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.     

裂缝性储层水平井钻井井壁稳定模型研究

钻井井壁稳定是钻井过程中的复杂性问题。当水平井筒穿过储层天然裂缝时,天然裂缝可能在较小的井底流体压力下发生剪切破坏,造成井壁垮塌。为此,基于弹性力学和岩石力学理论,并考虑岩石孔隙弹性和热弹性效应影响,推导了井壁主应力计算式。视天然裂缝为地层中的结构弱面,基于主应力与天然裂缝法向的空间位置关系,得出了天然裂缝法向与井壁最大主应力夹角计算式,结合弱面结构剪切破坏准则,得到维持井壁稳定的最小井底流压数学求解模型,提出了模型求解和井壁稳定流压获取方法。通过公式推导及计算实例分析可知:天然裂缝倾角和走向、原地应力和水平井方位将影响钻井过程中防止井壁垮塌的最小井底流体压力的设计,也即影响安全钻井液密度的选择。     

提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展

针对泥页岩地层黏土含量高,容易水化,导致钻井过程中出现严重坍塌和膨胀缩径,以及严重造浆等问题,从4个方面(合适的钻井液密度,提高钻井液的抑制性,减少钻井液滤液进入地层,强化封堵)阐述提高井壁稳定性的途径,介绍国内在钻井用化学剂方面开展的研究工作,同时介绍近年来出现的通过添加不同新型化学抑制剂形成的强抑制水基钻井液,如聚合醇钻井液、强抑制胺基钻井液、有机硅聚合物钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液等.提出围绕提高井壁稳定性的研究方向:提高对钻井液中低密度固相控制的认识,重点考虑固相化学控制剂的研究,通过低密度固相的控制,提高钻井液抑制性;考虑在现场钻井液检测性能中增加抑制性检测指标和方法;以低相对分子质量聚胺为代表的钻井液抑制剂是阳离子钻井液的新发展,应加强其机理研究;重视铝基化合物或络合物的研发,强化钻井液的抑制性及封堵作用.     

南堡2-82井深层潜山充气欠平衡钻井试验

南堡2-82井是冀东油田第一口潜山注氮气精细控压欠平衡井,井深4960m,设计垂深4200m,井底最大水平位移2412m,井底温度170℃左右。该井钻探的主要目的层是奥陶系潜山储层,施工中存在井深、井底位移大,潜山地层温度高,易漏失,钻井液安全密度窗口窄等难点。为解决潜山钻井难题,保护储层,及时发现油气,对井身结构进行了优化设计,使用抗高温钻井液,优选水基充氮气欠平衡钻井方式。在设计过程中利用欠平衡多相流软件对注气参数进行优化,并跟踪分析,实时调整充气参数。应用"欠平衡随钻监测与储层评价系统"对地层压力进行监测和评价,测量分析地层压力系数为1.027,与实测压力系数吻合较好。完钻后对奥陶系裸眼井段4876.21～4960.0m进行测试,折日产油122.4t/d,日产气32×104m3/d。与邻井相比,油气显示良好。     

东营北带深井钻井主要工程地质问题及对策

近年来,胜利油田深层勘探主要集中在东营北带,该区由于目的层埋藏深,纵向上普遍存在多压力系统,同时还存在膏岩、盐岩集中段等易蠕变地层,给钻井设计和施工造成困难。不能预见的工程地质问题导致设计与实钻不相符及钻井复杂情况的发生,不仅制约了钻井速度,而且严重危及钻井工程安全和地质目标的实现。建议在以下几方面开展工作:加强工程与地质的结合,跟踪优化井身结构。利用地层自然造斜特性解决大倾角地层防斜打直问题,减少井斜控制难度,提高机械钻速。加强岩石可钻性分析,做好钻头选型工作。开展深层岩石可钻性研究,研制和引进适合深层砂砾岩体的高效钻头。这是缩短钻井周期、降低钻井成本的重要途径。开展扩展安全密度窗口钻井液技术研究,解决多压力层系、低压易漏和不稳定易塌地层并存导致的恶性漏失/井塌/井涌等技术难题。     

国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

一种预测储层有利区分布的简易方法及其应用

目前YB地区总体钻井事故频发、钻井效率较低,钻井周期较长.该区块部署的开发、评价井比较多,钻井任务重.而欠平衡钻井技术是降低钻井成本,提高钻井效率和缩短钻井周期的重要手段.这就要求掌握YB地区陆相气层的分布规律,明确含气井段及含气有利区域.综合考虑储层的孔隙度、渗透率、含气饱和度及全烃曲线等参数的影响,对储层有利区域进行预测.此方法简单易行,由于岩石储层的孔隙度、渗透率及含气饱和度数值高低能反映储层产气潜力大小,而全烃含量的变化能反映储层中天然气的运移能力和含气性大小,且利用全烃曲线面积计算综合因子正好能屏蔽钻井液和全烃背景值的影响.因此,通过求取综合因子的方法,对该地区储层有利区域分布进行预测是有效的.通过应用验证了这种方法的合理性.     

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。     

连续循环钻井技术装备与应用

为解决常规钻井在上扣、卸扣时因停止/开始泥浆循环,环空中当量泥浆密度波动较大带来的一系列井下问题,国外开展了连续循环钻井技术研究。所谓连续循环钻井技术,是指在钻井过程中,起下钻接卸单根时,可以不停泵而保持井眼处于连续循环状态的技术。该技术可有效克服因开/停泵造成的井下压力波动,减少因压力波动造成的井下复杂情况及事故,尤其适用于压力敏感井、长水平段水平井、大位移井、深水井、欠平衡井和窄密度窗口井。目前,实现连续循环钻井有两种途径,即采用连续循环钻井系统和连续循环短节技术。连续循环钻井系统采用顶部驱动,利用三重闸板连接器内闸板和旁路管汇的合理开合,保持泥浆不间断流动。连续循环短节技术的研究略晚于连续循环系统,该技术包括二位三通阀短节及快速接头,三通阀短节预先连接在需要连续循环井段的立柱上端,通过转换连接在钻柱中三通阀短节的进液方向,同时配合以旁路循环管线上快速接头与阀短节上侧口的插拔,实现钻井液的连续循环。该工具结构简单,操作灵活,已广泛应用于长水平段水平井、大位移井及高温高压井。     

肯基亚克油田钻井施工措施及轨迹控制技术

哈萨克斯坦肯基亚克盐下油田油层埋藏深,地质条件复杂。以H8068井为例,肯基亚克盐下油藏复杂地质条件下的钻井施工措施包括：①钻遇敏感性弱胶结、易坍塌地层时,采用快速钻进的方案,以减少地层在钻井液中浸泡的时间;②钻遇易膨胀缩径和塑性流动的地层时,采取减少扶正器的使用量,小钻压、低钻速钻进,适当提高钻井液密度等措施,来减少缩径,平衡膏岩层的塑性流动;③钻遇高压层段时,起下钻及短起下作业控制起下速度,钻井液密度严格控制在1.97—1．98g／cm3;④钻遇下部井段泥板岩地层时,应对增斜钻具发生屈曲的临界钻压和疲劳破坏系数进行校核。该油田H8068井定向井段轨迹控制钻具组合及实钻轨迹控制过程表明,H8068井纯钻进时效高（占钻井时效的56．40％）的原因在于后期合理的钻头选型,减少了起下钻更换钻头所用的时间。     

纳微封堵剂在页岩油藏水平井中的应用

目前,页岩油藏多采用水平井钻井方式和后期分段压裂的方式进行开发。由于页岩油藏所钻遇地层多以泥页岩为主,微裂缝及裂缝较发育,钻井过程中极易出现井壁失稳的情况。因此,在水平段多采用油基钻井液进行钻井,提高井眼的稳定性,来保证钻井完井顺利进行。为进一步提高油基钻井液的封堵能力,尽量避免钻井液滤液对泥页岩地层的侵入所造成的黏土水化分散等不利情况,研制了钻井液纳微封堵剂,并详细阐述了钻井液纳微封堵剂的研制过程及评价效果。纳微封堵剂加入钻井液后,能有效提高钻井液的封堵能力,降低滤失量,减少油基钻井液的损耗量,而且对钻井液流变性影响较小,完全满足现场使用的目的和效果。现场应用也表明,纳微材料配合油基钻井液使用可进一步保障页岩油藏水平井井眼的稳定性,有利于安全高效钻井。     

川西马井气田钻井复杂情况及治理对策

马井气田探明地质储量175.58×10^8m^3,可采储量80.54×10^8m^3,是川西地区主要的天然气开发区域。该区地质构造复杂,主要表现为成岩作用差,层间缝发育,层系间不整合接触,断层发育,地层承压能力差;纵向上泥岩较发育,各组岩性疏松,胶结差,钻井施工中复杂情况发生率较高,为73.7%（统计57口已完钻井）,其中,井漏占65%,卡钻占17%,井喷、井涌占9%,井壁垮塌占5%,地层出水占4%,从而导致钻井速度缓慢、施工周期延长。对此,提出如下治理对策：采用新的钻井工艺,引进清水强钻和微泡沫钻井技术;钻井中使用强抑制性高钙盐聚合物钻井液,并合理调整其密度大小;调整井身结构,在一个裸眼井段内不能有压力悬殊的地层存在,在揭开储层前,应适当提高钻井液密度。同时,应加强对该区地层出水原因及治理方法的研究工作。     

页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则

我国页岩气资源勘探开发已全面铺开。针对页岩气的成藏特征,页岩气开发以浅层大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层裂缝发育、水敏性强,长水平段钻井中不仅易发生井漏、垮塌、缩径等问题,且由于水平段较长,还会带来摩阻、携岩及地层污染问题,从而增大了产生井下复杂情况的几率。解决井壁稳定、降阻减摩和岩屑床清除等问题是目前页岩气水平井钻井液选择和设计的关键。选择页岩气水平井钻井液的原则是确保井壁稳定、润滑、防卡和井眼清洗。油基钻井液可提高水润湿性页岩的毛细管压力,防止钻井液对页岩的侵入,从而有效保持井壁稳定,同时还具有良好的润滑、防卡和降阻作用,是国内外目前采用最多的钻井液体系。当采用水基钻井液的时,利用低活性高矿化度聚合物钻井液或CaCl2钻井液以降低页岩和钻井液相互作用的总压力;采用浓甲酸钾、Al3+盐,可以通过脱水、孔隙压力降低和影响近井壁区域化学变化的协同作用产生良好的井眼稳定作用;对于有裂隙、裂缝或层理发育的高渗透性页岩应使用有效的封堵剂进行封堵;但对于强水敏性页岩地层,水基钻井液在抑制性方面仍然存在局限性。从环境保护的角度出发,甲基葡糖苷钻井液在井壁稳定机理方面与油基钻井液相似,未来可望作为有效的钻井液体系之一。随着以页岩气为代表的非常规油气资源的不断开发,为了满足安全钻井和环境保护的需要,未来页岩气水平井钻井液技术的研究应围绕高效、低成本水基钻井液和低毒油基钻井液来展开。     

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。     

防塌钻井液技术在普光地区的应用分析

普光地区钻井施工中易出现坍塌、掉块等井壁失稳现象,经过详细分析,其根本原因是地层的"高陡"和"破碎"。针对该区块的地层特点,提出了优选钻井液体系、确定合理的钻井液密度、强化封堵、在易塌层保证滤失量小于4mL、提高泥饼质量、保证钻井液黏度控制在45～55s以及钻井液具有合适的流变性等防塌技术措施,取得了较好的应用效果,普光2井钻井周期比设计缩短了30.33%,建井周期比设计缩短了19.76%,平均机械钻速2.31m/h,比普光1井提高了133.33%。     

MPD-UBD-空气钻井中减轻腐蚀的机械和化学联合方法

在控制压力钻井（MPD）、欠平衡钻井（UBD）、空气钻井中，减轻腐蚀是钻井成功的关键。在这些钻井过程中，大量的气体注入，降低了环形空间的静水压力。通常，注入的气体中包含有一些氧气，这些气体与一定量的钻井液或流体混合，一起在井下循环。因为氧气和水相环境，所以MPD-UBD-空气钻井操作时的腐蚀电位都很高。 由于在钻井过程中，没有合适的缓蚀方法。腐蚀能够导致钻柱的灾难性事故，比工业上可接受的腐蚀率（〈2ib／ft^2／yr）还要高15倍或者更多。这些高的腐蚀率会导致操作上大量的问题，最终导致高的钻井成本和地层损害。 本文讨论了一个成功的防腐蚀方案如何有效的设计、施工和监督，以减缓MPD-UBD-空气钻井操作时的腐蚀。本文进一步地强调了一种方法：利用保护膜技术作为机械的手段，减少氧气在气体介质中的浓度；同时使用化学缓蚀剂来改变钻井液的环境。通过使用这些方法，钻井过程中的腐蚀率能够控制在令人满意的水平上。 讨论的其它领域包括：保护膜技术、根据腐蚀控制钻井液的化学性质、MPD-UBD-空气钻井操作过程中腐蚀发生的类型。实验室数据将提供各种化学方法控制腐蚀的发展和限制的证明。最后，将提出一个从操作性上考虑的有效的腐蚀控制方案。     

海上钻井废物的环境效应与治理技术

本文介绍海上钻井用钻井液的分类和钻屑废物归宿，讨论海洋钻井液的毒性和生物积累效应，并回顾各种类型钻井液废弃物对海洋生态环境的实际影响，最后重点讨论海上钻井废物的处理技术及最新技术进展。     

废弃钻井液不落地处理冬季低温生产保障方案设计

针对废弃钻井液不落地处理冬季施工过程中存在钻井液冻凝,设备停机后启动困难,压滤机液压系统油管线温度低、流动性差导致的控制动作缓慢或失灵,钻井液罐与地面冻结无法搬运,钻井设备卫生清洁困难等难题,从废弃钻井液处理方式、油田所在区域、钻井周期等实际情况出发,设计切实可行的冬防保温方案,确保冬季施工设备灵活好用、管线畅通、废弃钻井液无冻凝,保证废弃钻井液不落地处理有序进行。该方案在大庆油田、冀东油田等多口井应用,实践效果良好,解决了因废弃钻井液不落地处理冬季施工过程中钻井液冻凝、设备故障而造成的钻井延误问题。     

井研地区筇竹寺组页岩储层水平井钻井井壁稳定性评价

川西南井研区块筇竹寺组页岩气具有良好的开发前景,但由于对其岩矿组分、力学性质、水化特征等认识程度较低,钻井井壁稳定性认识不清,导致出现掉块、阻卡等复杂情况。为了充分认识该区寒武系筇竹寺组地层的井壁稳定性,明确粉砂质页岩水化作用及其对坍塌压力的影响规律,在岩石力学实验的基础上,研究不同钻井液浸泡时间对岩石力学参数的影响规律,建立考虑水化作用的井壁稳定性预测模型,分析不同井斜方位下坍塌压力的差异。研究结果表明：筇竹寺组伊蒙混层含量高,具有一定膨胀性,水化作用后导致岩石强度降低,对井壁稳定性有较大影响;不同钻井液体系对井壁稳定性的影响有差异,总体上油基钻井液更有利于井壁稳定;考虑了水化作用的井壁稳定预测模型更加符合实际,以此为依据,通过优化钻井液设计可以有效降低井壁失稳风险,提高钻井时效。