老君庙油田复杂地层井眼优化高效钻井技术研究与应用

老君庙油田浅层钻井工作通过狠抓科技创新和技术管理,钻井技术水平呈跨越式提升,各项经济技术指标得到全面提升。近几年通过各项技术有效控制了卡、缩、塌、漏、喷等事故复杂。但是在控制住复杂的同时,对于复杂地层的提速增效还有待加强,井眼轨迹的持续优化也是我们下一步研究的重点,文章通过现场的实践,得出了一些有效的提速增效工艺措施。

基于钻井节能减排的井眼尺寸精细优化与试验

为了寻求钻井节能减排途径,突破石油钻井行业钻头与套管尺寸匹配系列,结合长庆致密油气田开发井身结构现状,对井眼尺寸变化对钻井效率、井筒安全及节能降耗等方面的因素分析,提出了适合长庆致密油气田井眼尺寸与套管匹配方案。分析认为在长庆致密油气钻完井过程在现行井身结构的基础上,合理的减小井眼尺寸可以大幅度提高机械钻速、显著降低钻井能耗及钻井液钻屑废弃物排放量,现场试验应用取得良好的效果。

基于井壁稳定控制建立井眼轨迹优化预测模型

通过线性规划最优解理论及井壁剪切破坏条件,建立了井眼轨迹优化的控制方程及提出相应的数值求取方法。研究表明:当地应力大小关系满足控制方程的临界条件时,正断层作用应力区域钻直井或沿水平最小地应力方位钻水平井时,两者井壁稳定性相同,该情形也发生在逆断层作用应力区域钻直井或沿水平最大地应力方位钻水平井,此外,走滑断层作用应力区域,水平井沿水平最大或最小地应力方位钻进时,其井壁稳定性也存在相同的可能性;另外,当水平最大地应力与上覆岩层压力比一定时,水平地应力比值(σh/σH)越大,正断层作用应力区域沿水平最小地应力方位,及逆断层作用应力区域沿水平最大地应力方位钻进的最优井斜角越小,反之,走滑断层作用应力区域,水平井的最优钻进方位与水平最大地应力方位夹角越大。研究成果有助于指导现场施工高效钻进。

基于地应力特征的水平井井眼轨迹与分段压裂优化技术——以塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩储集层为例

以往的碳酸盐岩储集层水平井井眼轨迹和分段压裂优化,缺少地应力综合分析依据,无法预测储集层改造的难易程度和井周有利裂缝的沟通状况。以储集层地应力特征为基础,建立了基于波阻抗反演数据体的储集层三维地应力模型,它兼顾了裂缝带的钻遇率、井壁稳定和后期储集层改造等水平井井眼轨迹和分段压裂优化技术。此技术适用于塔里木盆地塔中地区碳酸盐岩非均质性储集层,为其水平井井眼轨迹设计和分段压裂改造提供依据。

泾河油田三维水平井井眼轨迹优化设计及应用

在规模化开发过程中,泾河油田面临井场确定困难、剩余油挖潜难度大等难题。基于泾河油田储层地质特点,应用理论计算、数值模拟等方法优化水平井三维井眼轨迹参数;轨迹剖面采用六段制、造斜率(4°~6°)/30 m、靶前距和偏移距相互匹配且不大于600 m。JH17P25井三维轨迹设计及实施结果表明,三维水平井有利于解决泾河油田开发中遇到的难题,满足摩阻和扭矩限制要求,完井管柱可安全下入,实钻轨迹及钻井指标符合设计要求。

大位移井井眼轨道优化设计

井眼轨道的选择对大位移井钻井很重要,关系到钻井设备的能力、井眼的控制、井眼的清洗、安全钻井和下套管、井下作业等。大位移井的显著特点是水平位移大,井斜角大,钻柱和套管柱在井眼内摩阻和扭矩大,因此选择合适的井眼轨迹,对于降低摩阻扭矩,确保大位移井安全钻进具有重要的意义。

三维多目标定向井井眼轨道优化设计

优化井眼轨道设计是保证井身质量,减少井下事故,降低钻井成本的关键环节之一。三维多目标定向井井眼轨道的设计方法众多,但在设计中人为主观因素较多,通常,设计出来的井眼轨道较难成为最优化的轨道。COM-PASS(兰德马克轨道设计软件)定向井软件是将非线性数学理论引入到全井井眼轨道的最优化设计中,综合了各种设计方法的优点,简化了设计程序,对于三维多目标井的设计,只需设计者提供必要的约束条件即可设计出操作性强、经济、安全的最优井眼轨道。

煤系地层坍塌压力预测与井眼轨迹优化

由于煤岩割理交错发育,采用常规井眼坍塌压力预测模型不能准确指导钻井作业,甚至有可能引发井壁失稳事故。通过分析煤岩理化性能和微观结构,确定井壁失稳类型以力学失稳为主;结合弹性力学、岩石力学、单一弱面破坏准则等理论,建立了煤岩地层水平井坍塌压力计算模型;以DB-X01井、DB-X04井与红河油田煤层段为例,根据所建模型进行井眼轨迹优化,得出最佳钻进井斜角与方位角;结合DB-X01井J2kz煤层,分析了割理产状、地应力机制以及井眼轨迹对坍塌压力的影响,为煤系地层水平井井眼轨迹优化研究提供参考。

煤层气水平井钻柱摩阻计算与优化

煤层气的开发方式主要分为多分支水平井和从式水平井,由于两种生产方式均采用了水平井,因此钻柱在钻井过程中的摩阻和托压一直是业界关注的热点,但到目前为止,该问题仍未得到有效解决。为此,文章以大吉-吉县区块的深部煤层气水平井为例,通过对全井钻柱系统建立动力学模型和应用数值仿真方法进行水平井摩阻研究。研究结果表明:钻压对煤层气水平井造斜段的摩阻影响较大,其中小井斜造斜段的摩阻与钻压成反比,大井斜造斜段的摩阻与钻压成正比,稳斜井眼段的摩阻对钻压变化不敏感;受钻柱屈曲变形的影响,水平段钻柱摩阻上升10.2%。因水平井大井斜井眼段和水平段较长,因此煤层气水平井的总摩阻整体来讲与钻压成正比。文章通过建模和数值仿真方法,揭示了深部煤层气水平井各井段摩阻对钻压的敏感性,并可根据不同钻压条件下对井眼轨迹进行了优化,以此指导现场作业,降低井下摩阻,提高机械钻速。

层理页岩水平井井眼方位优化

由于页岩气藏层理发育,页岩气藏水平井与常规油藏水平井相比,井眼不稳定问题及不易压裂问题更为突出,需要提出兼顾两者的水平井眼方位优选方法。采用理论研究和数值模拟的方法,详细分析了走滑断层地应力状态下页岩层理倾角和走向对水平井方位优化的影响。研究表明,层理倾角对水平井井眼方位优化影响很大。层理倾角较小时,页岩水平井易于压裂的方位与井眼稳定的方位是一致的,选择水平最大地应力方向或靠近水平最大地应力方向为优选方位。层理倾角较大时,页岩水平井易于压裂的方位与井眼稳定的方位几乎是相反的,需要选择维持井眼稳定要求的钻井液密度不高,且相对易于压裂的方位。层理走向对水平井井眼方位优化几乎没有影响。

DF1-1区块地质力学约束条件下井眼轨道优化研究

DF1-1底辟区是莺歌海盆地内超压流体最活跃的地带之一。底辟作用导致DF1-1区块地应力及地层压力分布十分复杂,钻井复杂情况多,风险高、井眼轨道设计难度大。在研究DF1-1区块地质地层特征及地质力学环境的基础上,详细分析了不同钻入角条件下的井眼失稳风险;以此为约束,阐述了地质力学约束对井眼轨道设计的影响。结果显示:不同走向的井眼轨道导致的钻井风险差别是巨大的。在地质力学约束下,一部分井眼轨道设计十分不合理,钻井工程风险大,可行性低。因此,在应力复杂地区,井眼轨道设计必须考虑地质力学条件的约束。

安场页岩气井眼轨道优化与地质导向技术

随着安场向斜页岩气井开发的深入,对水平井组的井眼轨迹控制技术、井间井眼轨迹的防碰绕障、防碰分析、定向仪器工具的优选及地质导向技术均提出了更高的要求。为此,针对这些问题,从井眼轨迹控制技术方法、防碰绕障分析的方法、井眼轨迹控制技术和地质导向技术入手开展分析研究,形成了相关技术优化,为安场向斜页岩气井开发提供支撑。

鄂尔多斯盆地水平井钻井井眼轨迹优化

随着鄂尔多斯盆地气田高效开发工艺的需要,对井眼轨迹的要求也在不断提高,传统的水平井包括直井段、斜井段和水平段。而水平井施工良好的关键就行确保井眼轨迹能够有效控制,尤其是当前水平井的施工普遍存在地质情况复杂等各种难点,施工过程中井眼轨迹出现偏离甚至直接导致钻井失败的问题时有发生。因此,做好水平井钻井井眼轨迹优化至关重要。基于此,本文就在鄂尔多斯盆地进行水平井钻井过程中的井眼轨迹优化措施进行了详细分析。

苏北盆地页岩油井大尺寸井眼优快钻井技术

苏北盆地阜二段页岩油是苏北老区可持续发展的重要资源接替。页岩油井通常采用两开制井身结构,大尺寸井眼最深钻达3705.38 m,大尺寸井眼段施工速度的快慢很大程度影响了页岩油井钻井周期和成本。根据大尺寸井眼提速难点,围绕“提速、提质、降本”目标,形成了包含钻井提速技术、井眼轨迹控制技术及高性能钻井液技术的大尺寸井眼优快钻井技术,平均钻井周期由初期41.5 d降至10.59 d,平均机械钻速由10.42 m/h提高至24.22 m/h,大尺寸井眼整体提速效果显著,其优快钻井技术可在后续页岩油平台井推广应用。

顺北5-5H超深Ø120.65mm小井眼水平井钻井技术

顺北特深层断溶体油藏以水平井开发为主,顺北5-5H井是该油田一口Ø120.65 mm的小井眼水平井,钻遇二叠系、志留系井漏复杂,且地层温度高、定向工具缺乏、摩阻扭矩大,导致安全成井、轨迹控制、位移延伸难度大。针对该井地层井漏复杂,优化专封井身结构,配套了防漏技术,保障了安全成井;研究配套了井眼轨道优化技术、抗高温测量工具、降摩减阻技术、位移延伸能力评估和小井眼轨迹控制技术,形成了超深Ø120.65 mm小井眼定向钻井技术。通过集成应用,顺利完成水平井钻井施工,完钻井深8520 m,丰富了超深小井眼水平井定向钻井技术,为顺北油气田特深油气藏勘探开发提供了技术支撑。

葡北油田三维大斜度平行断层近水平井轨道优化设计技术研究

为经济有效开发葡北油田剩余油,通过对地质特征的描述,分析了葡北油田大斜度平行断层近水平井钻井技术难点,在不同工况作业过程中都存在着轨迹控制难度大、施工摩擦阻力大等难题。由于地质要求开采多层,同时轨迹平行断层走势,造成设计轨道目的层扭方位,从井眼轨道设计入手,结合该区块大斜度井的特点,对轨道设计中的关键参数、轨道剖面类型等进行了优化。同时将优化结果应用于P82-S742井、P83-S742井、P74-S772井三口井的设计中,实现挖潜剩余油目的,很好地满足了地质工程要求,并为该区块后续部署井的轨道设计提供了依据。

改进SO算法在井眼轨迹测深上的应用

井眼轨迹测深一直是钻井工程中至关重要的环节,关系到钻井时效、成本等多个方面。现有算法易受到自变量较多、约束条件复杂等因素影响,从而陷入局部最优解,且计算效率不高。针对这一问题,文章引入了蛇算法(SO)并对其进行了改进,以探索井眼轨迹测深的最优阈值。文章对改进后的SO算法和其他流行算法进行了对比分析。实验数据表明,改进后的SO算法在开发性能上最大提升了6.09%,时间效率最快提高了225.82%,且在最优解精度上提高了1.27%。这些优化结果对于提高钻井效率、节约钻井成本、缩短钻井时间等方面具有重要意义。

页岩气大型丛式井三维轨道优化设计模型

我国海相页岩分布在山地、丘陵等复杂地区,要想高效绿色开采这些页岩气资源,大型丛式水平井成为了必然选择。文章结合页岩气钻采作业平台井口布局方式,建立页岩气丛式井最外侧井的井眼轨道多目标优化模型,其目标函数综合考虑了井眼轨道的势能、总长度及侧向位移这三个因素,其中井眼轨道侧向位移最大化可以满足丛式水平井大型化的实际需求。基于重庆涪陵页岩气田现场的丛式水平井数据,通过对井眼轨道多目标优化模型与传统的单目标优化模型的优化结果进行对比分析可以得知,文章建立的井眼轨道多目标优化模型能够让三维井眼轨道在较小的井眼轨道势能和长度条件下,侧向位移达到最大。研究结果表明,考虑井眼轨道侧向位移的多目标优化模型可以定量预测页岩气钻采作业平台的最大水平井布井数量,并且能更好地满足山区、丘陵等复杂地区页岩气田开采降本增效、环境保护和节约用地的实际需求。

页岩气田压裂区加密调整井绕障轨道优化设计方法

在页岩气丛式水平井设计中,针对压裂区的加密调整井井眼轨道设计需要考虑绕开已钻井压裂段影响域及压裂段影响域之间互相干扰等问题。为了快速评估加密调整井压裂段井眼轨道设计方案的合理性,运用矢量代数方法对页岩气压裂区障碍物进行了几何建模,该几何模型考虑了压裂裂缝影响域;然后根据所建立的障碍物几何模型,建立了以设计轨道总长度最短、轨道势能最小为优化目标,以轨道间防碰为约束条件的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型,并给出了判断页岩气压裂段影响域之间是否存在干扰的几何校核方法;最后依据四川盆地涪陵页岩气田现场实钻数据,对所建立的设计模型进行了验证。研究结果表明:①在压裂区,忽略压裂影响域的障碍物尺寸会被严重低估;②忽略压裂影响域,所设计出的绕障轨道可以避开老井的井眼轨迹,但是有可能会与已钻井的压裂影响域相交,进而引发钻井事故。结论认为,所建立的页岩气压裂区绕障轨道优化设计模型能够满足防碰绕障约束的要求,相应的设计计算避免了繁琐的试算和校核,并且能够实现井眼轨道设计总长度和轨道势能达到最小值的优化目标。

松辽盆地北部致密油井眼轨迹控制技术

松辽盆地北部致密油资源含量丰富,由于致密油藏埋藏普遍较深,储层物性较差,油层厚薄不均且变化较大,在钻进工程中存在井眼轨迹难以控制且不光滑、造斜段局部狗腿度偏大等难题,在进入水平段后钻具常发生螺旋屈曲,导致钻具自锁、托压和定向困难,严重影响了钻井速度和效率。因此,通过采用优化井身结构和井眼轨迹,在不同井段使用不同的钻具组合和地质导向工具,研制性能优异的钻井液体系等技术措施,提高了致密油储层的延伸长度和机械钻速,使水平段的复杂时率大幅度降低,为大庆油田致密油资源的高效开发提供了技术支持。