莺琼盆地塑性泥岩地层钻井提速技术

南海西部莺歌海及琼东南盆地是南海高温高压气田主要分布地区,该区域高压储层上部是一大套泥岩盖层,具备强塑性特征,加上高密度钻井液的压持效应,导致钻头切削齿难以吃入地层,机械钻速缓慢。通过系统总结近年来针对该区块大套塑性泥岩采取的3种主要提速技术,从钻井液体系及比重优化、钻头优化、钻井参数优化及配套提速工具等方面,提出一套适用于莺琼盆地塑性泥岩地层钻井提速技术。应用结果表明:①莺琼盆地塑性泥岩的提速可以通过减弱井底压持效应、增强对塑性泥岩的切削效率来实现;②使用优化钻头+配套提速工具+优化钻井液体系及密度的综合提速技术可以实现良好提速效果;③马达及超级马达在较软地层钻进提速明显,但砾石等研磨性强的地层对钻头损伤较大;④水力脉冲及扭冲工具均有较好效果,水力脉冲工具更适用于东方区块埋深相对较浅的高压井的提速,对于埋深较深、地层压力系数极高的地层,应用液力提速马达的效果更加明显。

塑性泥岩高效PDC钻头的设计与应用

针对常规PDC钻头在塑性泥岩地层钻探中提速缓慢的问题,设计一种高效PDC钻头,从钻头异形切削齿破岩模拟、高攻击性钻头刀翼结构和布齿、高效清岩切削齿及流道结构等方面对常规PDC钻头进行针对性优化,并在油田现场进行试验。应用结果表明,该高效PDC钻头可以有效解决塑性泥岩地层钻井提速问题,具有推广应用价值。

异形PDC切削齿破碎塑性泥岩热固耦合数值模拟研究

中国南海莺琼盆地存在大量高温高压塑性泥岩地层,面临PDC钻齿难以吃入岩层、钻井速度慢的难题,开展该岩层破岩机理研究对于提高钻井速度有重要意义。本文通过离散单元法建立了由平行粘结颗粒组成的岩样二维、三维热固耦合数值模型,并标定了模型细观参数,开展了不同温度下圆柱形齿、楔形齿、屋脊齿和尖圆齿切削塑性泥岩的数值模拟研究。研究结果表明:随着楔形齿侵入时间增加,泥岩损伤区域增大,且径向裂纹向下扩展一定范围后停止扩展,岩石表现为塑性破碎;温度升高对楔形齿侵入岩石产生的径向裂纹和侧向裂纹扩展具有抑制作用;高温环境下,尖圆齿破岩效果明显好于屋脊齿和圆柱齿。现场应用结果表明,相同工况下尖圆齿PDC钻头机械钻速明显高于邻井圆柱齿PDC钻头,与数值模拟结果一致。本文研究成果可为南海高温高压储层破岩提速钻头优化提供理论依据。

基于南海巨厚塑性泥岩地层特征的钻速预测模型

南海油气资源是我国重要的能源接替区,但储层埋深大多较深,高围压下岩层展现的强塑性和复杂的地质环境严重影响了钻井时效,精确预测钻速也十分困难。基于此,针对南海巨厚泥岩地层具有独特的黏弹性和强塑性特征,建立智能钻速预测模型。该模型以南海某区域10口井的实际数据为样本,首先进行预处理,寻找离群值、降噪和标准化后,排除了若干影响因素;其次对5种实测地层特征(含地震波速、孔隙压力、破裂压力、上覆压力和地层岩性)使用因子分析,得到5种地层特征在3个公共因子下的关系;随后基于K-Means++算法进行分析,利用轮廓系数为指标,得出了该区域的地层聚类主要划分为2种地层类型,分别为以泥岩和粉砂质泥岩为主的地层类型和以粉砂岩、细砂岩和中砂岩为主的地层类型;在此基础上,引入5种地层特征,训练KNN分类模型,实现了对地层类型的准确预测;最后针对不同的地层类型,使用随机森林就不同的地层类型分别建立钻速预测模型,并在建立时使用经过贝叶斯优化算法进行超参数优化,得到了最适合的超参数组合。测试结果表明,所提出的基于地层分类预测的钻速预测模型在测试集的数据环境下,R^(2)达到0.991,ERMS达到0.018,E_(MA)达到0.011,相比其他常规机器学习算法在该区域具有更高的预测精度。本研究可为寻找地层潜在分类对钻速预测精度的影响提供参考。

适用于深层硬塑性泥岩的异形齿PDC钻头设计

随着油气勘探开发向深层、深水、非常规领域发展,钻遇地层越来越复杂,其中深部泥岩地层在钻进过程中表现出极强的硬塑性特征,导致切削齿难以吃入地层、钻头机械钻速缓慢。针对硬塑性泥岩地层提速难题,开展了聚晶金刚石复合片钻头(PDC)切削齿模拟破岩试验,对比分析了多种异形齿的破岩效果。研究结果表明,弯刀齿的破岩效率最佳且兼具一定的耐用性,在胜利罗家油田硬塑性泥岩地层实现机械钻速最高提升116.4%;斧形齿和弯刀齿交错布齿钻头设计适用于砂泥互层等深部复杂地层,在准噶尔盆地永进油田实现机械钻速最高提升215.7%。讨论了硬塑性泥岩地层潜在的提速措施,建议采用“尖锐突破,平面推进,小齿密刮”的钻头设计原则,以实现高效破岩钻进。研究成果为硬塑性泥岩地层PDC钻头优化设计提供了参考。

一种适用于超高温超高压塑性泥岩的V形齿PDC钻头

高密度钻井液静液柱压力和深部围压对近井区域形成的压持效应导致近井底区域泥岩呈现强硬塑性力学特征,钻头难以吃入、钻速较慢,同时还有可能因此诱发其他井下复杂情况,增加了钻完井成本。为了给深部塑性地层个性化PDC钻头的研制提供理论与技术支撑,以南海西部莺琼盆地超高温高压巨厚泥岩为例,基于塑性泥岩的岩石力学实验,选择D-P岩石强度准则并确定了本构模型力学参数,并据此进行了PDC钻头齿组切削泥岩的数值模拟。研究结果表明:①通过对比V形齿齿组、脊形齿齿组和平面齿齿组破碎泥岩的力学机理,V形齿齿组较脊形齿齿组和平面齿齿组对该塑性泥岩攻击性更强、破碎效率更高;②在保证钻头抗磨性能的前提下,采用较小的后倾角和较大的齿组间距能够在高温高压塑性泥岩中取得更高的破岩效率;③研制出的V形齿个性化PDC钻头在现场应用中平均机械钻速为20.99 m/h,约为邻井常规PDC钻头的2.52倍,大幅度提升了该层段的机械钻速,出井钻头基体完整,内外锥部分均未出现明显严重破坏,仍可以继续使用。结论认为,该研究成果为莺琼盆地深部塑性泥岩层的高效钻井提供了理论与技术支撑。

让纳若尔油田塑性泥岩安全钻井技术

让纳若尔油田位于里海盆地东缘,该油田主要主要储层为石炭系碳酸盐岩,埋藏深度2600~3800m,地质层序正常,但经多年钻探结果显示,地质情况非常复杂,尤其是在下二叠系中下部地层存在巨厚盐岩层,盐层垂直深度埋深1500~2450m,平均厚度750m,且盐层中间夹含若干易塑性蠕动泥岩层,由于在沉积过程中,上下盐层形成圈闭,岩石欠压实,使得以蒙脱石为主要成分的塑性泥岩具有异常高压、屈服极限很低、膨胀变形趋势极强的特点,在以往钻井中频繁出现挤出井口、挤毁套管、卡钻、井漏等事故复杂情况,为了防止塑性泥岩蠕动,需要较高的钻井液密度及相应的泥浆配伍体系来平衡塑性泥岩的蠕动,以确保塑性泥岩段的安全钻井。

深部地热钻探中硬塑性泥岩地层钻头应用研究

深部地热钻探中,通常会钻遇硬塑性泥岩,严重影响钻探施工效率。以雄安新区深部地热钻探工程实例为基础,深入分析硬塑性泥岩机械钻速低的原因,研究制定钻头的优化改进方案。实践应用证明:针对地层岩性特征设计的个性化PDC钻头配合螺杆钻具,可以有效提高硬塑性泥岩地层机械钻速;使用三棱形非平面复合片和三角形复合片等异形复合片可以有效提高PDC钻头的抗冲击能力、提高钻头在含砾石地层的使用寿命,同时也可以提高硬塑性泥岩地层机械钻速。探索出了一套适宜于深部地热钻探中硬塑性泥岩地层钻进的钻头应用方案。

哈萨克斯坦让纳诺尔油田塑性泥岩地层钻井液技术

让纳诺尔油田地处滨里海盆地东缘,区域下二叠统地层内含有盐层、石膏层和塑性泥岩层,盐层平均厚度约750m,塑性泥岩段地层压力系数在1.80~2.2,厚度约为2~30m,呈不均匀分布状态,塑性泥岩主要夹杂在盐层和石膏之间。区域钻井施工中,因塑性泥岩分布和地层压力差异性等问题造成套管挤毁和卡钻事故频发。近年来,经过系统分析和认真总结区域内地质构造、地层压力和塑性泥岩蠕变等特征,通过优化钻具组合和钻井参数,优选钻井液体系配方及钻井液密度,细化完善塑性泥岩段施工技术方案,并经现场多口井试验应用,成功解决了塑性泥岩蠕变缩径引起的施工阻卡问题,为区域提速提效提供了技术支撑和保障。

PDC钻头技术对塑性泥岩段钻进提速研究

钻头是钻井作业的关键部件,钻头技术的创新与发展对钻井作业十分关键。钻井作业讲究质量和效率,PDC钻头技术为延长钻头的使用寿命及提高钻井破岩效率起到关键作用。本研究从钻井应用视角出发,首先阐述了PDC钻头技术工艺的国内外现状,进而分析了塑性泥岩的岩性,并对塑性泥岩钻进的钻速低、钻孔缩径两大难点进行分析。在此基础上探讨了PDC钻头技术在钻井作业中的应用内容、方法与可行性,最后总结塑性泥岩段的钻进应用效果以及PDC钻头技术的应用前景。

地浸砂岩型铀矿弹塑性致密泥岩钻头的研究与应用

针对北方地浸砂岩型铀矿超过400 m钻孔钻进中弹塑性致密泥岩钻进效率低的问题,研究试验了钻头,提高了钻进效率,总结了操作技术。用Φ104 mm中八角阶梯肋骨钻头钻进较软弹塑性致密的光滑的红褐色、浅绿色"打滑"泥岩;用Φ104 mm中八角阶梯肋骨钻头钻进较软弹塑性致密的灰色致密泥岩;用Φ104 mm交错式圆片状复合片钻头钻进脆性较大的黑灰色弹塑性致密泥岩;用Φ104 mm交错式圆片状复合片钻头钻进灰白色脆性较大的弹塑性致密泥岩;用Φ104 mm双环式齿形复合片钻头钻进弹塑性致密硬泥岩。

弹塑性致密泥岩用新型尖齿PDC钻头的研制与应用

分析了常规复合片钻头钻遇弹塑性致密泥岩钻进效率低的主要原因，并在此基础上研制了适用于该种地层的新型尖齿PDC钻头。通过对PDC切削齿几何结构的改进、切削结构和水力结构的优化设计而研制的新型钻头，在现场试验中取得了良好的钻进效果。平均寿命高达300 m，平均钻进时效3～4 m，解决了弹塑性致密泥岩钻进效率低的难题，为类似地层的钻探施工提供了一种高效实用的新产品。

扎纳若尔油田长段泥膏盐地层钻井技术

扎纳若尔油田位于哈萨克斯坦西部,是中油阿克纠宾油气股份公司属下的主力油田之一。该油田由于在三叠系和二叠系地层中含有长段软泥岩、石膏、盐层和塑性泥岩等复杂地层,钻井施工中易发生井塌、缩径和卡钻等复杂事故。实践证明,采用两性离子聚合物、两性离子聚磺饱和或欠饱和盐水泥浆及高排量、高转速、高泵压、勤划眼、勤短起下等工程技术措施是对付该类复杂地层的有效手段。

扎纳若尔油田巨厚盐层的钻井泥浆工艺

论述了盐对泥浆胶体性质的影响机理 ,介绍了两性离子聚合物抗盐泥浆的组成 ,总结了两性离子聚合物泥浆体系钻穿大段盐层的施工工艺及现场应用中常见的问题 ,指出抗盐泥浆的基础是保证处理剂对粘土颗粒足够的护胶能力 ,而手段是提高抗盐处理剂在泥浆中的含量。通过扎纳若尔油田的钻井实践 。

扎那诺尔油田679井井漏处理分析及应对方案探讨

扎那诺尔油田是中油股份阿克纠宾油气公司开发较早的一个区块,该区块下二叠系孔古阶组中下部地层存在巨厚盐岩层,部分井在盐层中间夹含若干段发育的塑性蠕动泥岩层;南区KT-1储层天然气较为活跃,地层压力比北区高,地层裂缝发育,溢漏同层,极易出现先漏后喷的复杂情况。中哈长城钻井公司2003年4024井在钻至井深2690m和2798m处先后出现2次井漏,2798m处的井漏直接导致天然气上窜,险些酿成井控事故;近年东方公司的5094、5081井都在该区块发生严重的井漏现象。

推挤叠加型滑脱构造及其对油气成藏的控制——以尼日尔三角洲盆地深水区为例

以尼日尔三角洲盆地深水逆冲区为研究对象,利用已有的三维地震和钻/测井资料,从下伏塑性泥岩的地震反射结构出发,结合浅层地层沉积特征,分析研究区的构造样式、构造活动期次及构造活动对成藏条件的影响。结果表明:①在研究区下伏塑性泥岩内识别出推挤叠加型滑脱构造样式。其下部为主滑脱面,是盆地内受重力滑脱作用广泛发育的滑脱面,上部为次滑脱面,局部发育。②推挤叠加型滑脱构造的形成和演化经历了逆冲推覆和塑性泥岩挤压2个阶段,从中新世末一直活动至今,是深水逆冲区超大型断背斜圈闭形成的主要原因。③推挤叠加型滑脱构造的发育对油气成藏具有"双刃剑"的影响,其持续性的长期活动有利于大中型圈闭的形成和油气充注,又能降低下伏烃源岩的成熟度,同时也加大了油气保存的风险。

让纳若尔油田水平井优快钻井关键技术

让纳若尔油田位于哈萨克斯坦共和国滨里海盆地东缘隆起带,近年来该油田规模应用长水平段水平井的开发方式以提高单井产量,面临的主要技术难点有:盐层内塑性泥岩段阻卡严重、盐下地层可钻性较差、水平段钻进中钻具托压、轨迹调整频繁及油层钻遇率低、水平段完井固井质量较差等。为实现目标区域水平井的优快钻井和高效开发,通过优选饱和盐水钻井液体系、高效破岩PDC钻头、旋转导向和地质导向工具、防窜增韧水泥浆体系等技术,并在现场完成12口水平井的成功应用,应用井相比前期同类井提速效果显著和固井质量良好,具有进一步推广应用的价值。

煤系地层吸附性粘钻的预防与处理

在可塑性泥岩和遇水膨胀的页岩地层钻探施工,极易发生吸附性粘钻,积极预防粘钻或钻探事故的发生,是提高钻探效率增加效益的有效路径。探讨复杂地层钻探经验和复杂钻探事故的处理方法。

Effects of axial cyclic loading at constant confining pressures on deformational characteristics of anisotropic argillite

Triaxial cyclic loading tests have been performed to assess the influence of plastic deformation on inelastic deformational properties of anisotropic argillite with bedding planes which is regarded as a kind of transversely isotropic media.Considering argillite's anisotropy and inelastic deformational properties,theoretical formulae for calculating oriented elastic parameters were deduced by the unloading curves,which can be better fitted for the description of its elasticity than loading curves.Test results indicate that with the growth of accumulated plastic,strain,the apparent elastic modulus of argillite decreases in a form of exponential decay function,whereas the apparent Poisson ratio increase in a form of power equation.A ratio of unloading recoverable strain to the total strain increment occurred during a loading cycle is defined to illustrate the characteristic relations between anisotropic coupled elasto-plastic deformation and plastic strain.It is significant to observe that high stress level and plastic history have an inhibiting effect on argillite anisotropy.