川东北地区探井快速钻井技术

川东北地区探井钻井过程常遇到"漏、斜、卡、塌、喷"等井下复杂情况或事故,造成机械钻速慢,严重影响了勘探开发进度和效益,为此,试验应用了一系列提高该地区探井钻速的钻井新技术,包括气体钻井技术、垂直钻井技术和复合钻井技术.现场应用结果表明:在上部陆相地层,气体钻井井段的平均机械钻速达到5.66~7.06m/h,垂直钻井井段的平均机械钻速1.97 m/h;在下部海相地层,复合钻井井段的平均机械钻速2.32 m/h.通过应用上述新技术,较好地实现了钻井提速的目标,为川东北地区勘探任务的如期完成提供了技术保障,逐步形成了适应该地区地质特点的探井快速钻井技术配套体系.     

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。     

空气泡沫钻井技术在川东北QX-2的应用

川东北上部陆相地层为高陡构造,砂、泥、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,须家河组石英砂岩硬度达8级,可钻性差,漏层多,中下部地层破碎,井眼稳定性差,钻井中时常发生井漏,井漏后往往诱发井塌,并且漏失井段长,极易造成井下复杂,处理难度大。空气钻井作为陆相地层提速有效手段已得到认可。然而,空气钻井钻遇严重出水地层后,井底岩屑无法顺利返出,导致空气钻井无法实施。空气泡沫钻井技术为大幅度提高川东北上部地层机械钻速提供了有效的钻探手段,进一步拓宽了技术服务领域。空气泡沫钻井技术在川东北QX-2井的成功应用,不仅大大提高了机械钻速,缩短了陆相地层的钻井周期,有效解决了该工区“硬”、“斜”、“漏”三大技术难题,并且有效的避免了井下燃爆,为欠平衡钻井技术广泛应用拓展了新的空间。

     

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川东高陡构造上部地层倾角大,在钻井中极易发生井斜、井塌、井漏 、卡钻等复杂情况,且目的层靶区要求严格。如何有效地控制井斜、保证井身质量,提高机械钻速、降低钻井成本,是高陡构造上钻井的一大难题。文章通过分析上部大倾角地层复杂的地质特点,提出了使用一新工具、新工艺、新技术、以达到井身质量的有效控制和较大幅度地提高上部大倾角地层钻井速度的目的。     

川东北地区气体钻井技术实践与认识

中国石化川东北工区应用气体钻井提高了钻井速度,由于工区陆相地层多为隐蔽储层,地质预测难度大,气体钻井中可能钻遇油、气、水层造成井下复杂情况,钻井中要做好随钻分析,不断优化钻井措施.针对该工区的地层特点及气体钻井的难点,对川东北地区推广应用气体钻井中应该注意的问题进行了探讨,提出了能减少气体钻井中复杂情况、有利于今后更好地应用气体钻井技术的建议.     

川东北地区气体钻进后的钻井液技术及应用

川东北地区大部分采用气体钻进的井段为上部地层,主要岩性为泥页岩,气体钻进后替入水基钻井液,经常发生复杂情况。分析了气体钻进后顶替钻井液初期容易发生井塌、井漏等复杂情况的原因,介绍了解决川东北地区气体钻进后井壁失稳的钻井液技术对策、技术方案及防止井壁失稳的钻井液工艺技术。在七北101井、东升1井现场应用证明,该工艺技术可行,解决了气体钻进后井壁失稳、严重井漏的技术问题。     

气体钻井井下复杂情况分析及预防

气体钻井是一种特殊的欠平衡钻井方式,也是一种钻井效率比较高的技术手段,其优势主要表现在提高机械钻速、减少井下复杂事故的发生、延长钻头寿命等方面。为了保证气体钻井安全,对气体钻井过程中可能出现的井下复杂情况进行分析,并以川东北地区实际施工过程中出现的事故为实例,列出了气体钻井中易出现的井下燃爆、井下下钻、井壁倾斜等导致井下复杂情况的因素,得出了相应的预防措施,确保气体钻井施工安全。     

普光气田空气钻侧钻技术应用

空气钻井技术已成为川东北地区上部地层提高机械钻速、控制井漏及井斜等复杂问题的常规技术。在实施空气钻井过程中,发生井下事故或复杂情况时,必要时采用填井侧钻处理。按常规的填井侧钻必须由空气钻井转换为钻井液进行侧钻,侧钻后,不能再进行空气钻井。为了解决这一问题进行了空气侧钻这一课题的研究应用。探索空气钻侧钻技术应用到处理井下事故和复杂情况,充分发挥空气钻进技术的速度优势,是非常必要的尝试 。通过技术研究,先后对普光303-1井在空气钻井过程中发生燃爆事故后的填井侧钻、普光301-2井的空气螺杆井眼绕障侧钻、新黑池1井的空气螺杆填井侧钻,三口井侧钻成功率100％。     

气体钻井转换钻井液井壁稳定技术

气体钻井可以提高机械钻速、预防井漏,川东北地区上部陆相地层采用该技术钻进,加快了施工速度,大大缩短了钻井周期.但在气体钻井结束,转换为钻井液钻进后经常出现井壁失稳问题.分析了川东北地区气液转换过程中井壁失稳的原因,主要是该地区复杂的地质特点、干燥井壁吸水和钻井液冲刷.针对干燥井壁吸水,提出以润湿反转剂作为前置液的技术措施;针对该地区的地质特点和钻井液冲刷制定了符合川东北地质特点的气液转换施工工艺.在P204-2井和其他井的应用结果表明,以润湿反转剂作为前置液的技术措施和制定的气液转换施工工艺能减少由气液转换井壁失稳造成的井下复杂情况,避免恶性钻井事故的发生.     

气体钻井井斜控制技术与应用

川渝地区的深探井,由于初次开钻井眼尺寸大,地层复杂,钻井机械钻速极低,不仅钻井周期长且极易发生断钻具、恶性井漏等井下复杂事故。如何提高钻井速度一直是该区钻井工作的一道难题。为此,总结了近几年来气体钻井的现场实践经验,结果发现：①采用气体钻井技术能够显著地提高钻井速度,钻井机械钻速可以提高3～15倍;②采用常规的牙轮钻头钻井容易发生井斜,虽然采用恰当的钻井参数能有效地控制井斜,但增加了气体钻井的难度,而且钻井速度会明显降低;③采用空气锤不仅能够保证良好的井身质量,而且能保持较高的机械钻速。通过几口井的试验研究已形成了有效地控制井斜的工艺技术和方法,大大提高了钻井效率,节约了钻井成本。     

提高川东北及普光气田钻井速度配套技术

川东北及普光气田面临喷、漏、塌、卡、斜、硬、毒等七种“世界级”钻井难题。如何实现安全、优质、高效、快速钻井从而加快川东北及普光气田勘探开发进程是钻井工程面临的一个难题。试验、推广应用了气体钻井、垂直钻井、复合钻井等新技术新工艺，并不断在实践中完善总结，形成了一套适合普光气田及川东北地质特点的钻井综合配套技术，大幅度的加快了川东北勘探及普光气田开发步伐，实现了预期的目标。普光气田开发井钻井周期由探井阶段的约10个月降到约7个月，缩短了31．82％，机械钻速由探井阶段的1．70m／h提高到3．26m／h，提高了91．76％。气体钻井、复合钻井已经成为提速川东北及普光气田勘探开发的核心技术，值得进一步推广应用。     

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

涪陵焦石坝区块采用水平井开发方式,水平段长1 500 m以上,水平井段为龙马溪组下泥岩段,页岩黏土矿物含量高,脆性强、微裂缝发育,易发生垮塌掉块造成井下事故;井底垂深大于3 500 m,深层页岩气开发,面临着井温升高、携岩带砂要求越来越高、部分井发生垮塌掉块、起下钻遇阻卡的问题,部分井发生失返性漏失,消耗了大量的人力、物力。对柴油基钻井液体系进行了研究,结果表明该体系具有良好的抗温性、在低油水比（70:30）下仍然具有稳定的性能,随钻堵漏材料（粒径级配的高纯超细碳酸钙+有机胶凝漏失控制材料）能够封堵2 mm的裂缝,承压强度达7 MPa,纳米封堵剂（纳米石墨粉和超细海泡石纤维组成的混合物）能够封堵0.1 mm裂缝,承压达到20 MPa。现场应用结果表明,该体系具有良好的井壁稳定能力,井径扩大率低,平均小于3%,润滑性好,起下钻摩阻低,钻井液性能稳定,易于维护处理,能够解决井漏、井垮等复杂情况。柴油基钻井液完全适用于涪陵区块的页岩气水平井钻井施工。      

气体钻井井斜机理与控制初探

气体钻井由于能有效地保护低压油气层，解决恶性井漏、压差卡钻，提高机械钻速而得到了广泛应用。然而气体钻井井斜机理方面的研究文献报道甚少，井斜机理还不十分清楚。为此，基于气体钻井井底岩石受力状况，从温度、地层各向异性、井径扩大、下部钻具组合等方面对气体钻井不可控因素和可控因素2方面对气体钻井井斜影响进行分析，认为新的岩石破碎机理和地层各向异性是影响气体钻井井斜的主要原因；气体钻井井径的扩大对钻头侧向力产生较大影响，是引起气体钻井井斜的又一因素；并对气体钻井井斜控制做了初步讨论，这将对气体钻井井斜控制及下部钻具组合设计具有一定指导意义。     

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。     

“三低”水基钻井液防塌技术在四川超深井中的应用

气体钻井在川渝地区大幅度地提高了机械钻速，受到钻井界的青睐，但气体钻井结束替入常规水基钻井液后普遍出现了严重的井壁失稳难题，导致了长时间大段划眼复杂情况的频繁发生。为此，从分析气体钻井替入钻井液后井壁失稳的水敏性原因入手，提出了解决井壁失稳的技术思路，即将润湿反转防塌技术-低渗透防塌技术-低活度防塌技术三者有机集成在一套钻井液体系中，形成具有“低润湿反转角、低渗透、低活度”特点的“三低”水基钻井液防塌技术，并在室内对获得的“三低”水基钻井液成果配方进行了定量的防塌效果评价。研究结果与现场试验表明，“三低”水基钻井液能够很好地解决气体钻井结束替入水基钻井液后出现的井壁失稳难题；它能在30 min内使泥页岩地层发生明显润湿反转和惰性化反应；在180 min内能彻底密封裂缝，并在泥页岩表面形成致密疏水涂层；无论是在短期防塌，还是在长效防塌方面都具有显著的效果。适合在类似川中地区的气体钻井中推广应用。     

页岩气油基钻井液体系性能评估及对策

油基钻井液已成为开发页岩气水平井的关键技术之一,具有稳定井壁和保持井眼清洁的功能。通过评价中石油川渝地区油基钻井液体系的流变性、封堵性、固相含量和稳定性等性能,并结合这些井的井下复杂情况原因分析,得出封堵性是保持井壁稳定的关键,提高钻井液φ₆值和排量可以改善井眼清洁,有害低密度固相含量的增加是导致钻井液性能恶化的主要原因。针对井壁失稳、井眼清洁和性能维护等问题,建立了纳-微米封堵评价方法,确定了有害低密度固相含量计算方法,并形成了页岩气油基钻井液技术规范,有望为页岩气水平井的开发提供技术支持。      

页岩气水平井卡钻主要原因及预防对策

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区目前已经实现了埋深3 500 m以浅海相页岩气的规模化、效益化开发,但随着该区页岩气水平井段长度的延伸,管柱下入过程中摩擦阻力、扭矩增大,易造成频繁遇阻、卡钻等现象。为此,在分析卡钻原因的基础上,从预防钻井过程中井眼力学变形的角度出发,以提高页岩长水平井井段的钻井液封堵性能为重点,协同优化影响井眼轨迹和井眼环空岩屑浓度的钻具组合与钻井参数,通过优化井身结构、井眼轨迹、钻井液性能等技术措施,配套降摩减阻及提速配套工具,制订了页岩气水平井防卡钻技术措施,并进行了现场应用。研究及应用结果表明：①对于水基钻井液采用加入适量复合盐抑制剂的方式并配合固控设备的应用,可有效控制钻井液中的有害固相含量,而对于油基钻井液则采用提高油水比、增加乳化剂等方式以增强其稳定性;②井眼轨道设计优化为三维轨道二维化后,钻柱最大摩阻较之于优化前降低了20%;③高效随钻震击器的钻具组合,配合以合理的钻井参数控制机械钻速,可以达到满足井眼环空携岩要求的岩屑浓度,减少岩屑床的厚度;④现场12井次的应用效果表明,水平井段阻、卡等复杂事故时率由2.3%降低至0.92%。结论认为,该研究成果为解决页岩气长水平段卡钻难题提供了有效的技术途径。     

川西低渗透气藏气体钻井井壁稳定性评价方法

川西低渗透气藏采用气体钻井技术钻进时,致密砂岩井段井下垮塌频繁,为给制定防塌技术措施提供依据,在分析非达西渗流、储层敏感性对孔隙压力影响,计算气层产气时径向拖曳力的基础上,分析了径向拖曳力影响下井周的有效应力场,利用川西X3井实钻数据分析了气体钻井井壁垮塌的机理,并与摩尔库伦准则和拉伸破坏模型相结合,提出了适用于川西低渗透气藏气体钻井的井壁稳定性评价方法。川西低渗透气藏气体钻井井壁垮塌机理为:低渗透储层中高速非达西渗流和气体产出时产生的径向拖曳力使坍塌压力升高,井壁稳定性变差,同时在径向拖曳力作用下先发生拉伸破坏,随后地层压力降低进而发生剪切破坏,出现垮塌。利用低渗透气藏气体钻井井壁稳定性评价方法评价了X3井低渗透储层的井壁稳定性,评价结果与实钻情况相符,说明采用该评价方法可以评价川西低渗透气藏气体钻井时的井壁稳定性,能够为川西低渗透气藏气体钻井制定防塌技术措施提供指导。      

川东北地区优快钻井配套技术

川东地区构造带大多属于高陡背斜构造,地层倾角大,研磨性强,可钻性差,地下断层、裂缝、溶洞发育、井漏频繁,稳定性差,存在多套压力体系、安全窗口窄,且目的层地层压力预测难度大,具有“高压、高产、高含硫”的“三高”特点,所以钻井难度大,施工风险高,一直制约着钻井速度的提高。自中国石化实施川气东送建设工程以来,完善了针对川东北地区钻井的28项新标准,有针对性地开展了多项技术难题攻关;解决制约钻井提速提效的部分瓶塞技术,形成了井身结构优化、防斜打直新技术、快速钻井新技术、钻井液防塌技术、综合防漏新技术和井控安全技术六项综合配套的优快钻井技术。用这些技术指导现场生产,进一步提高了钻井效率,降低了钻井风险,并指出了急待攻关解决的关键技术,为加快勘探开发工作提供了有效的钻井保证。     

强封堵防塌剂XZ-OSD在准噶尔盆地南缘山前构造带的现场应用

为解决准噶尔盆地南缘山前构造带钻井过程中出现的井壁失稳及井漏问题,通过对目标地区的岩样和掉块进行实验分析,明确了目标地区的井壁失稳机理。根据实验结果知道,主要是地层破碎性、油相损害和强水敏性导致目的地区的井壁失稳。针对井壁失稳机理,采用油基钻井液避免地层强水敏性引起的井壁失稳,并研选了一种油基钻井液强封堵防塌剂XZ-OSD,XZ-OSD粒子通过封堵不同尺寸孔缝,胶结破碎性地层,在岩石表面形成疏油吸附层,避免地层破碎性、油相损害引起的井壁失稳。现场试验表明, 对比邻井,XZ-OSD降低GHW001三、四开阶段井径扩大率46%～49%;对比四开阶段,XZ-OSD降低呼探1井五开井段井径扩大率83.3%。解决了准噶尔盆地南缘地区井壁失稳难题,为该区域优质钻井提供了钻井液技术支撑。