超深井钻柱粘滑振动特征的测量与分析

粘滑振动是引起钻具失效、影响钻井时效的复杂振动形式,国内外学者对其产生机理进行了大量研究,但至今没有定论。采用ESM钻柱振动测量工具测量了某超深井井下钻柱的三轴加速度,通过分析三轴加速度的特征,研究了井下钻柱的粘滑振动特征。结果表明:实测井段发生了大量的粘滑振动,粘滑振动频率约为0.11Hz,粘滑振动周期约为9.0s,粘滞时长达4.0s,滑脱阶段井下钻柱转速最大达330.0r/min,约为地面转速的2.75倍;粘滑振动与地面测量扭矩波动具有很好的对应关系,说明可以通过地面测量扭矩特征初步判断井下钻柱是否产生粘滑振动。频域分析结果表明,当发生滑脱运动时,径向加速度的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值最大,同时还包含横向共振频率和与井壁接触产生的外激励频率等,但轴向振动的频谱中粘滑振动频率对应的能量幅值较小,表明钻柱粘滑振动过程中扭转振动最为突出,并存在强烈的横向振动和较弱的轴向振动。研究结果对描述粘滑振动的特征、判断超深井钻井过程是否发生粘滑振动和及时采取消除粘滑振动技术措施具有指导作用。

塔北地区深井钻井提速配套技术及其应用效果

塔北地区目前是塔里木盆地增加油气储量的重点区域,然而该区储层埋藏深,上部地层倾角较大、下部地层可钻性差,导致机械钻速低、钻井周期长。为此,重点在近4 100m进尺的241.3mm井眼段以提高机械钻速和行程钻速为目标,采集该区3口井的侏罗系—奥陶系的岩心来测定地层可钻级值等岩石力学参数,试验优选出适应的高效提速技术措施:上部新近系—三叠系井段采用抗高温等壁厚X-treme螺杆配合PDC钻头复合钻进,下部三叠系—奥陶系井段采用扭力冲击器TorkBuster配合专用PDC钻头钻进。试验结果表明,上述两种技术的结合使用大幅度提高了第二次钻进的241.3mm井段的机械钻速。井深达6 785m的9号直井全井平均机械钻速达到了10.69m/h,较邻井9-2号井的6.72m/h提高了59.07%;钻井周期仅55d,较邻井9-2号井钻井周期减少了33.46d,下降幅度达37.83%;目前,该技术已在塔北地区得到了推广应用。

库车前陆盆地超深井全井筒提速技术

库车前陆盆地90％油气资源集中在深层和超深层，但该区块地质条件复杂，油气埋藏深（5000～8000m）、温度高（100～178℃）、压力大（100～140MPa）。上部地层为高陡构造，普遍发育巨厚砾石层，防斜打快矛盾突出；中下部大段复合盐膏层、高压盐水层（2．4～2．6g／cm2）和低压漏失层并存，压力系统多变，作业风险高；储层岩石研磨性高，带来了机械钻速低等一系列技术难题。针对上部高陡构造钻井问题，引进垂直钻井系统，改进控制系统原件，建立了垂直钻井标准作业程序，同时基于岩石可钻性分析和垂直钻井系统受力特点，建立砾石层钻头优选原则：（1）在整个保径部分上必须镶有侧向切削齿，并且保径部分越短，越适合造斜和降斜；（2）外锥部位越短（并且有侧向切削能力），越适合造斜和降斜；（3）内锥的形态越浅，越适合造斜和降斜。针对复合盐膏岩地层问题，通过室内实验优化油基钻井液水油配比，将油水比从引进时的95：5降低至80：20，大幅降低成本，同时建立油基钻井液中转处理站，配套废弃物处理技术，对油基钻井液进行回收利用，一方面降低成本，另一方面保证废弃物达到环保要求。针对储层地层研磨性强、可钻性差的特点，引进国外涡轮钻具和ONYX360钻头并开展现场试验，孕镶金刚石钻头来对抗岩石的高研磨性，ONYX360钻头是在普通金刚石钻头研磨性要求高的地方安装可以旋转的金刚石复合片，保证钻头的切削能力。在以上关键技术的组合下，最终形成库车前陆盆地超深井全井筒提速技术，克深一大北区块钻井周期由2011年的456．6天（平均井深6690m）降到2014年的267天（平均井深6485m）。

库车坳陷东段差异构造变形特征及控制因素

库车坳陷东段不同构造带几何学变形特征和演化过程有所差异,依据最新的地震资料解释成果,对坳陷东段吐格尔明和东秋里塔格2个构造带的构造变形特征进行对比,在此基础上,结合生长地层特征和区域动力环境的转变讨论2个不同构造带的差异演化过程,并对其控制因素进行分析。结果表明:吐格尔明构造带为在古生代凸起和基底断裂基础上经后期构造活动改造而发育的断裂上盘断隆背斜,盐构造发育较少,整体上表现为均一构造变形;东秋里塔格构造带主要构造变形发生在新近纪以来,盐构造较为发育,分层收缩构造变形特征显著。导致这种差异的主要因素为各构造带遭受的应力、先存构造和盐岩沉积厚度不同。

多功能防窜水泥浆体系研究与应用

为解决固井后初次气窜问题,从阻止气体发生界面窜流和基体内窜流入手,提出了短静胶凝强度过渡时间、高气侵阻力、低体积收缩率防窜水泥浆体系设计思想。以此作为指导思想开展室内实验,通过添加防窜剂A1和A2优化水泥浆性能,对比2#成熟防窜水泥浆体系和3#普通水泥浆体系的3个防窜关键性能参数,结果表明:设计出的1#多功能防窜水泥浆体系防窜性能更为优良。1#水泥浆在高压气井D2–7获得成功应用,固井合格率达到了88%,后期生产作业也未发现环空带压现象。

塔里木盆地深层中-高渗砂岩储层钻井完井损害评价

针对塔里木盆地A区块深层中孔中-高渗砂岩储层钻井完井过程中储层损害严重的问题,基于储层地质特征分析了潜在的储层损害因素,通过室内损害评价试验和钻井液侵入深度数值模拟评价了储层损害的程度,分析了储层损害的机理,探讨了储层损害控制原则。试验结果为:储层流体敏感性损害率为11%~34%,总体较弱;钻井液损害较严重,钻井液动态损害储层岩样的渗透率恢复率为35%~70%,钻井液滤液静态损害储层岩样的损害率为28%~47%;钻井周期内钻井液滤液侵入储层的深度可达几十米。研究结果表明,钻井液固相颗粒粒径偏小和深层高温下屏蔽暂堵材料的磨蚀粒度降级导致滤饼暂堵能力和承压能力不足,引发固相堵塞和钻井液与地层流体的不配伍反应,造成了A区块深层中-高渗砂岩储层损害。研究成果可为制定深层中孔中-高渗砂岩储层损害控制原则及配套技术措施提供依据。

塔里木博孜区块超深井自动垂直钻井难点与技术对策

塔里木盆地博孜区块属于典型的山前高陡构造,地层倾角大、自然造斜能力强、防斜打直难,采用常规的防斜打直技术难以保证井斜控制效果。为此,分析了自动垂直钻井技术在博孜区块超深井的应用难点,针对博孜区块上部砾岩地层的井下钻具振动大、防斜打直难等情况,开展了减振优化、超深井信号传输和防斜打直工艺优化等方面的技术研究。BZ1501井一开198~417及565~1000 m井段应用了自动垂直钻井系统,两趟钻累计工作循环时间281 h,平均机械钻速2.43 m/h,井斜角0.2°,与该井应用常规钟摆钻具组合及BZ18井应用自动垂直钻井系统相比,工作寿命长,机械钻速快,井斜控制效果好。现场应用表明,超深井防斜打直钻井技术在塔里木博孜区块的钻井提速效果较好,可以在该区块推广应用。

迪那3区块致密砂岩气藏损害机理及储层保护技术

迪那3区块致密砂岩气藏属于典型的低孔、特低渗碎屑岩储层,初始含水饱和度低,非均质性严重,裂缝发育,黏土矿物含量较高,该区块原用钾聚磺体系对迪那区块气藏造成一定的伤害,储层保护效果亟待提高。在分析迪那2及迪那3区块致密砂岩气藏特征及损害机理的基础上,确定钾聚磺体系损害气藏机理为水敏、应力敏感、漏失、毛管力效应及相圈闭损害。通过研制可酸化防漏堵漏材料及防水锁剂,对现用的钾聚磺体系进行改进,形成了一套保护致密砂岩气藏储层的钻井完井液体系,该体系流变性良好,滤失量明显降低,渗透率恢复值大幅提高,储层保护效果明显。

深井盐膏及盐水地层固井隔离液体系研究

目前国内深井多钻遇盐膏和盐水地层,常用隔离液体系抗温和抗盐能力较差,温度超过100℃时,在低浓度盐作用下体系失稳沉降严重,易造成固井施工复杂,注替安全隐患极大。选用一种多糖聚合物作为高温抗盐悬浮稳定剂,辅以耐盐的降失水剂及流型调节剂,研制了一套高温抗盐隔离液体系。该体系在钠盐、钙盐和镁盐溶液中均能保持稳定的性能;使用温度可达140℃;具有较好的密度调控能力,在1.3～2.4g/cm3可调;且与常规钻井液、水泥浆具有较好的相容性。该套体系有望应用在深井超深井及盐膏地层、复合盐岩层和盐水地层固井注水泥作业中。

某井特殊螺纹套管脱扣和粘扣原因分析

对某井φ177.8mm×10.36mm 110特殊螺纹接头套管脱扣和粘扣原因进行了分析,认为套管是在严重粘扣之后才发生脱扣的,套管严重粘扣主要与下井操作不当有关。在套管起吊过程中没有螺纹保护器保护的套管接头螺纹、扭矩台肩和密封面容易被损伤,不使用对扣器直接对扣容易导致偏斜对扣;不引扣而直接开动套管钳高速上扣很容易导致粘扣和错扣;一旦严重粘扣和错扣,套管接头连接强度就会大幅度下降,最终导致套管在上提过程中发生脱扣事故。

塔里木盆地超深井311.2mm井眼钻柱动力学特性及参数设计

当前超深井钻柱安全性评价仍采用静力学方法,无法合理描述钻柱的动态安全性。通过建立超深井钻柱的动力学模型,并利用节点迭代方法和Newmark方法对其进行离散和求解,随后在分析钻柱动力学特性的基础上,利用动态应力求得钻柱的动态安全系数。通过不同钻压、转速条件下计算钻柱的动态安全系数,较好地确定了钻柱的合理工作参数范围。以塔标1井身结构三开井眼为例,得到了塔里木盆地超深井311.2 mm井眼所用钻柱的合理工作参数。

无安全压力窗口裂缝性地层五步压回法压井方法

采用常规压井方法处理无安全压力窗口裂缝性地层气侵时存在一压即漏、漏完仍喷的问题,为解决该问题,基于安全控制井筒压力并重建安全压力窗口的指导思想,提出了五步压回法压井方法。介绍了五步压回法压井的基本原理和挤压转向、平稳压回、逐步刹车、吊灌稳压和堵漏承压5个步骤,给出了压井液排量、漏失压差、井口套压和安全压力窗口等关键参数的计算方法。五步压回法压井方法自2006年开始在塔里木油田推广应用以来,控制了1 138井次溢流和38次井控险情,大大提高了压井成功率。研究结果表明,五步压回法压井方法能有效控制井筒压力,实现喷漏同存裂缝性地层的安全钻进。

塔中岩石可钻性剖面建立和钻头选型研究

针对塔中地区深井构造特征,利用综合资料法(包括地震、测井、钻井和实验室资料等)进行地层抗钻特性评价、岩性预测和地层可钻性剖面的研究,得出地层的抗压强度、抗剪强度、硬度、研磨性、牙轮和PDC钻头的可钻性级值等力学参数,建立塔中Ⅰ号断裂带可钻性剖面。对101口井实钻钻头使用情况进行分析,结合地层可钻性剖面优选钻头类型。现场试验取得良好效果,证明该措施经济实用,能够有效提高深井机械钻速。

DN2-6井套管压力升高及油管接头粘扣原因分析

对DN2-6井套管压力升高原因进行了系统调查研究,对起出的油管接头逐根进行检查,发现1根油管穿孔、多根油管粘扣,并对油管粘扣原因也进行了分析。结果表明:套管压力升高的原因主要是由油管穿孔所致;油管粘扣的原因主要是由对扣操作不当所致;粘扣会降低油管接头的密封能力,但该井粘扣的油管接头并没有发生泄漏,其原因是在油管穿孔泄漏之后,油管柱所受的内压很小,没有达到粘扣油管接头的泄漏抗力。

一种新的高温高压流变性分析模型

钻井液流变性的准确分析与流变参数的准确计算一直是钻井水力分析与计算的基础,是提高井底压力计算精度的重要研究内容。基于高温高压流变实验数据,分析了旋转黏度计300 r/min和600 r/min下测量剪切应力随温度、压力的变化规律;进而建立了适用于各转速下高温高压(HTHP)剪切应力的通用预测模型,并给出了HTHP剪切速率预测模型系数的通用求解步骤。最后采用HTHP剪切应力预测模型对墨西哥湾一口实验井的合成基钻井液(屈服假塑性钻井液)进行了分析,同样具有很好的预测效果,表明该模型具有较广泛的适用性,可为高温高压井井底压力计算提供较为准确的HTHP流变参数。

库车山前超深井储层钻井提速技术研究与应用

库车山前储层埋藏深、岩石抗压强度高、研磨性强,导致储层钻井效率低、周期长。为此,开展了储层岩石抗压强度和可钻性研究。研究中,克深气田-大北气田储层巴二、巴三段岩石平均单轴抗压强度大于125 MPa,可钻性级值大于12。根据储层岩石特征优选高速涡轮配合孕镶钻头和ONYX360钻头这2种高效破岩技术,开展现场提速试验,并分层段制定了储层提速技术方案。现场应用结果表明:储层钻井提速技术的应用大幅提高了储层钻井效率,与2013年相比,2016年完井储层钻头平均进尺和机械钻速分别提高50.0%和43.9%,钻井周期缩短了32.5%,钻头用量减少了44.6%。该技术对加快库车山前天然气勘探开发和产能建设具有重要意义。

HXA7-7定向井套管泄漏原因分析

HXA7-7定向井在固井过程中发生套管泄漏失效事故。采用体积法进行迟到时间试验,并对套管柱进行测井检查,分析了该定向井套管泄漏的原因。结果表明:HXA7-7定向井套管存在原始缺陷,在固井过程中原始缺陷扩展并穿透井壁,最终导致套管泄漏。

某井114.3mm油管接箍破裂原因分析

通过化学成分分析、力学性能测试、宏观和微观检验,对某井114.3mm油管接箍破裂事故进行了调查研究。结果表明:油管接箍在工厂镀铜之前就存在原始轧制裂纹,在正常使用过程中从原始裂纹位置发生了断裂。为了防止类似事故再次发生,要求对该批油管进行返修,不允许修复油管存在裂纹、发纹、折叠等缺陷。

超级13Cr马氏体不锈钢油管表面缺陷原因分析

通过宏观检验、化学成分分析、金相检验和力学性能测试等方法,对超级13Cr马氏体不锈钢油管表面缺陷的形成原因进行了分析。结果表明:油管表面缺陷为折叠裂纹和轧制沟槽,其产生原因主要是工厂轧制工艺不当所致。针对该表面缺陷对油管使用寿命的影响、油管表面缺陷的修磨和检验标准等进行了探讨,建议严格油管表面质量验收标准。

致密地层井壁失稳的孔隙弹性动力学机理研究

传统井壁失稳力学机制研究主要采用弹塑性静力学和孔隙弹性模型,忽略了井眼钻开瞬间引起的孔隙弹性动力学效应,无法解释超低渗透地层井壁围岩破坏的本质。本文基于Biot多孔介质弹性动力学理论,建立了多孔弹性地层各向异性应力场中井壁瞬时失稳力学模型,借助傅里叶变换将二维非均匀地应力场控制方程组分解为两个一维问题,分析了数值求解的收敛条件,模拟了井壁瞬时破坏动态演化过程及多孔弹性无因次参数对瞬时破坏的影响。研究表明,新模型计算出的井周孔隙压力场、有效应力场及切向与径向的有效应力差比经典孔隙弹性力学解大,在最小地应力方位井壁围岩易发生剪切破坏且破坏区域随时间增大,岩石孔隙流体饱和度对井壁瞬时失稳影响最大,饱和流体越多,井壁围岩失稳风险越高。本文所建立的孔隙弹性动力学模型为井壁失稳机理分析、井筒液柱压力设计提供了科学基础,并对超低渗透致密储层井壁失稳控制具有重要的工程意义。