南海莺-琼盆地复杂压力层系井身结构优化设计北大核心CSCD

南海莺-琼盆地中深层压力层系复杂,压力台阶多、抬升快等特征给钻井作业带来喷、漏、卡等工程难题,导致井身结构设计复杂。在分析莺-琼盆地复杂地质特征基础上,综合考虑目的层深度、地层三压力剖面、必封点、钻井复杂情况、测试方案、钻井成本等因素,对该地区复杂压力层系井身结构进行了优化设计。对于垂深3 000~4 000 m中深层高温高压井,通过优化表层套管和技术套管的下入深度,避免使用非常规套管层次,优化为5层次常规套管程序井身结构;对于垂深4 000~4 500 m压力窗口极窄或负压力窗口的深层高温超压井,通过增加1层298.450 mm技术尾管封隔薄弱地层,不增加开钻尺寸、减小完钻尺寸,优化为6层次常规套管程序井身结构;上述2种井身结构若中途提前下套管,则启用149.225 mm备用小井眼。优化后的井身结构在莺-琼盆地39口探井中取得了良好的应用效果,井下复杂情况明显减少,钻井周期大幅降低,具有较好的应用推广价值。     

塔河油田及周缘超深井井身结构优化设计

随着塔河油田及周缘勘探开发的深入及勘探领域的外扩,油藏埋深不断增加,原有井身结构开始显现出其局限性,并影响钻井提速和钻井安全。为解决这一问题,根据具体地层情况,结合"自下而上"和"自上而下"井身结构设计方法,根据地层压力分布情况和必封点确定表层套管、技术套管和油层套管的直径和下深,将四开井身结构简化为三开井身结构,将φ177.8 mm套管优化为φ193.7 mm套管,形成了适合塔河油田主体非盐区等地质条件相对简单区块超深井高效钻井的φ193.7 mm套管直下三开井身结构;采用φ265.1 mm或φ206.4 mm套管封隔盐膏层,形成了适合塔河油田主体盐体分布区超深盐层井优快钻井的"长裸眼穿盐"和"专封盐膏层"井身结构;采用φ273.1 mm(φ311.1 mm)、φ206.4 mm(φ241.3 mm或φ215.9 mm)等非常规套管-井眼尺寸,形成了适合地质条件复杂区块超深井安全钻井的井身结构。通过简化井身结构、优化套管直径及下深,实现了地质条件相对简单区块的钻井提速、提效目的;通过优化非常规井身结构,确保了在地质条件复杂区块的安全钻进。      

南海莺-琼盆地复杂压力层系井身结构优化设计

南海莺-琼盆地中深层压力层系复杂,压力台阶多、抬升快等特征给钻井作业带来喷、漏、卡等工程难题,导致井身结构设计复杂。在分析莺-琼盆地复杂地质特征基础上,综合考虑目的层深度、地层三压力剖面、必封点、钻井复杂情况、测试方案、钻井成本等因素,对该地区复杂压力层系井身结构进行了优化设计。对于垂深3 000~4 000 m中深层高温高压井,通过优化表层套管和技术套管的下入深度,避免使用非常规套管层次,优化为5层次常规套管程序井身结构;对于垂深4 000~4 500 m压力窗口极窄或负压力窗口的深层高温超压井,通过增加1层298.450 mm技术尾管封隔薄弱地层,不增加开钻尺寸、减小完钻尺寸,优化为6层次常规套管程序井身结构;上述2种井身结构若中途提前下套管,则启用149.225 mm备用小井眼。优化后的井身结构在莺-琼盆地39口探井中取得了良好的应用效果,井下复杂情况明显减少,钻井周期大幅降低,具有较好的应用推广价值。     

海上深探井井身结构优化设计

针对常规自下而上和自上而下两种井身结构设计方法的特点以及适应性分析,结合东海某区块探井井深大、地层复杂、深部地层存在低渗层与常规层、高压层与低压层的特点,提出了在充分考虑地质必封点影响基础上的自中间向两边的井身结构优化设计方法。该方法参考了常规探井自上而下井身结构设计原则,通过地质必封点和地层压力分布情况确定技术套管尺寸、层次和最大下入深度,根据地层压力条件、海上井控和完井作业要求确定表层套管和完井套管尺寸和下入深度。自中间向两边井身结构优化设计方法在东海深探井钻井施工中得到了成功应用,有效减少了井下复杂情况,提高了钻井机械钻速和钻井时效,取得了良好的应用效果。     

顺北油气田超深井井身结构系列优化及应用

随着顺北油气田勘探开发的不断深入,油藏埋深不断增加,原有井身结构逐步出现局限,并影响钻井速度与安全。为解决这一问题,依据地层特征,采用了“自上而下”或“自下而上”井身结构设计方法,根据地层压力分布与必封点位置确定各层套管下深及尺寸。针对相对简单区域,简化四级井身结构为?193.7 mm套管直下三级井身结构;针对含侵入体区域,考虑定向需求,优化六级井身结构为四级井身结构,并将?120.6 mm井眼优化为?143.9 mm井眼;针对古生界地层含盐水层、高压气层以及压力体系复杂区域,采用?184.2 mm、?206.4 mm、?219.1 mm非常规套管以及优化封隔位置,形成了适用于复杂地层的井身结构。通过简化井身结构与优化复杂区域的井身结构,实现了钻井提速、提效目的,确保了安全钻进。     

大港油田井身结构优化研究与应用

钻井作为勘探开发过程中的重要环节,其费用占勘探开发投资的一半以上,而钻井的井身结构是影响钻井费用的主要因素之一。在对待钻井区块地层情况及压力情况的充分分析和总结的基础上,考虑完钻井事故复杂与井身结构的关系,在保证钻井安全的前提下,对待钻井的套管下深、套管层序、套管尺寸及钢级壁厚进行了优化、简化。通过2009年的实施,万米进尺套管用量、水泥用量和岩屑挖掘量较井身结构优化前大幅度改善。同时,通过优化套管层序及尺寸,减少了大尺寸套管的进尺,提高了机械钻速,使大港油田完钻井的钻井经济技术指标及井身结构优化指标较以往大幅度改善,提高了油田勘探开发的综合效益。     

元坝地区超深井井身结构优化及应用

元坝地区钻井存在地质条件复杂、钻井难度大、不确定因素多等难点,井漏和溢流的频发层位集中在自流井组和上沙溪庙组。针对该地区前期井身结构存在表层套管和技术套管下深浅、裸眼段地层相互制约等问题,进行了超深井井身结构优化设计,优化了套管层次,选择了合理的必封点,增大了一开、二开和三开套管下深,增加了下部地层套管尺寸。优化后的井身结构不但能够有效封隔复杂层位,而且为空气钻井等新技术的应用和后期产层的高效开发创造了有利条件。现场应用表明,井漏由原来的平均每井4.4次减至1.9次,溢流由平均每井1.6次减至0.4次,空气钻井平均进尺增加51.26%,平均钻速提高64.3%。井身结构优化后,钻速提高,钻井周期缩短,满足了元坝地区超深井安全高效钻井的要求。      

川东北元坝区块井身结构优化设计

元坝区块是中国石化在川东北地区的重点勘探区块,由于气藏埋藏深,地质条件复杂,其钻井难度与风险极高。根据元坝区块的地质特点,针对目前井身结构存在的表层套管不能将低承压地层封固以及技术套管不能将高压层位完全封固的问题,对套管下深和套管尺寸进行优化,提出了非常规井身结构和水平井井身结构设计的优化方案,并对不同井身结构的特点进行了分析总结,认为非常规井身结构的大尺寸钻头进尺相对较小,有利于提高机械钻速,而水平井井身结构能提高元坝区块的单井产能。     

YD油田复杂地层井身结构的优化与应用

YD油田钻井中存在地质环境复杂、多套压力体系并存及高压沥青层溢漏同存等问题,给钻井施工和井身结构优化设计带来困难.在实钻资料分析、确定必封点及重新认识Gachsaran地层孔隙压力的基础上,采用自下而上的设计方法,先后形成了适合YD油田复杂地层钻进的3套井身结构.针对部分Gachsaran盐水地层存在异常高压层的情况,从安全钻进角度考虑,设计了高压盐水层井身结构;对于正常压力Gachsaran盐水层,为提高机械钻速和降低钻井成本,形成了简化高效的常规井身结构;对于Kazhdumi高压沥青层,从安全钻井实现地质目的考虑,形成了延长 244.5 mm技术套管和专打专封2种井身结构.优化后的井身结构在YD油田20余口开发井中进行了应用,取得了良好的应用效果.YD油田井身结构的优化,不仅为该油田"二期工程"奠定了基础,也对国内外同类型的碳酸盐岩油藏开发具有借鉴意义.      

川东北深井井身结构优化探讨

川东北地区天然气成藏条件优越,烃源丰富,圈闭类型多,成藏配置关系好。通过前期的钻井施工,常规的钻头-套管程序和井身结构设计方法难以适应深井超深井的复杂地质环境。在分析国内外深井套管程序应用特点和传统井身结构的基础上,根据钻头、套管生产的现状,结合现场实践的应用,提出了川东北海相复杂深井井身结构优化方案,该方案对于提高深井的钻井水平具有现实的意义。     

渤海渤中区域深井井身结构优化

深井钻井需要考虑对不同压力层系和复杂地层封隔,井身结构是确保钻井作业优快钻达目的层的重要影响因素。以渤中区块深井为例分析了井身结构优化设计过程,通过渤中区域深层地质分析和随钻测井实时数据,基于多源数据融合技术对钻前压力预测模型不断实时更新,得到较为精确的钻前孔隙压力,再根据地质特点、井控、三压力剖面等因素对井身结构进行优化设计,通过减少技术套管的层数、优化套管下深,将原六开井身结构优化为五开,形成一套适合该区域的井身结构。该技术可以在保证钻井安全的前提下,有效地规避作业中可能出现的复杂事故,以达到缩短钻井周期和提高机械钻速的目的,也可以为后续海上深层钻井作业井身结构设计提供参考。     

科钻一井套管和钻进施工程序设计技术

套管程序和钻进施工程序设计遇到的主要问题是：1）1000m以深地层未知，地球物理方法用于结晶岩的效果差，推断的结果可信度低，进行套管程序设计缺乏依据；2）要求5000m全部取心钻进，选择合理的取心钻进施工程序成为难题。为此，在借鉴世界上主要硬岩深井取心钻进项目设计的先进思想和宝贵经验的基础上，制定了一种“灵活的双孔钻进”方案，其要点是：1）全井采用一种直径（小直径）取心钻进；2）预先不确定套管程序，钻进中视地层稳定情况扩孔下套管；3）按照双孔（先导孔＋主孔）设计，钻完先导孔后再根据情况决定是扩孔钻主孔，还是移井位钻主孔。在分析该井套管和钻进施工程序难点的基础上，介绍了采取的“超前孔裸眼钻进方法”，给出了8种套管和钻进施工程序。     

超高压气井井身结构设计技术

超高压气田在我国分布较为广泛,其主力产层因沉积环境一般埋藏较深,最深达到8 000 m以上,地层复杂,往往存在喷、漏、塌以及含H₂S等复杂情况,超高压气井钻井工程井身结构设计非常困难。为解决超高压气井井身结构设计主要存在的“深井或超深井,套管管材应力水平高,在含H₂S条件下安全余量小”的问题。提出超高压气井井身结构设计技术应根据地层压力系统和井下复杂情况来确定必封点,增大完井尺寸和提高上部大尺寸套管的强度,井身结构采用自下而上和自上而下相结合的方法进行设计;进行深部井眼钻具强度校核和水力参数计算时,应结合钻机选型和钻井工艺技术,对套管选型和强度校核以及套管安全下入技术进行评估。     

川西地区深井非常规井身结构设计与实践——以九龙山构造龙004-X1井为例

位于四川盆地西北部的九龙山构造属于多产层超高压气藏,地质条件复杂,深井钻进过程中,三叠系雷口坡组—嘉陵江组地层缩径卡钻、嘉二段盐水侵、飞仙关组—吴家坪组漏喷同存等故障频发,严重影响了深部井段的钻井安全、加长了钻井周期。为此,通过总结九龙山构造深井钻井施工的特点与难点,以及已钻井常规井身结构不足的原因,结合建立的地层三压力剖面上存在的必封点位置,进而提出了一套深井非常规井身结构优化设计方案,即在深部井段提供3层套管层次,以满足分隔深部窄密度窗口井段地层的要求且可灵活调整,同时下部井段的固井环空间隙能够保证注水泥的基本要求。该设计方案在龙004-X1井实践获得成功,平均机械钻速达到了1.89 m/h,钻井周期缩短至418 d,同比邻井事故复杂损失时间降低了2 589 h,满足了该区深井安全快速钻井的需要,为该区开发二叠系超高压气藏积累了宝贵的经验。     

复杂深井超深井的新型套管柱程序

国内现用的5层套管柱程序层次少,结构单一,不能满足复杂地质环境的深井及超深井钻井的需要。文中对增加套管柱层次的方法进行了研究,从增大上部井眼及套管尺寸、采用小井眼技术、采用无接箍套管和扩眼钻头、优化套管与井眼尺寸组合等4个方面考虑来增加套管柱层次。提出了6种新型套管柱程序,对复杂深井及超深井的钻井设计有一定的指导意义。     

复杂深探井井身结构设计方法及应用研究

针对传统井身结构设计方法不适应复杂深探井设计的问题,根据河坝区块复杂深探井井身结构设计及钻井实践,提出了以确定必封点为基础向两边推导的井身结构设计方法,并给出了设计原则。该设计方法通过确定必封点个数和深度来决定技术套管的层次和下深;根据井眼与地层压力平衡条件,向两边推导综合分析,以确定表层套管和完井套管的尺寸和下深。经河坝区块深井井身设计验证,该设计方法收到了较好的应用效果,说明该设计方法合理,为国内外复杂深探井井身结构设计提供了良好的借鉴。     

东海西湖区块高温高压深探井井身结构优化

为解决东海西湖区块原有井身结构存在的问题及井壁稳定差、井下故障多等问题,参考海上常规探井自上而下的井身结构设计方法,根据地质必封点和地层压力分布确定技术套管的尺寸、层次和下入深度;根据地质目标、井控能力和完井测试要求确定表层套管和完井套管的尺寸和下入深度.优化后的井身结构为:φ508.0 mm表层套管下至井深600.00 m左右,封固不稳定地层并建立井口,提供充足的井控能力;φ339.7 mm技术套管加深下至井深2 400.00 m左右,封固不整合面和煤层等不稳定地层;φ244.5 mm技术套管加深下至井深4 000.00 m左右,封固压力过渡带,保证打开储层时具有良好的承压能力;同时,在2 400.00~4 000.00 m井段备用φ298.4 mm技术套管封隔特别复杂地层,避免深部出现小井眼井段和储层测试困难的现象.东海西湖区块的2口直井采用了优化后的井身结构,与采用原井身结构的邻井相比,优化后的井身结构成功封隔了复杂地层,有效减少了井下故障,避免了钻井工程事故的发生,实现了安全高效钻井.      

深井和大位移井套管磨损程度预测

为提高套管柱强度设计准确性,防止磨损失控情况发生,深入分析了套管磨损预测技术。结合定向井钻柱力学研究成果,考虑钻柱刚度和屈曲的影响,推导了深井和大位移井的钻柱拉力-扭矩方程,建立了基于能量原理的套管磨损程度预测模型,并编制了预测软件。该预测软件可以预测包括钻进、起下钻具等作业过程的,不同套管柱层次、钻具组合、井眼轨迹、钻井液类型和钻井参数等情况的全井段不同井深所对应的套管磨损量。实例计算结果表明,编制的预测软件减小了人为的估计误差,预测值更为准确可靠。研究成果为深井和大位移井安全高效钻进提供了新的技术支持。      

深井套管磨损几何力学模型及计算分析

在深井、超深井钻井过程中,套管磨损有可能导致套管封隔失效和油气井的早期报废.建立了深井钻杆与套管之间磨损模型,对深井套管磨损机理进行分析,研究钻杆本体与套管的接触情况,计算钻杆与套管之间的接触力.讨论了井眼曲率、套管钢级、钻杆轴向拉力、钻井时间对套管磨损的影响.应用所建的模型分析了不同因素对套管磨损厚度的影响,预测了深井套管磨损厚度.     

川西深层水平井井身结构探讨

川西深层资源丰富,但地质情况复杂,具有岩石超致密、压力高、产量大等特点。常规直井和定向井面临钻井周期长、机械钻速慢、裂缝钻遇率低等难题。针对须家河组钻井难点,结合目前的工具工艺技术水平,从水力参数优化、防漏堵漏工艺、定向配套工具以及套管防磨等方面入手,提出了川西深层水平井井身结构设计方案,即:采用常规钻头-套管系列,技术套管尽量下至水平井段,减少四开施工难度,水平井段采用215.9mm钻头施工。同时该井身结构方案首次提出将须三、须二同时揭示,通过钻井液技术解决喷漏同存难题,降低须二段钻井难度的设想。该井身结构设计有利于提高深层水平井钻井成功率,同时也为川西深层直井、定向井井身结构设计提出了新的思路。