川西地区复杂超深井钻井技术

四川盆地川西地区超深井普遍存在多压力系统、多套管必封点、大尺寸井眼长、局部地层可钻性差、研磨性强、深部地层高温、高压、高含硫和窄安全密度窗口等技术难点,井下易发生溢、漏、垮、卡多种复杂及故障,钻井速度慢,整体钻井周期长,严重影响深层高产气藏的效益化勘探开发。研究人员通过开展井身结构优化与高效承压堵漏技术的研究攻关,拓展形成适用于四川盆地川西地区超深井钻井的非标井身结构1套,发展出以"个性化钻头+长寿命井下工具+优质钻井液体系+精细控压钻井"为核心的超深井钻井提速提效综合技术,建立了川庆钻井工程技术信息一体化系统,实现了川西北地区复杂超深井钻井速度成倍提高,井下复杂和故障得到有效控制,钻井周期大幅缩短,大大加快了四川油气田川西地区深层气藏的整体勘探开发进程,对国内其他类似地区深井超深井钻井具有良好的借鉴意义。

趾端压裂滑套技术分析及启示

趾端压裂滑套技术是近几年发展起来的一种适用于建立深层长水平段页岩气井第一段压裂通道的技术手段,该技术无需连续油管射孔等操作,不受井深及水平段长度限制,只需通过井口加压的方式即可开启滑套,建立第一段压裂/泵送通道,有效解决了国内深层长水平段页岩气井第一段储层改造面临的技术难题。国外北美地区页岩气开发已实现商业化,并形成了一系列页岩气长水平井第一段储层改造技术及配套工具。国内页岩气相关工艺和自主工具研制也取得了很大的进步。通过调研立即开启式、延时开启式、降压开启式等深层长水平井趾端压裂滑套技术,介绍了不同类型趾端压裂滑套工具结构组成、工作原理及技术特点,对目前国内外趾端压裂滑套工具的技术水平和应用现状进行了对比与分析。并结合国内页岩气藏开发需求,指出了延时开启型趾端压裂滑套系列化研究、降压开启型趾端压裂滑套技术攻关及无线智能趾端压裂滑套的先导性研究为今后研究的重点攻关方向。

衬管完井水平井新型布酸技术研究与应用——以安岳气田磨溪构造龙王庙组气藏为例

衬管完井具有泄流面积大、完井成本低等优势,目前成为水平井完井的主要方式之一。衬管完井水平井酸化改造的关键是如何实现水平井段上的均匀布酸,但由于割缝衬管与岩石壁面之间环形空间未真正封隔,常规分段工艺的应用受到限制,致使衬管完井水平井均匀布酸困难。为此,通过理论研究和室内实验评价,形成了衬管完井水平井新型均匀布酸技术:(1)预测水平井段上初始表皮系数分布剖面,明确不同井段损害分布特征;(2)建立水平井段上酸液流量数学模型,模拟计算不同井段暂堵转向净压力值;(3)优化设计不同井段衬管割缝参数,优选转向剂加量,实现井底不同转向净压力;(4)采用数值刻画方法定量表征酸蚀蚓孔形态,优选适合的酸液体系。在安岳气田现场应用8口井,井均增产倍比达1.95,井均增加测试产量67.3×104 m3/d,相比射孔完井,单井节约完井成本900万元,对同类型气藏衬管完井水平井均匀布酸技术具有借鉴意义。

空气钻井地层出水限定值的探讨

采用空气钻井时,经常会遇到地层出水的情况,大多认为在出水量达到5m3/h就应该转化成雾化钻井或其它方式钻井,更有甚者认为出水量大于2m3/h时就应该转化。事实上不同的地层岩石特性不同,对于地层出水的限制也应该不同,所以应根据裸眼井段的地层岩性、井壁稳定性、裸眼井段是否有漏失层等条件而定。

井下粘滑振动强度量化评估方法研究与应用

井下钻具粘滑振动是影响钻头破岩效率,引发钻具失效的主要因素之一。建立井下钻具力学模型,能够量化评价粘滑振动强度、提高钻头破岩效率、降低钻具事故。为此,依据粘滑振动表现特征定义了三种主要类型粘滑振动。在牛顿运动方程的基础上,建立了频率域下,单自由度、有阻尼钻柱受迫粘滑振动预测模型,对描述井下钻柱受力状态更加准确。在此基础上,采用半解析传递矩阵方法建立粘滑振动状态下钻柱各点内力波动变化与地表参数变化特征响应关系,减少了模型求解所涉及到的未知变量,提高了计算效率。同时,将粘滑振动状态下的钻柱响应特征的表征参数整合成一个综合指数,实现了粘滑振动强度量化评价。井下振动存储式测量短节对模型计算结果现场试验验证,振动强度计算结果与实际测量值基本相符,机械钻速同比提高20%以上。建立的井下粘滑振动强度评价方法能够改善钻头破岩效率并保护钻具。

柔性钻具组合防斜钻快的强度分析

在倾角大、岩石硬度高、自然造斜能力极强的地层中,采用常规塔式钻具组合、刚性满眼钻具组合和钟摆钻具组合均难以控制井斜,而采用柔性防斜钻具组合控制井斜则为大倾角硬地层防斜钻直提供了一种新型的技术手段。但是钻具强度问题一直是倍受关注的焦点。文章以固体力学有限元理论为基础,建立了柔性下部钻具组合在弯曲井眼或斜直井眼中的有限元力学模型,求解并得到了下部钻具组合的应力场。研究结果揭示了柔性防斜下部钻具组合的变形、应力分布规律、下部钻具组合的强度特征和失效的力学机理,为钻具组合安全使用和优化设计提供了参考依据。

水平井套管磨损规律及防磨优化研究

在水平井钻井过程中,受造斜段井眼曲率大、水平段钻具受重力影响躺在井眼底边等原因,技术套管磨损问题极为突出,井筒完整性存在极大隐患,对水平井套管磨损及剩余强度的分析展开系统性的研究是非常有必要的。文章采用套管磨损实验和套管磨损效率预测模型相结合的方法,对技术套管的磨损厚度、磨损系数、磨损后套管的剩余强度进行了研究分析,得到了在水平井磨损系数为1.52×10^(-13)Pa^(-1)、井眼曲率在(2~6)°/30 m时的套管磨损厚度、磨损后套管的剩余抗内压强度和剩余抗外挤强度,并对磨损后套管剩余强度进行安全评价。随后从井眼轨迹优化、套管内径及钻杆接头耐磨带选择等出发,总结出水平井技术套管防磨优化建议。此项研究结果对水平井技术套管防磨设计及防磨措施具有指导意义。

低温高强韧性水泥浆在致密油水平井的应用

长庆油田致密油延长组油层埋藏浅,井底静止温度低,常规水泥石强度发展慢、脆性强,大型体积压裂易导致水泥环密封完整性破坏,严重威胁致密油开采和油井寿命。针对以上难题,优选了低温促凝早强剂DRA、低温增强材料DRB和膨胀增韧材料DRE-300S,并结合配套固井外加剂,开发了综合性能良好的低温高强韧性水泥浆体系。该水泥浆体系在55℃条件下,24 h抗压强度达到35.8MPa,168 h抗压强度为50.6MPa,抗压强度较常规体系提高了33.1%,弹性模量降低了14.3%,表现出良好的低温高强韧性特性,增强了水泥环在交变应力作用下的密封完整性。该体系在长庆致密油水平井φ139.7mm生产套管固井中进行了4次现场应用,现场应用效果良好,为低温高强韧性水泥浆体系的推广应用奠定了技术基础。

龙马溪页岩微米防漏堵漏剂研究与应用

针对川渝地区长宁—威远区块龙马溪组地层微裂缝发育、承压能力低、漏点多、漏失量大、堵漏难度高的问题,采用表面特殊改性处理的可变形胶粒及强刚性、强拉伸强度合成石墨,形成专项防漏堵漏技术。室内研究结果表明,可变形胶粒D_(50)为0.455μm,合成石墨D_(50)为1.121μm,满足龙马溪地层裂缝0.05~2μm填充要求,其最佳配方为:油基钻井液+0.5%~4%可变形胶粒+0.5%~8%合成石墨,该堵漏配方对钻井液流变性影响小,高温高压滤失量降低率高达92.86%,高温高压渗透封堵性升高25%,体系承压封堵能力最高可达9.57 MPa。该技术在N216H2-1井龙马溪组地层成功应用,结果表明,其可有效降低钻井液漏失速度67%~75%,堵漏成功后安全密度窗口由0.19 MPa扩大至0.56 MPa。

固井用隔离液材料对界面胶结质量的影响

优良的固井界面胶结质量是防止环空气窜的关键性保障之一。围绕固井用隔离液研究存在的诸多技术难题,利用X衍射和扫描电镜测试等方法,开展了矿渣、重晶石等不同固相材料形成的隔离液对固井界面胶结质量的影响评价,并从界面胶结机理的角度,对不同材料影响的实质进行了分析。结果表明:含有矿渣类水硬性材料的前置液与钻井液的相容性良好,提高了固井二界面的胶结强度,而含有重晶石等惰性材料的前置液对界面胶结强度的提高作用不明显;含有矿渣类水硬性材料的前置液能够显著地抑制被前置液污染后水泥石抗压强度的衰退;在界面处矿渣类水硬性材料与水泥发生水化反应,降低了界面处氢氧化钙的含量,而且生成胶凝材料填充界面胶结的空隙,从而提高了界面胶结质量。研究结果为川渝油气田固井用隔离液的评价及优选提供了支撑,为固井质量的提高提供了重要参考。

气体钻井钻柱失效因素分析与对策研究

文章通过对2005~2021年期间川庆气体钻井所发生的76次断钻具故障的统计分析,认为气体钻井中钻具失效的主要原因在于钻具疲劳、钻具振动、化学腐蚀以及高速冲蚀破坏等几个方面。其中,采用空气锤钻进时,在冲击力作用下钻具的瞬时中和点上移,疲劳点不一定集中于近钻头的∅228.6 mm钻铤;高频段的钻具振动对钻具产生的破坏影响较小,而低频段的钻具振动会引发低阶钻柱共振,进而引起钻具振动失效;在地层产水条件下实施气体钻井时,钻具易发生溶解氧腐蚀和二氧化碳弱酸性腐蚀,造成钻具的点蚀破坏;井底岩屑伴随高速气体呈间歇性的高速撞击钻柱形成冲蚀破坏,是造成钻具磨损失效的主因。基于上述原因分析,从优化钻具组合、完善雾化基液缓蚀工艺和气体注入参数等方面提出了具体的对策,为减少后期气体钻井过程中钻具失效机率做参考。

固井环空逐级憋压候凝方法研究与应用

固井后环空憋压能有效补偿水泥浆失重造成的压力损耗,是目前解决水泥浆失重的常用手段。高压气井裸眼段通常纵向上压力体系多,涌溢同存,常规固井后一次性憋压至较高设计值候凝可能导致井漏发生,而采用偏低的环空憋压值则无法有效补偿压力损耗,候凝期间存在地层失稳。因此,基于固井气窜主要发生的因素分析,采取理论与实践相结合,确定了一种在现场切实可行的环空憋压方法;基于水泥浆超声纵波的传输时间及孔隙压力变化确定水泥浆液-固态变化时间作为环空逐级憋压候凝时间节点;基于水泥浆静胶凝强度及水泥石强度发展时间确定憋压值;实现固井候凝期间全过程压稳,较好解决固井候凝期间发生气窜问题。

水平井岩屑流量预测模型研究及应用

钻井过程中钻井液携带岩屑返出,为了监测井眼清洁情况,减少因井眼不清洁造成钻头泥包、井壁坍塌、卡钻、漏失等复杂钻井事故,影响钻井施工,因此需要实时、连续监测钻井返出岩屑数据。然而由于岩屑计量装置发生仪器失效或者采集数据包丢失时,引发岩屑数据不完整与不连续的问题,为井眼清洁监测带来了挑战。为此研究对比了3种岩屑流量计量预测模型,解决了由于岩屑称重装置失效或采集数据包丢失造成数据异常的问题,为减少非生产时间、井眼清洁监测与评价提供了可靠的手段。

浅析川渝地区钻井监督难点及其对策

随着勘探的不断深入,川渝地区钻井难度不断加大,这对现场钻井监督的业务素质和西南油气田分公司钻井监督管理都提出了更高的要求。传统钻井监督管理模式已难以满足现在钻井工作的需要。为了完成钻探任务,中国石油西南油田分公司引进了部分新工艺新技术。西南油气田分油公司监督中心采取拟定指南、完善制度、建立监督管理信息平台等监督管理新模式,提高钻井监督业务水平,以满足超深井、复杂井钻井需求。