全过程精细控压钻完井技术研究进展及展望

为解决深部复杂地层常规钻井钻、测、固、完井各阶段漏喷复杂多、固井质量差、井控风险高等难题,在精细控压钻井技术基础上,发展形成了“钻—测—固—完井”全过程精细控压钻完井技术。本文详细介绍了国内外精细控压钻完井技术的研发、应用历程及发展现状,并剖析了该技术领域的发展趋势,即向个性化/系列化、集成化/融合化与数智化/智能化发展,逐步替代传统井控设备、走向智能井控技术;并给出了智能化发展的必经技术途径,为行业井筒压力控制技术发展提供参考。

海洋精细控压钻井技术现状及应用

随着勘探技术的进步,不断向深部地层钻进,溢漏同存、窄压力窗口、异常高压等问题突出,往往会发生喷漏卡塌等复杂情况,这些已成为安全高效钻探面临和急需解决的难题。针对上述突出问题,考虑国内海洋钻井相比陆上钻井在地质特征、井身结构、作业模式等方面的差异,以陆上精细控压装备结构及工艺原理为基础,攻关形成了适合海洋作业的小型化、模块化、高效化精细控压装备及配套工艺,尤其在RCD系统结构、精细控压节流管汇结构、自动节流管汇回压补偿工艺等方面作出较大的优化升级,目前海洋化的精细控压钻井技术在加大推广应用,成为解决裂缝性储层、浅部大井眼钻进中的喷漏难题的有效手段之一。现场应用表明,精细控压钻井技术不仅有利于保障钻完井井控安全、减少井下复杂,而且可以大幅度降低钻井作业成本,在高压、裂缝发育、易漏失的储层钻井中具有广泛的应用前景,有助于提高勘探开发效益。

精细控压钻井技术及装备研究进展

精细控压钻井技术可使复杂地层普遍存在的井涌、漏失、坍塌、卡钻等井下复杂,特别是“溢漏同存”的窄密度窗口钻井难题得到有效解决,并提高复杂地层钻井成功率,实现安全、高效、快速钻井作业。实践证明,精细控压钻井技术越来越多地体现出常规钻井技术无法比拟的技术优势。文章介绍了精细控压钻井技术及装备的发展过程,重点介绍了笔者研究团队研发的控压钻井工况模拟装置及评价方法、精细控压钻井成套装备、集“钻、录、测”于一体的控压钻井方法以及欠平衡精细控压钻井工艺技术等核心技术,分析了精细控压钻井技术现场应用效果与适用性,提出了下步发展方向。精细控压钻井技术作为一项先进钻井技术,将是未来闭环钻井技术发展的重要基础。

川庆钻探精细控压钻井技术专利战略与实践

为了打破国外技术垄断,满足国内油气勘探开发需求,川庆钻探自2007年开启精细控压钻井技术专项研究,经过10余年攻关实现了创新引领。川庆钻探从专利战略视角出发,围绕专利创造、运用与保护,在精细控压钻井领域积极探索专利战略设计、实施模式及路径。重点实施专利导航与布局、专利创造、专利保护及风险管控体系建设等举措,有效防范和规避专利侵权风险。精细控压钻井技术领域现已获专利17件(其中美国和俄罗斯专利各1件)、软件著作权7件,制定技术标准14项,并在冀东油田、川渝地区、塔里木油田、土库曼斯坦阿姆河右岸地区等国内外复杂深层油气勘探开发中大规模应用500余井次。通过实施专利战略,迫使国外重要竞争对手退出中国市场,利用技术优势和服务贸易成功进入海外市场,为企业走出国门打造深井超深井高效勘探开发利器。

微欠平衡钻井作业中精细控压钻井系统的应用

在油田开采前展开研究区地质勘测及分析十分必要,直接关系到油田开采作业安全及经济效益。在阐述精细控压钻井系统及装备的基础上,以勘探较早且基岩储层地层压力低的CK油田为例,进行了构造特征、储层特征及钻井难点的分析,使用常规欠平衡作业难以确保探井施工安全,故对精细控压钻井系统在油田微欠平衡钻井作业中的应用进行了探讨。结果表明,该技术的应用在油气发现方面取得了较好效果,并为探井钻井作业安全提供了保证。

精细控压钻井过程中溢流的模拟和控制

为了能在溢流发生的早期正确决定溢流控制方法,根据气液两相流理论,对精细控压钻井过程中的气侵全过程进行模拟,并对如何采取适当的控制方法进行研究。首先建立了描述气侵期间井筒两相流的偏微分方程组,给出了方程组的初始条件和不同气侵阶段的边界条件,并用有限差分的方法对方程组进行求解;然后模拟分析了地层压力、初始溢流量及钻井液参数对井口回压的影响;最后根据对不同参数条件下气侵的模拟,得到了以初始溢流量和溢流结束时的井口回压为输入参数的溢流控制方案图。提出的溢流控制方案图方法,能在溢流早期就决定溢流控制方式,为溢流控制争取宝贵的时间,有助于正确处理精细控压钻井过程中的溢流。研究结果可为控压钻井过程中的气侵控制提供理论依据。

精细控压钻井技术在塔中地区的应用及评价

塔中地区目的层奥陶系地质情况复杂,H2S含量极高,易喷易漏,含盐水层,钻井液密度窗口窄,钻井施工难度大。针对这一技术难题,塔里木油田公司首次引进了精细控压钻井技术,在国内首次实现了塔中Ⅰ号地区超深、超长水平段位移井的精细控压钻进。该技术的成功应用,标志着我国的钻井工艺技术水平跨上了一个新的台阶,为塔中地区精细控压钻井打下了扎实的基础,并积累了丰富的实践经验,同时也为以后在其它地区实施精细控压钻井作业提供了技术借鉴依据。

精细控压钻井技术在磨溪-高石梯海相地层应用可行性分析

四川磨溪-高石梯区块储层埋藏较深、钻井速度慢、钻井周期长、井漏复杂多、作业成本高是该区块油气勘探开发的难点。针对磨溪-高石梯海相地层裂缝发育、安全密度窗口窄、压力系统多等特点进行了精细控压钻井可行性分析,并验证了该技术对于解决该类地层钻井难、钻井慢等难题的可行性,对于提速、增效具有显著效果,建议在该区块海相地层推广应用精细控压钻井技术。

精细控压钻井溢流检测及模拟研究

针对现有钻井过程中溢流检测方法无法检测微溢流量,对深井和复杂井井控提出挑战,展开了精细控压钻井溢流检测及模拟研究。研究中通过对比出入口微流量变化,提出了精细控压钻井溢流检测和分析方法;根据气液两相流理论,建立了井筒气侵期间流动计算模型。将该检测方法应用于塔中某井进行试验,结果表明:精细控压钻井系统溢流检测方法可以准确检测溢流的发生和累积溢流量;根据气液两相流模型,可以模拟精细控压钻井不同回压时井筒流动参数的变化;该检测方法在现场试验中检测结果和模拟结果一致。精细控压钻井系统溢流检测方法能够准确检测溢流发生,该检测方法具有可行性和可靠性,可对控压钻井发现和控制溢流提供了理论支持。

南堡23—平2009井精细控压钻井技术

南堡2号构造潜山奥陶系储层属于典型的压力敏感储层,密度窗口窄,钻井过程存在喷漏同存,井漏严重,难以钻达设计完钻井深等难点。针对这一难题冀东油田首次引进精细控压钻井技术,在奥陶系潜山成功应用该技术,解决了裂缝性油藏"窄密度窗口"问题。文章介绍了南堡2号构造奥陶系钻井难点、精细控压钻井系统组成及工作原理、实施技术及在南堡23-平2009井的应用情况。该技术的成功应用,为开发南堡潜山裂缝性油藏提供了技术借鉴、积累了宝贵的实践经验。

用于精细控压钻井的电动节流压力控制系统设计

精细控制压力钻井技术是针对狭窄压力窗口而发展起来的,节流压力控制系统是其关键技术之一。现有的节流压力控制系统大多采用液动控制方式,存在3方面不足。提出了电动节流压力控制系统设计方案,并对各功能模块进行了详细设计。通过对电动执行器与节流阀的力学分析,证明方案可行,并对电动执行器进行了优选和合理性验证。该系统克服了传统液压控制的不足,可以用于精细控压钻井作业的节流压力控制。

精细控压钻井技术在深水钻井中的应用

窄密度窗口是深水钻井中遇到的突出问题,深水的高压低温及合成基泥浆的广泛使用,使井控监测的难度进一步增大。采用精细控压钻井技术,可以有效地控制井底压力,降低窄密度窗口的影响。同时高精度流量计,可以及时发现溢流,并及时采取措施,有效降低非作业时间。

精细控压钻井技术创新与实践

精细控压钻井技术是解决复杂压力体系钻井难题的国际前沿技术,可有效控制井涌、漏失、坍塌和卡钻等井下复杂。为适应我国油气发展的战略需求,提升钻井工程技术服务国际竞争力,中国石油集团钻井院组织科研攻关团队自主研发,历经8年努力,在精细控压钻井成套工艺技术装备等方面取得重大突破,填补了国内空白。该成果在理论技术上有重大创新,整体达到国际先进水平,欠平衡控压钻井工艺、工况模拟与系统评价方法国际领先。在我国塔里木、华北、川渝等地区成功开展工业化应用与服务,全面替代国外同类产品,技术服务费用同比国外降低70%以上,有效解决"溢漏并存"钻井难题,储层发现和保护效果明显。科研团队在创新中积累了有效的组织管理经验,包括把握正确科研方向、聚集高水平科技人才、建设好创新团队、发挥实验室作用、培育创新文化等。

精细控压钻井技术在塔里木碳酸盐岩水平井成功应用

介绍了精细控压钻井的概念、工作原理及特点,分析了塔中地区应用精细控压钻井技术的必要性,详述了该技术在塔中多口碳酸盐岩水平井的成功应用案例及其效果,并提出了一些建议。

精细控压钻井在裂缝性致密气藏中的应用

裂缝性致密气藏为典型的窄安全密度窗口地层。常规钻进过程中时常发生井漏、溢流和漏喷同存等复杂情况,钻井时效低,井控风险大。为解决这一技术难题,在X3井开展了精细控压钻井作业:通过井下环空压力的监测,地面节流设备自动调整回压,实现了对井底压力的实时监测和精确控制;及时发现并快速控制了钻进过程中的溢流、漏失情况,极大地降低了井下复杂时间和井控风险,储层保护效果良好,圆满地完成了作业任务。

国产精细控压钻井系列化装备研究与应用

针对国内深部复杂地层普遍存在的窄密度压力窗口控制难题,形成了具有独立知识产权的PCDS-Ⅰ、PCDS-Ⅱ和PCDS-S系列化精细控压钻井装备。高端PCDS-Ⅰ型装备井底压力控制精度0.2 MPa;中端PCDS-Ⅱ型装备实现了模块化设计,自动识别外部设备工况,工艺工况自动匹配;低端PCDS-S型装备达到了低成本安全、优化钻井作业的要求。针对不同需求可进行不同控压装备组合,在欠/近/过平衡控压钻井工艺自由转换,并实现9种工况、4种控制模式和13种应急转换的精细控制。现场应用结果证明:该系列装备与技术有效提升了油气勘探发现率,大幅延长了水平井水平段长,提高了单井产量,降低了钻井复杂度,对带动国内钻井装备制造技术进步具有重大意义。

大港油田精细控压钻井技术应用分析

大港油田具有储层类型多样、多压力体系、压力窗口窄、涌漏同存、井壁不稳定,井筒安全控制与储层保护难度大,生产时效低,油气污染严重,常规钻井复杂情况频发。本文介绍了控压钻井适应性分析方法,优选方法,大港油田的应用分析、技术措施和典型应用。应用证明:精细控压钻井技术及装备能够适应大港油田的钻井需求,有利于储层油气发现和保护,可有效控制井下复杂对钻井作业的影响,提高钻井时效。

精细控压钻井技术在塔里木气田的应用

针对钻探深部复杂地层出现的井涌、井漏、有害气体泄漏、卡钻、起下钻时间过长等复杂问题,提出了精细控压钻井技术,根据其工作原理及其采用的设备,总结了其具有的能获取井底压力、实现井口压力自动控制、不间断循环以及压力控制精度高等特点,并详述了精细控压钻井技术在塔中奥陶系碳酸盐岩储层多口水平井的探索阶段、改进阶段和成熟阶段的应用情况及效果,得出此技术解决了"窄压力窗口"条件下发生井涌、井漏等井下复杂问题,降低了钻井综合成本,并可实现过平衡、近平衡以及欠平衡钻井的结论。

精细控压钻井技术在近平衡钻井中的应用

针对碳酸盐岩地层在常规近平衡钻井过程中易喷、易漏等问题,分析了近平衡钻井井底压力控制中存在的问题,井深的增加使附加压力、循环压耗增加,井底过大的正压差难以满足近平衡钻井要求;根据精细控压钻井压力控制特点,采用随钻测量工具辅助压力控制方法和以流量为目标的压力控制方法来实现井底压力近平衡钻井,并进行了现场应用。研究表明,精细控压钻井方法能够实现近平衡钻井,该技术对近平衡钻井理论和实践的发展具有重要意义。

考虑温度压力耦合效应的控压固井全过程水力参数计算方法

综合考虑固井井筒流体瞬态流动特征、温压流变性以及水泥浆水化反应,建立考虑温度压力耦合效应的固井全过程水力参数计算方法。利用新模型开展数值模拟与场地试验,揭示控压固井全过程瞬态温度压力演化规律。结果表明新模型能精确预测固井全过程温度、压力,很好地满足工程需求;受循环变密度、变排量等影响,固井循环过程井筒压力呈现出明显的非稳态特征;固井循环阶段各流体流变性受温度压力影响明显,温压流变性的影响对精确预测固井井筒压力不可忽略;固井侯凝期间,受水泥浆水化反应的影响,水泥浆压力逐渐降低,温度呈现先增加后降低的趋势,该阶段需要在井口施加一定回压来避免固井气窜的发生;控压固井技术能够有效避免窄安全密度窗口地层井漏、气窜等事故的发生,构建的固井全过程水力参数计算模型可为成功实施控压固井技术提供理论支持。