超深井工程理论与技术若干研究进展及发展建议

超深井工程受到高温高压、复杂地层、超长井眼和腐蚀介质等多重因素约束,其安全高效作业面临全方位的技术挑战。为此,针对超深井工程的安全高效设计控制问题,介绍了该工程的发展概况与技术特点;选取井眼轨迹预测与防斜打快、钻柱振动特性分析与减振控制、钻井延伸极限预测与设计控制,以及套管失效风险评估与安全控制等几个重要理论与技术问题,介绍了国内外的相关研究进展及笔者团队的最新研究成果;然后,针对超深井工程提出了若干创新发展建议。研究结果表明,超深井工程理论与技术的发展整体呈现出体系化、科学化、多学科交叉、地质与工程一体化等基本特点。建议在基础理论问题、关键核心技术、技术协同关系、技术迭代模式和多学科交叉融合等方面加强创新研究,以持续推进超深井工程基础理论与关键技术创新发展。

浅谈金坛储气库钻井提速提质技术

金坛储气库已经钻井近20年,在钻进中存在漏失、盐层段井径扩大率高、砂砾石钻头磨损大等施工问题,导致钻井周期长、钻进时效低。针对金坛盐矿钻进中出现玄武岩漏失、阜宁组盐层易溶解、砂砾岩发育、直井轨迹控难、固井质量要求高等问题,总结现有已钻井施工的问题,形成了防斜打直钻井技术、新型饱和盐水钻井液技术、防漏堵漏技术、防气窜固井技术等金坛矿区盐井钻井关键技术,为后续钻井的设计和施工提供新的思路。

铁山坡高含硫气藏安全快速钻井技术优化与应用

针对铁山坡气藏硫化氢含量高(最高达222.30 g/m^(3))、嘉五以上地层倾角大(最大倾角25°)、须家河组研磨性强、嘉陵江组高压盐水侵、飞仙关组地层压力系数低等难题,开展了套管柱、井口装置、钻具抗硫材质优选,优化了铁山坡区块的井身结构,优选了高陡构造防斜提速工具,形成了铁山坡高含硫气藏安全快速钻井技术。现场应用效果表明,优选的抗硫钻具、套管柱、井口装置满足了高含硫气藏安全高效开发的要求;四开井身结构有效解决了上部地层井漏、垮塌、盐水侵的问题,降低了飞仙关高含硫层段的井控风险;优选了垂钻工具、钻头和旋导工具,铁山坡气田平均机械钻速由1.85 m/h提速到3.61 m/h,铁山坡6口井平均钻井周期缩短了16.11%。该研究成果为后续川东北高含硫气藏的安全快速钻井提供了技术支撑。

万米科学特深井防斜纠斜技术方案及研究建议

根据科学钻探特点和我国特深井井身结构情况,论文首先设定了我国万米科学特深井基本井身结构和取心井段,结合前苏联SG-3井、德国KTB主井和我国内地科钻一井、松科2井等内地科学钻探工程项目,阐述了特深井井斜预测方法、测量方法、全面钻进和取心钻进的防斜纠斜技术方法。给出我国万米科学特深井上部井段井斜控制方法和控制指标以及连续取心井段防斜纠斜工艺、器具等总体方案,并提出了进一步研究的建议。

塔河油田12区超深井快速钻井技术

对塔河油田深井钻井中存在的中上部起下钻严重阻卡,三叠系、二叠系和石炭系地层井壁稳定性差,及深部地层机械钻速低、易斜等技术难题进行了详细分析,并提出了相应的技术措施,例如应用中上部防阻卡技术,螺杆复合钻井技术,井壁稳定技术和深部防斜打快技术等。在塔河油田十余口超深井的现场应用表明,该技术措施有效解决了中上部严重阻卡的问题,钻井提速效果显著,平均机械钻速提高了22.7%,钻井周期缩短了15.5%。

塔里木博孜区块超深井自动垂直钻井难点与技术对策

塔里木盆地博孜区块属于典型的山前高陡构造,地层倾角大、自然造斜能力强、防斜打直难,采用常规的防斜打直技术难以保证井斜控制效果。为此,分析了自动垂直钻井技术在博孜区块超深井的应用难点,针对博孜区块上部砾岩地层的井下钻具振动大、防斜打直难等情况,开展了减振优化、超深井信号传输和防斜打直工艺优化等方面的技术研究。BZ1501井一开198~417及565~1000 m井段应用了自动垂直钻井系统,两趟钻累计工作循环时间281 h,平均机械钻速2.43 m/h,井斜角0.2°,与该井应用常规钟摆钻具组合及BZ18井应用自动垂直钻井系统相比,工作寿命长,机械钻速快,井斜控制效果好。现场应用表明,超深井防斜打直钻井技术在塔里木博孜区块的钻井提速效果较好,可以在该区块推广应用。

以井斜趋势角为指标优化防斜钻具设计

应用钻头与地层相互作用模型,综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响,提出了"井斜趋势角"概念。针对各向同性地层,推导了"井斜趋势角"计算公式。分析表明:进行防斜钻具设计、优选钻井参数时,综合考虑侧向力、钻头转角及钻头各向异性等因素对井斜的影响是十分必要的;与"钻头侧向力最大"或"钻头转角最小"等单一指标相比,"井斜趋势角"指标考虑因素更全面、设计(或评价)结果更可靠。

空气锤钻井技术在气体钻井中的应用

空气锤钻井是一种低钻压、低转速、高冲击破岩回转钻进技术,它兼容了气体钻井和冲击回转钻井的优势,其机械钻速一般比回转钻井高,是当今解决硬岩钻井难题的一种有效方法。在气体钻井中,空气锤钻井技术解决了不能在打快的前提下控制井斜的难题,是目前最可行最有效的技术。介绍了空气锤结构与工作原理、钻井参数的选取、现场取得的效果和存在的问题等。

井斜控制理论及防斜钻井技术综述

在钻井过程中，井斜给钻井工程带来一系列的危害，并造成巨大损失。早在５０ 年代，国外就研究了光钻铤在钻压作用下的弯曲问题，导出了有关计算模式；６０ 年代提出了双稳定器防斜钻具的理论，为满眼钻具的发展提供了理论基础；７０ 年代提出了用小势能法求解下部钻具的受力和变形。国内在６０ 年代以前，基本上是引用国外的理论和方法，进入７０ 年代逐步开展了防斜理论的研究。首先是唐俊才等人，指出了Ｈｏｃｈ 的公式推导中的错误，并给出修正公式；后来白家祉教授提出了用纵横弯曲连续梁理论求解下部钻柱的受力和变形；杨勋尧在研究钟摆钻具、满眼钻具基础上，得出简化的公式和图表，在川东指导钻井实践取得好效果。文中系统介绍了井斜控制技术，对井斜控制理论研究、防斜钻井技术研究及防斜钻井实践有重要参考、指导意义。

UPC-VDS垂直钻井系统在顺南地区的应用

顺南地区是中国石化塔里木盆地增储上产的主要区块,钻井地质环境复杂,其中桑塔木组埋藏深、厚度大,且井斜控制困难。在充分调研国内外井斜精细控制技术的基础上,优选UPC-VDS自动垂直钻井系统,在顺南3井和顺南2井开展了探索试验。结果表明,该系统能将井斜角控制在3.0°以内,但井斜控制能力对钻头压降的依赖程度较高。为此对系统结构进行了改进,大幅度降低推靠力对钻头压降的依赖程度,并在顺南4井和顺南5井进行了试验。结果表明,该系统能将井斜角控制在1.0°以内,且使用寿命长(纯钻时间高于213 h)、性能稳定,为中国石化在西北地区的提速提效提供了技术支撑。

顺北56X特深水平井钻井关键技术

顺北56X井是部署在顺北V号条带的超深重点风险预探井,钻井过程中面临二叠系和志留系易漏失、奥陶系破碎地层井壁稳定性差、奥陶系桑塔木组易井斜、井眼轨迹控制难和储层钻遇裂缝带气侵等技术难点。为此,针对二叠系、志留系和奥陶系的地质特征,选用防漏堵漏钻井液和高温强封堵油基钻井液,并制定相应维护处理措施,有效预防了二叠系和志留系的漏失,保障了奥陶系的井壁稳定;应用“大扭矩螺杆+垂直钻井系统”防斜打快技术,实现了直井段的防斜打快;通过优化井眼轨道、采用工具面快速调控工艺、配套高温随钻测量技术和制定井眼轨迹技术方案,使该井井眼轨迹与井眼轨道符合度高,实现准确中靶;利用“微过平衡密度+简易控压”钻井技术,解决了储层钻遇裂缝带气侵的问题。顺北56X井钻井过程中未出现井控风险,准确中靶,顺利钻至井深9300.00 m(垂深8087.94 m)完钻,成为我国目前最深的水平井,同时也是目前亚洲陆上最深的水平井。该井安全成井,表明我国具备了钻特深水平井的能力,可为中国石化“深地一号”工程顺北特深层油气藏勘探开发提供技术支撑。

压不弯钻铤装置的理论探索

从理论上分析了欧拉压杆任意截面上弯矩为零的状态下所出现的奇异现象。在此状态下可在任意长度的压杆上，加任意大小的轴向载荷，而不产生弯曲。通过室内模拟试验证明，理论分析是符合实际的。为此，设计了一种压不弯钻铤装置，此装置有可能成为防斜打直的一种全新的井下钻具。

玛湖含砾难钻地层防斜打快技术研究及试验

新疆玛湖凹陷是新疆油田增储上产的重点地区,二叠系砂砾岩沉积地层制约了钻井提速,且部分区块地层倾角引起井斜。针对该地区二叠系的地层特点,研发了FX-YC-172DE新型防斜打快钻井工具和个性化的PDC钻头设计。该工具运用偏轴防斜原理预防井斜,并以一定的频率给钻头施加机械冲击力,并把连续的射流变为脉冲射流,从而提高钻头破岩效率,个性化的PDC钻头针对牙齿崩坏问题,采用新型锥形齿、优化钻头结构设计,从而形成玛湖二叠系难钻地层防斜打快的组合技术。该技术在新疆玛湖二叠系含砾地层进行了试验,进尺338 m,机械钻速2.67 m/h,见到了明显的提速成效,井斜控制在1°以内,为玛湖二叠系难钻地层的防斜、提速提供了有效的技术手段。

矿山投料井施工难点与对策

结合福建省武平某银多金属矿施工填充站TZK1、TZK2投料井工程,详细介绍了矿山投料井施工的难点与对策:通过对钻探设备的优化组合,结合钟摆钻具原理,辅以护壁堵漏,研制分离式注浆专用阀,顺利下入套管及注浆固井,圆满完成了该投料井工程的施工任务。

贵州省烂泥沟金矿大角度斜直深孔绳索取心钻探技术

矿产资源勘查随着程度的提高和深度的增加,对于钻孔防斜保直要求越来越高。贵州省烂泥沟金矿2021年度勘查设计7个超过千米的大角度斜直孔(顶角20°~32°之间),要求每百米顶角和方位角偏斜均不超过1°,绳索取心工艺仅靠传统方式难以保证该精度。项目实施过程中,钻探施工单位采用光面扶正器和液动冲击钻进方式进行防斜保直;采用调整钻具组合、短距反复切削、换径重复导向扩孔方式进行升降顶角;采用正反交替钻进方式进行纠方位。通过上述措施有效地达到了预期目标,所形成的经验对于类似大角度斜直深孔取心钻探具有一定借鉴价值。

柔性纠斜防斜钻具组合的应用研究

柔性纠斜防斜钻具组合在提高机械钻速的情况下能有效地控制井斜增加,并具有降斜作用,为大倾角硬地层易斜区快速纠斜防斜钻进提供了一种新的钻具组合类型。介绍了柔性防斜纠斜钻具组合的防斜纠斜机理,对其力学模型进行了分析,提出了其防斜纠斜的钻进技术措施。

阿舍勒铜矿水敏地层防斜纠斜钻进工艺

新疆阿勒泰地区阿舍勒铜矿地层是以凝灰岩、角闪岩为主的典型蚀变性水敏地层,地层倾角较大,岩石各向异性明显,钻进过程中极易造成钻孔偏斜。该矿区坑道钻探施工中缩径、坍塌、掉块卡钻等钻探事故频发,制约了防斜、纠斜钻进工艺的选取,使该矿区钻探施工很难满足快速、经济的地质找矿要求。通过对已施工钻孔水敏地层防斜、纠斜工艺进行研究,提出了一套水敏地层防斜、纠斜等提高钻孔质量的工艺措施。

SYZX系列绳索取心液动锤在新余梅山煤矿易斜深孔防斜钻进中的应用

为了解决江西新余梅山煤矿深孔勘查中存在的孔斜问题,采用绳索取心液动锤钻进为主的防斜工艺,优化钻具结构组合,合理地选择钻进技术参数和措施,在该矿区取得了明显的减斜防斜效果。总结了SYZX系列绳索取心液动锤在江西新余梅山煤矿勘查深孔施工中的防斜经验。

卢氏柳关铅锌矿区钻探施工技术

针对河南卢氏柳关矿区钻探施工难题,采取优化钻孔结构,上部复杂孔段下入活动套管,加快了施工进度;采取小压力、低转速+绳索取心液动潜孔锤钻进技术钻进在孔斜控制方面有明显效果,钻孔弯曲度明显减少,提高了钻孔质量和施工成功率;经过现场分析,不断调整泥浆配方,并针对不同漏失地层,添加惰性堵漏材料,研究出一套适合该矿区复杂地层钻进的护壁堵漏技术。

新型科学钻探技术体系的产生及其意义

在中国大陆科学钻探工程“科钻一井”的钻井施工中,形成了独具中国特色的新型科学钻探技术体系。详细论述了该新型科学钻探技术体系的具体内容及其在“科钻一井”施工中取得的主要技术指标;简要介绍了目前国内正在或即将实施的科学钻探工程项目情况;结合即将出台的《国务院关于加强地质工作的决定》和2005年已启动的危机矿山接替资源的找矿勘查工作计划,展示了探矿工程广阔的前景。