反井钻机法导井施工中的风险分析及应对措施研究

反井钻机法在竖井开挖中具有效率高、安全性好的优点,其导井开挖是关键也是难点。以CCS水电站竖井导井施工为背景,研究导井施工可能面临的风险、容易遇到的问题和应对措施,并结合自身实践总结一些竖井导井开挖中的若干经验,以期为今后的竖井导井开挖提供一些借鉴。

长庆气田水平井优快钻井配套技术

长庆气田水平井钻进具有地层条件复杂,岩石可钻性差的特点。为探索适合长庆气田水平井提速的配套技术,从复合钻井工艺、钻井液体系性能、防托压和事故复杂预防4个方面进行了生产应用。实践表明,高效PDC钻头配合螺杆复合钻井可显著提高机械钻速,缩短建井周期;膨润土、聚合物和聚磺钻井液体系可通过控制钻井液性能参数防止不同井段的地层漏失、坍塌,并满足钻具润滑要求;采用倒装钻具组合和应用水力加压器可减小钻具摩阻,减缓托压现象,从而提高滑动钻进速度;此外,应做好井下复杂事故的防治方案并在施工中严格执行。该配套工艺可为长庆地区同类结构水平井钻进提供参考,对提高勘探开发效益具有重要意义。

反井钻机在斜井导井开挖中的应用

十三陵抽水蓄能电站在采用正井法和爬罐法施工斜井导井遭遇不良地质条件而受阻的情况下,首次成功地应用反井钻机钻凿深长斜井,确保了电站按时发电。改进后的反井钻机设计合理,运行可靠,是国内第一台能钻凿倾角为50°斜井的钻机。在反井钻进过程中的井斜控制和过断层措施,实际偏斜率控制、过断层能力、钻进速度均达到国内领先水平,目前运行情况良好。

控压钻井井控过程中排量优化设计

控压钻井井控是处理气侵溢流问题的有效新方法,包括前期控制和循环排气两个阶段。基于快速施加井口回压控制方法,根据气液固多相流理论,建立控压钻井井控数学模型,并采用有限差分法迭代求解。在此基础上,分析排量对最大井口回压、最大套管鞋处压力和最大立管压力的影响,并提出基于井控安全目标函数的排量优化设计方法。模拟结果表明:在循环排气阶段,立管压力维持不变且为最大值,井口回压达到最大值与气体前沿运移到井口之间存在明显的时间滞后性,气体运移到套管鞋处时套管鞋处压力最大;验证了以出入口流量一致表征井底气侵停止的合理性。模型计算得到的压力值与实验测量值吻合较好。

提高高压气井套管回接固井质量的技术

为了解决套管回接固井常出现的质量不佳和井口带压的问题,在实验的基础上,提出套管回接固井作业时应先泵入低黏、抗钙钻井液和大量冲洗液彻底冲刷套管壁,水泥浆中应加入膨胀剂和纤维,改善水泥石力学性能,确保水泥环与套管胶结质量。采用高能混浆设备配浆和井口憋压候凝,确保水泥浆密度均匀,防止水泥浆体积收缩、管柱膨胀和水泥环微环隙的形成。几口试验井的声波测井结果表明:所采取的技术措施行之有效,能够保证套管回接固井质量。

高压气井钻进过程中控制回压值研究

对于高压气井特别是含硫气井安全钻井的控制回压值确定,目前还没有明确结论。文中以漂移流动理论为基础,建立了高压气井带回压井筒气液两相流动计算模型,并结合算例采用数值方法分析了不同井口回压对气体膨胀抑制效果及井底压力的影响。在综合考虑抑制气体膨胀、控制井底压力降低幅度、井控装备工作安全和不同回压下井控人员心理压力等因素的前提下,给出了保持高压气井钻井安全宜施加2～5 MPa井口回压的建议。

“反井法”在中条山隧道中的应用

"反井法"施工是先钻导向孔,然后自下而上开凿用于溜碴的导井,再用传统钻爆法自上而下扩挖成井的方法。运宝高速公路中条山隧道2号竖井运用"反井法"施工,取得了良好的效果,保证了工程质量、工期,且节约了费用,为我们以后特长隧道竖井设计和施工提供了参考。

复杂结构井中钻柱托压效应的研究进展

钻柱托压效应是制约现代钻井作业向更深、更远目标快速钻进和延伸的技术瓶颈。目前主要采用减少钻柱接触压力、降低摩擦因数、振动方法释放摩阻和扭矩以及增强钻机系统工作能力等4种方法来缓解钻柱滑动钻井中的托压问题,其中主动机械激振方法是最具有发展前景的释放托压效应的措施。详细评述了国内在激振源、钻柱和井壁的相互作用规律、钻柱托压释放特征的参数评价模型、井下高能高效激振器以及激振运动对井下钻柱力学性能的交联影响作用等方面的研究进展。以此为基础,提出了激振源、钻柱和井壁的相互作用规律、钻柱托压释放特征的参数评价模型、井下高能高效激振器和激振运动对井下钻柱力学性能的交联影响是未来机械激振释放托压效应研究的重点。

AG-Itator水力振荡器及其在我国的试验应用

在非常规油气藏三维井眼轨迹水平井钻进过程中,托压效应严重制约着钻井提速。水力振荡器能通过产生轴向振动减小钻具与井壁之间的摩阻,显著减小托压效应,从而达到钻井提速的目的。介绍了AG-Itator水力振荡器的工作原理、性能以及在我国多个地区的试验应用效果。试验应用表明,使用AG-Itator水力振荡器能够显著提高机械钻速,进而缩短钻井周期,是非常规油气藏三维井眼轨迹水平井钻井提速的一种有效手段,值得推广应用。

水力振荡器与井眼清洁工具集成缓解托压技术研究

井斜角大、裸眼段长,容易形成岩屑床,使得钻柱与井壁间的摩阻增加,导致定向时托压现象。因此,为了有效解决定向托压问题,文章提出了水力振荡器与井眼清洁工具集成应用缓解托压的技术,并优化了关键参数。G1603井现场试验结果表明,该集成技术能有效解决大斜度井定向托压问题,大幅提高了定向效率。文章的研究为大斜度井缓解定向托压提供了一种新的方法。

长宁页岩气水平段钻井难点与对策

四川页岩气资源丰富,开采价值大,为此国家设立长宁-威远国家级页岩气示范区,但在页岩气储层水平井钻井过程中存在定向滑动钻进托压、机械钻速慢、水平段长度受限,压差粘附卡钻、垮塌卡钻事故频发,套管下入摩阻大、套管难下到预定井深等问题,严重影响四川页岩气的勘探开发。基于长宁片区页岩易垮塌的地质特点和水平段钻井易托压、储层钻遇率低等工程难点,使用了旋转导向工具配合油基钻井液,降低失水抑制井壁垮塌,旋转导向钻进既解决了托压又提高了储层钻遇率,大幅提高机械钻速,平均水平段长度增加500 m,由旋转钻进模式取代滑动钻进,减少钻具在井内静止时间,有效破坏岩屑床,降低事故复杂发生率,缩短钻井周期,为长宁地区页岩气开采提速增效取得了突破性的进展,创造了巨大的经济价值。

极压减摩剂JM-1在延长油田水平井的应用

延长油田浅层水平井钻井施工过程中,普遍存在着润滑性能不足、托压严重等问题,制约着水平井的机械钻速。研制出一种新型极压减摩剂JM-1,该润滑剂具有良好的减摩效果、抗温能力达120℃,与各类钻井液配伍性能良好。通过4口水平井的现场试验表明,加入极压减摩剂JM-1后大大缩短了钻井周期,减少了井下复杂事故发生,100%解决了延长油田水平井托压的技术问题。

水力加压器在冀中地区水平井的现场应用与研究

水平井在井斜角40°以后会出现钻具托压、定向困难、钻速减慢现象,实际造斜率赶不上设计造斜率,影响轨迹控制,井身质量难以保证,大井段的滑动钻进降低了钻井速度。冀中地区水平井中成功试验应用水力加压器,通过研究、改进现场钻井参数、水力加压器的安放位置、规范操作,形成成熟技术,改变钻头加压方式,把刚性机械式加压改为水力柔性加压,保证定向工具面稳定,确保钻头上钻进钻压,能有效减少托压,保证工具的造斜能力,提高钻井速度。

高压气井套管回接固井预应力技术

针对套管回接固井质量不好,未能将尾管重叠段已经存在或潜在的窜流通道堵死,致使气井生产时井口带压的问题,回接固井作业时采取了很多技术措施,但都没有从根本上解决回接固井质量问题。为此,通过增加回接管柱管内外静液柱压差、井口憋回压方式,在固井施工过程中通过液柱压强转换为作用在回接套管本体上的预应力,在水泥浆凝固时该应力就迫使套管贴紧水泥石,防止水泥浆凝固时管柱和水泥环微环隙的形成,提高固井质量。几口试验井的测井结果表明:所采取的固井技术措施行之有效,能够保证套管回接的固井质量。

PCDS-Ⅰ精细控压钻井系统研制与现场试验

精细控压钻井技术能有效解决窄密度窗口钻井涌漏同存的问题,提高钻井时效,但国内还没有成熟的精细控压钻井系统。为此,在对比分析国外Weatherford、Schlumberger和Halliburton三大公司精细控压钻井系统技术特点的基础上,根据控压钻井原理研发了具有自主知识产权的、基于井底恒压的PCDS-I精细控压钻井系统。介绍了PCDS-I精细控压钻井系统的组成及各组成部分的特点和功能,阐述了该系统实现精细控压钻井的工艺方法,并在四川蓬莱9井进行了精细控压钻井试验。结果表明:PCDS-I精细控压钻井系统整体运行稳定、无故障,经受住了现场工况的考验,实现了恒定井底压力控制和微流量控制,全工况回压控制精度达到0.5 MPa,技术性能指标达到了设计要求。

水力振荡器在复杂结构井中的应用

大港油田六间房区块复杂结构井弯曲井段滑动钻进过程中托压现象严重,钻压传递效率低,导致滑动钻进机械钻速低。为此,介绍了美国国民油井公司生产的水力振荡器的结构和工作原理,以及其首次在大港油田六间房区块某口井的应用情况。应用结果表明,采用该水力振荡器后滑动钻进机械钻速提高了167.0%,平均机械钻速提高了211.2%,百米定向次数下降了49.51%,滑动钻进进尺比例下降了65.52%。针对此次应用中存在的问题,指出使用该水力振荡器除了要充分考虑自身振动的有效传播距离之外,还应考虑地面钻井设备的工作能力和井眼轨迹的复杂程度,这样才能最大限度地发挥其潜力。

反井钻机法煤仓施工技术应用

随着矿井开采深度加大,煤仓的高度增高,已无法采用普通反井法施工煤仓。本文结合工程实例,介绍了LM—120型反井钻机施工煤仓的施工工艺,实践证明,该工艺不仅能够降低工人的劳动强度、提高施工工效和经济效益,更重要的是能提高施工安全生产系数。

PIPE ROCK钻柱扭摆系统应用评价

国外以斯伦贝谢公司Slider系统为代表的钻柱扭摆系统在常规滑动定向钻进时,取得了较好的减轻摩阻、克服钻进"托压"的应用效果,但国内钻柱扭摆系统仍处于试验与完善阶段。为此,从分析自主研发的PIPE ROCK钻柱扭摆系统的原理及系统构成、操作流程、使用方法、试验实钻结果等方面入手,结合与常规滑动钻进方式的技术效果比较结果,总结了该系统现场试验所取得的成果,分析了该系统的缺陷并提出了改进措施。研究结果表明:(1) L204井应用该系统前后的数据表明,扭摆钻井防托压效果明显;(2) Long016-H1井水平段共定向调整轨迹20次,使用常规滑动定向平均纯钻时效为64.3%,而使用钻柱扭摆系统的定向纯钻时效提高到83.4%,提升效果明显;(3)使用扭摆系统后,可以在钻进过程中不停钻调节定向工具面,使工具面保持长期稳定,提高了定向精准度;(4)钻柱扭摆系统目前还存在着自动化程度较低、需要人工实时调整扭矩设定值、使用效果受人员个体差异影响较大等缺点,因而有必要持续改进该系统以最终实现轨迹的智能控制。结论认为,该钻柱扭摆系统成功地解决了定向钻进托压难题,具有提高定向纯钻时效、提高定向精准度的作用,减少了定向次数和定向段长,大幅度提高了定向机械钻速和单趟钻的行程钻速,能够满足现场作业要求,具备工业化应用的条件。

水平井定向段施工托压现象原因分析及应对措施

本文对水平井定向段施工托压产生的原因进行了分析,并提出了一些应对措施。

大位移水平井钻井过程中常见问题分析

水平井的延伸能力受到很多因素的制约,主要包括水平井托压问题、管柱在井内的摩阻摩扭问题、测量与轨迹控制问题和井眼清洁问题,这些问题如果不能很好的解决或处理,就可能会发生起钻负荷大、下钻阻力大、滑动钻进加不上钻压、钻速很低、旋转钻进扭矩大,钻具受损、套管磨损、下套管困难和粘滑振动等诸多问题。