气体钻井断钻铤事故的原因分析及预防

气体钻井中常出现断钻铤事故。文章通过对钻柱受力和钻柱本身性能的分析,得到气体钻井断钻铤的原因。在钻柱受力分析方面,从钻柱动力学出发对钻柱反转、钻柱扭转振动和钻柱横向振动等进行了分析,认为钻柱的这些运动是产生钻柱交变弯曲应力并集中,造成钻柱疲劳破坏;在钻柱本身性能的分析上,弯曲强度比不是造成钻铤内螺纹断裂的原因,利用Morrow应变周期方程结合有限元分析方法,得出高的平均应力和应变幅度是造成钻铤内螺纹断裂的主要因素。预防气体钻井断钻具应从降低钻铤内螺纹根部应力集中和改善钻柱的受力状况着手,在降低钻铤内螺纹根部应力集中上采用应力减轻槽,高扭矩接头和高摩擦螺纹油;在改善钻柱的受力状况上推广使用气体螺杆,试验抗涡动的PDC钻头,钻柱中加装纵向减振器的同时,要保证钻铤接头的偏心度小。

超高压气井井身结构设计技术

超高压气田在我国分布较为广泛,其主力产层因沉积环境一般埋藏较深,最深达到8000m以上,地层复杂,往往存在喷、漏、塌以及含H2S等复杂情况,超高压气井钻井工程井身结构设计非常困难。为解决超高压气井井身结构设计主要存在的"深井或超深井,套管管材应力水平高,在含H2S条件下安全余量小"的问题。提出超高压气井井身结构设计技术应根据地层压力系统和井下复杂情况来确定必封点,增大完井尺寸和提高上部大尺寸套管的强度,井身结构采用自下而上和自上而下相结合的方法进行设计;进行深部井眼钻具强度校核和水力参数计算时,应结合钻机选型和钻井工艺技术,对套管选型和强度校核以及套管安全下入技术进行评估。

中江回龙鼻状构造优快钻井技术探讨

中江回龙鼻状构造带是中国石化西南分公司重要的油气富集区,但其在勘探开发过程中受到钻井速度慢、综合效益低的制约。对中江回龙鼻状构造钻井施工情况进行了调研分析,找到了阻碍该地区勘探开发进程的首要影响因素是井壁坍塌。要解决该区井壁坍塌问题并在此基础上提高钻井机械钻速,必须在充分认识该区地层特性、确定好钻井液密度、优选钻井液体系、实现地层稳定、优选钻头型号、优化钻井参数、实现快速钻井、完善钻井工艺技术措施等解决该区井壁坍塌问题的同时,大幅度提高钻井机械钻速。通过在JS7井现场应用两性复合离子聚磺防塌钻井液体系并配合采用攻击性强的PDC钻头、优化钻井参数、完善钻井工艺技术等措施,控制了遂宁组和上沙溪庙组的井壁坍塌,提高了钻井机械钻速,效果明显。

川西须家河组地层PDC钻头结构参数优化及选型

川西深层须家河组气藏主力储层埋藏深、地质条件复杂,尤其是其地层硬度高、可钻性差,致使钻头选型困难,机械钻速低。为提高须家河组地层机械钻速,针对地层岩性特征,利用ABAQUS软件建立了切削齿破岩有限元模型,结合钻头设计理论优化了PDC钻头结构参数,确定出了适合须家河组地层的钻头冠部轮廓、切削齿、刀翼数和保径特征等主要结构参数,提出了PDC钻头选型的关键特征。在此基础上,优选出了9个型号PDC钻头,形成了须家河组地层钻头系列化选型方案:须5段—须3段地层宜选用攻击性强同时具有较强抗研磨性和抗冲击性的PDC钻头,须2段地层宜选用高抗研磨性兼顾吃入能力和抗冲击性的混合布齿钻头。现场应用表明,42只优选钻头平均进尺增加27.57%,钻速提高40.19%,实现了须家河组地层钻井提速新突破。

川西水平井水泥浆防气窜评价方法

为解决水平井开发中油层套管固井质量差的实际难题,从水泥浆防气窜性能设计入手,通过室内实验分析了不同体系水泥浆性能对气窜的影响,评价了各种常用防气窜评价方法的适应性;结合水平井井眼轨迹特点,形成了水平井水泥浆防气窜性能多因素评价方法,即在自由水为0和滤失量小于50 mL条件下修正了水泥浆性能系数(SPNx值)和阻力系数(Ax值)评价方法,并成功应用于川西某口中浅层水平井固井中,为以后川西水平井固井水泥浆防气窜性能设计提供了理论指导。

川西深井井下复杂情况及故障预防与处理

川西地区具有井深、地层温度和压力高、压力系统多等特征,钻井过程中存在一系列技术难题:地层裂缝发育,裂缝分布难以预测,井控风险很大,尤其是又喷又漏的复杂井控问题突出;地层岩性纵向上砂泥岩、页岩、碳质页岩、薄煤岩互层频繁,井眼稳定性差;深层岩石致密、可钻性差,钻井周期长。这严重影响了川西深层的勘探开发进程。为此,西南油气分公司开展了深井钻井提速活动,针对川西地区地质构造复杂、喷漏故障发生概率高的情况,坚持"以防漏为主,堵漏为辅"的原则,根据地层和钻具等情况,采取相应的技术措施;针对钻具失效故障频发的情况,制定了保证下井钻具质量、优化钻具组合和钻井参数等技术措施;针对套管磨损,制定了优化井身结构设计和套管选型、提高钻井液润滑性能、使用非金属防磨套、保证井身质量等措施。川西地区采取以上技术措施后,井下复杂情况及故障显著减少,故障预防和处理水平得到了提高。

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。

四川盆地页岩气藏勘探开发与技术探讨

四川盆地暗色页岩分布广、层系多,页岩气资源丰富、利用价值很高。页岩气藏勘探技术属于世界级难题,技术创新潜力也很大。地质理论认识不断深化,促使页岩气资源调查全面展开。为此,提出页岩气藏勘探是世界范围内新兴的边缘专业学科领域,勘探的原则在于将地质理论认识与四川盆地的具体地质状况结合起来,发挥有针对性的指导作用。钻井、开采工程技术在于提高自主创新和集成创新的针对性和实用性,强化基础研究,提高科研项目级别。钻井、开采工程技术述评及提示,有助于扩大技术攻关的新思路。勘探原则和勘探技术选向超前探讨,对于川南、川西南地区页岩气藏勘探示范工程项目启动有着重要的现实意义。

模拟下套管技术在河坝区块大斜度井中的应用

为解决河坝区块大斜度定向井在实钻过程中由于井眼轨迹不规则、盐膏地层缩径,大斜度井段下套管作业的实际难题,在调研大斜度井下套管方法的基础上,结合河坝区块大斜度井特点,建立了井眼、套管相容性模型并总结出下套管过程的模拟步骤:①依据收集的实钻井眼资料,计算套管串和井眼两种最小曲率半径,分析无接箍套管能否下入井眼;②针对实际套管接箍或扶正器尺寸,以实钻井眼数据反算出允许通过的套管串的不变形长度;③分析不同管串所对应的不变形长度与井眼曲率的关系,然后确定出与套管柱刚度相当的通井管柱结构。模拟下套管技术在HB1-1D等井的成功应用,为大斜度井现场模拟下套管提供了理论依据。

泡沫水泥固井施工参数优化设计

泡沫水泥具有密度低、强度大、渗透率低、无游离液和防气窜能力强等特点,在国内外油田长封固井段或低压易漏地层固井施工中得到了广泛应用。现场通常采用"穿鞋戴帽"的固井方式,在关键封固井段使用泡沫水泥浆,其余井段使用常规水泥浆进行封固。当前泡沫水泥固井施工设计,主要是在忽略泡沫水泥浆流动摩阻的基础上,利用环空候凝状态压力平衡关系进行计算,使施工参数设计缺乏一定的合理性。为此,笔者在分析泡沫水泥浆多相流动摩阻损耗后,建立了泡沫水泥浆流动压降计算模型;同时引入了固井施工中存在的U形管效应,基于平衡压力固井施工原则,建立了泡沫水泥固井施工参数优化设计方法。并通过现场试验验证了该施工参数优化设计方法的实用性。

定向井稳斜段气体钻井井斜机理应用研究

国内各大油田在气体钻井试验过程中已经暴露出比较严重的井斜控制问题。在实际气体钻井过程中,为了控制井斜,通常都将钻压控制在较低的范围内,这就导致气体钻井提高机械钻速不明显,不能充分发挥气体钻井的优势。即使这样,井斜控制问题仍然未能被较好的解决。针对光钻铤钟摆钻具组合在定向井稳斜钻进过程中的问题进行研究。首先对光钻铤钟摆钻具组合在气体钻井过程中的井斜规律进行了探讨,给出了有关计算方法,对定向井稳斜段气体钻井设计中的几个关键参数进行了重点讨论,最后结合中石化川西地区DY1井四开稳斜段氮气钻井现场应用情况对光钻铤钻具组合的实际应用效果进行了分析评价。

川西须家河深层岩石力学性质及可钻性研究

川西须家河深层岩性致密,石英含量高,研磨性强,硬度高,可钻性差,钻井机械钻速普遍很低,严重制约了川西地区深层油气勘探开发事业的发展。文章通过大量的室内试验研究,获得了岩石抗压强度、研磨性、硬度等岩石力学性质和可钻性参数,并通过对岩石的可钻性级值与测井资料之间的相关性分析,拟合出适用于这一层位的PDC钻头可钻性分析预测函数。并通过对岩石力学性质剖面曲线的分析研究,总结出了川西须家河深部地层对PDC钻头工作性能的几点要求,为深入开展PDC钻头个性化设计提供了重要的理论依据和指导思想。

涡轮钻具在川西深井段的应用分析

目前川西深井钻井面临的主要问题是在须四、须三井段机械钻速不高,通过螺杆+PDC钻头、空气钻井等新工艺技术仍未能达到预期的效果。通过分析涡轮及孕镶金钢石钻头的主要性能,提出采用高转速涡轮+自锐孕镶金钢石钻头配套技术来解决川西深井钻井所面临的问题。同时,提出了相关的技术措施、施工方案及经济性评价。

涡轮钻井技术在川西须家河组须二段的应用

川西新场须二段气藏探明储量达1211×108m3,但岩性致密,研磨性强,可钻性极差,采用常规钻井技术机械钻速低。为有效提高深层机械钻速,在XC8井和X501井试验涡轮钻井技术,应用高速涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头钻进,进尺和机械钻速均得到极大提高,且提高了纯钻时效,成为须二段钻井提速的有效手段。

钻井液对钻柱纵向振动影响分析

钻柱纵向振动严重时造成钻头损坏、钻杆磨损加剧和迅速的疲劳破坏,使钻井成本大大增加。利用ANSYS软件建立钻柱振动有限元模型,采用Block Lanczos法进行固有振动特性分析,然后在钻头处施加干扰力,采用完全矩阵法进行动力响应分析,得出钻井液密度对钻柱纵向振动的影响规律。钻井液密度降低,导致固有振动频率升高,振幅增大;钻柱响应力的变化趋势与响应位移基本一致;钻井液密度降低引起钻柱的响应位移和响应力增大,进而造成von Mises等效应力增大,疲劳寿命降低。

川西深井超深井套管损坏问题探析

阐述了川西地区深井超深井油层套管损坏的现状,分析了川西深井套管损坏的原因,认为主要有套管材质、性能达不到套管安全要求,井身质量差或井眼轨迹复杂,施工周期长导致磨损严重,防磨减磨措施应用效果差,完井及增产作业的高压力试压而导致套管破坏等。提出了应确保采购的套管质量,钻井中应用有效的防磨减磨技术以及统一完井试压标准等建议。

川西低渗砂岩储层损害评价技术研究

川西低渗透油气藏资源量丰富,但基块致密、裂缝不同程度发育,储层极易受到损害,用常规方法无法对储层损害做出准确评价,需要探索新的低渗砂岩储层损害评价技术。介绍了压力衰减法、弱化时间效应裂缝性储层损害评价方法、应力敏感性系数评价法、相圈闭损害系数法等评价方法特点,这些评价方法克服了常规方法耗时、对实验设备要求高、误差大等不足,为对储层损害进行高效、准确评价提供了有效的技术支持。

泡沫钻井在河坝地区的应用

针对河坝地区地层倾角大、可钻性差的特征以及钻井速度慢且存在井下漏失等技术问题,提出了在陆相地层应用充气泡沫钻井技术并从井身结构及钻井液基本配方和性能方面进行泡沫钻井优化设计。在实际应用中,泡沫钻井的平均机械钻速为常规钻井液钻井的7.6倍,大大缩短了钻井周期,还降低了单井钻井综合成本约1500万元。使用大尺寸279.4mm钻铤的塔式钻具组合,能有效施加钻压控制井斜。

川东北地区陆相地层防斜打快技术

川东北地区气藏受多期地质构造运动和沉积条件的影响,其大部分地层为复杂小褶皱高陡构造,特别是陆相地层普遍为大倾角地层,其岩性变化大且自然造斜能力较强,因此在该地层钻井时的井斜问题十分突出,给钻头选型以及防斜钻具组合的应用增加了难度。基于此,分析了川东北地区影响防斜打快的地质和工程因素,推荐了大尺寸钻铤钻具组合、垂直钻井系统技术以及空气锤钻井等技术方案,并通过各方案应用效果的分析和评价,综合利用以上钻井技术在防斜打快中的优势,有效地解决了在该地区施工中陆相地层井斜控制和提速之间的矛盾,加快了川东北地区的勘探步伐。

大邑构造浅部井段钻具失效与预防

大邑构造浅部地层砂岩和泥岩交错,局部夹杂砾石层,可钻性差。2005～2008年该地区13口深井在浅部地层井段共发生了42次钻具失效事故,造成了极大的经济损失。为此,统计了钻具失效的相关数据,并结合室内实验研究查明了钻具失效主要是由于地层软硬交错引起的交变应力疲劳破坏,以及忽视对钻井参数的控制和钻具无损探伤所致。在此基础上提出了合理控制钻井参数,保证转速不致过高,认真做好钻具的无损探伤等预防钻具失效的措施,并经现场应用取得了良好效果。