国产精细控压钻井系列化装备研究与应用

针对国内深部复杂地层普遍存在的窄密度压力窗口控制难题,形成了具有独立知识产权的PCDS-Ⅰ、PCDS-Ⅱ和PCDS-S系列化精细控压钻井装备。高端PCDS-Ⅰ型装备井底压力控制精度0.2 MPa;中端PCDS-Ⅱ型装备实现了模块化设计,自动识别外部设备工况,工艺工况自动匹配;低端PCDS-S型装备达到了低成本安全、优化钻井作业的要求。针对不同需求可进行不同控压装备组合,在欠/近/过平衡控压钻井工艺自由转换,并实现9种工况、4种控制模式和13种应急转换的精细控制。现场应用结果证明:该系列装备与技术有效提升了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长,提高了单井产量,降低了钻井复杂度,对带动国内钻井装备制造技术进步具有重大意义。     

精细控压钻井技术在塔里木气田的应用

针对钻探深部复杂地层出现的井涌、井漏、有害气体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等复杂问题,提出了精细控压钻井技术,根据其工作原理及其采用的设备,总结了其具有的能获取井底压力、实现井口压力自动控制、不间断循环以及压力控制精度高等特点,并详述了精细控压钻井技术在塔中奥陶系碳酸盐岩储层多口水平井的探索阶段、改进阶段和成熟阶段的应用情况及效果,得出此技术解决了窄压力窗口条件下发生井涌、井漏等井下复杂问题,降低了钻井综合成本,并可实现过平衡、近平衡以及欠平衡钻井的结论。     

国产精细控压钻井技术与装备的研发及应用效果评价

为有效解决窄密度窗口钻井难题,提高钻井效率,降低钻井成本,国内自主研制开发了一套精细控压钻井装备,实现了准确控制井眼环空压力的目的。该装备主要包括自动节流管汇系统、回压泵系统以及远程自动控制中心,可提供保持接单根、启停泵、钻井液密度变化以及钻柱运动时井底压力恒定所需的额外流量和回压补偿。通过在川渝及塔里木地区开展近、欠平衡控压钻井工艺应用表明:欠平衡控压钻井可控制井底压力低于地层孔隙压力,允许气体按照一种可控的速度从地层流出,从而有利保护和发现储层,是一种有发展潜力的可行技术。     

精细控压钻井在裂缝性致密气藏中的应用

裂缝性致密气藏为典型的窄安全密度窗口地层。常规钻进过程中时常发生井漏、溢流和漏喷同存等复杂情况,钻井时效低,井控风险大。为解决这一技术难题,在X3井开展了精细控压钻井作业:通过井下环空压力的监测,地面节流设备自动调整回压,实现了对井底压力的实时监测和精确控制;及时发现并快速控制了钻进过程中的溢流、漏失情况,极大地降低了井下复杂时间和井控风险,储层保护效果良好,圆满地完成了作业任务。     

精细控压钻井井底压力自动控制技术初探

控压钻井技术是当前油气钻井工程领域的前沿技术之一。钻井各个工况的井底压力须保持恒定,才能确保窄密度窗口复杂地层井段的安全、顺利钻进。为此,通过分析前人对各个工况井底压力计算的研究成果,提出了精细控压钻井井底压力计算模型,该模型的环空循环压耗计算包含了多相流动的重力压降、摩阻压降和加速度压降梯度。在塔里木盆地实施了1口井的精细控压钻井作业,用停泵工况由地面回压泵施加的回压值与计算值比较,最大误差为0.30 MPa,能满足工程实际需要,为今后精细控压钻井井底压力精确计算与控制提供了理论支撑。     

微流量精细控压钻井技术在冀东油田的研究与应用

冀东油田南堡２号潜山储集层裂缝发育,地层压力系统复杂且具有高气油比的特点。欠平衡钻进过
程中时常发生井漏、溢流和漏喷同存等复杂情况,钻井时效低,井控风险大。为解决这一技术难题,在ＮＰ２３－
Ｐ２０１２井奥陶系储层段开展了微流量精细控压钻井作业。通过井下环空微流量监测,地面节流设备自动调整回压
及调整钻井参数等手段,实现了对井底压力的实时监测和精确控制;及时发现并快速控制了钻进过程中的溢流、漏
失情况,避免了井下情况的进一步恶化,成功实现了“零密度”窗口条件下的安全钻进,极大地降低了井下复杂时间
和井控风险,并使得水平段延伸能力大大提高;作业过程中共发现７个油气显示段。该项技术的成功应用为相似
复杂地层控压钻进作业积累了经验。     

川庆精细控压钻井技术在NP23-P2009井的应用研究

南堡油田深层潜山蕴含丰富的油气资源,但由于目的层奥陶系裂缝发育、安全密度窗口窄,已钻井因大量漏失而常难以钻达设计地质目标、且井控安全问题突出,严重制约了勘探开发进程。为此,引入了川庆钻探工程公司自主研发的控压钻井技术,并在NP23-P2009井进行了应用,也是国内控压钻井技术商业应用的第一口井,用6.85d顺利钻完268m水平段达到地质目标,实现了钻井零漏失、零溢流和有效延伸水平段长度的目的,为南堡油田潜山构造开辟了一种钻井新模式。     

川庆钻探工程公司精细控压钻井系统研发及应用

控压钻井技术是近年来发展起来的一项新技术,主要应用于窄安全密度窗口、不确定性压力系统地层的安全钻进。在国内外控压钻井技术发展基础上,基于智能化、信息化、集成化的钻井技术发展方向,采用分散集中控制思路,研发出一套自主知识产权的精细控压钻井系统,实现井筒压力闭环精细控制。该系统通过随钻实时监测井底及地面工程及设备参数,并进行分析及决策,实现井底压力的自动精确控制。该系统在南堡油田进行工业应用,开创了国内控压钻井技术工业应用的先河,解决了该区块奥陶潜山窄安全密度窗口地层恶性漏失、漏喷共存、难以钻达设计地质目标的难题,取得了显著效果。     

控压钻井环空水力模拟计算

环空水力模拟是控压钻井技术的一个重要组成部分。环空水力模拟不仅可用于控压钻井水力参数设计,还能指导现场实时判断、准确地处理井下出现的各种复杂情况。详细地分析了控压钻井作业环空水力学特征,根据实际钻井液特性,选择相适应的钻井液流变模型,综合考虑井下温度、压力对钻井液密度和剪切应力的影响,进行控压钻井环空水力模拟计算。与实施控压钻井的2口井现场实时PWD数据进行对比,表明水力模拟结果与现场数据较为吻合,可用于指导现场施工。     

精细控压钻井技术在近平衡钻井中的应用

针对碳酸盐岩地层在常规近平衡钻井过程中易喷、易漏等问题,分析了近平衡钻井井底压力控制中存在的问题,井深的增加使附加压力、循环压耗增加,井底过大的正压差难以满足近平衡钻井要求;根据精细控压钻井压力控制特点,采用随钻测量工具辅助压力控制方法和以流量为目标的压力控制方法来实现井底压力近平衡钻井,并进行了现场应用。研究表明,精细控压钻井方法能够实现近平衡钻井,该技术对近平衡钻井理论和实践的发展具有重要的意义。     

川西地区德阳1井气层段的控压钻井现场试验

四川盆地川西地区自侏罗系蓬莱镇组到三叠系须家河组碎屑岩地层压力系统复杂,流体性质也很难准确预报。为减少同一井段气层钻进的喷漏复杂风险,在川西地区的德阳1井须家河组气层段开展了控压钻井现场应用试验：通过随钻环空压力监测、地面自动节流调整回压及压力补偿等手段,实现了钻进各个工况的井筒环空压力的闭环实时监测与精确控制;应用先进的“微流量控制系统”及时对气层监测和控制溢流,气层中钻进用微流量控制系统发现溢流比录井提前了21 min;通过控压钻井系统自动增加井口回压来平衡地层压力,实现了钻进各个工况的井底恒压。该系统的成功应用为复杂地层钻进积累了经验。     

火山岩复杂地层控压钻井技术应用

火山岩地层存在地层硬、研磨性强、岩石可钻性差和裂缝性漏失等客观条件,严重制约了火山岩的勘探开发。KLML气田前期钻探工作中,钻井遇到了3个突出难题：频繁井漏、机械钻速低、井壁容易失稳。常规钻井工艺已不能解决这些复杂情况同时存在的情况,造成钻井工艺在油气勘探上的极大制约。控压钻井利用专用井口控制设备在井口产生一个回压,根据地层孔隙压力和地层坍塌压力等因素,精确调节节流阀的开启程度来改变井口回压的大小,从而改变井内钻井液当量密度的压力剖面。它具备防漏、防喷、提高机械钻速和防止井壁失稳等问题的技术优势,应用于KLML气田钻井实践证实：该方法在实践过程中有效防止了漏失和井壁不稳,同时较大幅度地提高了机械钻速。在复杂地层钻井中,控压钻井将成为不可缺少的重要手段。     

控压钻井过程中泥页岩井壁破坏分析

控压钻井过程中,控制井底压力与地层压力相当,可以减少井壁由于井底压力过小或过大引起的井壁坍塌或破裂问题。对于水敏性泥页岩地层,即使在压力平衡的情况下,由于水基钻井液和泥页岩之间的水化渗透作用,泥页岩井壁也有可能不稳定。为此,建立了控压钻井条件下泥页岩井壁稳定非线性流-固-化耦合新模型,考虑了离子扩散与岩石变形的全耦合以及流体流动和离子扩散过程的非线性;通过有限元分析泥页岩井壁周围孔隙压力场和应力场的变化,计算井壁周围地层破坏系数,检查井壁是否破坏。研究结果表明：①控制压力钻井与常规钻井相比,水化渗透引起的孔隙压力剖面变化较小,有利于泥页岩井壁稳定;②泥页岩井壁失稳主要有井壁破坏、井壁附近地层破坏两种方式且后者是有时间效应的;③现有模型与非线性全耦合模型相比,过大地预计了井周孔隙压力和总应力且其压力峰值传播较慢;④泥页岩井壁失稳后,新的泥页岩表面暴露在钻井液中继续进行水和溶质交换,井眼扩大到一定值后,发生进一步失稳的可能性较小。     

塔中地区碳酸盐岩储层控压钻水平井技术

塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩储层含有丰富的油气资源,为尽快实现油气勘探开发的新突破,国家组织了科技重大专项示范工程进行攻关。由于该区碳酸盐岩储层地质情况复杂,钻井工程实践中存在许多亟待解决的技术难点,主要有：压力敏感,溢流、井漏频繁发生;硫化氢含量不均匀,有高有低;钻遇裂缝,提高单井产能等。在分析塔中碳酸盐岩储层钻井技术难点及解决办法的基础上,提出利用水平井特殊轨迹增产的技术方案,并倡导能消除储层伤害、保障工程安全的“控压钻水平井”新技术。控压钻水平井技术在该区某井的实钻应用中取得了成功,完成水平段长度为875 m,创造了塔中地区的钻井新纪录。     

控压欠平衡钻井工艺实现方法与现场试验

控压钻井是国外新近发展起来的一项新的钻井技术,为解决复杂地层安全钻进问题提供了一个新方案,国内对其研究才刚刚起步,尚无可资借鉴的经验。为此,系统分析了欠平衡钻井技术与控压钻井技术的异同,比较分析了控压过平衡、近平衡与欠平衡钻井的工艺特征,提出了一套控压欠平衡钻井关键工艺的实现方法,包括：循环钻进、起下钻和接单根等不同工况的控压钻井程序,并在川中蓬莱9井进行了控压钻井欠平衡现场试验。结果表明：该项控压欠平衡钻井工艺技术能实现循环钻进、起下钻、接单根等工况的压力平稳衔接,钻进过程中压力误差值在0.2 MPa左右,起下钻、接单根过程压力误差在0.5 MPa左右,并且能实现“有控制”的边喷边钻。采用控压欠平衡钻井技术在保障井下安全、提高机械钻速的同时,还达到了有效发现储层的目的。     

塔里木盆地大理岩化储层发育特征

摘要：在岩浆侵入体热作用下,塔里木盆地下古生界碳酸盐岩局部发生了大理岩化作用。塔里木盆地西北缘巴楚县的塘王城剖面是大理岩化作用较为典型的野外剖面,塔中地区的中16井是揭示大理岩化作用较为典型的钻井。大理岩化特征随碳酸盐岩距离岩浆侵入体的远近不同呈现出规律性的变化。距离侵入岩体越近,大理岩颗粒越粗;而随着距侵入岩体距离增加,大理岩化程度逐渐降低,并逐步消失。碳酸盐岩发生大理岩化后的颗粒呈近似六边形的嵌晶状结构,次生孔隙空间较不发育。与灰岩原岩相比,大理岩化碳酸盐岩具有相似的锶同位素组成和较轻的碳氧同位素组成,由此表明大理岩化作用是热变质作用为主的过程;在此过程中,除原岩地层中少量地层水参与外,没有外来流体的参与。由于缺少外来流体的溶蚀作用,大理岩化储层物性与灰岩原岩相比没有明显的变化,而是继承了灰岩原岩的孔渗特征。     

控制压力钻井在沙特气田的应用

控制压力钻井（Managed Pressure Drilling）在国际上得到了广泛的应用，其原理是通过控制井口回压控制井底压力，从而达到整体控制钻井过程的目的。这种钻井工艺可以解决复杂地质问题造成的影响，避免发生井涌与井漏，尤其对钻井液密度窗口小的地层优势更为突出。介绍了控制压力钻井的一种——恒定井底压力钻井的原理、优点、主要设备。在沙特气田的现场应用表明，恒定井底压力钻井技术可以保持当量?环密度在动态和静态时恒定，缩短了作业时间，减少了对储层的损害。     

控压钻井多相流温度场预测

控压钻井钻遇储层产生气侵时,会使井筒内气液两相流在不同井深、温度条件下呈现出不同的流态,从而影响环空的压力分布。为此,基于井筒传热方程和能量方程,建立起了控压钻井井筒多相流温度场计算模型,并利用循环迭代法和数值分析法求解钻柱内和环空流体温度剖面。用实例分析其随循环时间、钻井液密度及钻井液排量增加而减小的规律;计算结果与PWD实测数据误差小于2.87%,能够满足控压钻井数据计算及现场施工需要。     

控压钻井条件下井身结构优化设计

基于控制压力钻井技术进行了钻井液密度窗口分析,并且与常规方式下的钻井液密度窗口进行了对比。由对比分析结果可知,控制压力钻井能够扩宽钻井液密度窗口,且不同控压钻井方式对钻井液密度窗口的加宽方式和效果不同。这种扩宽方式能够使每开钻井深度增加,减少套管层次,进而优化井身结构设计。同时以自上而下的井身结构设计方法为基础,考虑了井口回压值和双密度梯度这两种方式对下部液柱压力的影响,建立了控压钻井井身结构优化设计模型。通过计算每层下深所用的钻井液密度窗口,在窗口内根据力平衡方程进行迭代判断,从而计算出最优下深。