四川盆地深层页岩气钻井关键技术新进展及发展展望

四川盆地页岩气资源丰富,目前深层页岩气已成为该盆地天然气增储上产的重点领域,但随着埋深增加和构造背景变化,地质工程条件将更加复杂,钻井过程中将面临井漏风险高、井下工具高温易失效、水平井轨迹控制难度大等技术难题。为此,在系统分析已完钻井实钻数据的基础上,依据深层页岩气区块地质工程特征,系统梳理了影响安全优快钻井的关键技术难点,形成了以地质工程一体化导向技术、钻井提速技术、防漏治漏与复杂防治技术为主体的深层页岩气安全优快钻井关键技术系列。研究结果表明:(1)以精细地质建模优选地质工程“双甜点”、实时靶体追踪为主的地质工程一体化导向技术,实现了地质目标的精准优选和精确追踪;(2)以“高效PDC钻头选型+个性化优化+大扭矩螺杆”高效破岩技术、“MSE+CCS”参数实时优化技术、油基钻井液地面降温+高温旋转导向技术为主的钻井提速技术,实现了页岩气钻井提速提效;(3)以井壁稳定性评价、裂缝性漏层识别、井漏与复杂防治为主的复杂防治技术,从源头降低了井下漏失和卡钻风险。结论认为:(1)形成的深层页岩气安全优快钻井技术,显著提高了机械钻速和铂金靶体钻遇率,在现场规模化推广应用200余口井,单井平均钻井周期降低42.7%,钻井提速效果显著,有力支撑了深层页岩气效益规模开发;(2)深层页岩气钻井将聚焦“地质工程一体化、水平段一趟钻、防漏治漏及智能钻井决策”等方面的技术攻关。

夏子街油田X50区块随钻地层边界探测工具应用

夏子街油田X50井区受构造复杂影响,水平井钻井过程中出现钻入储层上部或者下部低钻速泥岩中造成井壁不稳定、卡钻、水平段井斜调整困难、追不到目的层而导致侧钻等问题。针对存在问题,斯伦贝谢公司结合本区块地质及储层的电阻率特征,进行旋转导向配合边界探测工具的可行性研究。边界探测工具探测深度较深,是具有方向性测量的随钻电磁感应测井工具,应用实时导向软件对测量参数进行反演,估算出工具到地层边界的距离以及地层边界的延伸方向。现场实践表明,在第一口水平井SP-2井侧钻过程中,使用边界探测工具能够提前预判储层顶和底部泥岩的位置,并根据轨迹与边界的距离进行实时调整,避免钻遇泥岩,机械钻速提升近两倍,储层钻遇率达100%,减少了循环和决策时间,提高了钻井效率。SP-2井侧钻成功为后期新区开发提供了技术保障,也为实现工程地质一体化奠定了基础。

随钻测控技术现状及发展趋势

随钻测控技术是随钻测量、随钻测井和随钻控制的统称,是当今石油工程高端技术的代表,也是自动化智能化钻井的核心。随钻测控技术的发展为油气勘探开发提供了重要利器,大幅提高了作业效率,降低了作业成本和油气综合开发成本。全面梳理了斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿等国际大型油服公司随钻测控技术的发展现状,分析了油气勘探开发对随钻测控技术的需求,厘清了随钻测控技术的发展方向,提出了中国随钻测控技术的发展建议,凝炼了随钻测控技术的发展重点,以期推进我国随钻测控技术的快速发展,提升随钻测控技术水平。

泌阳凹陷页岩油水平井随钻定测录导一体化模式探索

水平井是油藏开发实现少井高产、一井多靶、降本提效的主要手段之一,但泌阳凹陷核三段页岩油藏地质条件复杂,不利于水平井钻井提速提效。文中以地震、测井、录井及分析化验资料为基础,通过对泌阳凹陷核三段页岩油藏地质特征剖析,梳理了页岩油水平井钻井施工难点,从一体化组织运行、一体化协调施工及一体化支撑保障等方面阐述了泌阳凹陷定测录导一体化模式的探索及应用。研究表明:泌阳凹陷核三段页岩油层存在局部微构造及断层发育、地层倾角变化快等特点,同时其地震资料品质差。这些导致钻井施工中靶点预测及井眼轨迹调整难度大,影响随钻资料评价的准确性。通过优选定向系统、钻具组合及高效钻头,应用正反演结合测井数据及校正后的元素录井资料综合评价,实现了井眼轨迹优化着陆及长水平段持续追踪。随钻定测录导一体化模式在YYY1HF井进行了应用,提高了机械钻速,目的层钻遇率达100%,助力了区域页岩油水平井优快钻井,对于水平井优快钻井技术的发展及页岩油高效开发具有重要的意义。

2022年探矿工程十大新闻

1习近平回信勉励山东省地矿局第六地质大队全体地质工作者在找矿突破战略行动中发挥更大作用奋力书写“英雄地质队”新篇章中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平2022年10月2日给山东省地矿局第六地质大队全体地质工作者回信,对他们弘扬优良传统、做好矿产勘查工作提出殷切期望。习近平在回信中表示,建队以来,你们一代代队员跋山涉水,风餐露宿,攻坚克难,取得了丰硕的找矿成果,展现了我国地质工作者的使命担当。

南川常压页岩气定测录导一体化技术应用研究

为推进南川常压页岩气高效勘探开发,严格落实“四提”管理要求,推广应用定测录导一体化工作模式,通过定向工具选型、优选水平段穿行层位、优化井眼轨迹、完善信息平台和导向软件,形成了定测录导一体化技术。经过南川常压页岩气16口井的现场应用试验,优质储层钻遇率明显提高,轨迹控制平滑,钻井提速提效显著,具有较强的推广性和市场前景。

旋转导向闭环钻井系统

通过对比研究国内外有代表性的旋转导向钻井系统的组成及特点 ,介绍了旋转导向闭环钻井系统的集成方式、井下定向控制单元、地面监测系统 ,论述了旋转导向钻井工具在旋转钻进时具有连续三维导向和增大延伸长度的能力 ,可提高钻速 ,缩短建井周期 ,降低钻井成本 ,并详细阐述了国内正在开发的旋转导向闭环钻井系统(MRSS)的定向控制原理、5个组成部分及主要技术特点。认为只有开发和集成钻井信息管理与决策软件 。

旋转导向钻井轨道设计及监测方法

井眼轨道的设计与监测技术一直是定向钻井中的研究热点。为了描述和计算井眼轨道 ,须建立一定的数学模型 ,目前国内外普遍采用的井眼轨道模型是圆柱螺线模型和空间圆弧模型。然而 ,井眼轨道监控中的核心参数是井斜变化率和方位变化率 ,但以往的井眼轨道模型却不能直接反映出对它们的需求。针对旋转导向钻井的特点 ,提出了一种具有通用性的三维井眼轨道模型。该模型适用于由直线段和圆弧段所组成的各种井身剖面 ,可广泛应用于斜直井、定向井、水平井。

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。

现代导向钻井技术的新进展及发展方向

总结了导向钻井技术的进展历程 ,并指出现代导向钻井先进技术正在高速发展 ,近年又有许多新进展。中国应迎接挑战 ,加大投入 ,加速发展。指出了滑动导向钻井和所谓“复合钻进”存在许多弊端。旋转导向钻井时的摩阻与扭阻小、钻速高、钻头进尺多、钻井时效高、钻井周期短、井身轨迹平滑、极限井深可达 15km ,每米进尺成本低 ,是现代导向钻井的发展方向。现代导向钻井的关键技术是旋转导向钻井、几何导向和地质导向钻井。文章强调了地质导向的功能。着重阐述了旋转导向钻井的原理与控制理论 ,旋转导向钻井系统的 5大组成部分 ,旋转导向钻井工具的工作原理、结构类型及其进展现状和发展方向 ,并对加速发展我国的现代导向钻井技术提出了若干建议。

南海西江大位移井定向控制技术研究

对南海西江大位移井的定向控制技术进行了分析研究。在南海西江大位移井定向钻进控制中 ,综合使用了滑动导向马达及旋转导向工具 2种钻井系统。当使用滑动导向马达时 ,虽然可实现水平位移超过 8km的大位移井导向钻进目标 ,但施工难度较大 ,要求必须通过数值模拟来精心设计底部钻具组合 ;当使用旋转导向工具时 ,则可顺利实现大位移井的自动导向控制 ,并且可获得较高的控制质量。综合考虑技术与经济两方面因素 ,在钻进大位移井的小位移井段时 ,可使用滑动导向马达通过复合钻进实现井眼轨迹的连续导向控制 ,而在钻进较大位移井段时 ,则宜使用旋转导向工具进行自动旋转导向控制钻进。应根据井况对大位移井定向钻进进行变换控制。

一种旋转导向工具设计方案及其旋转导向功能的实现

导向工具是导向钻井系统的核心，是实现井下闭环钻井的关键因素之一。旋转导向工具能克服滑动导向工具存在的诸多缺陷，是大幅度提高钻井工作能力的有效工具，必将成为未来导向钻井的主流。文中提出了一种旋转导向工具设计方案，并对其实现旋转导向的机理进行了深入研究。作者认为，这种导向工具设计方案不但能够实现旋转导向力方向和大小的有效控制，而且结构简单，可靠性好。

新型指向式旋转导向钻井工具关节轴承动力学特性研究

新型指向式旋转导向钻井工具中,连接偏心环组和导向轴的关节轴承的动力学特性是影响旋转导向钻井工具的导向稳定性和控制精度的主要原因之一。为获得关节轴承的动力学特性,分析导向角和井下温度对其动力学特性的影响,对关节轴承所受载荷进行了分析和简化,建立了关节轴承的有限元模型。在转速、径向载荷和井下温度共同作用下,基于动力学理论和有限元方法,通过数值模拟手段对关节轴承进行了瞬态动力学分析,获得了关节轴承应力、径向位移、径向速度和径向加速度的时间历程曲线以及动态特性。结果表明:随着导向钻井工具导向角的增大,关节轴承前4阶固有频率明显增大,第5阶、第6阶固有频率有微小增大,主振型为第3阶、第4阶对应的径向弯曲;关节轴承最大应力出现在外圈内表面,井深每增加1 km,最大应力增加约86 MPa。关节轴承径向位移波动峰值约为0.228 mm,0~0.25 s内,径向速度和径向加速度有较大波动,表明存在微小振动。研究结果对提高旋转导向钻井工具的控制精度和导向稳定性以及关节轴承的合理使用提供理论参考。

井下闭环导向钻井工具双环积分滑模控制研究

带有双偏心环偏置机构的旋转导向钻井工具在导向钻进时,由于旋转外套传递的钻压以及复杂的井下工况等不确定性及非线性因素,造成钻井工具的轨迹精确度难以控制,为此,提出了一种轨迹跟踪控制理论--双环积分滑模控制。首先,对一种旋转导向钻井工具中的双偏心环偏置机构进行模型简化,将其简化为二自由度的连杆机构;其次,对机构模型进行分析,构建其运动学方程和动力学模型;然后,设计了双环积分滑模控制器,并用Lyapunov函数证明了所设计的控制系统的稳定性;最后,利用MATLAB软件进行仿真分析,证实了该控制方法有较好的抗干扰能力和控制精度。

渤海浅部疏松地层旋转导向轨迹控制关键技术

旋转导向工具在渤海油田应用较为广泛,但长期以来由于旋转导向工具在渤海浅部地层的造斜率不稳定,不能完全满足轨迹控制要求,因此一般是上部采用螺杆马达钻具,中途起钻更换旋转导向钻具。但螺杆马达钻具一方面滑动定向时效较低,另一方面起钻更换为旋转导向钻具需耗时12~15 h。若能直接采用旋转导向工具,取消中间的起钻换钻具步骤,作业效率将大幅度提高。通过定向井轨迹优化、旋转导向工具对比优选、钻井液性能优化等技术措施,成功地在渤海浅部疏松地层实现了旋转导向控制轨迹技术,大幅提高了作业效率。

国产旋转导向及随钻测井系统在渤海某油田的应用

旋转导向和随钻测井系统可在精确、高效控制井眼轨迹和快速识别地层性质的同时大幅度提高作业效率,降低作业成本。尤其在海上油气开发过程中具有较好的提效效果,但是长期以来该领域均被国外石油公司垄断且租赁价格高昂。中海油国产化研制的Welleader旋转导向系统、Drilog随钻测井系统经过多次试验达到了入井应用要求,在渤海某平台调整井钻井作业中进行了应用,结果表明该套系统旋转导向系统轨迹控制满足定向井轨迹要求、测斜数据准确、测井质量符合标准要求,能够实现钻井过程中的轨迹控制和测井要求。

孕育中的三维水平井修正轨道设计的二次函数法和弹性管柱插连法

在钻井过程中,实钻井眼轨迹与原设计井眼轨道都有一定的差值。当差值较大时,为了钻达靶区,必须及时地对待钻段井眼轨道进行修正设计。无论原始设计是二维的还是三维的,施工过程的修正井眼轨道设计都是三维的。给出了针对滑动送钻导向钻井系统提出的三维水平井修正井眼轨道设计的斜平面圆弧-直线-斜平面圆弧法的物理模型,提出了更适于旋转导向钻井系统的两种三维水平井修正井眼轨道设计方法——二次函数法和弹性管柱插连法的物理模型、数学模型,并对其潜在价值和待攻克的问题进行了分析。

旋转导向工具稳斜钻进井眼轨迹控制方法设计

提出了一种旋转导向工具在稳斜钻进作业时井眼轨迹控制方法。稳斜钻进作业中需要控制井斜和方位两个参数。控制方法由井下闭环和井上闭环两部分组成。井下闭环利用井下近钻头设备实时测量的井斜角信息,并通过液压控制系统闭环控制井斜,保证井眼轨迹在井斜方向按照井眼轨迹设计方向前进。井上闭环利用随钻测量设备向地面提供的井斜角、方位角信息,经过地面软件处理得到实钻轨迹并同设计轨迹进行比较,得出方位调整策略,通过数据下传技术下传到井下旋转导向工具,旋转导向工具依据方位调整策略进行扭方位操作,以保证实际轨迹和设计轨迹的重合。控制方法中根据导向能力需求不同,将导向力分成多个档次,以适应不同钻井条件下对全角变化率的要求。试验验证了控制方法的有效性。

套管钻井技术在定向井上的应用

使用套管钻定向井的目的是解决井下复杂问题,简化钻井程序,降低钻井成本。套管钻直井的效果得以证实以后,又加大到钻定向井方面。定向套管钻井系统使用一套位于套管下端的电缆可回收式定向钻井装置,替代了钻杆钻井时使用的常规定向工具。可回收井底组合需要从套管内穿过,对钻头、稳定器、泵等下井工具的尺寸都有所限制,其工艺在提高机械钻速、定向控制方面仍有待改进。套管代替钻杆作为钻柱,其直径、强度及井下受力情况、破坏机理也不同,需要进一步分析研究。尽管套管钻井方法还有诸多问题需要解决,自20世纪90年代商业应用以来,通过专用工具的研发换代,结合现场试验不断改进,套管钻井技术得到快速发展,目前已经可以同旋转导向技术组合应用在海上钻定向井,显示出广阔的发展空间。

一种随钻测量数据的井下无线短传关键部件研究

为了实现旋转导向钻井系统中近钻头传感器测量数据的传输,提出了一种基于松耦合的无线电磁短传系统设计方案,分析了无线电磁短传信道并建立其模型,介绍了系统关键部件的设计,并对其数据传输性能进行了测试试验。试验结果表明,设计可以满足实际工程应用的要求,并为后续研究提供了试验依据。