井眼分离系数计算新方法

井眼分离系数是目前最常用的井眼交碰风险评价指标,但现有计算方法无法实现在三维空间中直接评价2个误差椭球的分离程度,导致井眼交碰风险评价结果难以满足防碰钻井要求。提出了一种全新的井眼分离系数计算方法,该方法通过同比例缩放2个误差椭球使之满足外切条件,与之对应的缩放系数即为井眼分离系数,实现了直接在三维空间中准确评价2个误差椭球的分离程度;推导出了井眼分离系数计算新方法对应的基本方程组(四元二次方程组),探讨了与之配套的数值求解方法及快速求解策略,使该方法在理论上和计算上均可行。井眼交碰实例分析表明,与其他井眼分离系数计算方法相比,新方法能够更好地指导井眼交碰风险评价工作,有助于准确定位危险井段,减少防碰施工工作量。     

吉木萨尔页岩油藏超长水平井水平段长度界限研究

页岩油气开发实践表明,较长的水平段有利于提高单井控制储量与经济效益。与美国相比,中国页岩油气埋藏深度相当,但水平井的水平段长度差距较大。优化钻井技术、提高水平井水平段长度已成为现阶段中国非常规油气藏水平井钻井技术难题之一。以吉木萨尔页岩油藏超长水平井为例,分析了制约水平段长度的关键因素,包括额定泵压、钻井液安全密度窗口、钻柱和套管屈曲等,推导了水平井管柱摩阻-扭矩计算模型。基于吉木萨尔页岩油藏JHW00421井地质条件和现有钻井设备工艺参数,优化了井眼轨迹与钻具组合,研究了避免钻柱与套管屈曲的技术条件,制订了水平段长度为3 500 m的钻井技术方案,该井最终完钻井深为5 830 m,水平段长度为3 100 m,达到钻井方案设计要求。该项技术为页岩油藏超长水平井的实施提供了技术参考。     

基于水泥环完整性分析的许用套管内压力解析计算方法

现有的油气井套管—水泥环—地层系统的应力分析模型可用于求解井筒系统应力分布及水泥环破坏条件,虽然对探讨水泥环完整性受套管内压力变化的影响起到了重要作用,但均未能给出许用套管内压力解析计算公式。为此,基于均匀水平地应力条件下的套管—水泥环—地层系统的应力分析解析模型,针对多种水泥环破坏形式,推导出了受其作用下的水泥环径向开裂、剪切破坏、胶结面剥离等破坏条件的许用套管内压力解析计算公式。研究结果表明:(1)按水泥环径向开裂和剪切破坏条件分别求出最大允许套管内压力,推荐采用二者中的较小值作为最大许用套管内压力;(2)按水泥环胶结面剥离条件求出最小允许套管内压力,推荐将其作为许用套管内压力。结论认为,套管内压力升高可能导致水泥环径向开裂和剪切破坏,套管内压力及温度降低可能导致水泥环胶结面剥离,应综合考虑水泥环破坏条件合理确定出最大和最小许用套管内压力。     

吉木萨尔页岩油水平井钻井技术实践

吉木萨尔页岩油3000 m以浅部署的水平井水平段长度普遍在1000～2000 m左右,井斜角近90°,增斜段、水平段地层钻进存在着钻压传递、井眼清洁、井壁稳定等技术难点,从井身结构优化、PDC钻头优选、"大功率螺杆+水力振荡器"协同提速导向、复合盐钻井液体系优化等方面入手,研究形成了吉木萨尔浅层页岩油水平井钻井关键技术...     

吉木萨尔页岩油水平井JHW00421井钻完井关键技术

JHW00421井是吉木萨尔油田第1口超长水平段页岩油水平井,设计水平段长度3 027 m,面临钻进摩阻及扭矩大、井壁易失稳、井眼轨迹控制难度大、井眼清洁难度大、油层套管下入困难等诸多钻井难题。为攻克以上技术难题,开展了以下技术研究和现场实践:优化井身结构并将?244.5 mm技术套管下至A靶点以实现水平段专打;采用旋转导向工具对水平段轨迹进行精准控制并减小井眼曲折度;采用油水比85∶15的油基钻井液,降低长水平段井壁失稳风险、钻井管柱与井壁摩阻系数;基于水平井井筒清洁“传输带”理论,制定详细的井筒清洁技术方案以确保井筒“干净”;优选套管柱摩阻计算模型并合理选取摩阻系数,准确预测套管柱下入能力并优选下套管方案;采用多扶正器通井钻具组合、优化套管扶正器类型及安放位置以降低下套管阻力;采用油基冲洗型隔离液并优选注水泥参数来提高水平段固井质量。该井完钻井深5 830 m,实际完成水平段长度达3 100 m,水平段固井质量测井解释为优质,对今后同类超长水平段水平井设计和施工有借鉴和指导作用。     

国内外PDC钻头新进展与发展趋势展望

PDC钻头近年来发展迅速。为了能够及时掌握PDC钻头的最新进展,系统梳理了国内外油气井用PDC钻头新进展,介绍了中国石油在新型钻头研发与应用方面的工作,进一步阐述了国内PDC钻头研发面临的形势与挑战,展望了油气井用PDC钻头发展新趋势。研究结果表明：在油气资源勘探向着万米深层进军的大背景下,仍然面临地层可钻性差导致钻头破岩效率低、砾石层引起钻头振动先期损坏、大尺寸井眼钻井周期长等严峻挑战,技术与材料革新型高效钻头、混合式钻头、自适应钻头等能够明显提高钻进效率延长钻头寿命;智慧钻头所能提供的丰富井下数据能够提高对于深部破岩机理、岩石物性的认知,对于进一步优化钻头结构、识别可能存在的油气储层等具有重要的意义。应积极借鉴和移植这些成果,尽早研发出适用于深部油气勘探或深地科学钻探等领域的高端耐用钻头。研究结果可为高端PDC钻头国产化、系列化工作和相关从业人员提供借鉴。     

锥形PDC齿和常规PDC齿混合切削破岩试验研究

混合布齿PDC钻头在油田现场取得了较好的提速和进尺效果，但其设计过多依赖于设计者的经验，缺乏理论依据和室内试验数据支撑。为了优选锥形PDC齿与常规PDC齿混合布齿参数，进一步提高混合布齿PDC钻头在硬岩地层中的钻进性能，针对花岗岩地层设计并开展了锥形齿和常规齿混合切削试验，探究了同轨道切削顺序、切削齿高差和异轨道锥形齿间距、切削齿高差对破岩效果的影响规律。研究结果表明：对于同轨道混合切削，采用先锥形齿后常规齿的切削顺序可以使锥形齿和常规齿的破岩效率都达到最佳，获得最佳的整体破岩效果；对于异轨道混合切削，随着锥形齿间距的增加，切削力和破岩比能先减小后增大，而破岩体积先增大后减小；当锥形齿间距为18 mm时，切削力和破岩比能同时达到最小值，分别为4 252 N和108 MPa,最优锥形齿间距为18 mm。所得结论可为适用于硬岩地层钻进的混合布齿PDC钻头设计提供指导。     

七段式三维水平井井眼轨道设计方法

国内页岩油气储层埋深较大，传统的五段式三维水平井轨道难以满足优快钻井需求。鉴于此，提出了“垂直段-增斜段-稳斜段-扭方位段-稳斜段-增斜段-水平段”七段式三维水平井轨道，给出了与之对应的基本方程组(三元非线性方程组)，将上述七段式三维轨道拆分至2个铅垂面和1个斜平面上，建立了与之等效的3个二元非线性方程组，降低了求解难度。实例分析表明，储层埋深较大的丛式三维水平井采用七段式轨道能够显著缩短三维扭方位段长，有助于降低井眼轨迹控制难度并提高钻井速度。该研究成果能够为丛式三维水平井轨道设计提供技术支持。