UBD Technology Plays an Effective Role in Overcoming Drilling Challenges

For decades,some geological formations have been drilled with a drilling fluid that exerted a bottom-hole pressure less than the formation pressure,allowing formation fluids-oil,gas and water-to flow from the reservoir into the well bore while drilling proceeds.A growing number of Iranian case histories have shown that when UBD is applied in the right reservoir with the proper planning,well productivity can be orders of magnitude greater than with a conventional well drilled into the same formation.Wells drilled underbalanced have been proven to add

UBD/MPD技术标准现状分析

针对欠平衡钻井(UBD)和控制压力钻井(MPD)的石油行业标准、IADC标准、API标准进行了综述,着重讨论了目前欠平衡钻井和控制压力的标准现状,探讨了以后我国石油行业可能建立控制压力标准所包含的主要内容。

UBD/MPD技术标准现状分析

近年来,欠平衡钻井(UBD)和控制压力钻井(MPD)因能大幅度提高机械钻速、有效降低井下复杂情况的发生、减少非生产时间而得到了飞速发展,国内外也对两项技术制定了相关标准。从石油行业标准I、ADC标准、API标准入手,着重讨论欠平衡钻井和控制压力钻井的标准现状,探讨建立控制压力标准应包含的主要内容。

磨溪气田快速钻井技术及其应用

磨溪构造嘉二段钻探始于1977年,经过30多年的钻探,截至2004年底要完成一口以嘉二段为目的层的第四次开钻井需要5个月左右时间,平均机械钻速不足2m/h,钻机月速约680m/台月。为此,介绍了磨溪构造钻井过程中,针对磨溪构造不同井段地层特点,在不同井段采用不同的钻具结构。通过强化钻井参数、适当降低钻井液密度、优选钻头类型、提高钻井液抑制性等技术措施,极大地提高了磨溪构造的钻井速度。经过该区几口井的现场实验表明,试验井平均机械钻速从原来的不足2m/h提高到现在的6.1m/h。在磨溪构造的第四次开钻的钻进中,第二次开钻层段,通过加强钻井液体系的抑制性,确保良好的钻井液性能,实现无固相或低固相钻井液钻进。第三次开钻层段(T3x6—T2l21),采用安装旋转防喷器利用欠平衡钻井技术,使用无固相钻井液或较低密度的聚钾钻井液,能够较大幅度地提高钻井速度。

牛102井欠平衡泡沫水平井钻井技术

介绍了吐哈三塘湖油田牛 10 2井利用泡沫流体以欠平衡钻井方式钻水平井段的钻井设计及施工情况。将欠平衡钻井、水平井钻井技术两种工艺相结合并且成功应用在牛 10 2井。着重论述了水平井段欠平衡钻井负压差值的选择依据 ,以及泡沫流体各参数的设计方法。该项技术在牛 10 2井的成功实践为今后同类条件油田的勘探开发提供了宝贵的经验和借鉴。

欠平衡钻井坍塌压力计算模型

欠平衡钻井过程中井壁稳定是保证欠平衡钻井成功的关键。在欠平衡钻井过程中,地层流体不断流入井内,促使井筒周围的应力将伴随地层流体的流入而重新分布,进而影响井壁的稳定性。根据原地应力产生的应力与地层流体向井眼径向流动产生的拖拽力叠加而求得了欠平衡钻井井周应力的解析解,考虑欠平衡钻井过程中地层流体对岩石拖拽作用后地层坍塌压力更大即井壁更易失稳,运用Mohr-Coulomb强度准则建立了欠平衡钻井坍塌压力的计算模型。将所建立的计算模型应用于塔中722井的井壁稳定性分析,结果表明:理论分析结果与工程实测数据对比,计算结果较为准确。

全尺寸实物欠平衡钻井模拟器

全尺寸欠平衡实物钻井模拟器是在PDS—1钻井模拟器的基础上增加了旋转密封头、气液分离器及相关仪器等硬件设施而研制出的全尺寸实物欠平衡钻井模拟器,该模拟器可以完成低密度欠平衡钻井、地面充气欠平衡钻井、气体钻井和泡沫流体欠平衡钻井演示和操作模拟,并进行欠平衡钻井的设计和计算。文章介绍了欠平衡模拟器的结构、工作原理,说明了欠平衡模拟器主控台与前端控制台和图形控制系统之间在Windows系统下实现通讯的主要技术和关键问题。

九龙山构造欠平衡钻井提速的可行性分析

气体钻井技术在四川盆地九龙山构造提高机械钻速方面发挥了巨大作用,但在侏罗系沙溪庙组沙二段底部出现井壁坍塌,转换成常规钻井后钻速较慢。为了提高该井段的机械钻速,从岩石可钻性与井壁稳定两方面进行了欠平衡钻井的可行性分析,结果表明:沙溪庙组沙一段与千佛岩组层段设计的欠平衡钻井液密度应控制在1.10～1.25g/cm3,才能确保欠平衡工况下井壁稳定;欠平衡钻井与常规钻井相比,其岩石可钻性系数更低,有利于明显地提高机械钻速;沙一段至珍珠冲组上部岩石井壁稳定,适宜开展欠平衡钻井提速试验;对存在大量砾石层的珍珠冲组下部,欠平衡钻井提速效果不明显,可采用其他钻井措施提高机械钻速。龙110井的现场试验表明,沙一段至马鞍山组层段开展欠平衡钻井,能有效地提高机械钻速,且与邻井龙104井的常规钻井相比,最高可达206%。所提出的欠平衡钻井提速模式,为广泛开展九龙山构造欠平衡钻井提速提供了经验和技术支持。

欠平衡钻井技术在松辽盆地腰深1井中的应用

腰深1井是部署在松辽盆地长岭断陷达尔罕断凸带腰西构造高点上的一口直探井。该井储集层具有典型的低孔隙度、低渗透率特征,常规钻井容易引起储层伤害,造成气层产能下降,甚至不能发现气层。为此,在区域地质构造与岩性特征分析的基础上,论证了对该井实施欠平衡钻井的必要性和可行性,结合腰深1井的地质特征与井身结构参数,对欠平衡钻井实现方式、欠平衡压差、钻井液体系与性能以及欠平衡钻井参数等进行了设计。施工结果表明:欠平衡钻井技术保护了储集层,提高了钻井速度,延长了钻头寿命,钻进过程中发现了3套主力气层,达到了预期目标。该井欠平衡钻井技术的成功应用,验证和完善了欠平衡钻井设计和施工理论与方法,有助于欠平衡钻井技术的进一步应用和推广。

页岩气钻完井技术现状及难点分析

页岩气勘探开发在中国刚刚起步,缺乏相关技术经验。为此,介绍了国外页岩气钻完井技术现状及最新进展。国外页岩气开发先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、丛式水平井钻井(PAD水平井)的发展历程;目前水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式,页岩气水平井钻井要考虑其成本,垂直井段的深度不超过3 000 m,水平井段的长度介于500～2 500 m;PAD水平井钻井利用一个钻井平台作为钻井点,先后钻多口水平井,可以降低成本、节约时间,是比较新的页岩气钻井技术;页岩气固井主要采用泡沫水泥固井技术,完井方式以套管固井后射孔完井为主。在综合分析国外页岩气钻完井技术及钻完井难点的基础上,指出国内页岩气钻井应着力解决在保持井壁稳定、预防事故、降低钻井成本、研发配套仪器和优选钻井液配方等方面存在的问题。

升深2-17井络合铝聚合物充气钻井液现场试验

为加快徐加固子深层天然气的勘探开发步伐，缩短深层气井的建井周期，在升深2-17井进行了充气钻井试验。介绍了络合铝聚合物充气钻井液技术的现场应用概况及效果以及井漏的发生与处理过程、钻井液起泡的解决措施。在现场试验过程中，络合铝聚合物钻井液性能稳定，具有较强的抑制性和较好的流变性能，流性指数控制在0．7左右，具有良好的携屑和稳定井壁能力，而且粘度较低，基本上控制在33～52s之间，满足了现场充气和脱气的需要；该钻井液抗温可达180℃，润滑性能较好，在钻井过程中无粘卡显示，在深井欠平衡井眼稳定方面取得了较好的效果；在不同的气液比条件下，可以在0．83～1．08g／cm。之间实现对当量密度的调节;与常规钻井工艺相比，充气钻井可以使机械钻速提高30％～50％；在钻进过程中实现了充气和点火同时进行，达到了欠平衡钻井工艺技术的要求，为进一步开展气体钻井打下了良好的基础。

考虑有效膜压力的坍塌压力计算模型

川渝气区风险探井欠平衡井段的井眼扩径率普遍较高,井眼扩径率介于20%~30%,最高可达140%,增加了风险探井的钻探风险,而且欠平衡钻井井壁稳定的问题也尚未得到有效解决。为此,针对欠平衡井段井壁失稳机理开展了研究,提出了计算欠平衡钻井井壁坍塌压力的方法：通过引入有效膜压力系数,结合达西定律、地层流体状态方程、连续性方程,求解出井周压力分布解析解;依据叠加原理得到了井周应力分布模型,并采用Mohr-Coulomb准则推导出维持井壁稳定的最低钻井液密度计算模型;研究了欠平衡、过平衡、欠平衡转过平衡3种典型工况下的井周压力演化规律,并总结了欠平衡钻井井壁失稳的规律。结论认为：该模型反映了泥饼对井壁稳定的影响,由其计算得到的坍塌压力比常规模型计算所得的结果要高,说明有效膜压力系数对井壁坍塌的影响显著,而岩石强度（内聚力、内摩擦角）、地应力、岩石孔隙度等参数对井壁坍塌的影响则相对较小,采用该模型计算的结果更加符合现场实际。

含水漏失层段的气体钻井技术

钻井过程中,出现井漏特别是恶性井漏后,将给钻井工程带来一系列的难题。对于采用常规的钻井液堵漏方法不能解决的恶性井漏,应用气体钻井来钻穿漏失井段,可以避免在易漏失井段出现的漏失。在考虑漏失层特性参数对气体钻井影响的基础上,通过地层岩石吸水膨胀室内实验,分析了漏失层特性参数与气体钻井的关系,提出采用气体钻井来钻过漏失层或漏、水共层井段,解决了既有漏失层又有含水层或漏、水共层的井段的钻井难题。为钻遇复杂恶性漏失层井段选取欠平衡钻井方式提供了理论依据。

元坝陆相欠平衡集成钻井技术

元坝气田是中石化重点勘探开发区块,气田整体埋藏深,海相及陆相的天然气资源丰富。元坝陆相地层可钻性差,采用常规钻井液钻井,机械钻速低,钻井周期长。以前主要采用空气钻井技术来提高陆相地层平均机械钻速,由于受到剑门关组地表水和上沙溪庙组底部垮塌地层制约,具备实施空气钻井条件的井段有限,进一步提高陆相地层平均机械钻速难度大。文章根据元坝气田陆相地层不同层位的工程地质特征和井身结构特性,结合不同介质欠平衡钻井技术的特点,优化欠平衡钻井技术组合,形成元坝陆相欠平衡集成钻井技术,通过现场应用该技术,陆相地层提速效果明显。

我国海上油田欠平衡钻井可行性研究

欠平衡钻井在国内外陆地油田已得到了广泛的推广和应用,可有效提高油气田开发效益。由于作业环境特殊,欠平衡钻井技术在海上油田的应用受到限制,但国外已有上百口井成功的先例。我国虽有利用旋转控制头等欠平衡钻井关键设备解决浅海钻井井漏问题的探索实践,但还没有实现真正意义上的“欠平衡钻井”。文中分析了在我国海上油田实施欠平衡钻井的可行性。针对渤海某油田具体实例,尝试进行了海上欠平衡钻井工艺设计。

欠平衡钻水平井附加套管注气方式及关键技术

充气欠平衡钻井技术应用于水平井或大斜度井,将是拓展欠平衡钻井应用领域的重要方向之一。目前注气方式主要是钻柱注气和环空注气。采用钻柱注气方式,常规井下动力钻具和泥浆脉冲随钻测量工具无法正常工作,而现有的环空注气方式（如寄生套管、双层套管）,由于成本高,技术问题多,应用不够广泛。由此,结合欠平衡钻井和水平井的理论和实践,提出了附加套管环空注气方式,并针对其关键技术进行理论分析和论证。该注气技术克服了钻柱注气的特殊问题,形成一套实用的环空注气欠平衡钻水平井技术。

空气钻井携岩及防燃爆最小注气量计算方法

空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井方式,当钻遇气层时,天然气就会侵入井内与空气混合,在井下高温高压的环境下极易发生燃爆。注入的空气量既要能有效地携带岩屑,又要能防止井下燃爆。针对空气钻井中确定最小注气量的难题,根据修正的Angel模型,应用最小动能法和最小速度法,建立了携带岩屑的最小注气量方程;根据气侵速度和甲烷在井下的燃爆极限,通过控制甲烷的体积浓度,得出了防止燃爆最小注气量的计算方法;通过计算机编程,对川中某气田空气钻井的最小注气量进行了计算,其结果与实际作业中的最小注气量数据非常吻合。

钻井旋转导流装置的研制

开发研制钻井旋转导流装置与长庆局引进的气体钻井设备配套,为长庆油田气液欠平衡钻井井口设备填补空白,使之国产化、降低成本;解决由于陕北油气田采用先注后采的生产工艺,导致地层压力相对较高,发生井涌、井喷的问题,在打开油气藏时使用该装置减少井喷事故的发生。旋转导流装置是一个随钻防喷设备,采用综合技术,大轴径旋转高压润滑密封与冷却技术;润滑冷却自动控制系统;高压试压装置;高压运转试验台架等。完成室内试压、台架带压运转试验、测试及试验总结;完成在长庆油田召42井、双46井和双77井可循环泡沫欠平衡钻井,为钻井防喷安全起到了重要作用,获得了较大的间接经济效益。

欠平衡钻井直井段岩屑运移规律研究

欠平衡钻井技术由于具有提高钻速、及时发现和保护储层等优点,已被广泛应用。然而,地层气体进入井筒后,气液两相流型变化规律复杂。由于不同气液流型具有不同的携岩效果,因此井筒岩屑运移规律多变。首先分析单个岩屑的受力情况,建立岩屑运移数学模型。然后建立环空多相流流型判别模型及环空压力计算数学模型。最后以某井为例编制计算程序,分析相应的钻井参数及进行钻井参数优化。数值模拟结果与现场施工参数吻合。

DQX-Ⅳ型小尺寸旋转防喷器的研制

现有的旋转防喷器与小钻具配合密封及井口防喷器组不匹配,难以满足小井眼氮气钻井要求,为此,研制了DQX-Ⅳ型小尺寸旋转防喷器。DQX-Ⅳ型旋转防喷器的整体结构设计充分考虑了现场施工及维护保养要求,具有体积小、安装快捷、动作灵活、维护保养方便等特点,为小钻具及小钻机欠平衡钻井提供了井口保障,为拓展欠平衡钻井应用领域提供了技术支持。试验结果表明,该旋转防喷器达到了现场使用要求,能够满足小井眼氮气钻井的需要。