基于工程参数变化趋势异常诊断的卡钻实时预警方法

川南工区是中石化重点页岩气勘探开发工区,该工区地层压力系数高、钻井地质条件苛刻,导致该工区钻井复杂、故障频发,其中卡钻故障最为突出,严重制约了川南页岩气的安全高效开发。现有卡钻识别技术存在监控信息综合利用能力差、风险预警不及时、主观性强等问题。本文通过分析钻井作业过程中卡钻故障的专家知识判断,确定了卡钻风险对应的关键表征参数,并研究了卡钻发生位点的关键表征参数的变化趋势,得到了相应的变化规律;在此基础上建立了基于工程参数变化趋势异常诊断的卡钻实时预警方法。选取WY-XX井为实例进行分析,软件预警结果与实际井下风险相吻合,验证了模型的准确性和可靠性,准确率达83%。

塔里木盆地超深小井眼定向钻井提速提效关键技术

针对塔里木盆地台盆区超深小井眼定向钻井机械钻速低、钻头使用寿命短、常规螺杆钻具脱胶脱扣、钻井液稳定性差和产层喷漏同存等难题,研究形成了塔里木盆地超深小井眼定向钻井提速提效关键技术。以标准行程钻速和钻头进尺为指标,采用统计分析法优选了适用于目的层的ϕ149.2 mm/ϕ165.1 mm KS1352DGRX型钻头和ϕ120.7 mm KDM1062TR型钻头;对比国内外抗高温螺杆现状,确定了井底温度低于180℃时推荐使用国产抗高温螺杆,高于180℃时推荐使用全金属螺杆或进口耐高温螺杆;采用理论分析结合数值模拟的方法,优化设计了小尺寸降摩减阻工具,并优化了其安放位置;优选抗盐高温高压降滤失剂和抑制剂,研选除氧剂等,制定合理pH值调控和钙离子补充措施,形成了抗温200℃钻井液;分析了顺北油气田产层钻进喷漏同层的特点,确定了“降密度+井口控压+优化排量”的井控基本原则。塔里木盆地5口井应用了超深小井眼定向钻井提速提效关键技术,小井眼段平均机械钻速提高了113.24%,平均井径扩大率5.57%,平均钻井周期缩短了35.03%,均未发生井下故障和复杂情况。超深小井眼定向钻井提速提效技术为塔里木盆地勘探开发提供了技术支撑。

川西高密度钻井液技术难点分析及对策

川西地区作为中石化西南地区油气勘探开发重要地区,重点开发高庙子、中江区块,钻遇地层复杂,主要目的层为上、下沙溪庙组,地层压力系数高,自二开起,钻井液密度超过2.10g/cm^(3),高密度钻井液在施工过程中流变性控制难度大,地层井壁失稳严重,地层安全密度窗口窄,水平段摩阻大,电测、下套管困难。针对川西地区高密度钻井液施工过程中的技术难点,通过分析沙溪庙组地层井壁失稳原因,优化控制高密度钻井液流变性,降低长裸眼段摩阻,形成高密度钻井液现场技术对策。

川东北分水岭构造须家河组钻井提速技术研究与应用

针对川东北分水岭构造须家河组地层段机械钻速慢的钻井难题,开展了提速技术研究。首先通过工程地质特征分析,获取了须家河组地层矿物组分含量和岩石力学参数,并有针对性地提出提速技术思路和提速手段。从分3井现场应用效果看,气体钻井技术、螺杆钻具+混合钻头以及扭冲工具+混合钻头钻井技术均取得不同程度的提速效果,其中气体钻井技术平均机械钻速最高,达到4.78m/h,与同井采用常规泥浆钻井相比提高4.49倍。

胺基聚醚分子量对钻井液性能影响研究

胺基聚醚又叫聚醚胺,具有良好的抑制泥页岩分散能力,且不易造成黏土絮凝,是目前钻井现场常用的聚胺类抑制剂之一[1-2]。实验室通过酸度滴定法,考察了分子量在200~2000之间的单胺基聚醚,以及分子量在800左右的混合胺基聚醚对钻井液对泥页岩抑制能力的影响。结果表明,分子量越小,分子量分布范围越窄,胺基聚醚的抑制能力越强,总胺值≥3mmol/g的胺基聚醚有长效抑制膨润土分散的能力。

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将"单弯双稳"钻具组合优化为"单弯单稳"钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。

2015～2016年国内钻井液处理剂研究进展

从天然材料改性产物、合成材料两方面,就近两年来国内钻井液处理剂的研究及应用情况进行了介绍。从近期的研究看,在天然材料改性处理剂方面主要涉及淀粉、木质素、腐殖酸、玉米秸秆的改性;在合成材料方面,烯类单体聚合物处理剂研究最多,且主要是AMPS与其他单体的共聚物。合成材料包括合成聚合物和其他改性处理剂,合成聚合物包括阴离子型聚合物和两性离子聚合物,其他处理剂包括防塌抑制剂、润滑剂、发泡剂、堵漏剂、油基钻井液处理剂。油基钻井液处理剂的快速发展使国内钻井液处理剂由以水基钻井液为主逐步向水基、油基钻井液处理剂并重迈进。今后处理剂研究的重点是新材料研发、成果转化,并充分利用生物质资源,开发绿色高效的钻井液处理剂,加快处理剂转化与推广,探索树形聚合物处理剂开发,提高处理剂研究的针对性和适用性,以促进钻井液技术进步。

杭锦旗区块防漏堵漏技术研究

针对杭锦旗区块刘家沟组地层钻探过程中出现的地层破碎、裂缝发育、漏失严重等问题,通过对地质概况、井身结构等进行研究分析,得出该区块施工难点是刘家沟组地层的恶性漏失问题,提出了针对该区块的防漏堵漏工艺措施。防漏工艺措施主要包括优化井身结构设计、优化钻井液参数、优化钻井施工工艺以及随钻封堵防漏工艺等;中等漏失采取静止堵漏工艺,严重漏失采用间隙式挤堵堵漏工艺。桥堵加迪塞尔间隙式堵漏工艺在J66P13H井应用成功,保证了钻井施工的顺利进行,为该区块区块刘家沟地层的恶性漏失提供了较好的解决方案。

长南气田水平井定向井段钻井液技术

针对长南气田施工井定向井段钻进过程中出现的井壁失稳、起下钻遇阻、携岩带砂困难等问题,分析得到了该区块钻井液施工难点;通过钻井液体系构建及钻井液配方优化实验,形成了一套适于该区块定向井段地层的钾盐聚磺防塌钻井液优化配方,可抗140℃高温,具有较好的抗土、抗钻屑污染的能力,具有较高的固相容量限,对山西组和本溪组的岩屑均具有较高的回收率,其中山西组岩屑的一次回收率98.3%,相对回收率99.9%,本溪组岩屑的一次回收率89.4%,相对回收率99.4%,泥饼粘滞系数为0.114,极压润滑系数为0.098,表现出较好的润滑效果;同时对润滑防卡、井壁稳定、清砂携岩等技术进行了研究,形成了配套技术;在长南区块靖南68-9H井、靖南70-9H1井两口井成功应用,为后续该区块其它井的安全、快速、高效钻进提供了较好的技术解决方案。

非常规油气藏水平井油基钻井液技术

针对油基钻井液在非常规油气藏勘探开发中存在的悬浮稳定性及封堵能力不好、流变性对温度的敏感性强、复杂条件下流变性控制困难等问题,形成了一套新型油基钻井液体系,该体系采用对温度敏感性小的沥青类降滤失剂和抗高温有机土,用粒径小于6.5μm的超细碳酸钙和细目海泡石复配作封堵材料,用细颗粒重晶石作加重剂,并使用抗高温的润湿剂。通过设计正交实验,优化了油基钻井液配方。室内评价结果表明,该油基钻井液具有良好的流变性和热稳定性,可泵性及携砂能力满足施工要求,可抗20%岩屑粉、20%NaCl,在130℃静置120 h的上下密度差小于0.02 g/cm3。在中原油田濮1-FP1井水平段的应用表明,该油基钻井液的润滑防卡效果好,无托压现象,通井、电测一次到底;稳定井壁能力强,平均井径扩大率为8.2%;钻井液性能稳定,机械钻速快,平均机械钻速为7.05 m/h。为油基钻井液在非常规油气藏应用提供了技术支撑。

聚醚胺基烷基糖苷类油基钻井液研究

以NAPG为主剂,优选增粘剂、降滤失剂、封堵剂等配伍处理剂,通过钻井液体系构建及配方优化,形成了环保型、低成本、高性能的NAPG类油基钻井液体系。对钻井液性能进行了评价。结果表明,钻井液页岩一次回收率为99.90%,相对回收率为99.98%;钻井液抗温达150℃,流变性好,动塑比0.327,初终切适宜,中压滤失量0 m L、高温高压滤失量6.0 m L;润滑系数降低率达69.62%;滤液表面张力26.60 m N/m;钻井液抗盐达饱和,抗钙10%,抗土、钻屑20%,抗水40%,抗原油20%;岩心动静态渗透率恢复值为91.4%和96.8%;钻井液EC50值为528 800 mg/L,无生物毒性。对NAPG类油基钻井液和油基钻井液从抑制、润滑、降滤失、储层保护及生物毒性等方面进行了对比。结果表明,两者性能相当,且类油基钻井液在环保方面具有显著优势。NAPG类油基钻井液适用于强水敏性泥岩、含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平井钻井施工,可缓解目前油基钻井液环保压力,扩大水基钻井液适用范围,具有较好的推广应用前景。

水基钻井液用绿色润滑剂研究进展及发展趋势

综述了近年来国内水基钻井液用绿色润滑剂的研究进展,主要包括醇醚类、酯类、酰胺类、乳液类、纳米材料类等多类润滑剂,还包括DFL润滑剂、蓖麻油硼酸酯润滑剂、砜醛树脂润滑剂等其他新型润滑剂。并在现有水基钻井液用绿色润滑剂研究及应用的基础上,对其发展趋势,特别是高温高密度水基钻井液用润滑剂的发展趋势进行了展望。

靖边气田水平井钻井液技术及现场应用

针对靖边气田水平井钻进过程中出现的井壁失稳、起下钻遇阻、携岩带砂困难等问题,总结得到了该区块钻井液施工难点;形成了一套适用于该区块水平井的钻井液及配套技术,优选了各开次采用的钻井液体系,优化了防漏、防塌、润滑防卡等技术措施;通过靖平51-2-1井和靖平51-2-2井等2口井的现场应用,证明了形成的靖边气田水平井钻井液配套技术能够满足该区块水平井钻进需要,为后续该地区其它井的安全、快速、高效钻进提供了较好的技术解决方案。

绿色高性能水基钻井液研究进展及发展趋势

综述了近年来形成的几类绿色高性能水基钻井液体系的研究进展,主要包括醇基钻井液体系、糖基钻井液体系和胺基钻井液体系等。醇基钻井液包括聚合醇钻井液和聚醚多元醇钻井液,糖基钻井液包括烷基糖苷钻井液和聚糖钻井液,胺基钻井液包括UltraDrill高性能水基钻井液、聚胺高性能钻井液、HPWBM钻井液、铝胺高性能水基钻井液。并在现有的绿色高性能水基钻井液研究及应用的基础上,对其发展趋势进行了展望。

2013~2014年国内钻井液处理剂研究进展

从天然材料改性产物、合成材料两方面,就2013~2014年度国内钻井液处理剂研制及应用情况进行了介绍,指出了钻井液处理剂存在的问题及下步发展方向。从近期的研究看,在天然材料改性处理剂方面主要为淀粉、木质素和腐殖酸改性产物,在合成材料方面则以烯类单体聚合物处理剂研究最多,且反相乳液聚合逐步受到重视。与以前不同的是,油基钻井液处理剂研究大幅度增加。但从整体情况看,研究的深度和覆盖面还不够,创新性不足,投入现场的少,缺乏经济性和可行性研究。针对存在的问题,今后在处理剂研究上,要围绕绿色环保、抗温抗盐的目标,重视生物质资源的利用,针对提高处理剂抗高价离子的需要,开发含膦基的阴离子单体及高温下水解稳定性好的非离子单体,以及支化或星形结构的聚醚和聚醚胺等化合物;探索超支化的树枝状或树形结构的处理剂合成;加大反相乳液聚合物钻井液处理剂的推广;在油基钻井液处理剂方面,重点围绕油基钻井液体系完善配套的需要,同时研制适用于油基钻井液的防漏、堵漏材料,并在室内研究的基础上,重视处理剂生产工艺及经济性研究,加快成果转化。

元坝地区超深高酸性气田钻井提速技术

元坝气田是国内埋藏最深的海相大气田,其存在气藏埋藏深、酸性气体含量高、压力层系多、地层岩性复杂等世界级钻井技术难点。文章在对元坝超深高酸性气田钻井技术难点分析的基础上,介绍了井身结构优化技术、空气钻井技术、扭力冲击器钻井技术等关键提速技术和钻井液性能维护、套管防磨、井控等安全管理措施及其应用效果,最后给出了元坝地区超深高酸性气田的钻井提速技术系列。

钻井液用烷基糖苷及其改性产品的研究现状及发展趋势

烷基糖苷因其环保、润滑好的优点而引入到钻井液,但存在加量大(>35%)、成本高、抑制性有待提高等缺陷。针对烷基糖苷缺点,秉承其优点,通过分子设计及合成设计,优化分子结构,制备得到环保、高性能、低成本的阳离子烷基糖苷(CAPG)、聚醚胺基烷基糖苷(NAPG)等产品。CAPG润滑系数0.035,相对抑制率达100%;NAPG润滑系数0.048,相对抑制率达100%,其EC_(50)值528800mg/L。并以研发的改性烷基糖苷为基础,形成了改性烷基糖昔类油基钻井液体系,其性能与油基钻井液相当,可用于页岩油气水平井长水平段钻井施工,缓解目前油基钻井液环保压力,扩大水基钻井液适用范围。开展了其他改性烷基糖苷产品研制,并形成了糖苷特色产品系列,围绕糖苷结构形成了专利战略保护布局。除糖苷类产品外,梳理了其他天然材料的改性方法,促进天然材料的充分利用和钻井液技术的进步。

钻柱恶性振动识别与抑制技术研究进展

钻柱振动问题在钻井实践中普遍存在,钻柱恶性振动是造成钻头、钻柱失效的重要原因,其会降低钻井时效,增加钻井成本。如何有效识别钻柱恶性振动并加以抑制是一个重要的课题,国内外对其开展了大量的攻关研究和工程实践。本文详细阐述了钻柱耦合振动的理论研究现状及最新发展趋势,对钻柱振动室内实验研究进行了总结,介绍了国内外井下振动监测装置、钻柱振动抑制工具研发与应用的最新进展;最后提出理论研究与室内试验相结合,研发钻柱动力学分析软件及井下振动识别监测工具,配套合适的抑制、减振工具是解决钻柱恶性振动问题的主要方法;同时建议开展振动抑制一体化解决技术的研究。

新型无土相油基钻井液研究与现场试验

针对常规有土相油基钻井液因有机土及沥青降滤失剂等黏度效应较大、不利于流变性控制和低密度白油油基钻井液适用范围窄的问题,以自主研发的增黏提切剂、乳化剂和聚合物降滤失剂为基础,通室内试验考察了其配伍性并优选了其加量,形成了无土相油基钻井液。室内试验结果表明,无土相油基钻井液在油水比为70∶30~100∶0、温度为80~160℃、密度为0.9~2.2kg/L时,塑性黏度可控制在55mPa·s以内、破乳电压在450V以上,API滤失量小于2mL,抗钻屑污染达30%,抗水污染达20%,加重材料对润滑性能影响非常小。焦石坝区块4口页岩气水平井的现场试验表明,无土相油基钻井液原材料少,维护处理简单,流变性易于控制,固相含量低,具有良好的剪切稀释性,有利于降低循环压耗,提高机械钻速。

抗高温高密度生物质钻井液体系研究及应用

为了提高抗高温高密度钻井液体系的高温稳定性及环保性能,以自主研发的生物质合成树脂降滤失剂、抑制剂和润滑剂为核心处理剂,对处理剂加量进行优化,构建了抗高温高密度生物质钻井液体系。性能评价结果表明:该体系抗温可达200℃,抗1.0%CaCl_(2)污染,岩屑滚动回收率达94.3%,润滑系数≤0.128,生物毒性EC50为89230 mg/L。现场应用表明,抗高温高密度生物质钻井液具有较好的抗污染能力,在密度达2.55 kg/L、井底温度达140℃的情况下其仍具有很好的流变稳定性能。抗高温高密度生物质钻井液促进了生物质资源在钻井液领域的利用,解决了高密度水基钻井液抗温性与环保性相矛盾的问题,具有较好的现场推广应用价值。