中国石油海外钻采工程技术现状与未来展望

中国石油海外油气业务实现了跨越式发展,钻采工程技术发挥了十分重要的作用。针对中国石油海外项目油藏特点和开发环境的要求,通过基础理论研究、关键技术发展和现场实践应用,形成了具有海外项目特色的钻采工程技术体系。在中东的阿曼和伊拉克、美洲的委内瑞拉和加拿大、中亚的哈萨克斯坦、非洲的南苏丹等海外项目规模应用水平井技术;乍得H区块应用了欠平衡钻井技术;在哈萨克斯坦R油田建成亚洲陆上最大规模的气举整装油田;在苏丹六区规模化应用稠油出砂冷采技术。分析了海外项目勘探开发的形势和对钻采工程关键技术的需求,提出了今后发展的必然趋势和攻关目标,以期对海外提供发展借鉴。

水基成膜钻井液的保护油气层技术研究

文章通过分析钻井液引起储层损害的原因和钻井液-井壁界面的成膜机理及其保护油气层的原理,合成了新型纳米复合乳液成膜剂NFR-1。实验发现,含有成膜剂NFR-1的成膜钻井液体系滤失量、抑制性等性能均优于未加入成膜剂的基浆;应用压力传递原理,测定出成膜钻井液体系能在岩心表面形成的半透膜效率为68.2%,岩心的渗透率恢复率为83.2%,远高于未加入成膜剂的体系所对应的岩心的39.4%,不含成膜剂的基浆侵入深度大于45mm,而成膜钻井液侵入岩心的深度减少了66%,仅为15mm,说明水基成膜钻井液对地层的伤害不大,能有效保护油气层。

国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向

综述了国内外页岩气井井壁失稳机理、稳定井壁主要方法及水基钻井液技术研究与应用现状,讨论了当前中国页岩气井钻井液技术面临的主要技术难题,分析了美国页岩气井与中国主要页岩气产区井壁失稳机理的差异,指出了中国页岩气井水基钻井液技术研究存在的误区与不足,提出了中国页岩气井水基钻井液技术发展方向。

塔里木深井薄油层旋转地质导向钻井技术应用

针对塔里木油田某区块薄油层埋藏深、厚度小且构造边缘横向发育不稳定的问题,引入旋转地质导向钻井技术,结合实例分析了该技术的现场应用效果,总结了出现的问题及可供其他类似油田借鉴的经验。通过分析塔里木油田某区块薄油层的钻井技术难点,阐述了引入旋转地质导向的可行性和必要性,介绍了该技术的工作原理及主要工具。以该区块完钻的某双台阶水平井为例,分析了旋转地质导向技术的作业特点及应用效果,结果表明:旋转地质导向平均机械钻速较高,在厚度不足1 m的油层中平均钻遇率可达82%,消除了使用螺杆钻具滑动钻进时的托压问题,且使井眼更平滑、清洁。总结了现场应用中存在的导向工具造斜率影响因素多、MWD传输信号受干扰、工具工作性能不稳定等问题,提出了应对措施及可供其他油田借鉴的经验。

气体钻井钻前水层预测与井壁稳定性研究

井眼稳定和地层出水问题限制着气体钻井技术的推广应用。采用细观损伤力学方法建立了气体钻井井眼稳定的力学模型,通过跟踪声发射信号研究了井壁围岩在应力下的损伤演化,着重探讨了井眼稳定的特殊机理、均匀分布载荷和不均匀分布载荷下井眼周围的损伤特点。研究发现,气体钻井的井眼稳定存在一个临界状态,在该状态以内,井眼周围出现范围较小的损伤区(塑性区),但井眼是稳定的;超过该状态,损伤区(塑性区)大范围扩展导致井眼失稳,井眼周围损伤区内形成了微裂纹和裂缝,造成转换介质后井壁失稳。数值模拟结果和室内真三轴试验结果吻合。开发了利用综合测井资料进行钻前水层预测和气体钻井井壁稳定评估的软件,在几个区块的应用检验表明,预测结果和实际情况吻合。

控压欠平衡钻井井口回压控制技术

控压欠平衡钻井揭开储层后,随着揭开储层的厚度不断增加,进入井筒中的气体量会不断增多,容易引起井筒压力的失控,形成复杂事故。为此,采用气液两相流理论计算了气体在井筒不同深度处的含气率变化,通过改变边界条件,分析不同的进气量和井口回压对井筒含气率的影响;考虑井口回压抑制井筒环空的段塞流中气体膨胀,进而对井底压力产生一个增加值影响的情况下,得到控压钻井钻开储层期间恒进气量时的井口回压计算方法。结果表明:控压欠平衡钻井的井口回压对井口位置气体膨胀影响较大,施加的井口回压值应考虑井筒含气率变化引起的静液柱压力的变化;为保持井底进气量一定,揭开储层厚度越大,需要施加的井口回压就越大;而揭开储层厚度达到一定值后,井口回压趋于稳定。该井口压力控制方法得到现场应用的验证,能够对控压欠平衡钻井井筒压力控制提供理论支撑。

精细控压钻井溢流检测及模拟研究

针对现有钻井过程中溢流检测方法无法检测微溢流量,对深井和复杂井井控提出挑战,展开了精细控压钻井溢流检测及模拟研究。研究中通过对比出入口微流量变化,提出了精细控压钻井溢流检测和分析方法;根据气液两相流理论,建立了井筒气侵期间流动计算模型。将该检测方法应用于塔中某井进行试验,结果表明:精细控压钻井系统溢流检测方法可以准确检测溢流的发生和累积溢流量;根据气液两相流模型,可以模拟精细控压钻井不同回压时井筒流动参数的变化;该检测方法在现场试验中检测结果和模拟结果一致。精细控压钻井系统溢流检测方法能够准确检测溢流发生,该检测方法具有可行性和可靠性,可对控压钻井发现和控制溢流提供了理论支持。

硅酸盐钻井液技术发展机遇与挑战

随着国内新增储量钻采难度逐渐增加和国内页岩气迅速发展,井壁稳定问题备受重视。同时,油基钻井液环境污染问题日益突出。在此背景下,硅酸盐凭借堪比油基钻井液的防塌性能和相对较低的成本优势,迎来大好发展机遇,与此同时,也面临挑战。文章从储层损害、润滑性能、高密度硅酸盐钻井液流变性和滤失量控制及现场维护四方面,指出目前硅酸盐钻井液面临的储层渗透率恢复值低、润滑性能差、高密度硅酸盐滤失性和流变性难以控制、现场硅酸盐消耗量测定方法不准确且国内缺乏成熟的硅酸盐钻井液维护规范等问题,并提出未来硅酸盐钻井液技术应从研发硅酸盐凝胶破碎剂、高效润滑剂、不增或少增黏的降滤失剂、低成本高效降黏剂,改进硅酸盐钻井液消耗量计算方法等方面来寻找突破和迎接挑战。

大港油田调整井固井技术的研究与应用

针对大港油田调整井存在的地层压力系统复杂、高压低渗、水侵严重、钻井液触变性强、虚泥饼厚、顶替效率差等难题,通过采用井眼准备、冲洗隔离液技术、两凝防窜韧性水泥浆技术、平衡压力固井技术等措施,形成了适合大港油田调整井固井的工艺及方法。现场应用10余口井,其中以大斜度井小5-23-1L井139.7mm油层套管固井为例,有针对性地优化固井工作液体系及工艺技术,确保了固井施工安全,保障了固井质量,扭转了固井质量差的局面,为提高大港油田调整井固井质量奠定了基础。

盐穴储气库密封测试技术的研究及应用

分析了国内外在盐穴密封性(或机械完整性)测试技术方面的研究现状,论述了国外常用密封检测方法的测试原理。依据国内实际情况,提出了以氮气或空气为介质的盐穴储气库密封测试方法,建立了盐穴密封检测结果的评价标准,指出了盐穴腔体泄漏位置的具体判别方法,建立了气体泄漏率及泄漏量、环空压力及卤水注入量等参数的数学模型,给出了气水界面处的压力平衡方程。以金坛B1盐穴腔体密封检测为实例,分析了密封测试方法及其数学模型的现场应用效果。

钻井风险控制系统的研究进展

为了控制钻井复杂与事故,国内外一直都致力于研究建立智能的钻井风险控制系统。通过调研分析NDS和eDrilling等国外成熟的钻井风险控制系统以及国内在钻井事故专家系统、利用智能方法识别钻井事故、远程钻井事故专家系统、借助综合录井仪进行钻井事故诊断等方面的成果,明确了我国自主开发钻井风险控制系统的必要性和紧迫性。进而提出并建立了国内钻井风险控制系统的整体架构方案,其应实现的功能包括系统整体架构、钻井实时数据库、实时数据采集、实时数据传输、实时数据可视化、钻井风险因素分析、井下风险诊断与预测。最后,介绍了所研发的钻井风险控制系统取得的阶段性成果,包括数据采集软件、数据传输与接收软件、钻井数据管理软件,基于模糊综合评价和BP神经网络两种智能方法的钻井复杂实时诊断与预测子系统。多次现场生产测试结果表明,该系统符合率和实用性均较高。

井下振动控制技术研究

为了获得高的油气钻井投资回报率,必须保证钻井过程安全、快速,以达到减少钻井事故、降低工程成本和尽早获取收益的目的,因此加强钻井过程控制十分必要。井下振动控制技术是保证安全快速钻井的关键技术之一,但是,目前该技术还不够成熟,特别是还未对钻井过程中发生的振动现象进行系统的分析,不能合理、准确地控制钻柱的振动状态和振动强度,以致可能造成能量大量损耗,甚至损坏钻具,无法实现安全、快速钻进。系统分析了振动现象的影响因素,包括:钻头、钻柱系统结构(特别是井底钻具组合,包括钻头类型)、钻井参数(钻压和转速)、已钻井眼几何参数和地层性质等,结合对钻柱固有频率的分析提出了井下振动控制的方法和程序,以最大限度地减小振动的危害,尽可能地提高钻井速度、缩短钻井周期、提高投资回报率。

玛湖含砾难钻地层防斜打快技术研究及试验

新疆玛湖凹陷是新疆油田增储上产的重点地区,二叠系砂砾岩沉积地层制约了钻井提速,且部分区块地层倾角引起井斜。针对该地区二叠系的地层特点,研发了FX-YC-172DE新型防斜打快钻井工具和个性化的PDC钻头设计。该工具运用偏轴防斜原理预防井斜,并以一定的频率给钻头施加机械冲击力,并把连续的射流变为脉冲射流,从而提高钻头破岩效率,个性化的PDC钻头针对牙齿崩坏问题,采用新型锥形齿、优化钻头结构设计,从而形成玛湖二叠系难钻地层防斜打快的组合技术。该技术在新疆玛湖二叠系含砾地层进行了试验,进尺338 m,机械钻速2.67 m/h,见到了明显的提速成效,井斜控制在1°以内,为玛湖二叠系难钻地层的防斜、提速提供了有效的技术手段。

钻井废弃物不落地环保处理技术经济分析

钻井过程中产生的钻屑、废液等废弃物含有多种有害成分,国内外处理钻井废弃物的技术多达十几种,不同处理技术的适用范围、处理效果及处理成本存在较大差异。针对正在推广应用的板框压滤、萃取、高温氧化、高温热解、高效物理分离等钻井废弃物不落地处理技术,研究了随钻处理和集中处理的费用构成及成本差异。通过分析影响钻井环保处理成本的主要因素和单一定价法的3种局限性,考虑钻井周期与处理量提出了采用二部定价法确定钻井废弃物随钻处理价格的思路,并进一步分析了二部定价法的3个优点和实用性。在此基础上,分别规范了随钻处理、集中处理的费用构成和计算方法。

欠平衡钻井与控压钻井技术的异与同

控压钻井技术是当前最先进的钻井技术之一,它是在欠平衡钻井技术的基础上发展起来的。文章从基本概念、工作原理出发,对比了两者的分类、主要设备、应用目的、优缺点、适用范围、发展关键要素等。这有助于弄清它们的异同点,在充分利用现有欠平衡钻井技术的同时,更快更好地发展控压钻井技术,解决钻井中的难题。

基于概率理论的连续管钻井调整工具面扭矩预测方法研究

为研究不确定性因素对连续管钻井(CTD)过程中调整工具面扭矩的影响,构建了基于概率理论的分析方法预测调整工具面扭矩的基本思想。在建立调整工具面扭矩模型的基础上,采用Monte-Carlo法对钻压、地层摩擦因数、井眼曲率等参数的随机性进行了模拟统计试验,得到了各参数及等效接触力的分布形式,并推导出调整工具面扭矩的概率分布函数。通过现场实例分析了参数的随机性对CTD调整工具面扭矩不确定性的影响,并与实测扭矩进行了对比分析。结果表明,不确定性分析方法预测的调整工具面的扭矩不是单一曲线,而是与累积概率有关的区间,区间窗口的大小与参数信息的精确程度有关,置信水平越高,扭矩预测区间的窗口越大,反之,置信水平越低,扭矩预测区间的窗口越小。预测结果与实测扭矩具有较好的一致性,说明采用概率理论预测扭矩更加科学合理。该方法对CTD定向过程中的扭矩预测以及CTD定向工具的设计及应用具有一定的指导意义。

低密度高抗油泡沫钻井液研究及在低压油气井的应用

使用高抗油发泡剂,在含有高比例原油的钻井液中发泡,研制成一种低密度高抗油泡沫钻井液,泡沫半衰期可达到480 min,泡沫密度最低可降至0.35 g/cm3,井筒循环当量密度可控制在0.85~0.95 g/cm3,钻井液各项性能优于常规水基泡沫钻井液。由于具有较低的当量密度,该钻井液具备在低压油气井实施欠平衡钻井作业的条件。该钻井液在吐哈油田5口低压油气井储层段应用,有效减少了水敏性储层的伤害,具有很好的储层保护效果,同时大幅度提高了机械钻速。低密度高抗油泡沫钻井液技术为低压、低渗、强水敏储层的动用开发提供了强有力的技术支持。

基于笼状结构体原理的承压堵漏技术研究

针对桥塞堵漏材料难以在裂缝内形成稳定的承压堵漏带,承压能力不足而导致堵漏失败的问题,研究了桥塞堵漏材料在裂缝内的堆积状态和封堵类型,提出了笼状结构体封堵裂缝的理论,剖析了笼状结构体的组成,建立了理想的物理模型;研制出了形成笼状结构体的关键材料——SWDJ,并以此为基础,通过实验,得到了能稳定封堵光滑壁面裂缝的堵漏材料配方和堵漏浆液配方。该配方的承压能力大于5.0 MPa,抗温能力大于150℃。分析结果表明:SWDJ在裂缝中主要起包络和增大摩擦的作用——多片SWDJ能将桥塞材料和充填材料缠绕包络在一起,并通过叠加,在裂缝内部形成"堤坝";SWDJ相互叠加后的摩擦系数高达0.76,使各个"基本单元"相互之间的整体性更加稳定,能够承受更大的压力。虽然实际状态下的笼状结构体相对于理想状态下的"笼"具有不完善性,但其基本的作用机理与理论分析相符。

武M1-1煤层气多分支水平井钻井工艺初探

武M1-1井是中石油第1口煤层气多分支水平井。本文概括了武M1-1井钻井工艺的特点和成功的经验,深入剖析了钻井工艺中的不足,主要包括井身剖面设计与轨迹控制、井下摩阻/扭矩预测与控制、水平井与洞穴井对接、煤层井壁稳定性分析和井眼清洁等工艺。

精细控压钻井技术在近平衡钻井中的应用

针对碳酸盐岩地层在常规近平衡钻井过程中易喷、易漏等问题,分析了近平衡钻井井底压力控制中存在的问题,井深的增加使附加压力、循环压耗增加,井底过大的正压差难以满足近平衡钻井要求;根据精细控压钻井压力控制特点,采用随钻测量工具辅助压力控制方法和以流量为目标的压力控制方法来实现井底压力近平衡钻井,并进行了现场应用。研究表明,精细控压钻井方法能够实现近平衡钻井,该技术对近平衡钻井理论和实践的发展具有重要意义。