采用控压释放技术处置地层圈闭效应

因井漏或者反推钻井液引起的圈闭压力给现场井控措施的制定带来较大困扰,而控压释放技术是应对钻井过程中地层圈闭效应的有效方法。在充分分析圈闭压力的特点及实钻情况的基础上,开展了圈闭压力控压释放技术的探索与实践,形成了圈闭压力控压释放配套技术,通过严格执行关井求压、控压释放、循环排污和节流降密度的工艺流程,让圈闭内流体按一定比例匀速进入井筒,逐步降低圈闭内压力,较好地解决了漏失地层形成的短期圈闭压力难题。川西南部YT1井的成功应用表明,采取合理的控压释放方法能够安全降低圈闭内压力,扩展钻井液密度窗口,在溢流与井漏的矛盾中找到压力平衡点,有利于井控安全。

基于能量守恒定律对西原模型的改进与验证

在油气钻井工程中,由岩石蠕变引起的井眼缩径或井壁坍塌时有发生,本文基于能量守恒定律分析岩石蠕变的3个阶段,阐述传统的蠕变模型难以研究岩石加速蠕变阶段的原因。为此,在西原模型的基础上串联了一个绕组元件,建立改进西原模型及相应的本构方程。根据油气开发过程中所钻遇地层部分岩心的蠕变实验数据,对建立的改进西原模型进行验证,表明该模型能够很好地反映出岩石的蠕变特性,尤其是在岩石所受荷载大于长期强度的情况下,对凸显岩石加速蠕变阶段效果明显。该改进西原模型的提出可为进一步揭示岩石蠕变的客观规律提供理论依据。

湖相页岩水平井井壁稳定机理及钻井液安全密度窗口--以四川盆地侏罗系大安寨段为例

近期中石化、中石油相继在四川盆地侏罗系湖相页岩中取得了油气勘探突破,泰页1井、平安1井、龙安1井均在页岩段获得工业油气流,进一步展示了湖相页岩的油气勘探开发潜力。四川盆地湖相页岩是我国页岩油气勘探的重点方向,但页岩水平井井壁失稳风险较高,容易发生井壁坍塌、卡钻和埋钻事故,严重制约了水平井钻井提速提效和安全钻井。为了厘清湖相页岩的井壁稳定机理,以四川盆地侏罗系大安寨段湖相页岩为研究对象,系统开展了页岩矿物组成、微观结构、理化性能、岩石力学等测试分析,建立了钻井液安全密度窗口评价模型,分析了大安寨段页岩地层的井壁稳定性,并在N2H井验证了井壁稳定机理和钻井液安全密度窗口评价结果的准确性。研究结果表明:①大安寨段湖相页岩主要是应力集中过高、强度各向异性及钻井液穿透进入弱面造成的力学失稳,需要重视钻井液物理封堵性能;②直井和小角度定向井稳定性最好,井斜角超过45°后坍塌压力急剧增加;③沿最大水平地应力的水平井坍塌压力低、破裂压力高,井壁稳定性好,但不利于压裂;④沿最小水平地应力的水平井坍塌压力高、破裂压力低,井壁稳定性差,但有利于压裂。结论认为,N2H井安全密度窗口下限和上限分别为1.91~1.98 g/cm^(3)(均值为1.94 g/cm^(3))、2.37~2.55 g/cm^(3)(均值为2.45 g/cm^(3)),推荐油基钻井液密度介于2.05~2.30 g/cm^(3),预测结果与实钻情况吻合较好;该研究成果可以为大安寨段湖相页岩水平井井壁失稳防治、水平井钻井设计和施工提供有效的指导。

油管套管抗内压强度计算研究

高温高压高含硫气井中的油管、套管一旦爆裂失效,将可能导致油套串通,甚至含硫气体串出地面,危害性较大。因此,在油管、套管强度设计中,不但要合理地计算出最小的抗内压屈服强度,而且还要准确地预测出极限强度即爆裂强度。针对API Bulletin 5C3:1994屈服计算公式存在的不足以及ISO/TR 10400:2007爆裂强度计算模型计算精度不够理想的问题,根据屈强比(Y/T)对油管、套管爆裂失效强度影响规律,提出了具有更高精度的油管、套管抗内压爆裂计算新模型,通过与试验数据计算对比,证明了新模型的可靠性和合理性,对优化"三高"气井油管、套管抗内压强度设计提供了新的参考依据。

新型抗扭转冲击结构锥形齿PDC钻头的研发与应用

川东地区二叠系长兴组含硅质及燧石结核,可钻性极差,属区域性提速瓶颈地层,近年来优选了多个国内外厂家的PDC钻头开展钻井提速试验,平均机械钻速仅为1. 5 m/h,单只进尺不足120 m。文章根据二叠系长兴组地层的岩石力学分析结果,运用硬夹层的切削结构设计、抗涡动布齿设计、力平衡设计、水力结构设计等技术,研发了一种以抗扭转冲击结构为主体的锥形切削齿PDC钻头,现场试验证明该钻头对二叠系长兴组难钻地层适应性强,平均单只钻头进尺和平均机械钻速同比国产钻头、进口PDC钻头均有大幅提高,提速效果显著,为该区难钻地层提速提供了一种新的技术手段。

川西地区复杂超深井钻井技术

四川盆地川西地区超深井普遍存在多压力系统、多套管必封点、大尺寸井眼长、局部地层可钻性差、研磨性强、深部地层高温、高压、高含硫和窄安全密度窗口等技术难点,井下易发生溢、漏、垮、卡多种复杂及故障,钻井速度慢,整体钻井周期长,严重影响深层高产气藏的效益化勘探开发。研究人员通过开展井身结构优化与高效承压堵漏技术的研究攻关,拓展形成适用于四川盆地川西地区超深井钻井的非标井身结构1套,发展出以"个性化钻头+长寿命井下工具+优质钻井液体系+精细控压钻井"为核心的超深井钻井提速提效综合技术,建立了川庆钻井工程技术信息一体化系统,实现了川西北地区复杂超深井钻井速度成倍提高,井下复杂和故障得到有效控制,钻井周期大幅缩短,大大加快了四川油气田川西地区深层气藏的整体勘探开发进程,对国内其他类似地区深井超深井钻井具有良好的借鉴意义。

基于测井曲线和灰色关联度的楼探井区钻头选型方法

优选与地层抗钻特性相适应的钻头是提高钻井机械钻速的重要技术保证。在获知各厂家钻头结构特征的基础上精准优选钻头,不但要考虑不同埋深所对应的地质力学环境下地层的可钻性、研磨性、硬度和抗剪强度及其非均质各向异性等影响因素,而且要采用简捷合理的自动选型数学方法。为此,首先利用测井资料建立岩石抗压强度、抗剪强度、硬度、可钻性和研磨性等多个抗钻参数的连续剖面,并采用灰色关联主控变量分析法提取这些抗钻参数中的敏感参数,结合实际使用的高效钻头,建立与地层抗钻参数相匹配的钻头数据库及选型模式。然后,采用灰色关联法进行多口井钻井地质剖面的钻头类型自动优选,推荐适合钻井作业的有效钻头类型。将该技术应用于四川东部楼探井区的新井钻井实践中,提速效果明显,具有推广应用价值。

近平衡压力固井技术在超深易漏失井的应用--以五探1井?168.3mm尾管固井为例

五探1井是部署在四川盆地川东地区下古生界-震旦系勘探新领域的一口重点风险探井,完钻井深8060 m。该井六开采用?190.5 mm钻头从6600 m钻进至7288 m,高台组-灯影组顶,下?168.3 mm尾管固井封隔5180~7288 m井段,钻井过程中高台组、龙王庙组、沧浪铺组均发生过井漏,地层承压能力仅1.65 g/cm^3,套管重合段环空间隙仅12.69 mm,环空摩阻大,给?168.3 mm尾管固井带来了巨大挑战。通过优选3M空心玻璃微珠、高温增强材料DRB-2S等关键材料,形成1.57 g/cm^3低密度高强度韧性防窜水泥浆体系,优化浆柱结构与施工排量,使井筒薄弱点处(7016.3 m)最大动态当量密度不超过该处地层承压能力,实现近平衡压力条件下一次性上返固井。应用结果表明:五探1井?168.3 mm尾管固井质量好,试压合格,该方法能够提高超深易漏井段的尾管固井质量,有利于改善后期高压气井试油安全作业的井筒条件,为类似易漏失井固井提供了良好的经验借鉴。

KS9号构造超深井钻井提速配套技术

克拉苏构造带9号构造超深井钻探面临诸多挑战：盐上地层构造高陡、砾石层发育、可钻性差；气藏上覆巨厚盐层、膏泥岩层，盐层埋藏深达4500～6500m，常伴随高压盐水；盐下目的层白垩系研磨性极强、可钻性差、裂缝发育，易漏，易掉块卡钻。通过个性化钻头、垂直钻井系统、涡轮钻具配合孕镶钻头、油基钻井液体系研究与应用，克服了克拉苏构造带钻井工程遇到的一系列难题，实现了快速钻井的目标。

HT区块超深含硫井压回法压井技术应用研究

超深井深部产层往往具有高含硫、高压、高温等"三高"特征,钻遇溢流井涌后风险巨大。压回法压井技术是利用原钻井液将溢流体迅速压回地层,使得硫化氢等酸性有毒气体不再溢出井筒,保证了作业人员的人身安全,井控装备被快速腐蚀失效,大大降低造成重大恶性事故的风险概率。文章开展了压回法压井技术适应性,必要条件和所需装备的研究,以HT区块某井为例,进行了压回法压井技术实例分析,为现场工程技术人员压井提供有益借鉴和指导。

基于煤岩蠕变力学实验的西原模型改进与分析

在煤层气钻采和煤炭开采过程中,由煤岩蠕变引起的工程失稳现象时有发生,严重制约了煤层气与煤炭资源的勘探和开发。为深入探讨煤岩的蠕变规律,利用我国煤层气钻采和煤炭开采主要地区-山西晋城地区煤岩进行了蠕变力学实验研究,分析不同轴向荷载条件下煤岩应变与时间的关系。并根据该地区煤岩的蠕变力学特性,构建了适合于该地区的改进西原模型及相应的本构方程。通过实验验证与对比分析:改进的西原模型能更好的反映该地区煤岩蠕变特征,尤其是煤岩所受荷载大于长期强度时效果有显著提升。

昭通页岩气区块超长水平井快速钻井技术

超长水平段水平井已经成为目前提高页岩气单井产量,减小单井成本,增加开采综合效益的关键技术手段。文章通过开展国内外页岩气超长水平段水平井技术调研与分析,结合试验区域技术难点,开展了井身结构、井眼轨迹优化设计与控制、页岩段钻头专项研制、强化钻井参数及油基钻井液多方面的技术试验与应用,初步形成以"个性化钻头+配套钻井提速工具+优质钻井液体系"为主体的页岩气井超长水平段快速钻井技术,Z区域单井水平段长度达到2810m,钻井速度较前期已钻邻井提高50%以上,钻井周期同比缩短12d,实现了单井效益大幅度提高,形成的系列技术对于我国其他区域超长水平段页岩气钻井具有较强的指导意义。

川西地区超深小井眼安全快速钻井技术

川西地区双鱼石、九龙山等重点构造中深部地层地质环境恶劣,存在高温、高压及多压力系统并存等钻井难点,为确保中深部地层多个复杂层位被完全封隔,安全钻进至目的层位,设计采用较复杂的五开或者六开非常规井身结构,目的层一般采用Ф149.2mm、Ф139.7mm小井眼钻进。实钻过程中该段钻井面临小井眼钻具组合限制、井控风险高及钻井提速难等技术难点,通过开展钻具组合优化、钻井及井控相关装备升级改造、抗高温低粘切钻井液技术攻关,初步形成了适宜于该区小井眼钻进的安全快速钻井技术,小井眼段井下故障复杂大幅降低,有效保证了川西地区超深井钻达地质目标,同时对四川油气田其他区域超深井小井眼钻井作业具有一定的指导意义。

深井安全钻井设计中建立漏失压力曲线的探讨

四川油气田海相深部地层地质环境复杂,油气显示丰富,地层压力预测难度大,实钻易发生严重的溢漏同存井下复杂,钻井井控风险极高。文章通过引入深部易漏地层漏失压力的概念,结合JLS区块飞仙关-茅口组地质特征及井下溢漏复杂实际情况,探索出符合实际作业情况的漏失压差与漏失速率关系曲线,并由此建立了漏失压力曲线计算模型,初步形成了以地层坍塌压力、孔隙压力、漏失压力及破裂压力的四压力剖面分析方法,在试验应用的2口井中大幅减少了井下复杂,对深井复杂地层安全钻井设计有较强的指导意义。