弱面地层的直井井壁稳定力学模型

弱面地层在较小的钻井液柱压力下先于岩石本体破坏,引起井壁垮塌,甚至在高密度钻井液情况下也难以维持井壁稳定。我国西部钻井中常遇此类问题。本文从弱面模型出发建立大倾角地层的井壁稳定力学模型,详细分析倾角地层的倾角和走向对井壁稳定性的影响,认为弱面地层的坍塌方位主要集中在走向与水平最小地应力夹角在90±20度范围内,在钻遇此地层时,若维持井壁稳定所需的钻井液密度过高,可采用合理的井眼轨迹进行大斜度井钻井。     

华北ND1区块气体钻井地层适应性评价

华北地区ND1区块ND101井中深部古近系沙河街组首次采用气体钻井提速,因井壁失稳、地层流体产出及井下燃爆等一系列的难点,严重阻碍了该区块气体钻井的实施。为此,基于气体钻井理论并与现场实践相结合,建立了一套有效的气体钻井适应性评价分析体系,包括气体钻地层井壁稳定评价和产出地层流体影响评价。通过评价产出地层流体对气体钻井壁坍塌、井下燃爆的影响,得到了3个方面重要认识：①快速产出的储层气体降低了近井壁地层孔隙压力,对气体钻井壁稳定更有利,因而,适当提高注气量可保障沙河街组氮气钻井有效进行;②修正的气体钻井井壁稳定分析模型提高了地层产水条件下坍塌压力当量密度预测的精度,可作为合理筛选该地区中下部地层气体钻井井段的依据;③采用邻井测井资料估算地层出水量并计算不同产水量下立管压力的方法,可确定维持气体钻井在一定湿度范围内的相应注气量参数,实钻中可根据立管压力、排砂管线湿度变化判断井下地层出水、出油及井壁干燥情况,及时调整或改变钻井措施。     

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川东高陡构造钻探难点主要表现在：（１）地层倾角大，钻井井封及井斜变化大，井壁稳定性差，钻压及钻具结构受到限制、钻井速度低，上部地层破碎、裂缝溶洞发育，井塌、井漏问题十分突出；（２）纵向上压力系统复杂，高低压力系统相间、横向上压力梯度对比性差，事故复杂较多；（３）高陆构造地面地腹构造复杂、断层裂缝发育、靶区范围狭小，有的井严格按照设计井眼轨迹积靶区要求钻进仍钻遇断呈陡带落空，钻井中靶难度大。经过多年     

南堡3号构造复杂水平井钻井技术研究与应用

南堡油田3号构造沙河街地层埋藏深、井壁易失稳、漏层多、地层可钻性差、稳斜段长、地温梯度高,在钻井过程中易出现事故复杂、钻井速度低、钻完井周期长等技术难题,为了优快完成南堡3号构造钻井任务,开展了复杂深井钻井技术的研究及实践,形成了南堡3号构造特有的钻井提速技术、井壁稳定技术、防漏堵漏技术、抗高温钻井液技术和固井技术。在南堡36-3804井得以成功应用,钻完井周期较同类型井缩短51.2%,机械钻速同比提高12.4%,全井生产时效100%,为该构造沙河街复杂深井高效开发提供了工程技术保障。     

高陡构造克深206井钻井提速配套技术

克深206井是库车坳陷克拉苏构造带克深区带克深1-2号构造的一口五开生产评价直井,该井面临着上部地层倾角大易井斜、吉迪克组含砾地层机械钻速低、古近系库姆格列木群盐膏层段易卡钻、白垩系巴什基奇克组机械钻速低、压力窗口窄、井壁不稳、易卡易漏等钻井技术难题。针对上述难点,应用了PDC优选技术、垂直钻井技术、穿盐膏层钻井液体系优选等钻井提速配套技术。通过应用钻井提速配套技术,克深206井钻井速度实现了大幅度的提高,钻井周期250 d11h,较区块平均周期相比缩短47.5%。克深206井钻井提速配套技术为今后克深1-2构造钻井施工作业提供了宝贵的经验。     

偏重偏心防斜钻具的研究与应用

大庆油田海拉尔、延吉、汤原等新探区地层倾角大,井外控制困难,严重影响了钻井速度并增加了钻井成本、研制的偏重偏心防斜钻具,经理论分析和现场试验证明,该钻具在井下旋转过程中所产生的离心力使其偏重段重边的稳定器始终贴向井壁,使钻具产生公转特性,有效地克服钻头自转引起的井斜,其离心力与转速平方成正比,转速越高产生的离心降斜力越大。该钻具能防斜、稳斜和降斜,其结构简单,安装方便,能较好地解决钻定向丛式井直井段的防碰技术难题。该钻具还适应地层倾角大的软到中硬地层,其偏心距的确定、优化组合钻具结构以及合理地选择钻压和转速,对防斜钻井及提高钻速均具有十分重要的作用。在12口井的现场试验中,井斜角均控制在1°以内,满足了钻定向丛式井造斜点井斜角小于1°的要求。     

涠洲12-1北油田涠二段井壁稳定性技术

控制井壁失稳是北部湾涠西南油田群钻井过程中遇到的一个难题。在钻井过程中往往出现地层垮塌、井漏、卡钻等井下复杂事故,钻井时效低、报废钻具多,作业成本居高不下,该问题近年来一直未能得到根本的解决。在涠西南油田群第1批井的钻井作业中,出现了较多的复杂情况及井下事故,作业进度严重滞后。而在进行第2批井作业之前,通过对前面已钻井的现场资料分析总结,同时开展了大量的室内实验和理论研究,进一步摸清了造成该地区井壁失稳的主要机理,并提出了具体的技术措施。通过研究成果的现场应用,该油田后期的钻井过程中井下复杂事故发生率大幅度地降低,从而解决了十多年困扰本地区钻井的井壁失稳难题。以涠二段井壁为例,介绍了井壁稳定技术的研究与应用,为同类油田控制井壁失稳提供了经验。     

徐深气田深层气体钻井设计及对策

大庆油田徐深气田深层温度高，岩石可钻性极值高，常规钻井机械钻速低。从2005年开始进行了空气钻井科研攻关和现场试验研究，主要目的是利用气体钻井技术来探索提高泉头组以下地层的机械钻速。针对气体钻井过程中地层出水、出气、井斜、井壁剥落掉块和井壁坍塌等问题，提出在实施钻井前，进行邻井资料调研，确定技术套管封固井段，避免钻遇水层，在实钻过程中利用湿度监测来提高地层出水的综合判断能力；对于气体钻井井斜问题，可以通过优化钻具组合和钻井参数，降低钻压，控制机械钻速，加强实钻监测井斜来预防和控制。     

VTK垂直钻井系统在大湾1井的应用

大湾1井在钻遇推覆体地层时,地层倾角变化大,自然造斜能力强,采用塔式钻具、钟摆钻具、大尺寸PDC钻头等多种防斜技术,其结果是井斜控制十分困难、钻井速度极慢;利用弯螺杆＋转盘钻井复合技术,虽然钻井速度有一定的提高,但仍不能达到提速的目的。为提高机械钻速,引进贝克休斯的VTK垂直钻井系统,较好地解决了井斜与钻压的矛盾,现场应用表明,在易斜地层中使用该工具,可以有效控制住井斜,解放钻压,大幅提高钻井速度。     

气体钻井井斜有限元岩石应力分析

气体钻井易井斜,钻井施工主要通过调整钻具组合和钻井参数进行轨迹控制,然而在高陡构造地区,气体钻井井斜变化严重超出井身质量控制要求,为后期作业带来了严重影响。因此,气体钻井井斜变化必须考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定程度的影响,而现有的数学模型复杂,计算量大,不能真实地模拟井下钻井的力学变化。为此,利用有限元理论,建立了实体三维力学模型,可以充分考虑井筒中不同循环介质的影响和井壁稳定性的影响进行Von Mises应力计算,根据地层应力值的变化,可以直观地分析出气体钻井井斜规律。通过对该模型力学计算结果的分析表明：在相同地层倾角和岩石强度下,气体钻井井斜幅度大于钻井液钻井的井斜幅度,井壁更不稳定,钻井时更易出现井眼扩大现象;当地层倾角小于45°时,井斜具有上倾趋势;地层倾角等于45°时,井斜趋势不明显;地层倾角大于45°时,井斜具有下倾趋势。     

龙深1井垂直钻井钻井液技术

龙深1井是龙门山前缘逆掩推覆构造带大园包构造上第一口深探井。该井上部地层倾角大,井斜控制困难,受断层影响地层破碎裂缝发育,存在井眼不稳定、井漏等复杂问题。为防斜打快,在Φ406井段使用了贝克休斯垂直钻井技术。在分析钻井地层特性的基础上,设计使用聚合物防塌钻井液稳定井壁,通过携砂剂、增粘剂配伍改善井眼净化水平,应用桥接堵漏和硬塞堵漏工艺提高井壁承压能力,保证了垂直钻井工具的井下安全和正常工作,钻井速度提高近5倍,井斜控制在1°以内。     

自由水钻井液体系在大斜度井段中的优化与应用

东海某气田φ311.15 mm井段主要使用低自由水钻井液体系,总体作业顺利,但是由于地层存在大量的泥岩和砂泥岩互层,导致前期钻井作业过程中存在一定的起下钻遇阻和憋扭矩问题。后期该气田钻井更多地采取了大斜度井方式开发,由于井斜角大、裸眼段长,井壁稳定和井眼清洁问题更加突出。依据泥岩地层失稳机理,通过在低自由水钻井液体系中引入氯化钠,降低体系的活度和增强体系的抑制性,减少了滤液侵入和地层泥岩膨胀。现场应用结果显示,在加入氯化钠后,优化后的低自由水钻井液体系性能更加稳定,现场钻进过程中钻井液性能变化较小,井壁稳定,实现了直接起下钻,提高了起下钻效率,很好地解决了东海大斜度井泥岩段的钻进问题,缩短了钻井工期,提高了钻井时效,为东海类似井型和岩性地层的钻井提供了良好的技术支持。      

聚胺钻井液体系在定北区块的应用

针对定北区块提速钻井液技术需求,为确保钻井提速时,石千峰、上石盒子组地层的泥页岩井段井壁稳定,降低井下复杂情况,优选了聚胺抑制剂,形成了适合定北区块钻井提速的无固相聚胺钻井液体系,具有低密度、低固相、低黏切的特点。定北11及定北12井现场应用表明该钻井液具有良好的稳定井壁、防钻头泥包的作用,为钻井提速创造了良好的条件。在提速井段,定北11及定北12井较已钻同类型井机械钻速提高了32%。     

钟摆钻具带偏轴钻具组合防斜技术试验研究

川渝东部沙坪场高陡构造上部地层倾角一般在50°以上,最高达85°,钻井中易塌、易漏、易斜,钻压是平缓地层的30%～50%,由于钻压受到限制,严重影响了钻井速度的提高。钟摆钻具带偏轴钻具组合在相同井斜控制的情况下,钻压可提高30%～50%,该组合应用于天东85等井,取得了较好的经济技术效益,平均机械钻速提高1倍以上。     

四川碳酸盐岩深井钻井技术

碳酸盐岩地区的地质构造复杂。如高温、高压、高倾角地层、致密的裂缝性地层和高硫化氢含量、多压力系统带来严重的井漏、井喷、卡钻和井壁垮塌，使钻井安全受到严重制约。针对上述问题开展的科研攻关已获得一系列成果，包括：深井优化钻井设计技术；喷射钻井和钻头优选技术；利用井下动力钻具提高钻速技术；高陡构造钻井中靶技术；井壁稳定技术；深井高密度钻井液工艺技术；深井防漏堵漏技术；川式取心工具及工艺技术；定向侧钻工艺     

钟摆钻具带液力推力器组合提高大倾角地层钻井速度试验

川东高陡构造上部地层倾角一般在30°~50°，最高达85°，在上部大倾角地层中钻进极易出现井斜，即使采用钟摆钻具组合，钻压也只有平缓地层的30%~50%，钻井速度较低。钟摆钻具带液力推力器组合由于钻头加压方式的改变和钟摆力的存在，具有较强的防斜作用。大倾角地层试验表明该组合可较大程度提高钻压，达到有效控制井斜和提高钻井速度的目的。已在苟西4、天东80等井上部大倾角地层试验，钻压较邻井同井段提高30%~50%，较大地提高了机械钻速。     

渤中A3井井壁稳定技术研究

该文对BZ-A3井的钻井问题和井壁稳定性进行了分析和研究。BZ-A3井在钻进过程中遇到了大量的问题,并导致了两次侧钻及相应的经济损失。该文通过分析已有测井数据,建立井壁稳定岩石力学模型,进行井壁稳定性分析,发现由于使用了过低密度的钻井液,BZ-A3井及两次侧钻的井壁破坏范围大,而且井壁崩落弧长大于90°,这样就导致了较大的页岩块从井壁脱落甚至井壁垮塌,从而引起严重的卡钻问题;采用Eaton法进行了地层孔隙压力的计算,分析结果表明东营组及沙河街组存在明显超压,主要超压机制为欠压实及生烃,最大孔隙压力为1.4～1.5 g/cm3;基于孔隙弹性模型开展了水平地应力的计算,确定水平最大地应力方向为N65° E,这与该区块的地质构造和世界地应力图是一致的。该文找到BZ-A3井井壁失稳与卡钻的机理,对钻井泥浆密度提出建议,以帮助避免此类事故在今后本区块调整井钻井作业时重复发生。     

杭锦旗区块锦58井区钻井液技术实践与认识

杭锦旗区块锦58井区钻井过程中普遍存在严重漏失及井壁失稳问题,为此,开展了该井区钻井液技术研究。在深入分析井漏和井壁垮塌原因及主要技术难点的基础上,从"预防为主"出发,优选钻井液处理剂、优化钻井液配方和性能,确定了随钻承压防漏堵漏和井壁稳定技术,以达到兼顾防漏防塌、确保安全钻进的目的。该技术在锦58井区的JPH351井、JPH393井和JPH404井等3口水平井进行了现场应用,大大减少甚至避免了漏失和井壁失稳问题,取得了显著效果。其中,JPH351井钻井过程中顺利钻穿刘家沟组易漏地层,堵漏时间缩短40%以上,减少了漏失次数,缩短了处理时间;石千峰组和石盒子组地层井壁稳定,平均井径扩大率仅为4.73%;水平段累计钻遇长泥岩段11段513.00 m,泥岩占比达35.92%;3 200.00~3 292.00 m泥岩井段揭开52 d后仍未出现井壁垮塌失稳问题。应用结果表明,随钻承压防漏堵漏和井壁稳定技术能够解决该井区的井漏与井壁失稳问题,保障高效安全钻井,具有推广应用价值。      

钻前井壁稳定预测方法的研究

国内外对井壁稳定研究一般都在钻井过程中或钻井结束后进行,通过钻井、测井、录井和岩心资料的综合分析,确定井壁失稳主导机理,选择安全泥浆密度与泥浆体系,该方法相对容易且符合研究井的实际工程要求,但得到结果的实用性易受地质构造影响。此外,野猫井的井壁稳定性一般凭经验判断,所以复杂地层的井壁失稳事故在所难免。为此,本文在神经网络的基础上,研究了利用地震资料钻前预测井壁稳定性的方法,建立了井壁稳定性钻前预测模型,该模型在现场得到较为成功的应用。至目前国内外在这一领域的研究还是空白。     

VTK垂直钻井系统在龙深1井钻井中的应用

龙深1在钻遇推覆体地层时，地层倾角变化大，自然造斜能力强，采用塔式钻具、钟摆钻具、大尺寸PDC钻头等多种防斜技术，其结果是井斜控制十分困难、钻井速度极慢；利用弯螺杆＋转盘钻井复合技术，虽然钻井速度有一定的提高，但仍不能达到提速的目的。为提高机械钻速，引进贝克休斯的VTK垂直钻井技术，它是由AUTOTRAK（闭环旋转导向系统）、高性能X-TREME马达、可靠的MWD三种技术开发出来的一种闭环自动垂直钻井技术，能够根据井眼的偏斜，经井下微处理器分析判断，使导向稳定地靠近井眼高边方向导向肋板伸出顶向上井壁，这样使钻头产生合理的降斜力，从而使井眼回到垂直轨道上来。现场应用表明：该技术较好地解决了钻井提速工作中井斜与钻压之间的矛盾，使钻井效率明显提高；为充分发挥该技术的作用，需要选择合适的钻头类型和合理的钻井液性能