南海高温高压勘探钻井技术现状及展望

南海北部莺- 琼盆地高温高压区域具有巨大的天然气资源勘探潜力。但该区域具有温度高、压力高、压力台阶多、安全密度窗口窄等地质特性,对高温高压钻井工程设计和作业提出了巨大的挑战。经过三十余年的技术攻关和在该海域超过50 口高温高压井的作业实践,形成了适用于南海高温高压天然气勘探的钻井关键技术体系,包括多机制地层超压预测、抗高温钻井液、压稳防窜固井、窄压力窗口安全钻井、高温高压一体化钻井与提速等关键技术,克服了南海复杂高温高压环境下的勘探钻井技术难题,实现了南海高温高压勘探钻井作业的安全和高效。这一套较为成熟完善的海上高温高压探井安全高效钻井技术体系和管理模式,为石油工业海上高温高压钻探提供了借鉴。     

南海西部高温高压探井随钻扩眼技术

南海西部海域莺- 琼盆地地温梯度大、压力系数高,在高温高压井段作业时往往需要维持较高的钻井液密度,导致安全密度窗口窄,钻井过程中易发生漏、喷同存的复杂情况。为提高高温高压井的钻井安全和效率,采用随钻扩眼技术,增加套管层次,进而为钻井作业提供良好安全窗口。以莺- 琼盆地某高温高压井钻井难点入手,分析了针对目标区域钻井难点的相应对策,并从扩眼技术适应性、扩眼工具选型、扩眼工具与领眼钻头尺寸优选、扩眼钻具振动分析、水力分析、现场技术关键等方面对随钻扩眼工艺进行分析,形成了相应的随钻扩眼工艺技术。     

莺琼盆地高温高压钻井工程风险定量评价方法

南海莺琼盆地具有温度高、压力高、压力台阶多、安全密度窗口窄等地质特性,钻井施工过程中工程风险事件发生概率较高、处理难度大,严重制约了高效、安全钻井。传统钻井工程风险评价结果多为定性或半定量,无法满足南海莺琼盆地高风险钻井施工作业的安全要求。本文建立了一套钻井工程风险定量评价方法,首先对地层压力和钻井液当量循环密度(ECD)的不确定性进行了分析,得到了地层压力和ECD的概率分布;在此基础上,基于广义应力与强度干涉可靠度理论推导了风险评价模型。莺琼盆地高温高压探井实例分析结果表明,本文提出的钻井工程风险评价模型计算得到的钻井风险概率结果与现场实际发生风险相吻合,可为该地区高温高压探井钻井安全作业提供指导。     

南海高压地层预测获得成功

“863”重大攻关项目“莺歌海盆地高温高压钻井技术”的子课题“地层压力精确预测和监测技术”研究已取得重大进展,地层压力预测技术应用于莺-琼盆地崖城21-1-4高温超压井获得了成功.莺-琼盆地天然气资源十分丰富,但该地区的地质条件也十分复杂,高温高压地层严重制约着天然气的勘探进程.1997年,高温高压钻井技术被确定为“863”重大专题,中国海洋石油南海西部公司承担了其中“地层压力精确预测技术”攻关任务.几年来,课题人员分析了大量地质资料,深入研究影响高压形成的地质因     

地层压力随钻预测技术在高温高压井的应用

莺- 琼盆地高温高压井压力台阶多、压力体系复杂,仅靠钻前地震资料预测难以满足现场作业要求。地层压力随钻预测技术是利用综合录井的压力随钻监测结果,实时修正钻前地层压力预测模型和结果,从而提高地层压力预测精度。本文结合高温高压Y1 井的实例,应用国际先进的EquiPoise 系统进行现场地层压力随钻监测,根据地层压力监测的实际结果来修正地层压力预测模型,进而对下部未钻地层的地层压力进行再预测。钻后实测压力验证表明,该方法的地层孔隙压力预测精度达到94%,说明利用地层压力随钻监测结果实时修正地层压力预测模型,可以实现提高地层压力预测精度目的,为高温高压井钻井参数设计、钻井方案调整和安全控制提供技术保证。     

莺琼盆地高温高压窄安全密度窗口钻井关键技术

南海莺琼盆地高温高压井安全密度窗口极窄,部分井甚至无窗口,钻进过程中溢流、井漏、喷漏同层等复杂情况频发,多口井被迫提前完钻甚至报废。为解决窄安全密度窗口引起的钻井问题,经过多年的实践与摸索,通过优化套管下深拓宽安全密度窗口、薄弱地层挤水泥提高地层承压能力、使用小尺寸钻具显著降低循环压耗、优选抗高温弹性堵漏材料对诱导裂缝进行堵漏、使用纳米防漏隔离液及锰矿粉高密度水泥浆应对窄安全密度窗口固井漏失与压稳问题,形成一套针对高温高压窄安全密度窗口的钻井技术及配套工艺,详细探讨了各项技术原理及现场应用效果。南海西部莺琼盆地十几口高温高压探井的应用结果表明,该技术有效应对了井底温度高达212 ℃、地层压力系数超过2.30、窄安全密度窗口仅为0.04等恶劣井况,钻井复杂情况发生率得到显著降低,为类似窄安全密度窗口钻井提供借鉴。     

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南海西部石油公司在其管辖的莺歌海、琼东南盆地中深层勘探中遇到高温高压储层，在中外专家的协助下于１９９４年７月在水深１１５ｍ的崖２１－１构造上钻成深度４６８８ｍ的探井，经测试地层压力为１０５．１５ＭＰａ，地层温度２０６℃，获得齐全准确的各项数据。在半潜式钻井平台上进行高温高压井测试是世界石油界探讨和努力解决的难题。防止意外井喷事故是测试的先决条件。对地面设备、井下工具和工艺方法的选取一切应以安全为前     

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。     

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。     

控压钻井技术在海上超高温高压井中的应用

南海莺琼盆地由于地质成因复杂,具有地层温度、压力高,压力台阶多、压力窗口窄的特点,导致该区域的钻完井作业常常会出现井涌、井漏甚至是涌漏同存复杂,造成该区域部分井的作业难点多、成本居高不下。而控压钻井能够精确控制井底当量密度,降低窄压力窗口井控、井漏风险,从而实现安全高效钻进,并且陆地高温高压控压钻井技术已在塔里木、四川等多个区块进行了应用,形成了一套成熟的技术体系。结合海上超高温高压X1井的实际情况,对海上超高温高压控压钻井从井底ECD、施工参数、应急井控3个方面进行作业设计分析。应用实践表明,该系统可通过控制回压的方式在海上高温高压井进行井筒动态承压试验、起钻、接单根作业,并可以精确监测井下溢流、井漏复杂,使得高温高压钻井风险降低、作业成本减少,为该系统在海上高温高压区块及深水高温高压区块的推广应用提供了借鉴。     

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南海西部石油公司自营钻探成功的崖城２１－１－３井,井深４６８８ｍ,是一口高温高压并存的天然气深探井。测试证实,地层孔隙压力达１０４．７０ＭＰａ,井底温度为２０６℃,压力梯度为２２．７６ｋＰａ／ｍ,地温梯度达４．４２℃／１００ｍ。崖城２１－１－３井是在对同构造上的１井和２井的认识基础上,应用成熟、实用的先进技术,克服了施工中出现的复杂情况钻成的。通过分析总结１井和２井的资料,在充分识别地层压力和地层     

东濮凹陷深井套管开窗侧钻技术探讨

针对中原油田东濮凹陷构造油藏地质特点，分析油井后期改造一深部φ139．7开窗侧钻技术的实施难点，结合目前较为成熟的浅部技术和初步进行的深部技术现场试验，阐述了在井深、高温、高压、高盐客观条件下，实施东濮凹陷深部套管开窗侧钻系列小井眼开窗、钻井、轨迹控制、安全施工、完井等技术的分析探讨，提出技术研究的方向和对策。分析认为，应进行降低循环压耗，研究低摩阻钻井液；优化钻井参数和钻头选型，配套耐高温仪器、工具；提高轨迹控制效率以及井下复杂预防和处理等研究应用。     

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莺歌海盆地气藏埋藏较浅，含气砂岩的低速特征明显，地震地质条件优越，特别适合于高分辨率地震勘探。西部公司将用于海洋工程调查为一套先进技术应用于莺歌海盆地的天然气勘探，取得了极大的在成功，２ｓ以上地震波具有１０￣２０Ｈｚ瓣有效频率范围，可以分辨出５￣６ｍ甚至更薄的地层；并且能充分显示出含气砂岩的亮点、平点特征，成为直接找气的一个可靠标志。高分辨率也震资料反演得到的波阻抗剖面，起初地反映了地下地质情况，     

“三超”油气井井控技术难点及对策

三超油气井的超深、超高温和超高压特点给井控装备配套和井控安全带来了严峻挑战,在钻井过程中发生井涌溢流的概率较大,需要对其井控技术难点及对策进行探讨分析。在给出"三超"油气井定义的基础上,介绍了国内典型"三超"油气井的钻井情况,论述了"三超"油气井在地层压力预测、井身结构优化设计、溢流监测与井底压力确定等方面存在的主要问题,从井控装备配套、提高套管强度和溢流早期监测等方面提出了技术对策,并结合"三超"油气井井控特征提出了一种动态变参数压井方法,即设计采用不同密度的压井液进行压井,压井过程中动态调整压井液排量、分段泵入不同密度的压井液,实现套压的快速降低,提高一次压井成功率。研究结果为今后"三超"油气井的井控关键技术研究及井控装备配套提供了技术参考。      

希望油田钻井技术研究及应用

希望油田要钻遇泥岩、盐岩和膏岩等复杂层段,探井采用3层套管的井身结构,钻井成本较高,钻井周期较长。为降低钻井成本和加快产能建设速度,决定利用开发井的钻井技术来进行开发。该油田具有正常地层压力系统,破裂压力梯度高,但是存在泥岩、盐岩和膏岩层段的井壁稳定和保护油层2个技术难题。选用两性离子聚合物钻井液,并保持钻井液中大分子含量达到合理值等技术措施,保证井壁的稳定;采用屏蔽暂堵技术保护油层。将井身结构优化技术和钻井液技术结合起来形成开发井的钻井技术,将井身结构由3层套管优化为2层。现场应用结果表明:钻井施工顺利,钻井周期缩短,钻井成本降低,油井产量高,经济和社会效益明显。     

龙岗地区复杂压力层系下非常规井身结构设计与应用

在龙岗地区的油气勘探开发过程中,传统的5层井身结构设计无法安全应对三高（高温、高压、高含硫化氢）、多压力层系和压力不确定性强等地质风险。以地层情况和相关压力信息为依据,结合现场实际,对油管、生产套管和完井管柱的设计,地层压力体系和必封点的分析,6层套管层次的优化以及小间隙下抽吸压力和激动压力的校核等问题进行了深入的研究,并据此设计了龙岗西部超深井和复杂压力层系下的非常规井身结构方案。从2008年至今,该方案先后在龙岗61井、龙岗62井、龙岗63井和龙岗68井成功实施,从而进一步提高了龙岗地区在钻完井过程中对地质风险的预防和控制能力。非常规井身结构设计适应了超深井以及复杂多压力层系下三高气井的生产要求,为四川盆地油气勘探提供了可靠的钻井安全保障,在川渝等复杂地区的勘探开发中将会得到进一步推广和应用。     

四川盆地高温高压含硫气井五级分支井钻完井技术

MX023-H1井是四川盆地龙王庙组气藏的一口五级分支井,目的是为验证分支井技术在深层碳酸盐岩气藏高效开发的适应性。该井作为国内第一口高温高压含硫五级分支气井,分支井眼钻完井作业面临完井级别高、作业程序多、井身质量要求严格、复杂套管串下入难度大、固井水泥环防气窜性能要求高等技术难题。为此,通过增加窗口强度、选择稳定地层开窗等手段以确保后期开采期间分支井眼与主井眼连接处的稳定性;设计平滑的井眼轨道和提高钻井液防塌性能可保证井径规则,降低了下套管难度;采用新设计的?177.8 mm弯套管,完成了近5 000 m井深?215.9 mm分支井眼通井作业,满足了分支井眼重入和通井要求,为分支井眼套管顺利下入创造了良好的井眼条件;壁挂式悬挂器壁钩前端开口槽间隙由21.66 mm增至25.66 mm,提高了壁挂成功率;三凝水泥浆体系配合控压平衡法固井技术,保障了分支井眼溢漏同存条件下的固井质量,一界面合格率97.6%、二界面合格率100%。现场应用表明,配套技术能够满足深层高温高压含硫五级分支井钻完井作业要求,该分支井钻完井作业的成功实施可为后续五级分支井技术的推广应用提供借鉴。     

南堡潜山油气层钻井完井液技术

冀东油田南堡潜山油气藏埋藏深(4000~5600 m),地温梯度大(4.22°/100 m),井底最高温度为223℃,地层压力系数低,为0.96,储层微裂缝发育,气油比大。为满足其储层保护和安全生产的需要,研究了抗220℃高温低密度低固相钻井液和抗170℃高温冻胶阀技术。抗高温低密度低固相钻井液选择2种四元共聚物分别作抗高温增黏剂和抗高温降滤失剂,并配合使用SMP和SPNH以及耐温封堵剂FT3000,抗高温水包油钻井液由研制的抗温能力强、抗盐能力好的HWZR和HWFR乳化剂,优选出的增黏剂HVF-H和抗高温降滤失剂HWFL-H与HVS-H等组成,2套体系在220℃老化48 h性能良好,可满足井眼清洁的需要,使用密度范围为0.98~1.08 g/cm3;抗高温冻胶阀实现了起下钻和套管回接过程分隔油气层和保护油气层的目的。目前已钻井22口,8口探井应用了抗高温低固相钻井液,13口开发井应用了水包油钻井液,2口井应用了抗高温冻胶段塞封堵技术,均取得良好的效果,确保了全过程油气层保护。     

压井过程中井底压力的控制方法

随着窄安全密度窗口和高压油气藏井数的越来越多,井控风险日益突出,对现场常规压井技术提出了更高的要求。立压和套压是井控作业中两个重要的压力数据,随着井控技术的发展和随钻井底压力测量技术（PWD）的应用,套压作为重要的井控参数,作用越来越突出。为此,通过分析套压在常规压井中的应用,套压操作受到地层破裂压力、套管抗内压强度、井控装置的工作压力的限制,而井口节流阀的操作关系到及时准确地控制井底压力以及顺利实施压井作业。针对立压控制法和套压控制法在常规压井技术中的压力传递的延迟性, 指出应充分利用立压和套压变化趋势及特点,优化节流阀操作,改进常规压井技术操作,并提出了井底压力控制法的使用原则和操作步骤。最后,分析了压井过程中随钻压力测量技术（PWD）实时记录的井内钻井液当量密度,有助于工程师准确控制井口回压,实现井底压力基本恒定的控制,以便顺利完成压井作业。