯盆地长庆气区Y37-2H井（完钻井深5 044 m,水平段长1 819 m）是国家储气库项目榆林储气库的第一口注采试验水平井,储气库的建设需要注采井不仅要达到强注强采（50×10⁴～100×10⁴ m³/d）的功能、还要满足长寿命（50年）要求。为此,在分析该区气井生产情况的基础上,采用Φ215.9 mm井眼钻长水平段并下Φ139.7 mm筛管完井方案来保障注采井强注强采功能;优选长半径水平井剖面,应用先进的随钻地质导向技术跟踪储层并控制水平段井眼全角变化率小于等于4°/30 m,满足了固井下套管对井眼轨迹的质量要求;应用水力振荡器在钻井液流过时产生的压力脉冲带动钻具产生温和振动,将钻具与井眼之间的静摩擦转换为动摩擦,有效地降低了摩阻和扭矩,改善了钻压传递,提高了水平段滑动钻井机械钻速和进尺;采用的无土相复合盐低伤害暂堵钻井（完井）液体系既能满足保护山₂³储层,又能满足长水平段润滑防卡和泥岩防塌的需要。该井的顺利实施,为长庆气区超大库容的储气库建设奠定了基础。     

钛合金钻杆在页岩气长水平段的延伸钻进能力分析

页岩气井的发展方向是垂深更深、水平段更长，长水平段延伸钻进困难已成为制约深层长水平段页岩气井效益开发主要的瓶颈，而采用轻质钻杆则是解决页岩气井水平段延伸钻进难题的方案之一。为了定量化评价钛合金钻杆在页岩气长水平段的延伸钻进能力，基于Hamilton原理建立全尺寸钛合金钻柱动力学模型并采用HHT-α法对模型进行求解；进而以钢制钻杆作为比较对象，分析钛合金钻杆的降摩减阻、抵抗变形和轴向力传递能力及其影响因素。研究结果表明：①钛合金钻杆能够有效减少钻柱摩阻，当钻井液密度为1.30 g/cm3时，?101.6 mm钛合金钻杆的接触摩阻比同规格的钢制钻杆减少18.5%，?127.0 mm钛合金钻杆的接触摩阻比?101.6 mm钢制钻杆减少34.8%；②较之于钢制钻杆，钛合金钻杆更容易发生屈曲变形，但通过调控钛合金钻杆尺寸规格可以缓解屈曲变形，从而降低屈曲导致的局部摩阻增加；③钻井液密度提高，能够明显增强钛合金钻杆的降摩减阻效果。结论认为，轻量化的?127.0 mm钛合金钻杆的降摩减阻能力高于?101.6 mm钛合金钻杆，更高于?101.6 mm钢制钻杆，更加有利于解决长水平段水平井延伸钻进困难的问题。     

四川盆地长宁区块页岩气水平井地质目标关键技术参数优化

近年来,针对四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组在页岩气地质评价、工程试验和开发优化研究等方面均取得了较大的进展,初步掌握了页岩气开采主体技术,并在焦石坝、长宁、威远等区块实现了规模建产。为了给类似页岩气水平井的开发设计提供技术参考,以长宁区块五峰组—龙马溪组页岩气井为研究对象,采取地质与工程相结合、动态与静态相结合、统计分析与模拟预测相结合的技术手段,量化页岩气井产能主控因素,建立页岩气井产量预测模型,优化该区块页岩气水平井巷道方位、巷道位置、巷道间距、水平段长度以及气井生产指标等地质目标关键技术参数。结论认为:(1)水平段方位与最大主应力和裂缝发育方向之间的夹角最大、水平井巷道位于最优质页岩内、水平段钻揭Ⅰ类储层长度超过1 000 m,是页岩气井获得高产的基础;(2)水平井的井筒完整、优选低黏滑溜水+陶粒压裂工艺造复杂缝是页岩气井获得高产的保障。依据该研究成果形成了长宁区块页岩气开发的技术政策,指导了该区块页岩气的开发建产,也为类似区块页岩气水平井的开发设计提供了借鉴。