复杂压力系统薄互层致密油藏水平井钻井关键技术

南堡凹陷高柳区块沙三3段V油组属于典型的砂泥薄互层致密油藏,因多年压裂注水开发导致地层压力系统复杂、人工缝网分布密集,水平井钻井过程中井漏、油水侵与井壁垮塌复杂情况同时存在、矛盾突出。结合高柳区块地层特征阐述了水平井安全钻井技术难点,明确了钻井液漏失、井壁垮塌原因,优选纳微米级乳化防塌剂、石墨微球与微米级柔性封堵剂、超细钙构建了封堵承压井壁稳定油基钻井液体系,该体系有效降低滤液对泥岩地层的侵入,对泥岩强度保持能力提高5倍以上,使中高渗砂岩封堵承压能力达到18 MPa;针对油基钻井液漏失问题提出了油基桥接堵漏技术与油基固化堵漏技术。现场试验解决了高柳区块复杂压力系统致密油藏水平井安全钻井难题,十余口应用井无井壁垮塌情况发生,漏失井堵漏后漏失层承压能力提高5.4 MPa,满足后续钻井施工要求。

超深井溢漏监测装备、压井技术进展及思考

随着勘探开发走向超深层,工程作业面临的井控风险日益突出,钻井过程中溢漏风险、压井难度增大,如何及时发现溢漏和提高压井的成功率是急需解决的现场问题。文章调研了超深井钻井溢漏监测装备、压井技术的研究进展,阐述了大排量出口流量精确监测技术、起下钻自动灌浆及溢漏监测技术、环空液面连续监测技术、循环罐体积数字化监测技术等溢漏监测井控装备的研发现状,以及压井理论、压井工艺技术在超深井的研究进展情况。分析了人工智能钻井溢漏预警系统、井下溢漏早期精确监测技术、自动及智能化压井技术等领域的未来发展趋势。总结了井下—地面的钻井全过程溢漏监测装备、基于多源数据融合的溢漏预警软件和复杂井况压井模拟系统技术发展情况,提升了溢漏监测的及时性和准确性,提高了复杂井况压井成功率,为超深井井控安全提供技术保障。

关于施工现场如何正确关井的分析与探讨

发现溢流后迅速实施关井是防止发生井喷的唯一正确处理措施。如何正确关井是现场不可忽视的重要问题,涉及到防喷器组、节流压井管汇及内防喷工具的配置和使用、井涌余量的应用、关井方式的选择及关井程序的优化等。通过介绍标准中关于井控设备配置的要求、井涌余量的概念、不同关井方式的优缺点及关井时应该注意的问题等,分析总结了施工现场如何通过合理选择井控设备、优化关井程序等措施实现正确关井,以期对今后的井控管理工作提供参考。

复杂油气溢漏早期识别与安全控制研究进展

随着油气钻探逐渐向深层超深层发展,将面临更高的温度和压力条件,更复杂的地层压力体系,易引发溢流和漏失等井下复杂情况,甚至是井喷事故,导致严重后果。为此,及早发现溢漏复杂情况并及时进行井筒压力安全控制则显得非常重要。针对现场溢漏等复杂环境,通过理论分析、数值模拟及定量表征等方法,从井筒压力演变机理、参数表征方法、未知参数估计以及井下复杂诊断方法等方面开展研究,形成了溢漏早期自动识别、井筒压力闭环高效控制方法,得到了基于机理与数据复合驱动井下复杂诊断方法,研发了溢流漏失随钻实时识别和监测方法与系统。研究成果在塔里木碳酸盐地层、库车山前、新疆南缘等地的现场试验结果表明,溢流漏失发现时间较传统录井警报大幅提前,最大程度降低了作业风险,平均复杂处理时间降低66%,丰富了井筒安全监控技术内涵,将推动我国井下溢漏风险技术由定性分析走向定量计算。

准噶尔盆地南缘超深井天X井尾管精细控压固井技术

天X井是准噶尔盆地南缘冲断带霍玛吐背斜带安集海背斜的一口集团公司风险探井。该井六开Ф139.7 mm尾管固井地层高低压并存、裸眼段长、环空间隙小,同时目的层砂岩段孔隙发育地层油气活跃,钻进期间多次发生漏失,地层压力窗口仅有0.02 g/cm^(3),井筒压力无法动态平衡,容易出现下套管及固井期间溢流、井漏等复杂情况,固井质量无法保障。为了解决该井固井施工难题,尝试实践了精细控压固井技术,通过与精细控压装备配合,进行下套管、固井各阶段井口压力控制,保证漏点、溢点在安全密度窗口范围内,实现井筒内压力平衡的目的。该井固井采取精细控压一次上返的尾管固井工艺,制定针对性的固井技术措施,最终顺利完成了天X井固井施工,经IBC测井解释,封固段合格率为100%,降密度后喇叭口正常不窜气。该技术为南缘区块窄密度窗口井固井施工提供了宝贵的经验及借鉴意义。

冲砂沉管下套管方法在三原县城区S2供水管井中的应用

三原县城区S2供水管井施工中,钻穿第四系钻进二叠系砂岩1.3 m时,突然出现“扒车、跳钻”现象,随后钻孔内大量涌水,第四系孔壁逐步坍塌,无法实现泥浆正循环钻进工艺。钻孔塌孔泥沙压井停止涌水后,快速下入Φ325 mm套管,孔底差15.2 m未能下管到位,固井后通过冲砂沉管方法下入Φ273 mm套管到位,解决了无法继续钻进奥灰岩难题题。

深水井控的七组分多相流动模型

针对深水井控的特点,考虑深水钻井外部的多温度梯度环境和天然气水合物相变,将井筒内流体分为7种不同组分,建立了七组分井筒多相流控制方程。利用全尺寸实验井对井筒多相流动规律和井筒压力计算精度进行了验证。以墨西哥湾MississippiCanyon井钻井工况为例,应用所建立的七组分多相流动模型算法,从溢流和井喷过程模拟、压井过程模拟及天然气水合物相变对井控参数影响等几个方面对深水井筒多相流动规律进行了分析。模拟发现,气体在沿井筒上升初期膨胀量比较小,进入隔水管内后开始明显膨胀,越靠近井口膨胀越剧烈。从溢流发展到井喷可分为3个阶段:井涌发展阶段、井喷阶段和井内喷空阶段。在井涌阶段末期,井底压力、泥浆池增量、隔水管内的气体体积分数等会发生剧烈变化,在极短的时间内演化为井喷。在深水压井过程中,由于节流管线内气体交换效应,节流压力的调节速度要高于陆地井控。由于水合物的生成,减小了泥浆池增量,降低了关井套压,给溢流的检测及气侵程度判断带来困难。

油气井钻井过程中井喷预测机理研究

在油气井钻井作业过程中,井喷前会有各种预兆如:①钻井液返出量增加;②钻井液池中钻井液体积增加;③停泵后钻井液外溢;④循环系统压力上升或下降;⑤钻井时悬重增加或减少;⑥返出的钻井液中有油花气泡等。上述预兆对预防井喷起着至关重要的作用。为此,在分析井喷原因及井喷预测机理的基础上,利用钻压、大钩负荷、转盘转速、返出流量、泵压、钻井液密度、硫化氢浓度等,建立了井喷预测数学模型,提出了井喷事故发生的危险指数,通过对该指数的计算和分析,便可预测井喷事故发生的可能性。实例验证结果表明,该井喷预测模型能为防止井喷的发生提供科学依据。

钻遇多压力系统气层溢漏同存规律研究

钻遇多压力系统气层,多个不同地层压力系数的漏层、喷层常同存于一个裸眼中,钻进过程极易发生溢漏同存的复杂情况。目前国内外对多压力系统气层溢漏同存的研究,往往局限于现场堵漏压井处理工艺技术。文中阐述了多压力系统气层溢漏同存时的物理规律,并根据井筒环空多相流的理论建立了数学模型,系统总结了气液两相流型转换准则和不同流型的压降计算公式,得出了不同工况下多压力系统气层溢漏同存时的井筒环空压力曲线,以及气液两相流型沿井深的分布。计算结果表明:溢漏同存时井筒环空压力迅速下降,溢流态势更加严重;井筒环空的液体流量急剧减少,气体迅速向上滑脱和运移,导致气液两相流型分布变化较大,模拟结果对现场溢漏同存处理技术具有重要的指导意义。

溢流关井水击压力数学模型研究

溢流关井水击压力的大小直接决定了现场是采用“软关井”、“半软关井”,还是“硬关井”的关井方式。从溢流关井实际情况出发,应用质量守恒原理、牛顿第二定律建立了气液两相流的溢流关井水击压力数学模型,采用基于特征线法的有限差分法求解数学模型,同时编制了相应的计算机程序并进行了实例计算。计算表明:①所建立的数学模型,适用于“软”、“半软”、“硬”关井的水击压力计算;②“硬关井”、“半软关井”、“软关井”井内水击压力逐渐减小;③井内压力波动由井口到井底逐渐减小,井内为气液两相流时产生的压力比单相流更小。为了便于油气田应用,建议在瞬态模型的稳态化方面开展进一步的研究。

深水钻井井涌动态模拟

考虑油气和水合物相变、岩屑以及地层产出等参数的影响,针对井筒与隔水管,建立深水钻井井涌期间的多相流动控制方程组,采用数值方法对方程组进行求解并编制相应软件,对深水井涌的流动过程进行动态模拟,分析井筒气相体积分数及溢流参数随溢流时间的变化规律,讨论地层渗透率、地层与井底初始压差以及水合物生成与分解对溢流参数的影响。结果表明:溢流时间越长、地层渗透率越大、地层与井底初始压差越大,则泥浆池增量越大,井底压力降低越明显,井控难度越大;水合物生成与分解对井筒及节流管线的流动有影响,尤其对已存在的较多水合物采取措施促使其分解时,对节流管线内的气相体积分数影响很大,进而影响压力分布及节流压力的调节。

基于SOPC的井喷预测系统设计

介绍了SOPC技术为核心逻辑模块的井喷预测系统,对井喷预兆、原因和相关参量变化规律进行了分析;描绘了系统组成结构,给出了硬件原理框图,并对系统进行了分解;系统应用计算机对钻井过程中相关参量的变化进行实时监测,研究智能决策方法,实现了对钻井过程中可能发生的溢流、井涌、井喷等进行科学的预测和预报;实际应用证明,系统有效并可靠地完成井喷的预测预报任务;系统的研制成功,对确保油气勘探开发作业安全起到重要作用,具有广阔的推广应用前景。

高含硫化氢天然气气侵时的溢流特性

以四川某高含H2S气体的气井井身结构及钻井工况为基础,针对高含H2S气井溢流时的特点,考虑H2S在水中的溶解度,建立溢流期间环空各相流体的质量和动量守恒方程,并用有限差分法对方程进行求解。结果表明:H2S在井底的溶解度远大于CH4的,在距井口约360 m开始大量析出;H2S的含量越高,气体在上升过程中密度变化越大,气体开始剧烈膨胀的位置越接近井口;井底侵入气体量相同的情况下,H2S的含量越高,气体的膨胀倍数越大,泥浆池增量也越大,同时,刚开始气侵时H2S含量越高气相的体积分数越小,而到达井口后H2S的含量越高气相的体积分数越大,导致溢流检测的难度和井控的危险程度增加;高含H2S气井溢流时井底压力的下降值、泥浆池增量、关井套压小于纯烃类的,不能反映真实的气侵程度,而且随着时间的增加情况会更严重;高含H2S气侵时压井过程中套压值与纯烃类的相差不大,因此可以在井口施加一定的压力,抑制H2S气体的膨胀,减缓井喷事故的发生。

基于概率分析的密集丛式井组造斜窗口确定方法

造斜点深度分配是决定密集丛式井组整体防碰设计效果的关键因素之一,而造斜点深度选择范围即造斜窗口是合理分配造斜点的前提。为此,从概率分析的角度,分析了南堡油田152口上直段较长井(900 m以内设计为直井段)的实钻井眼轨迹数据,得出了上直段水平位移偏差随井深的变化规律,建立了上直段水平位移偏差概率分析模型,形成了一种可以确定密集丛式井组造斜窗口的方法。通过在南堡1-3人工岛密集丛式井组设计与施工中的应用,证明该方法可以为南堡油田密集丛式井组轨道设计提供相对合理的造斜窗口。

低渗气藏溢流关井孔隙压力计算方法探讨

在钻井作业中发生溢流时,一般是通过关井求得地层孔隙压力,从而确定合理的压井钻井液密度,这种传统的方法对高渗透储层是可靠的,然而对于低渗透储层要获得准确的结果需要等待较长的时间,这样会影响压井作业时间。针对低渗透气藏压力恢复特征,应用渗流理论推导了一套适合于低渗气藏在溢流关井求取地层孔隙压力的计算模型,并提出了两种数据处理方法,即回归处理方法和作图法,既可满足计算机分析的需要,又可满足现场技术人员快速分析的需要。为了准确预测地层孔隙压力,建议应用录井仪记录关井数据。

水平井压井方法

由于水平井实际井深与垂直井深的差别,水平井的压井与直井的压井存在着差异。针对这一问题,提出了较为科学的以减少和防止伤害油气层为前提的水平井压井技术。分析了井内侵入流体在水平井中运行的一般特性以及与直井的不同点,介绍了水平井关井和压井方法的选择原则,针对水平井井涌的特点,提出一套合理的水平井压井的简易计算方法,介绍了水平井压井过程中的压力损失特点以及与直井压井的不同点,并以一口水平井为例详细介绍了水平井压井的简易计算过程和运用司钻压井法和等待加重压井法压井的现场操作程序。

油气井早期溢流监测技术研究现状及展望

近年来,随着国内外油气勘探目标进一步向深层、海洋等非常规油气藏推进,所钻遇地质环境愈加复杂,在其钻探过程中发生溢流频率也越来越高,井控安全面临巨大挑战。而作为井控安全的第一道屏障,早期溢流监测技术应用与发展对预防井喷具有重要理论及实践意义。为此,文章通过分析当前井控技术面临难点,从井口监测、井下监测两个层面入手,系统地回顾了国内外早期溢流监测技术研究现状,并阐述了各监测方法的优势及局限性,认为“井下流体实验室”与利用大数据及人工智能的风险诊断模型是当前石油勘探与开发重点应用技术,在早期溢流监测工作中具备很好的应用潜力。最后针对深层、海洋和可燃冰等非常规油气建井早期溢流监测所面临的困难,在现有溢流监测技术的基础上,提出了相应对策与发展趋势,以供同行业者参考。

塔中TZ井溢漏同层堵漏实践

溢漏同层的危害很大,不仅会诱发溢流、井喷,还会导致井壁坍塌、卡钻事故。发生井漏后,钻井液进入地层裂缝堵塞油气流动通道损害油气层,而且岩屑未能及时返出井眼给后续的作业带来很大的麻烦。塔中TZ井在目的层钻探水平段时,发生了井漏失返,出现了溢漏同层现象。分析了溢漏同层的原因和堵漏施工的重难点,阐述了塔中TZ井溢漏同层堵漏实践:压井效果持续时间短,溢流难以控制,实施了5次不同的堵漏措施均失败,在第6次采用桥塞加水泥浆堵漏作业后终于取得成功。

伊朗雅达区块边缘井F11井钻井液技术

F11井是中石化部署在伊朗雅达区块最南端的边缘预探直井,完钻井深为4 310 m,主要目的层位为Fahliyan。不同于雅达区块其他直井,F11井多套地层裂缝发育严重,Gadvan水敏性强,Fahliyan油气层异常活跃,导致在该井施工过程中,经历了卡钻、卡套管、井漏、井涌等各种钻井复杂情况,经过长达168 d的钻井施工,以降低钻井成本、安全钻进为目的,处理上述各种复杂情况,完成了该井的施工。完井后投产日产油850 m3/d。

动力压井法理论及适用条件的分析

动力压井法是隶属于非常规井控的一种压井方法，主要是借助于环空流动压降来平衡地层压力，其实质就是使井底流动压力大于或等于地层压力而不超过地层破裂压力。通过全面分析其应用条件和影响因素表明，动力压井法是一种简便、安全、快捷的压井方法，它能解决现有的建立在直井基础上以“泵送模式”作为基本理论的常规压井方法（司钻法和工程师法）所不能处理的许多井喷和溢流问题。动力压井法的应用受到地层压力和现场机泵等条件的限制，根据地层压力和地层破裂压力的关系，得出了动力压井法能否应用的综合判别式，对于现场机泵条件的限制，提出了许多切实可行的措施和建议。