小井眼钻井装备及配套工具新进展

介绍了近年来国内外开发和研制的小井眼钻井装备及配套工具 ,包括小井眼钻机 ;小井眼井下钻具 ,如各种小井眼钻头、钻井液马达、小井眼用高强度特殊钻杆、减小钻柱振动和疲劳破坏的井下工具、射流冲击器、小井眼打捞和震击工具、小井眼钻具报警系统 ;小井眼连续取心装置 ;小井眼井控设备 ;小井眼固井工具等。对发展国内的小井眼钻井技术提出了建议     

胜利油田小井眼钻井配套技术研究与应用

随着油田的勘探开发进入中后期, 小井眼钻井技术是提高钻井效率, 降低钻井成本的有效途径之一,目前在国内浅层油气田开发、 老井加深、 滩涂及边远地区探井作业得到广泛应用。小井眼技术推广应用的技术关键在于其配套技术是否完善, 只有通过综合配套, 才能充分发挥小井眼钻井的优势。文章介绍了胜利油田小井眼配套钻井技术, 主要包括钻机、 井身结构、 钻头、 井下工具、 钻井模式、 钻井液和完井液等, 现场应用均取得了良好效果。胜利油田小井眼钻井技术的发展表明, 其配套钻井技术是可行的, 在经济方面也是成功的。     

元坝气田海相超深水平井钻井技术

元坝气田长兴组气藏储量巨大,但由于气藏埋深接近7000m,面临地层压力系统复杂、井底温度高、陆相下部地层常规钻井机械钻速低、超深小井眼钻井提速难度大、深部井段钻井液维护困难等诸多技术难题。针对超深、地层压力系统复杂、岩性及流体分布情况复杂等钻完井工程难题,明确了不同井区必封点深度,优化了套管设计方案,形成海相超深井五开制井身结构方。根据工程地质特征,结合现有钻井技术手段,陆相上部地层应用气体钻井技术,下部地层采用扭力冲击器、复合钻井和涡轮钻井提速,海相地层采用PDC钻头复合钻井技术,斜井段采用螺杆滑动定向和复合钻进,配合使用抗高温低摩阻钻井液,形成了元坝超深水平井全井段钻井技术体系。应用于12口海相开发井,提速效果显著,能够满足元坝气田高效开发的需要。     

港深78井小井眼双心钻头钻井技术

在港深78井施工中为封固漏层下入?177.8mm套管后,井眼仍需要继续钻进,为增加套管环空,提高油层固井质量,采用了?152.4mm小井眼双心钻头钻井工艺,钻成了迄今国内应用同类钻头钻成的最深最长的井段。介绍了该井小井眼双心钻头的使用技术和钻井液处理技术,总结出8条小井眼双心钻头钻井的实践经验。     

非常规超深井井身结构在LG61井的应用

四川盆地北部LG西区地质情况复杂,以二叠系为目的层的井深度一般都在6000m以上,地层压力高,钻井液密度均在2.00g/cm3以上,喷漏显示频繁。为了解决这一难题,提出LG61井采用非常规的超深井6开制井身结构,LG61井设计井深6690m。主要采用了如下的钻井工艺技术措施:①小井眼采用特殊小接头88.9mm钻杆,以提高强度;②在小井眼井段,采用了PDC钻头,保持适当的钻压和转速,严格控制扭矩;③在确保井控安全的前提下,尽量降低钻井液密度;④219.1mm、168.3mm、114.3mm套管均采用高强度耐腐蚀无接箍套管(尾管悬挂),小间隙防气窜固井技术;模拟套管刚度特殊通井,经比较套管与钻柱刚度与外形尺寸,摸索出一套非常规井身结构的通井钻具组合,确保套管在小间隙情况下,顺利下至预定井深。该套成功的钻井技术为同类非常规超深井井身结构的设计和施工提供了借供了借鉴与参考。     

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在深井和硬地层钻井中，地质构造复杂、地层倾角大、地层研磨性强，机械钻速低、钻具失效严重，钻柱设计是其中的制约因素之一。为此，文章提出以钻柱的强度和沿程水力损失为依据，对深井、强化钻井钻柱设计进行了探讨。针对Φ127 mm钻杆在深井、强化钻井的不足，提出采用Φ139.7 mm或Φ149.2 mm钻杆；对深井尾管段小井眼，针对88.9 mm钻柱的不足，提出采用Φ102 mm钻杆。同时,以钻杆材料的力学性能为例，指出在正确认识API标准的基础上，制定高于API标准的企业标准势在必行。     

长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术

针对长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井施工中井眼轨迹控制困难、储层钻遇率低、机械钻速低、井壁易垮塌和易发生井漏等问题,分析了钻井技术难点,研究了旋转导向智能井眼轨迹控制技术、近钻头方位伽马成像技术和工程参数监测技术,进行了钻头选型优化,并研究应用纳米成膜封堵水基钻井液技术,形成了长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术,能够精准控制井眼轨迹、提高储层钻遇率、保障井下安全和提高机械钻速。长庆油田桃XX井应用旋转导向技术及相关配套技术,安全高效地完成了水平段长4466 m、井深8008 m的钻井施工,储层钻遇率高达96.6%,创造了长庆油田井深最深、亚太区陆地水平段最长的纪录。研究结果表明,长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术的现场应用效果良好,具有较好的推广应用价值。      

莫深1井Φ444.5 mm大尺寸井眼钻井技术

莫深1井位于新疆准噶尔盆地中央坳陷莫索湾凸起莫索湾背斜，设计井深7 380 m，其中Φ444.5 mm井眼钻达4 436 m，为当前国内最深的大尺寸井眼。根据莫深1井的实际情况优化水力参数，采用合适的钻头选型技术、个性化的PDC钻头设计及应用技术、有效地防斜打快技术、大尺寸螺杆复合钻井技术以及大排量、高泵压的强化水力参数技术，大幅度地提高了大尺寸井眼钻井速度。在确保井身质量和井下安全的情况下，莫深1井Φ444.5 mm井段平均机械钻速达到5.49 m/h，最大井斜角仅为1.1°。与这一区块邻井相比，在井眼尺寸大一级的情况下，莫深1井Φ444.5 mm井眼的钻井速度仍高于邻井相同井段。其实践经验对于提高深井、超深井钻井速度具有重要的意义。     

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川渝东部地区由于钻井地质情况复杂，钻井成本高，大部分井完井井身结构设计为Φ152.4 mm井眼下Φ127 mm套管固井完井。川渝东地区碳酸盐岩深部地层井眼扩大率较小，一般在2%～5%，实际井径一般在Φ152 mm～Φ158 mm以内，在Φ152.4 mm井眼下Φ127 mm套管环空间隙小，长期以来固井优质率一直徘徊在20%左右，层间封隔质量难以保证。较低的固井优质率难以保证完井作业中的酸化、压裂质量和油气生产作业。为此，文章认真分析了小井眼固井质量低的主要原因是环空间隙值较小。为提高小井眼固井质量，开展了提高小井眼井径扩大率研究，对于全面钻进井段开展双心钻头、取心井段采用扩眼器提高井径扩大率研究，使小井眼井径扩大率达到10%以上、实际井径达到165 mm以上，保证和提高了小井眼的固井质量，固井优质率达50%左右。     

顺北区块超深小井眼水平井优快钻井技术

顺北区块超深小井眼水平井钻井过程中,钻遇易漏易塌的层位多、摩阻扭矩大、φ120.6 mm井眼轨迹控制困难,导致机械钻速低、钻井周期长,为此进行了优快钻井技术研究。通过分析钻井、测井、测试等资料,建立了地层三压力剖面,并据此确定必封点,将六级井身结构优化为四级井身结构;针对易漏易塌地层的特点,通过室内试验,制定了防漏防塌技术措施;通过分析大角度螺杆的造斜率和采用双增式轨道,降低了小井眼段轨迹控制难度;通过降低定向井段长度、钻具和井壁的接触面积和采用混油钻井液,降低了摩阻扭矩;试验应用“扭力冲击器+PDC钻头”钻井工艺,提高了机械钻速。通过研究和试验形成了顺北区块超深小井眼水平井优快钻井技术,并在5口井进行了现场应用,与采用六级井身结构的X1井相比,机械钻速提高了29.36%,钻井周期缩短了93 d。研究与应用表明,超深小井眼水平井优快钻井技术能满足顺北区块超深小井眼水平井安全高效的钻井需求,为该区块碳酸盐岩海相油气藏的高效开发提供了工程技术保障。      

中原油田老井开窗侧钻小眼井技术

中原油田自１９９５年以来开始进行了老井开窗侧钻小眼井技术，数年的努力形成了一套完善工艺。文中分析了开窗位置应遵循的原则，斜向器的定向和固定，套管的开窗及修窗的方法，以及对小眼井钻井技术中钻头的合理选择，螺杆钻具的使用，小眼井轨迹的控制，钻井液、完井技术的合理选择作了分析。     

新型双卡瓦高温高压尾管悬挂器的研制与应用

剑门1井是国内罕见的井深超过7000m的深井、井底温度为161℃,149.2mm小井眼与Φ127.0mm尾管形成的小间隙环形通道长达2007m,尾管悬重为62t,现有的Φ127.0mm单卡瓦尾管悬挂器已不能满足深井固井的要求。为此,通过技术攻关和研究设计,将原有的单液缸单卡瓦设计成双液缸双卡瓦结构,增加了承载能力;采用高温、高压密封件增强了密封和耐高温性能;最终研制成功了Φ127.0mm双卡瓦高温、高压尾管悬挂器。其工作原理为:在固井作业下套管时将它连接于尾管柱顶部下入井内,悬挂作业时从井口投球到球座,加注液压使悬挂器上下液缸同时工作,分别推动上下卡瓦上行张大卡在上层套管内壁上,以实现尾管悬挂的功能。该新型工具在剑门1井的应用成功,解决了超深井高温、高压长尾管悬挂固井的技术难题,为类似超深井、高温、高压井和具有小间隙长尾管特点的高难度尾管固井提供了经验。     

3300m长江天然气管道穿越工程难点及技术创新

3 300m长江天然气管道穿越工程是世界上首次在大口径管道穿越领域内实施如此长距离的管道穿越工程,面临导向孔对接难度大、扩孔扭矩大、钻井液性能要求高及回收处理难度大、回拖阻力大等技术难题。为此,针对性地采用了以下技术措施:①确定合理的钻具组合,研发并应用了新型193.7mm(S-135)高强度钻杆,采用了新型全程导向电缆技术及旋转磁铁对接技术,成功地完成了导向孔施工;②采用新型设计的可抗大扭矩的168.3mm(V-150)钻杆,优化了扩孔器构造,改进了水力参数的选择,成功降低了扩孔扭矩,完成了扩孔施工,同时极大地提高了扩孔效率;③设计专门针对大吨位回拖阻力的特殊地锚,并通过漂管作业、加入高效润滑剂、采用新型玻璃钢防腐技术保护管道外防腐层的技术措施,保证了回拖施工顺利完成;④优选钻井液配方,保证了孔洞的稳定及钻屑的顺利返排;⑤成功应用离心机回收处理钻井液系统,保证了回收钻井液的质量。上述一系列的技术创新,确保了3 300m长江天然气管道穿越工程的顺利完成,同时也创造或刷新年了多项管道穿越世界纪录。     

冀东油田浅层小井眼侧钻水平井钻井完井关键技术

为解决冀东油田浅层?139.7 mm套管开窗侧钻水平井存在的钻井泵压高、机械钻速低、油水层封隔效果差、油井投产后含水上升快等问题,选用了可以降低钻井泵压的?79.4 mm非标钻杆,试用了能给钻头柔性加压的小尺寸水力加压提速工具,选用了?95.3 mm非标套管、采用了膨胀悬挂尾管筛管顶部注水泥完井技术,并制定了提高侧钻小井眼固井质量的技术措施,形成了适用于冀东油田浅层小井眼侧钻水平井的钻井完井关键技术。该技术在冀东油田5口浅层高含水油藏侧钻水平井进行了应用,与未应用该技术的邻井相比,试验井泵压得到了有效控制,机械钻速提高了24.6%,钻井周期缩短了14.1%,同时解决了小井眼窄间隙井眼封隔差的问题,实现了对水平段水层的封隔和侧钻窗口处的密封,避免了对后期采油生产的影响。试验结果表明,冀东油田浅层小井眼侧钻水平井钻井完井关键技术能够提高小井眼侧钻水平井的机械钻速、缩短钻井周期和有效分隔油水层,提速提效效果显著,具有较好的推广应用价值。      

乌深1井钻探关键技术实践与认识

乌深1井是大港油田有史以来乃至东部油田最深,且具有科学探索性质的深探井,设计井深6000 m。由于井深、地质情况复杂、地温梯度高、钻井施工难度大,通过施工人员的努力,乌深1井历经393d钻至井深5852 m,创造了全国陆上油田?311 mm井眼最深和?244.5mm套管一次下入最深的记录。介绍了优化井身结构设计和钻井施工中在大尺寸井眼钻进、钻具和套管保护、?244.5mm套管下入和固井、钻井液工艺技术以及欠平衡钻进技术等。     

抗冲击韧性水泥浆体系在印尼Klari-2st井中的应用

Klari-2st井是印尼Arar区块1口定向探井,为完成区块勘探,对该井215.9 mm裸眼漏封井段,注水泥回填,用152.4 mm注水钻头开眼,扩眼器扩孔,形成177.8 mm水泥环井眼,下入149.2 mm膨胀管封固井壁,以完成四开钻井作业。在分析前次水泥环失败原因基础上,改进固井液体系,浆体中加入膨润土、纤维和膨胀剂等材料,降低水泥石强度和脆性,提高水泥石韧性及与井壁的胶联强度。应用抗冲击高韧性水泥浆,结合高效冲洗液+黏性隔离液的前置液体系等措施,完成了特殊要求的水泥环打塞作业,满足了膨胀管最大井径小于190 mm的要求。     

小井眼钻井工艺技术的实践与认识

通过泉365斜井在?139.7mm套管内开窗定向侧钻实践,介绍了小井眼定向井轨迹控制、钻井工艺、完井工艺和钻井液等的技术难点和采取的技术措施,并对今后小井眼钻井技术的进一步发展提出了几声、看法。     

H-B流体在小井眼同心环空中轴向层流的运动规律

根据不可压缩粘性流体力学及非牛顿流体流变学的基本原理,推导出Herschel-Bulkley流体在小井眼同心环空(合钻杆管体环空、钻杆接头环空及钻铤环空)中轴向层流的运动规律,分别得出了流量、流速和压降的简化解析式,定义了钻杆接头(或钻铤)环空当量长度和压降增比,给出了算例,为小井眼钻井工程的水力设计计算提供了理论依据和实用方法。