空气钻井井斜控制问题的探讨

玉门青西油田地层岩性不均,岩性变化频繁,地层极硬,研磨性极强,可钻性差,机械钻速较低,造成全井钻井速度较慢。为了提高机械钻速,在窿9井等4口井试验了空气钻井,大幅度地提高机械钻速,但出现空气钻井井斜不易控制的问题。文中阐述和分析了影响空气钻井可控因素和不可控因素对井斜影响的机理;阐述了空气锤防斜技术,分析了空气锤在窿15井试验未起到防斜的原因,对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。

空气钻井在玉门青西油田的应用

在玉门青西油田进行了4口井次空气钻井试验，与常规的泥浆钻井技术相比，空气钻井可以显著地提高机械钻速。与相应的邻井相比，机械钻速提高了1～5倍。介绍了空气钻井的优越性和缺陷性，空气钻井设备、空气钻井实施要点和空气钻井作业步骤。

青西油田空气钻井井眼稳定问题的探讨

窿15井、Q2-33和Q2-17井的空气钻井试验证明,空气钻井能大幅度地提高青西油田机械钻速,但在试验中出现井眼不稳定的问题。文中主要对青西油田地层特性和空气钻井井壁不稳定因素进行了阐述和分析,分析了青西油田Q2-33井空气钻井遇到的井眼不稳定问题,提高了对空气钻井井眼不稳定的问题的认识,对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。

用价值工程法优选钻机

把现代管理技术同钻井技术相结合,提出又一种选择钻机的方法,即价值工程法。用此法计算出各型钻机功能价值系数之后,通过比较它们的大小来优选钻机。

稳定泡沫钻井流体抑制性研究

在泥页岩地层进行稳定泡沫钻井施工时,为防止地层坍塌和卡钻,通常在循环流体中要加入抑制剂。对各种类型用于泥浆钻井液的抑制剂进行了试验评价,评选出适合泡沫钻井与发泡剂FP2相匹配的抑制剂,在此基础上对泡沫流体的结构、与井壁的相互作用及其抑制性机理进行分析,为今后泡沫钻井流体的抑制剂选择提供了一种思路。

玉门青西油田岩石可钻性变化规律的探讨

针对玉门青西油田岩石可钻性差 ,给钻井工程带来很大难度的情况下 ,为提高钻井速度 ,降低钻井周期 ,对已钻井的岩心进行室内岩石可钻性测定并对测井资料进行了岩石可钻性解释、处理和分析 ,建立了纵向地层岩石可钻性剖面 。

玉门青西油田钻头的优选及应用

针对玉门青西油田地层复杂性,分析了青西地区地层可钻性和已钻井的钻头使用情况,并提出与地层相适应的钻头类型,设计并试验个性化的PDC钻头和进口牙轮钻头,在两口试验井中取得了明显效果,提高了机械钻速,缩短了钻井周期。

预防页岩气套变的橡胶组合套管研制及其抗剪切性能评价

页岩气是目前天然气勘探开发的重点和热点,但页岩气在开发过程中经常会遇到套管变形问题,套管变形不仅影响单井产量,还将缩短井筒生命周期,严重制约着我国页岩气的规模效益开发。为此,利用橡胶吸收裂缝/断层的滑动位移原理,创新设计了一种橡胶组合套管;在综合套管变形量、橡胶膨胀率、下套管摩阻、水泥浆通道和吸水膨胀效率等因素基础上,优选了橡胶胶种,设计橡胶筒成槽孔结构;并利用物理模拟试验系统对橡胶组合套管进行了抗剪切试验,最后利用ABAQUS有限元软件建立了橡胶组合套管位移加载三维力学模型,评价了橡胶组合套管的抗剪切能力。研究结果表明:①膨胀橡胶通过变形和破碎吸收了地层位移载荷,保护了套管,吸收地层滑动量可达到37.2~40.0 mm;②当橡胶筒厚度增加时,套管的变形量随之减小,当橡胶筒厚度达到21.7 mm时,橡胶可以完全吸收施加的位移,避免套管发生变形。结论认为,橡胶组合套管可以有效吸收裂缝/断层的滑动位移,从而保护了内层套管不受影响,进而提高了页岩气井的压裂施工效率,缩短了投产周期,可为我国页岩气的效益开发提供重要的技术支撑。

基于地质力学的裂缝性储层水平井井眼方位优化

由于裂缝性储层裂缝发育,裂缝性储层水平井与常规储层水平井相比,优化水平井井眼方位需要考虑的因素更多,也更为复杂。文中以地质力学为基础,在优选裂缝性储层水平井井眼方位的同时,考虑天然裂缝分布、天然裂缝的激发和井眼稳定性,从地质、钻井和压裂的角度出发,采用理论研究和数值模拟,形成了裂缝性储层水平井井眼方位优化方法。首先,根据井壁成像数据对天然裂缝分布进行统计分析,选择天然裂缝发育的方位;其次,通过建立天然裂缝面的应力模型,计算在一定压裂压力下容易滑动的天然裂缝方位;最后,通过建立裂缝性储层的井眼稳定模型,计算出在确定的方位范围内井眼相对稳定的方位作为优选的水平井方位。优选的裂缝性储层井眼稳定方位既有利于压裂裂缝与天然裂缝沟通,又相对容易激发天然裂缝,且井眼相对稳定,对于提高单井产量、减少工程复杂有重要作用。

气体钻井关键点携岩机理的研究

气体钻井能够有效地提高机械钻速,但在关键点处携岩问题成为气体钻井发展主要问题之一。气体钻井过程中,由于在关键点处截面积突然增大,使得岩屑不易带出地面,严重影响携岩效率,导致卡钻等井下复杂情况发生。文章基于流体力学局部损失理论和岩屑扰动带高度基础上,对气体钻井过程中的关键点携岩基本规律和有关理论计算方法进行了研究。解释了气体钻井过程中影响关键点携岩能力的面积变化和流速等相关因素,为钻井设计和施工提供了相关的理论。

页岩力学参数各向异性研究

页岩气开发过程中钻遇的页岩储层,由于其层理构造具有明显的各向异性,开展相关研究对钻井和储层改造是十分重要的。分析认为,可以假设页岩为横观各向同性介质,并从横观各向同性应力应变关系的坐标变换出发,能够推导出层理性页岩方向性的弹性模量、泊松比与垂直层理、平行层理方向弹性常数的关系。通过不同层理倾角页岩岩样的单轴压缩实验和超声波实验测量岩样的抗压强度、动静态弹性模量和动静态泊松比,研究了页岩层理对其力学参数的影响。实验和理论计算结果均表明:将层理页岩看做横观各向同性介质在力学上是相对准确的;垂直层理方向的弹性模量和泊松比小于平行层理方向的弹性模量和泊松比;动态弹性参数的各向异性程度强于静态弹性参数的各向异性程度;层理岩石弹性模量、泊松比随层理倾角有规律变化;根据垂直和平行层理面的弹性常数可以确定任意方向上的弹性模量和泊松比。

基于震源机制关系的长宁-威远区块套管变形分析

四川长宁-威远页岩气示范区套管变形问题突出,天然裂缝或断层是导致套管变形的主要因素。为了明确引起套管变形的裂缝或断层尺度与微地震震级之间的关系,分析了圆形断层模型的震源参数关系,建立了由断层半径、滑移距离、地震矩和矩震级等参数组成的数学模型。首先根据24臂井径测井数据或通过套管变形点的磨鞋最大直径来确定断层的滑动量(即套管变形量),然后利用该模型计算得到引起套管变形的裂缝或断层的半径和微地震震级。计算结果表明,引起长宁-威远区块套管变形的裂缝或断层的半径为100~400m,微地震距震级为2.0~3.5,这与现场实测数据吻合,表明该模型在长宁-威远区块具有一定的可靠性和实用性,也验证了套管变形机理的正确性。研究结果对于井眼轨道优化设计、压裂过程中的实时微地震监测与套管变形预防及治理具有一定的指导作用。

四川页岩气井套管变形特征及受力模式

套管变形是制约四川盆地页岩气高效开发的工程难题。鉴于此,对威远、长宁和昭通区块9口井的37处24臂井径测井数据进行统计学处理,分析了套管变形特征,总结了套管变形类型;结合野外露头、地震和测井数据,分析了页岩岩体结构特征;通过对比套管变形特征及层理页岩岩体裂缝特征,建立了套管与页岩岩体的相互作用模式。研究结果表明:剪切类型的套管变形占60%,呈现剪刀差形态,变形长度(半波长)主要在1.5~2.5 m范围,变形量(波峰)主要在5~15 mm范围;层理页岩被多组裂缝切割为块状岩体,岩体宽度介于1.2~3.1 m;地层与套管相互作用表现为多断块岩体滑动模式。研究结果为进一步定量研究套管受力大小和变形量等提供了依据,也为分析和解决套管变形问题提供了参考。

四川长宁—威远区块水力压裂引起的断层滑移和套管变形机理及防控策略

自2009年以来,在四川长宁-威远国家级页岩气示范区开始了大规模的页岩气开发,其主体技术是水平井和多段水力压裂。但是该地区30%以上的水平井在水力压裂过程中出现了套管变形,这不仅导致压裂段数减少和单井产量下降,同时亦使井的完整性出现问题从而缩短井的生命周期,严重制约着该地区页岩气的高效开发。本文针对长宁-威远地区水力压裂引起的断层滑移和套管变形机理展开研究并提出套管变形的一些防控策略。首先对长宁-威远区块的套管变形的几何特征进行了统计分析,同时结合蚂蚁体追踪的断层位置和微地震信号的时空特征分析,综合得到了该地区套管变形与水力压裂诱发的断层滑动存在相关性的结论。然后对长宁-威远地区地应力进行了描述,通过对现场滑动断层的受力分析,得到了断层滑动可能优先于水力压裂发生的可能性。介绍了压裂施工可能导致的断层稳定与不稳定滑动对套管变形的影响,分析了控制断层滑移的主控因素并提出了触发类和诱发类两种不同的断层滑动模式。分析了断层泥矿物成分对其摩擦性能及其对断层稳定性的影响,指出长宁-威远地区页岩断层泥的黏土成分小于某一临界含量值时,会表现出来速度弱化从而导致断层的不稳定滑动。最后在此基础上,提出了套管变形的一些防控策略:(1)在断层滑动引起的套管受力变形的基础上总结了套管和水泥环的材料和设计对套管变形的影响;(2)基于诱发类断层滑动研究了施工参数对断层滑移量和套管变形量的影响;(3)基于诱发类断层滑动提出断层滑动风险预测的概念方法;(4)最后综合提出了一套基于地质工程一体化的防控方案。

长宁—威远页岩气示范区套管变形机理及对策

针对四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区开发过程中出现的套管变形问题,分析了套管变形与地质特征和水力压裂施工的相关性,结果表明断层裂缝和层理(以下用裂缝代替断层裂缝和层理)发育是套管变形的内因,水力压裂是套管变形的外因。在此基础上,厘清了套管变形的机理:压裂液沿着某条通道进入天然裂缝,使裂缝内孔隙压力提高,当达到临界值时,激发天然裂缝滑动,进而造成套管变形。流体的通道可能有3条:①水力裂缝通道;②水力压裂过程中沿着井眼轴向形成的轴向裂缝;③反复压裂致使水泥环形成的微环隙。最后,提出了有针对性的预防措施:①在裂缝层理井段安装封隔器;②优化水泥浆性能,避免水泥环产生微环隙;③选择避免套管承受反复高压的压裂工艺。该研究成果可为解决页岩气套管变形问题提供指导。

四川长宁页岩气水平井压裂套管变形实例分析

选择一口典型井作套管变形实例分析。套管变形是在压裂期间发生的,压裂是套管变形的工程原因。套管变形位置接近小断层,邻井套管变形具有剪切特征,表明套管变形是由小断层滑动引起的。利用微地震监测数据和蚂蚁体追踪数据,识别小断层的倾角和倾向,根据地应力和施工压力数据分析该断层的力学活动性,结果表明应力状态满足滑动条件。分析该井固井质量数据、压裂施工曲线和微地震数据的特征,由于固井质量差,压裂时压裂液可能会突破套管和地层之间的间隙,侵入断层,最终激活断层。因此,为了避免套管变形,建议提高固井质量和避开小断层。

流体通道形成机理及在四川页岩气套管变形分析中的应用

针对四川威远-长宁页岩气区块出现的套管变形问题,提出了压裂液通过某条通道进入断层,激活断层从而造成套管变形的机理,重点研究了流体通道的形成条件,地质力学理论和实例分析表明,沿最小水平地应力方向的井眼,水力压裂过程中通常会形成轴向裂缝,从而形成井壁通道,页岩气大排量高泵压的施工条件下,层理张开并扩展,从而形成层理通道。根据套管变形机理,提出了3条有针对性的预防措施:加强地震资料解释,分析断层的位置和大小,优化井眼轨迹,降低套管变形几率,又能提高单井产量;在固井质量差的井段,控制施工压力,避免井壁产生轴向裂缝;在层理容易扩展井段,添加转向剂,改变裂缝扩展方向,既可以避免沟通断层,又可以加密裂缝网络,提高产量。该研究成果可为解决页岩气套管变形问题提供指导。

四川盆地页岩气开发套管变形一体化防控技术

针对四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区开发过程中出现的套管变形问题,提出了地质工程一体化防控技术。在流体通道—断层激活模型的基础上,结合断层滑动力学条件和定量风险评估方法(QRA),对套管变形风险段进行预测;分析断层滑动和套管相互作用的规律,用“以柔克刚”的方法对套管变形进行预防;基于套管变形井微地震特征,压裂实时监测微地震信号,对套管变形进行预警;基于流体通道和压裂模型,可通过优化压裂施工参数和多簇射孔+暂堵孔眼工艺对套管变形进行控制。综合起来,形成了钻前预测、压前预防、压裂预警和压裂控制的一体化套管变形防控策略,为解决页岩气开发套管变形问题提供了依据。

地质导向软件发展现状、趋势及国产化建议

通过地质导向软件精确控制水平井井眼轨迹是提高储层钻遇率、高效开发非常规油气田的关键。通过文献调研,综述了国内外地质导向软件发展及应用现状,探讨了地质导向软件的关键模块和实现模块功能算法,并针对国内实际情况,给出地质导向软件国产化发展建议;综合勘探开发实际需求和科技发展方向,分析了地质导向软件的未来趋势。

国外石油钻井软件的发展现状

在钻井工程设计软件方面,国外从20世纪80年代开始研究,目前已推出多种商业化的软件产品。这些钻井工程软件系列全、覆盖面广,经过长期现场应用改进,模型计算准确、运行稳定,用户认可程度高。文章详细阐述了Landmark、Drilling Office、Paradigm、DrillNET等几款主流钻井软件产品,以及部分针对特殊工艺的专业钻井软件的功能特点和特色技术,分析了我国钻井软件研发与国外的差距,指出开发具有自主知识产权的产品已势在必行,今后发展趋势应是信息集成一体化、三维可视化和钻井智能化。