川西地区深层致密砂岩气氮气钻完井试验及发展建议

深层低渗致密砂岩气藏基质黏土胶结物含量高、孔喉细小、低渗透率、低孔隙度、强亲水,采用常规水基工作液勘探开发易产生储层伤害,且伤害后渗透率难以恢复。氮气钻完井技术可从根本上避免钻井液中的固液相侵入引起储层损害,有效保护储层,提高单井产量。文章回顾了近年来氮气钻完井技术开发深层致密砂岩气的实践应用情况,从储层保护、及时发现气层、自然建产、提供地质甜点依据、为气藏富集规律确定提供辅助依据五个方面系统评价该项技术开发深层致密砂岩气的效果,同时针对井眼轨迹控制、井壁失稳及井下岩爆诱发卡钻、钻杆完井和井位及井段优选四个方面阐述了将来氮气钻完井技术的研究方向,以期为四川盆地须家河组致密砂岩气及国内外其他相似气藏的高效开发提供借鉴。

四川盆地威荣深层页岩气安全与提速钻井技术

四川盆地威荣页岩气埋深3600~3850 m,属于典型的深层页岩气藏,钻井工程面临压力体系复杂、茅口组部分区域断溶体发育、地层可钻性差、龙马溪组地层温度高等难题。针对复杂的地质条件,以安全与提速钻井为核心,通过成熟引进与先导试验技术结合的方式,持续攻关钻井工程工艺技术;并不断深化过路层段地质认识,采用一段一策的方案,提高工程技术的针对性。威荣页岩气田经历勘探评价、开发一期、开发二期3个阶段,形成了以井身结构优化、断溶体避让的轨道设计、井筒压力控制和钻压同步预防压窜干扰为重点的安全钻井技术,以“二维+小三维”的三维轨道剖面、四位一体地质导向技术、破岩工具优选和钻井参数强化为关键的提速钻井技术。该技术应用于威荣页岩气田150余口开发井,机械钻速由开发初期的6.32 m/h提升至9.12 m/h,钻井周期由106.68 d缩短至68.75 d,缩短率为35.56%,实现了威荣深层页岩气钻井工程提速降本的目标,其形成的安全与提速钻井系列技术对同类型气藏开发具有较强的参考意义。

长斜井段氮气钻井高扭矩摩阻机理及减摩降扭技术研究

大邑105井二开造斜,斜井段长2422 m左右,水平位移1398 m,井斜角35°左右,三开采用氮气钻井。基于钻柱运动学与动力学理论,参考钻柱动力学室内实验结果,表明钻柱涡动是大邑105井氮气举升清水阶段、钻进阶段及钻头提离井底循环阶段扭矩呈现“锯齿形”波动的根本原因,较多的钻具接头及钻具本体与井底低边碰撞摩擦导致扭矩处于波峰点,同时斜井段形成的岩屑床及岩粉附着在钻具表面诱发的黏滞摩擦导致扭矩和摩阻值平均值增加;钻具提离井底定点循环阶段,钻具涡动诱发钻具接头与井壁碰摩形成键槽,当钻具接头处于键槽中时,此时上提钻具须克服键槽形成的机械阻力,导致摩阻增大。同时设计了氮气钻井用减摩降扭清砂接头,分析不同井斜角、造斜率、钻压和钻具组合对扭矩摩阻的影响。因此,为了氮气钻井安全快速建井,建议钻井设计进一步优化井眼轨迹,钻具组合中增加清砂接头,通过清除岩屑床到达减弱钻具涡动效应的目的。

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。

四川盆地川西坳陷新场气田须家河组储层工程地质特征及增产实践

储层增产技术是川西深层致密砂岩气藏开发的关键技术。川西坳陷新场气田须家河组二段为典型的深层致密砂岩气藏,具有储层致密、最小主应力与垂向应力接近的走滑断层应力状态以及储层裂缝发育等特点,前期储层改造效果不明显。针对须家河组储层开展了工程地质特征评价和前期压裂效果分析,在储层岩相、岩石学、物性和裂缝等特征研究基础上,将储层分为3大类地质工程双甜点类型。其中断缝体型甜点可通过氮气钻井、小规模试破和酸化建产,层理缝型甜点可通过近井深度解堵及复合改造工艺建产,孔隙型甜点需要通过超高压大规模体积压裂工艺实现建产。X8-2井主要钻遇断缝体型储层,通过氮气钻井测试获得稳定无阻流量达53×10^(4) m^(3)/d,而钻遇孔隙型甜点储层的XS101井可通过大规模体积压裂获得稳定产量(15×10^(4) m^(3)/d)。这些井的实践成功为川西坳陷须家河组天然气资源的有效动用提供了经济可行的增产技术对策。

气体钻井钻柱抗疲劳短节设计与应用

气体钻井过程中由钻柱运动(包括公转和纵向共振)引起的钻具疲劳断裂,造成了大量的井下钻具事故,成为推广应用气体钻井技术的障碍。为此,设计开发了气体钻井用抗疲劳短节:该短节组装采用花键联接;通过对轴向冲击力作用的下部钻具力学仿真分析,钻进中抗疲劳短节的花键芯轴与花键外筒产生相对位移,压缩筒内二甲基硅油吸收冲击力,从而使安装抗疲劳短节的钻铤应力水平降低30%。现场应用结果表明:安装应用抗疲劳短节的钻柱扭矩参数变化不大,钻进平稳且未发生跳钻现象,钻头受力均匀,钻时比较稳定;出井的短节经探伤检测合格级别为I级,进一步验证了抗疲劳短节可以有效预防钻柱在气体钻井中所产生的钻具疲劳断裂问题,有利于钻柱在气体钻井中长期安全工作。

威荣深层页岩长水平段工程钻探能力延伸极限研究

威荣深层页岩气垂深达3800 m,地层坍塌压力系数高达1.95以上,区域超长水平井逐年增加,超长水平井成为后期气田稳产的重要开发手段。以旋转导向钻井方式研究为前提,通过水力裸眼评价模型和钻柱应力计算方法对地质参数、轨迹剖面、钻柱力学、水力参数和地面装备进行影响因素综合分析,不同钻机条件下和不同工况下超长水平段的延伸极限不同。剖面类型优选利于井间防碰和管柱安全下入,三维轨迹剖面钻柱力学所受应力强度是二维轨迹剖面的2倍,钻井液密度和黏度都将影响超长水平段的延伸。评价结果表明,在不考虑钻机能力的条件下,理论裸眼水平段极限为5840 m,而70钻机因钻深能力限制最大水平段延伸为3500 m,机泵排量越大,钻井液密度越低,延伸能力越长。

气体钻井地层剪切应力井斜规律研究

气体钻井时因没有围压,地层的各向异性指数变化较大,使得地层造斜率与钻井液钻井时的地层造斜率有所不同。为了更好地理解气体钻井井斜规律,利用有限元理论,建立了不同钻井方式下的岩石力学模型,在考虑不同地层倾角和不同循环介质影响的基础上进行井底岩石剪切应力计算,分析出气体钻井井斜规律。计算结果表明:在相同的工程和地质条件下,气体钻井时地层造斜力远大于钻井液钻井的几率约为35%,气体钻井更易发生井斜,而小于或等于30°地层倾角钻井时井眼轨迹偏向垂直于地层倾斜面的方向;45°地层倾角钻井时井斜趋势不明显;大于或等于60°地层倾角钻井时井眼轨迹偏向平行于地层倾斜面的方向。

河坝地区空气钻井技术经济评价

空气钻井技术在河坝地区应用较为广泛,但也因该地区地质结构复杂而面临诸多风险。为了进一步应用好这项技术,提高河坝地区勘探开发的技术含量和综合经济效益,利用钻井技术经济指标和钻井成本计算方法建立了空气钻井经济效益盈亏平衡分析模型,并以空气钻井结算成本和实钻数据验证了数学模型的正确性。通过该模型得到了该地区空气钻井综合成本和单位成本指标,推荐了该地区单井经济进尺和经济机械钻速。

捷联式自动垂直钻井工具在川西的应用

川西龙门山地区属高陡构造,地下断层多,地层倾角大,井斜很难控制,采用常规纠斜钻具组合吊打严重制约钻速,引进国外垂直钻井技术费用又高。针对此问题采用国产?311.2 mm捷联式自动垂直钻井工具,介绍了其原理和特点,作了此工具的强度与抗疲劳分析并将其应用于现场试验,试验表明其纠斜效果明显,并有助于钻井提速,钻井费用也比国外垂直钻井工具低60%以上。

空气钻井随钻监测技术及其应用

为解决现有录井监测系统不能满足空气钻井现场的需要,容易出现钻具失效、井下燃爆、地层出水及井壁坍塌等复杂钻井问题。基于井下燃爆理论和监测监控系统技术,以井下燃爆监测成果为基础,应用UBD气体监测系统及其配套分析技术;通过多次在空气钻井现场监测服务,验证了该监测系统及分析技术的合理性和实用性,为安全顺利实施空气钻井提供了技术保障。

气体钻井API钻铤螺纹多轴疲劳寿命研究

据现场钻具失效统计,气体钻井在大钻压作用下,常发生钻铤螺纹疲劳断裂失效。因此,引入多轴疲劳强度理论到气体钻井钻铤疲劳寿命研究,借助Pro/E软件建立API钻铤螺纹三维实体模型,并在气体钻井钻铤螺纹模型计算结果的基础上分析了API钻铤螺纹的应力分布规律,根据多轴疲劳寿命理论预测得到气体钻井钻铤螺纹的疲劳寿命值约为2×105次。研究结果为气体钻井API钻铤螺纹快速失效机理研究提供了参考。

大邑构造浅部井段钻具失效分析及预防

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。近年来在该地区共部署了13口深井,在浅部井段共发生了42次钻具失效,造成了重大的经济损失。为了避免钻具失效在大邑浅部地层的频繁发生,对前期的失效情况进行了统计,并开展了室内微观和腐蚀实验,发现其频繁失效的主要原因是由于地层软硬交错导致钻具易发生疲劳,现场未及时进行无损探伤,钻进时转速过高加剧了钻具疲劳失效。在此基础上,提出了合理控制钻井参数,及时做好无损探伤工作等预防钻具频繁失效的对策,现场应用效果较好。

元坝气田须家河组地层氮气钻井适应性研究

元坝气田是国内埋藏最深的海相大气田,其主力气藏长兴组埋深接近7 000 m。在上部,陆相地层采用气体钻井,海相地层采用复合钻井,提速效果显著。但是,深部的陆相须家河组地层岩性致密、硬度高,机械钻速低,是制约元坝气田钻井提速的瓶颈。针对这一问题,先后探索了多种钻井工艺,但提速效果有限。在普光、龙岗成功应用氮气钻井的基础上,开展了元坝须家河组氮气钻井提速潜力分析,从地层压力特征、井壁稳定性和地层产气量、出水量以及经济性等方面论证了氮气钻井在须家河组的适应性。研究表明,元坝气田须家河组属于高压、低产地层,测试基本不产水,大部分井段的岩石内聚力大于气体钻井临界值,井壁稳定性较好,氮气钻井预计可提速6倍以上,具有巨大的提速潜力和经济效益。建议选择适当的井位开展氮气钻井试验,为元坝钻井提速提供新的技术手段。

钻井新技术在川西中深层的应用

川西中深层作为西南油气分公司的主力生产层,完钻井深普遍小于3000m。在以往钻井过程中,主要采用转盘过平衡钻进,存在机械钻速慢、钻井效率低、储层保护单一等问题。近年来,通过应用复合钻井、控压钻井、水平井钻井等新技术和采用防漏堵漏新工艺以及在上部地层推广应用无粘土相、低固相钻井液体系,大幅提高了钻井效率,保护了储层,同时,在中深层最大限度地缩短了深井钻井周期。这些钻井新技术值得进一步推广应用,对其它地区的钻井同样具有较高借鉴意义。

川西低渗气藏气体钻井提速潜力评价

根据川西须家河组地层井底岩石应力状态分析,井底岩石侧向应力与钻井液条件下的差别为35%,是影响气体钻井提高钻速的主要因素。结合须家河组工程地质特征,开展须家河组地层坍塌密度、气体钻井强度和气体钻井井眼扩大率进行井壁稳定性评价,通过川西须家河组气体钻井井底岩石可钻性级值模型量化,进行了该地区气体钻井提速潜力评价。

气顶油藏屏障注水技术研究

气顶油藏作为一类较为复杂的油气藏在开发中遇到的最主要问题是气顶气锥进,造成油井气窜,解决这一问题较好的方法是在油气界面处注水形成水障,以隔离气顶和油藏,达到抑制气体锥进,阻止油井气窜的目的。文章以新疆油田分公司莫北2井区气顶油藏为例,对气顶油藏屏障注水技术进行了研究。

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。

LHSS状态方程的改进方法

LHSS方程是一个四参数三次方状态方程,在使用过程中仍有一些不足之处,选择对预测结果最敏感的可调参数关联式作为改进对象。改良后的状态方程在纯物质的预报性能均优于原方程,在临界区有较好的收敛性。改良后的状态方程用于凝析油含量适中和偏低的凝析油气体时效果尤为突出,甚至优于PR方程,用于高含凝析油体系时也能满足工程精度需求。

气井欠平衡完井压力控制技术研究与应用

欠平衡钻井后实施欠平衡完井才能最大限度地保护油气层和力争自然建产。在阐述了欠平衡完井的核心问题——密封和克服上顶力及其目前可采取的技术措施的基础上,通过对欠平衡完井管柱的受力分析,推导出气体欠平衡条件下上顶力数学模型,解决了上顶力计算无依据可循的状况。通过计算分析,认为井口压力是上顶力的主要影响因素,通过对井口压力稳定控制和井口装置配套要求的系统研究,确定了欠平衡完井井口回压的合理控制范围为1～5MPa。