川深1井钻井液关键技术

川深1井是中石化部署在川东北地区的一口超深预探井,完钻井深为8420.00 m。该井面临着井温高、地层条件复杂、地质资料少及井壁易失稳等诸多技术难点。针对高密度钻井液技术难点,通过室内实验优选出抗高温处理剂:2%SPNH、2%SMP-3、0.5%SMPFL(DSP-1)、3%SMT(SMS-H)、3%RHJ-3、1%HPA、3%纳米SiO_2。通过钻井液体系正交实验得出了流变性好、抑制性强、抗温性强、沉降稳定性好、抗污染能力强的高密度聚磺钻井液,并在该井四开井段取得了成功应用。最后,对现场应用过程中的钻井液关键技术进行了系统的阐述,如气液转换技术、特殊地层处理方法、钻井液的现场维护技术措施及保护油气层技术等,主要取得以下认识:①加重时循环混入低黏度切力的高密度钻井液,逐步降低膨润土含量;②通过固控设备严格控制固相含量;③钻遇盐膏层时可提高钻井液密度,并严格控制滤失量,保证钻井液pH值不低于10;④酸性地层可适量提高Cl^-含量对钻井液进行预处理提高其抗盐性能;⑤破碎地层须提高钻井液密度并加入相应处理剂,从力化耦合角度防止井壁失稳;⑥易漏地层应严格控制钻井液密度,适当减少排量及提高黏度和切力,可加入不同粒径可酸化的封堵材料,进行屏蔽暂堵。

川深1井超高温高压尾管固井技术

针对川深1井四开井段超高温高压地层尾管固井长效密封的需求,通过增大硅粉加量和合理匹配硅粉粒径抑制水泥石强度衰退,优选高温苯丙胶乳、纳米液硅等改善水泥浆的防气窜能力、力学性能、稳定性等,设计了适用于超高温高压地层的高密度防气窜水泥浆。其性能为:密度2.05kg/L,防气窜系数SPN值小于0.43,气窜模拟未见气窜现象发生;水泥石在180℃下养护14d抗压强度达到了41MPa,未见强度衰退现象;水泥石气测渗透率0.0081mD,单轴弹性模量为7.54GPa。川深1井四开井段采用高密度防气窜水泥浆,并采取“替净”、“压稳”和“封严”等固井技术措施,有效封隔了高压气层,为后期作业提供了良好的井筒环境。这表明,超高温高压地层通过优选合适的水泥浆,并采取相应的技术措施,可以解决超高温高压地层的固井技术难点,提高固井质量。

川深1井超深井钻井提速关键技术

川深1井储层埋藏超深,陆相难钻地层研磨性强、可钻性差,大尺寸井眼提速困难,深部地层可钻性差、井身质量控制困难。为此,根据川深1井的地层特征,优化应用了一系列钻井提速技术:采用了气体钻井和泡沫钻井技术,以大幅提高机械钻速;采用了抑制泥岩水化膨胀的泡沫钻井液体系,以解决上部大尺寸井眼地层出水、井眼失稳及高效携岩的难题;采取了旋冲钻井技术、“孕镶金刚石钻头+高速螺杆钻具”复合钻井技术钻进高研磨性地层,以提高钻井时效;采用了预弯曲动力学防斜打快技术,并配套高效PDC钻头和钻井参数优化,钻进深部难钻地层,以提高井身质量。川深1井钻井提速关键技术的应用,确保该井顺利钻至井深8420m完钻,创当时亚洲陆上钻井井深最深纪录,平均机械钻速提高至2.11m/h,钻井周期缩短至475d,取得了很好的现场应用效果,可为国内类似超深井高效钻井提供借鉴。

智能钻井多目标协同优化系统研究与应用

在深井超深井钻探过程中,井眼中高强度、高研磨性地层导致的钻头早期磨损、井下钻具振动剧烈、井眼清洁不足等,严重制约了深井超深井的安全快速钻进。针对上述问题,文章提出了一种智能钻井多目标协同优化系统,可以实时跟踪、优化钻井参数,提高钻井性能。同时基于机械钻速和机械比能,定义了钻井性能综合评价指标;结合地应力、钻具振动、摩阻扭矩、井眼清洁和破岩能效等地质、物理模型,提出了包含探索、学习和应用三种模式的钻井参数实时优化流程,训练了融合支持向量回归模型和随机森林回归模型的钻井参数实时优化算法。该系统在深地川科1井进行了现场应用,提速比达到了41.5%,为深井超深井钻井优化提速提供了一种新的技术手段。

碳酸盐岩储层深度酸化的酸液体系实验研究

碳酸盐岩储层的酸化效果主要取决于酸液体系。针对川深1井钻遇的碳酸盐岩储层,配制含有胶凝剂的酸液体系,进行酸岩反应实验,测试了溶蚀率、氢离子传质系数、酸液动态滤失系数、刻蚀效果及酸蚀裂缝导流能力。实验结果表明,配制的酸液体系对川深1井碳酸盐岩的溶蚀作用较强,溶蚀率可达96%;刻蚀程度较高,酸蚀深度最深达1.9 mm。在低速条件下,碳酸盐岩更易与酸液反应,对氢离子消耗更多。岩心整体刻蚀相对均匀,而酸液出口端比进口端刻蚀程度高。酸蚀裂缝的导流能力随着闭合压力的升高而下降,在闭合压力为35 MPa左右,裂缝的有效导流能力降到最低水平。在压裂酸化施工过程中应加大施工排量,避免酸液在井筒附近快速反应。