空气钻井侧钻技术在元陆1井的应用

空气钻井技术目前已经在中国石化普光、元坝等地区上百口井推广应用,成为工区上部陆相地层提速的主要技术手段,但在空气钻井过程中断钻具、井壁掉块的情况比较多,有时处理困难需要进行填井侧钻。前期通常是转换为钻井液体系按常规作业方式侧钻,与空气钻井相比,机械钻速慢、作业效率低。如果不转换钻井液在空气钻井条件下侧钻,将提高处理事故效率,延长空气钻井应用井段,显著提高钻井速度。元陆1井断钻具后成功实施了空气钻侧钻技术,取得了非常好的提速效果与经济效益,为该类事故的处理积累了经验。     

川东北气液转换技术探索

近年来,空气钻井技术在川东北地区得到了广泛的应用,资料数据显示,空气钻确实大大的提高了钻井机械钻速,钻井周期也相应的缩短了很多,钻井成本不断降低。但是,川东北的地层变化大,不可预测性因素多, 空气钻井过程中面临的第一个难题便是出水问题,目前现场多数都采取空气钻转换为泡沫钻井、常规钻井液钻井方式。空气钻井面临的第二个难题是空气钻后,转换钻井液过程中,很多井都出现了不同程度的下钻遇阻、井壁垮塌等问题,划眼、处理钻井液等耗费了大量的人力物力。文中通过７口典型空气钻井来分析符合川东北地层的气液转换方法,举一反三,希望对该地区的气液转换有一定的借鉴作用。     

元坝103-1H井超深井钻井配套技术

四川元坝地区天然气资源丰富,但储层埋藏深、岩石硬度大、岩石可钻性差,导致机械钻速低、钻井周期长,制约了该区块的开发进度。为此元坝103-1H井优选现有提速方法,采用新钻井技术:一开泡沫钻配合干法固井;二开空气钻提前转为泥浆钻的条件下优选钻头,为该区块二开安全、快速钻井开辟了新思路;三开采用"NEWDRILL+孕镶/PDC钻头"新技术,机械钻速是该区块同类井的2.30倍;四开采用"NEW-DRILL+PDC钻头"新技术,为该项技术在Φ241.3 mm井眼的首次应用;五开优化侧钻钻具组合、优选侧钻方向,一趟钻侧钻成功。该井钻井周期提前62.89天,提速提效效果显著,其配套钻井技术可为其他井提供借鉴。     

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。     

元坝1井钻井设计与施工

元坝1井是中国石化在川东北地区元坝区块的一口区域重点探井,完钻井深7 170.71 m,完钻层位为上二叠统长兴组.该井侧钻后对飞仙关组地层酸压测试获得50×104m3/d的产气量,标志着元坝区块油气勘探取得重大突破.该井在钻井过程中存在地层易漏失、陆相地层可钻性差、地层压力预测及检测准确性差、钻井周期长、气层申富含HzS(井控工作压力大)等技术难题.为此,该井采用了以Ф273.1 mm套管为主要技术套管的井身结构,应用了气体钻井技术和复合钻井技术来提高机械钻速,优选及研制了适用地层特性的钻头及聚合物磺化防塌钻井液体系,确保了该井顺利钻至设计井深.详细介绍了该井工程设计,现场施工及钻井新技术的应用效果.元坝1井的成功,对于加快南方海相地区钻井速度、提高勘探成功率,将起到重要的指导和借鉴作用.     

空气锤钻井技术在元坝区块陆相井的应用

针对元坝区块陆相井地层岩性复杂、机械钻速低、易斜易漏和压力窗口窄等难题,在元坝区块10口已完钻陆相专探井中应用空气锤钻井技术。应用结果表明,空气锤钻井技术在蓬莱镇组、遂宁组和上沙溪庙组地层应用效果良好,平均机械钻速可达普通空气钻牙轮钻头的2.1倍,平均单只钻头进尺是空气钻牙轮钻头的1.4倍,最大井斜角可控制在4°以内,井下复杂情况的发生概率减小75%。该技术具有显著的提速提效和防斜打直效果,可在元坝区块陆相井中推广应用。     

元坝地区油基前置液气液转换技术

气体钻井是目前元坝地区陆相地层提高钻速的重要手段之一.但在气体钻井结束转换为钻井液钻进后常出现井壁失稳、井漏问题.采用水基润湿反转剂解决了部分井井壁失稳问题,但由于工程和地质原因影响,仍有部分复杂井出现垮塌、划眼时间长以及井漏等复杂情况.在分析元坝地区气液转换过程中井壁失稳原因的基础上,研制出一套以油基润湿反转剂、油溶性乳化沥青以及柴油作为油基前置液,配合堵漏钻井液挤堵的气液转换施工工艺技术,并根据井壁稳定情况提出了2种不同的气液转换方式.在YB204-1H井和其他井的应用结果表明,油基前置液气液转换技术能预防井壁失稳和漏失发生,减少转换钻井液钻进后划眼时间,缩短非生产时间.     

元坝124井超深井钻井提速配套技术

元坝124井是元坝地区的一口重点探井。由于元坝地区陆相地层石英含量高、研磨性强、可钻性差,导致单只钻头进尺少,机械钻速低,钻井成本高。为此,首先评价了元坝地区前期的钻井提速技术:气体钻井技术、“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术、控压钻井技术和“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。并在此基础上,根据元坝124井所要钻遇地层的特征,制定了该井的钻井提速配套技术方案:一开采用气体钻井技术,二开采用“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,三开采用“PDC钻头+螺杆钻具”复合钻井技术。实钻表明,该钻井提速配套技术方案可行,能够大幅提高机械钻速,缩短钻井周期。该井平均机械钻速2.80 m/h,钻井周期253.84 d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口井。      

元坝地区欠平衡钻井技术

元坝区块探井在气体钻井结束后,还有1500～1700m的陆相地层要用液相钻井完成.因砂岩交错变化大、地层较硬,钻进过程中跳钻严重,机械钻速低且易漏.为了解决该难题,在元坝地区开展了液相欠平衡钻井技术提速应用研究,通过降低密度,优化压井方案,进行设备适用性改造,解决了该井段高密度钻进易发生井漏的难题,大多数气井钻井综合速度提高40％以上.     

气体钻井技术在毛坝8井的应用

随着科学技术的发展,越来越多的新工艺、新技术应用到石油天然气钻井行业中来,如空气钻、氮气钻等成熟的新工艺已经在钻井技术中得到推广应用。新工艺、新技术的广泛应用,提高了机械钻速,缩短了钻井周期,大大的节约了钻井成本。毛坝8井为提高机械钻速,缩短钻井周期,在使用完空气钻、氮气钻后。进行了充气钻试验,这是充气钻井技术在四川盆地川东断褶带毛坝场构造首次试用,但未取得预期的效果。     

元坝区块超深井钻井提速关键技术应用

元坝超深井提速受大尺寸井眼长、致密性硬地层多、同一裸眼井段压力体系多且差异大、深层地层高温、高压、高含硫等因素制约,机械钻速提高困难,钻井周期长。为此,对空气钻、个性化PDC钻头选型及井下工具、预弯曲钻具组合、钻井液体系等方面进行优化,形成了一套元坝区块超深井提速模板。现场应用表明,元坝701井通过空气钻和个性化PDC钻头实现陆相地层提速,在须家河组地层最高机械钻速达2.02 m/h。在易斜地层使用小度数螺杆的预弯曲钻具组合,相比常规钻具组合能更好释放钻压,在防斜和提速方面达到平衡。     

元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术

元坝地区海相气藏埋藏较深,主力储层垂深超过6 500 m。该地区超深水平井钻井过程中存在着高温高压、地层岩性复杂、测量仪器稳定性差以及井眼轨迹控制难度大等难题,对水平井钻井技术提出了更高要求。首先分析了元坝气田的钻井施工技术难点,通过开展直井段防斜打快技术、超深硬地层侧钻施工技术、增斜段和水平段井眼轨迹高效控制技术研究,以及耐高温高压SLBF HT175型随钻测量MWD仪器的研制,形成了元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术,大幅提高了元坝气田超深水平井施工能力。SLBF HT175型随钻MWD仪器经在元坝4口超深水平井中应用,MWD耐温性能、抗压性能、测量精度和整体可靠性等经过现场验证,能够满足国内油气田超深水平井的随钻测量需要。     

元坝1井超深井钻井技术研究与应用

针对元坝1井超深井钻井技术难点,开展了空气钻井技术、复合钻井技术、深井钻井液技术、深井固井技术研究,并在元坝1井超漾井上进行了应用,实钻井深7170.71m,钻井周期279.17d,提前完成钻探任务,井身质量和固井质量优,取得了多项重要技术突破和区域钻探高指标.元坝1井的顺利完成,对于加快超深井钻井速度、提高质勘探成功率、推动超深井钻井技术的发展,将起到重要的指导和借鉴作用.     

元坝地区气体钻井井斜控制技术与应用

元坝地区侏罗系上沙溪庙组及以上地层实施气体钻井技术提速效果明显,但是井斜问题一直是制约气体钻井优快钻进的技术难题。基于实钻资料统计,分析认为蓬莱镇组中下部~上沙溪庙组上部地层是元坝地区空气钻井的易斜井段;岩性软硬交错是引起井斜的客观地质因素,而大尺寸钻铤数量不够和钻进过程中钻压较大是造成井斜的直接原因。结合目前现场采用的吊测井斜监测手段,提出优化塔式钻具组合和钻井参数,选用大尺寸钻铤配合牙轮钻头,控制钻压不超过140~160 k N,现场成功应用10余井次,最大井斜控制在2°以内,目前已成为元坝地区海相井中最经济有效的防斜技术;陆相井通过应用空气锤钻井技术,易斜井段控制井斜在1°以内,同时提速效果显著,建议推广应用。     

元坝121H超深水平井钻井技术

元坝121H井是部署在四川盆地川东北巴中低缓构造带元坝Ⅰ块长兴—飞仙关组礁滩异常体南翼的一口超深水平井,完钻井深7 786.00 m,水平段长612m,是目前国内乃至世界上施工难度极大的水平井之一.钻井过程中,上部大尺寸井段成功应用了泡沫钻井、空气钻井、气液转换、液相欠平衡钻井等提速技术,针对深部高温高压地层,成功应用了旋转导向钻井、超深井侧钻、滑动导向钻井、抑制性聚磺封堵性防塌钻井液、金属离子聚磺混油防卡钻井液等技术,尝试应用了陆相地层PDC钻头+螺杆、水力脉冲空化射流发生器、涡轮+孕镶金刚石钻头等提速新工具,优选了高效PDC钻头+抗高温螺杆钻具、耐高温MWD,从而安全、优质、高效地完成了钻井施工,创造了世界陆上水平井钻井斜深和垂深最大2项世界纪录及多项国内新纪录,为国内外同类型超深水平井的钻探积累了经验.     

空气钻井技术在元坝地区的应用

元坝地区应用空气钻井技术钻进时,大尺寸井眼携岩差,上部地层易出水,钻进中频频出现断钻具故障。针对大尺寸井眼段的携岩问题,提出采用空气钻井最小气体流量计算方法确定空气、泡沫钻井时携岩所需要的最小气体流量;优选出了适合该地区空气钻井的牙轮钻头和塔式钻具组合;针对元坝地区空气钻井过程易出现地层出水、断钻具、井斜和井壁垮塌等复杂情况,也提出了相应的处理方法和技术措施,并针对元坝地区推广应用空气钻井技术,提出研制性能可靠、使用寿命长的空气锤,防止空气钻井转换为常规钻井液钻井时出现井下复杂情况的建议。      

涡轮钻井技术在元坝等重点区块的应用

针对高研磨性坚硬地层机械钻速慢的难题,中国石化近年来引进了“孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术,取得了较好的应用效果,同时也暴露出一些问题。为全面准确掌握涡轮钻井技术在油田现场的应用情况,对涡轮钻井技术在元坝、川西和巴麦地区的应用情况进行了统计分析,并对其在现场应用过程中存在的问题进行了总结。结果表明:元坝、川西和巴麦地区应用 “孕镶金刚石钻头+涡轮钻具”复合钻井技术后,平均机械钻速同比提高了102.74%,128.24%和115.38%,钻井提速效果明显;元坝地区采用“孕镶金刚石钻头+涡轮”复合钻井技术钻进自流井组地层取得了直接经济效益,而在钻进该地区其他地层和其他区块还没有取得直接经济效益;涡轮钻井技术现场应用中主要存在部分井的机泵条件达不到涡轮钻具高压降要求、与涡轮钻具配套的钻头选择不尽合理以及卡钻等复杂情况时有发生等问题。      

元坝272H井超深硬地层侧钻技术

针对元坝272H井侧钻井段调整余地小、侧钻地层高温高压、岩石可钻性差、井眼尺寸小等实际情况,在深入分析侧钻技术难点的基础上,优选了侧钻方式、侧钻点和钻具组合,确定了侧钻技术措施:基于长定向井段的施工安全,选择了常规裸眼侧钻方式;因为侧钻点与靶点垂距仅为70.00 m,为减小增斜段井眼的全角变化率,选择出套管1.00~5.00 m处为侧钻点;因为侧钻点处于硬地层,为增大侧钻力,优选了"牙轮钻头+直螺杆+2.75°弯接头"钻具组合;另外,确定了下切侧钻、延长控时钻进时间、合理侧钻方向、加强施工监测和保证钻井液性能等施工措施。该系列技术措施在元坝272H井小井眼侧钻施工中进行了应用,井眼轨迹数据、返砂新岩屑质量分数及钻井参数显示,在井深6 672.30 m处新老井眼完全分离,应用获得成功。该超深硬地层侧钻施工技术的应用成功,对同类井的侧钻作业具有借鉴意义。      

充气泡沫钻井液在元坝地区陆相地层的应用

针对川东北元坝地区地层硬度大、研磨性强、可钻性差、用常规钻井液机械钻速较慢、采用气体钻井常因地层出水无法顺利实施的情况,优选出了适合该类地层钻进的充气泡沫钻井液。室内性能评价试验表明,优选出的充气泡沫钻井液可以携带出地层水和岩屑、抑制岩屑水化分散。优选出的充气泡沫钻井液在元坝地区4口井的上部可钻性极差的砂泥岩地层进行了应用,结果表明,优选出的充气泡沫钻井液解决了气体钻井钻遇出水地层无法实施、井壁稳定及大尺寸井眼携岩的问题,提高了钻井速度,缩短了钻井周期,可以满足元坝地区陆相地层快速钻进的需要。      

川东北元坝陆相空气钻井安全风险评价

从元坝气体钻井钻深相差1000m入手,计算出钻井成本将增加500万元。运用川东北元坝陆相地层岩石内聚力和原始地层坍塌分析方法,从空气钻井条件下井壁稳定性分析入手,进行井壁坍塌风险评价、井下安全评价和空气钻井提速潜力评价。通过建立岩石坍塌密度剖面,计算井筒环空压力分布和岩屑浓度,量化井底岩石可钻性级值,得出了元坝地区空气钻井钻深在2800m最为安全可靠的结论。