万米深井钻柱减振增能提速方法研究

万米深井超深超长井段钻进过程中存在钻柱振动剧烈、能量传递困难、破岩效率低、钻头使用寿命短等问题,亟需开展万米深井钻柱减振与井底增能技术研究。根据超深层钻井环境的主要特征,结合近年来钻柱动力学研究结果,提出了以钻井过程中钻柱振动为能量来源提高井底钻井液射流压力的方法,在减小钻柱振动保护钻头的同时,提高钻头射流压力,实现井下增能破岩,解决井下振动强度大、井底水力能量不足的问题;并研制了井底钻柱减振增能装置,进行了现场试验。研究和试验结果表明:钻柱振动蕴含巨大的能量,该能量可以转化为破岩提速能量;设计的井底钻柱减振增能装置,可以提高钻井液射流压力,同时可以降低钻柱振动导致的安全风险,从而显著提高钻井速度。研究成果为万米深井减振提速技术开拓了新方向,为加快深部油气资源的勘探与开发提供了技术支持。

元深1井超深井钻井提速关键技术

元深1井是部署在川北低缓构造带上的重点探井,钻井过程中面临地层压力体系复杂、井眼易坍塌、钻井液易漏失、陆相地层研磨性强、井控风险高等技术难题。根据地质特征,借鉴邻井钻井经验,应用泡沫钻井技术,提高浅部地层大尺寸井眼机械钻速;应用“涡轮钻具+孕镶金刚石钻头”和“旋冲钻具+混合式钻头”提速技术,解决陆相高研磨性地层机械钻速低的难题;应用耐高温防漏堵漏钻井液,配套“高效PDC钻头+大扭矩螺杆”提速技术,实现海相多压力体系复杂地层安全快速钻进;用微心PDC钻头钻进目的层,在满足岩屑录井需要的同时,提高了钻井效率。该井顺利钻至井深8866.00 m完钻,创中国石化四川盆地直井井深最深纪录,为四川盆地超深井钻井积累了经验。

大排量直井段随钻测斜工具的研制与应用

为解决深井、超深井上部大尺寸直井段因钻井排量高导致的随钻测斜工具冲蚀严重、故障率及成本高等问题,综合采用扩大过流面积、流场仿真优化及冲蚀剧烈区局部硬质合金保护方法,研制了大流道耐冲蚀旋转阀组;采用加速度计柔性悬浮固定、电路板有机硅灌封胶等多级复合减振方法,提高了随钻测斜工具电子电路的抗振能力;通过设计快速传输编码、低功耗电子电路及节能运行模式,提高了测斜效率与测斜工具的续航能力。通过研制关键部件大流道耐冲蚀旋转阀组,采用不同技术方法提高测斜工具的抗振能力、测斜效率和续航能力,研制了系列尺寸的大排量直井段随钻测斜工具。川渝、新疆等地区的12口井应用该工具随钻监测井斜角,该工具表现出耐大排量冲蚀的能力,最高适用排量达120 L/s,运行稳定可靠,故障率低于0.5次/月,续航可达30 d以上。现场应用结果表明,大排量直井段随钻测斜工具能满足深井、超深井大尺寸直井段随钻测斜的要求,可为深井、超深井获得高质量直井段提供支持。

南海天然气水合物深水浅层水平井下套管钻井液技术

以中国南海某海域的一口深水浅层高造斜率水平井施工项目为例,介绍了深水浅软地层高造斜率水平井的下套管方式与下套管期间的钻井液技术优化方案。该井为首次在深水采用无隔水管的浅层水平井下套管的方式施工。对于深水无隔水管的套管下入,套管在送入钻具接近井口时最容易发生塑性弯曲,井眼质量和钻井液润滑性能是成功下入的关键。工程实践表明,低温双抑制性钻井液体系适用于该井的钻完井作业,其在井眼清洁、井眼稳定、润滑性及防止水合物生成与分解等各方面都有良好表现。对比常规井,深水浅层高造斜率水平井套管的下入应特别注意上层套管内“铁-铁”硬摩擦的减阻措施,实践证明,固体润滑剂比液体润滑剂效果更佳。

水力脉冲空化射流钻井机理与试验

在分析水力脉冲与空化射流调制机理的基础上，设计出一种新型水力脉冲与空化射流耦合的水力脉冲空化射流发生器，通过流体脉冲扰动和自振空化效应耦合，使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动。钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流，产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应，从而提高井底净化和辅助破岩效果。塔里木盆地6口井的现场试验结果表明，水力脉冲空化射流钻具对钻头类型、地层特性、钻井液密度、排量、动力钻具等具有良好的适用性，机械钻速提高10．1％～53．4％。水力脉冲空化射流发生器具有性能稳定、效果好、使用寿命长等特点，完全可以满足现场的需要。水力脉冲空化射流技术将为提高深井钻速提供一种切实有效的途径，具有较好的推广应用价值。

提高四川深井超深井钻井速度的技术途径

四川地区地质条件复杂,深井超深井钻井速度低、完井要求高、勘探开发成本高,严重制约了深部地层油气勘探开发的进程。为此,对影响四川复杂地质条件下深井超深井钻井速度的主要技术难点进行了分析,并根据龙岗1井的成功经验和当前国内外钻井技术现状,提出了四川复杂地质条件深井超深井提高钻井速度的技术途径,包括浅中层沙溪庙组—须家河组层段采用气体钻井、中深层雷口坡组—长兴组层段采用复合钻井(螺杆钻具+转盘配合PDC钻头)等新工艺、新技术与成熟技术配套应用的提速技术方案以及科学设计井身结构、配套应用新工艺、新技术和加强钻井装备配套等做法。

川西深井提高钻井速度配套技术

川西地区须家河组气藏埋藏深、岩性致密、研磨性强、可钻性极差。钻井面临的突出问题是机械钻速低、钻井周期长。针对须家河组气藏钻井难点,重点从井身结构、钻井工艺、破岩工具以及钻井液方面入手进行分析,提出了提高川西深井钻井速度的配套技术,即:优化井身结构,推广应用欠平衡钻井技术,在新型井身结构下应用"长寿命螺杆+高效钻头"和"涡轮钻具+孕镶金刚石钻头"复合钻井技术及垂直钻井技术,优化钻井液性能等。2008—2009年,川西地区深井钻井应用该配套技术后,平均机械钻速较2006—2007年提高20%,钻井周期缩短30%。建议川西地区进一步推广应用该提速配套技术,并进行新技术、新工具的应用试验,以便进一步提高该地区的钻井速度。

腰英台地区深井钻井提速技术

腰英台地区深井地层具有岩石可钻性差、井壁稳定性差、井底温度高等特点,因此钻速较慢,钻井周期较长。为加快该地区的勘探开发进度,降低钻井成本,在该地区进行了深井钻井提速技术研究。通过针对不同地层的多种PDC和牙轮钻头优选、井底动力钻具和复合钻井试验、新型射流式冲击钻井工具试验及深井抗高温防塌钻井液研究应用等方面的攻关研究,最终形成了一套适合腰英台深井的钻井提速技术。经过现场3口井的应用,取得了显著的提速效果,平均机械钻速提高13.7%,平均钻井周期缩短27.1%。新型钻井液体系的应用有效降低了钻井复杂时效,提高了井身质量,为钻井提速创造了有利条件。建议在该地区继续进行新工具新工艺的现场试验,最终形成一套完善的深井钻井提速技术。

巴楚探区深井钻井难点分析与技术对策

新疆巴楚探区是中石化在西北地区的一个重要勘探开发区域,勘探面积大,井深,完钻井少,可参考资料少。该区钻井施工难点主要是钻遇地层年代古老、岩性复杂而坚硬,部分地层存在石膏和膏质泥岩及高压盐水层,钻井工作存在钻速慢、缩径、卡钻及地层坍塌等技术难题,致使钻井复杂故障率高、周期长。针对这些难题,提出了上部地层采用KCl—聚合物钻井液体系、下部采用KCl—聚磺钻井液体系,优选封堵材料,优化钻具组合,深部地层优选钻头等技术对策。通过现场实施,钻井提速提效效果显著,为该区的进一步勘探开发提供较好的借鉴作用,并提出了用减速涡轮复合钻井方式、试用小弯度螺杆和井壁修复器等提速提效建议。

元坝地区超深井钻井提速难点与技术对策

元坝地区是中国石化天然气增储上产的一个重要勘探开发区域。前期钻探实践表明,元坝地区超深井钻井机械钻速低、钻井周期长,为了加快该地区的勘探开发进程,开展了钻井提速技术研究。对前期完钻的12口井进行了统计分析,指出元坝地区钻进过程中,有3个重点井段存在提速难点,重点介绍了针对该难点所采取的技术对策,以及应用这些技术对策所取得的提速效果。采用泡沫钻井技术后,上部大尺寸井眼的机械钻速提高4倍以上;采用控压钻井、孕镶金刚石钻头+高速涡轮、扭力冲击发生器等钻井新技术后,提高了下部陆相地层的机械钻速;采用优化井身结构以及"PDC钻头+螺杆"复合钻井技术后,解决了超深小井眼机械钻速低的难题。

塔河油田液动射流冲击器+PDC钻头提速技术

为了进一步提高塔河油田深部硬地层的机械钻速，基于旋冲钻井技术理论与实践经验，开展了液动射流冲击器＋PDC钻头提速技术研究与实践，探索液动射流冲击器与PDC钻头配合使用提高深部地层机械钻速的技术可行性。首先根据塔河油田深部硬地层的特点及与冲击器配合的要求，优选了PDC钻头；接着利用液动冲击器性能测试系统，测试了液动冲击器各结构参数对其性能的影响；最后根据测试结果及所优选PDC钻头的抗冲击性能，确定了液动射流冲击器的结构及性能参数。液动射流冲击器与PDC钻头配合在S116—3井、TP324井和TP328X井的奥陶系地层进行了应用，机械钻速与同井上下井段及邻井相同井段相比，提高了32％～45％。这表明液动射流冲击器与PDC钻头配合使用，可以提高塔河油田深部地层的钻速。

提高深井硬地层钻井速度技术难点及对策

乌龙1井地层为南方海相沉积,地层古老、岩石硬度大、研磨性强、可钻性差、地层倾角大(最大为80°)井斜难以控制、蹩跳钻严重,制约了该地区深井钻井速度。文章介绍了解决提高钻井速度这一瓶颈问题,从深井优快钻井及其配套技术、硬地层钻进的钻头优选、优化钻井参数、引用新技术、新工艺、新工具等方面进行了探索,钻井速度有了大幅度地提高,对类似井具有一定的借鉴作用。

巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术

巴麦地区是中国石化在西北地区的勘探开发新区,钻井过程中存在中上部地层阻卡严重,二叠系、石炭系井壁稳定性差,深部地层可钻性差、机械钻速低等技术难点。针对这些技术难点,进行了高压喷射钻井技术和优化水力参数的研究与现场试验,优选了钻头和螺杆类型,进行了涡轮复合钻井技术研究与现场试验,提出了微裂缝地层井壁稳定技术。结果表明:高压喷射钻井技术与常规钻井相比,平均机械钻速提高26.0%～29.3%;311.1和215.9mm井眼段采用优选的钻头,机械钻速分别提高29.0%和43.0%;二开和四开井段采用优选的螺杆,机械钻速提高27.0%～100.0%;高速涡轮复合钻井与常规钻井相比,机械钻速提高146.0%,与螺杆复合钻井相比机械钻速提高20.0%;中速涡轮复合钻井与螺杆复合钻井相比,机械钻速提高23.0%;应用微裂缝地层井壁稳定技术后未出现井壁失稳问题,实现了微裂缝地层安全钻井。

影响深井和越深井钻速的主要原因分析

由于深井、超深井地质情况不明，地质预告不准等原因，钻井过程中遇到的诸多复杂情况，使钻井速度大大下降。为此，分析了影响深井和越深井钻速的主要原因，认为：1．由于地质因素和井身结构设计不合理造成复杂情况影响钻速；2．国产大尺寸钻头结构单一，型号少，不能满足深井段地层岩性变化的需全；3．破岩机械能量不足；4．水力能量不足，井底岩屑清除不净；5在易斜地区，为了控制井斜被迫采用小钻压吊打；6钻井液性能及井眼净化不好，造成井下复杂情况；7深部致密硬塑性泥页岩地层难钻，造成钻速低；8．小井眼钻井装备不配套，影响深部小井眼钻速。

提高徐家围子深井钻井速度的优化钻井技术

针对松辽盆地徐家围子深部地层的特征,在分析该地区钻井技术难点的基础上,摸索出了一系列技术对策:对钻头结构进行了改进和优选、强化钻井参数,不断完善和提高钻头和钻井参数优选方案;积极开展该地区钻具失效预防,采取强化钻井参数措施和复合钻井技术,全面推广新型钻井液体系和欠平衡钻井配套技术的应用。为安全高效、快速优质地钻好深井,从优化井身结构、采用低压、负压技术、推广应用复合钻井技术等方面,寻找出了一套经济实用的提高深井机械钻速的措施。

七里北101井气体钻井提高钻速试验研究

遭遇大段研磨性强、可钻性差的难钻地层,钻井液钻井钻速慢,井下事故频繁,建井周期长,已成为制约深层油气资源有效勘探开发的瓶颈。采用气基流体作为钻井循环介质,通过改变井底应力状态、消除压持效应、降低岩石强度和研磨性、延长钻头寿命和提高井底清洁效率可有效提高钻速。七里北101井采用气体钻井进行提速的试验结果表明,气体钻井可提高钻速1.7～13.3倍,有效减少钻具事故和克服井漏,大幅缩短建井周期;钻前进行井壁稳定性、地层出水和地层出气分析并配套相应的井身结构设计和钻进方案设计,钻进过程进行气体监测和设备工具配套有利于保证气体钻井安全顺利进行。

中石油深井钻井技术现状与面临的挑战

深井、超深井钻井技术是一个国家钻井技术发展水平的标志。美国和欧洲的深井钻井技术水平一直处于世界领先水平。中石油近年来在深井机械钻速、钻井周期、单井钻头用量等方面都取得了很大进步,同时在深井钻井装备上也有了很大发展。但是同世界先进水平相比,中石油在复杂深井钻井水平方面还有很大差距。近年来中石油在塔里木却勒和迪那、玉门窟窿山、四川川东、新疆霍尔果斯等复杂深井钻井过程中遭遇了世界性的难题。突出表现在山前高陡构造和逆掩推覆体防斜打快问题、塔里木却勒地层卡层不准引起的缩径卡钻和迪那窄密度窗口压差卡钻问题、四川恶性井漏的防治问题、新疆南缘地区的地应力复杂、地层破碎、异常高压等。针对这些问题提出了相应的解决方法,给同类地层的钻探指明了方向。

深水钻井浅层气动力压井排量计算

针对深水钻井过程中的浅层气问题,利用多相流理论,建立了深水钻井浅层气动力压井参数计算模型,并证明了其准确性。计算结果表明,在动力压井过程中,压井排量呈由小变大、再由大变小并最终趋于稳定的变化过程。深水钻井浅层气动力压井过程中应适时调整压井液排量以保持井底恒压,从而达到既防止气体继续侵入,又防止压裂地层的目的。

提高川西地区中深井及深井钻井效率探讨

川西地区中深井及深井钻井过程中,存在机械钻速低、钻井周期长、井身质量差、储层污染严重等问题,影响了该地区的天然气开发步伐。在分析影响川西地区钻井效率的主要因素的基础上,给出了提高钻井效率的主要对策,包括准确描述钻井地质环境因素,优化钻井设计和应用钻井新技术等。现场试验应用表明,川西地区的深井、中深井钻井效率明显提高,并初步形成了一套安全快速钻井工艺技术措施。

高造斜率旋转地质导向技术在哈得逊油田的应用

塔里木油田哈得逊薄油藏埋藏深、构造变化大,水平井钻井井眼轨迹控制困难,传统的旋转导向工具侧钻初期造斜率普遍不足,需使用弯螺杆马达增斜至30°左右后再更换工具,增加了钻井风险与周期。2013年,该区块应用高造斜率旋转导向工具(Power Driver Archer RSS)及新一代地质导向技术(Scope系列),从侧钻点开始旋转导向钻进,在着陆及水平段加装地质导向工具,相比2012年,水平段平均井深增加214 m,钻井周期缩短36.7 d。在介绍高造斜率旋转导向以及随钻测井技术的基础上,结合现场应用实例分析,认为在哈得逊油藏,全井段旋转导向有利于降低井眼摩阻,节约钻进周期;地层探边及储层评价技术的应用提高了水平井的储层钻遇率,有利于该油藏的规模开采。