钻井工程中井漏预防及堵漏技术研究

钻井工程里,井漏问题对施工安全性、经济效益与环保影响重大,是亟待攻克的关键技术难题。井漏成因繁杂,涵盖地层裂隙、孔隙压力失衡、井壁不稳等,常引发钻井液损失、井喷风险,危及人员与环境安全。本研究系统剖析井漏成因,全面梳理预防及堵漏技术进展。预防上,从科学控环空压耗、合理调钻井液动压、优化井型结构、采用优质钻井液着手;堵漏层面,详述定位技术、材料选择及物理、化学、机械堵漏法要点。借助科学防控与有效堵漏,可降事故率,保障工程高效安全开展。

涪陵页岩气田瘦身井配套钻井关键技术实践与认识

为提高涪陵页岩气田开发效益,提升钻井效率,降低钻井成本,需采用井身结构瘦身优化设计技术。为满足压裂改造、采气要求,通过建模与数据统计分析等手段,文中提出了2种井身结构瘦身方案,并针对瘦身井钻井配套技术难点,开展了个性化钻头、钻具组合、钻井参数、定向仪器结构4项技术的优化与实践。现场应用表明,井身结构瘦身后,机械钻速显著提高,钻井周期进一步缩短,单井用电量降低37.5%,钻屑量降低19%~39%,每年可减少固体废物上万立方米,降低了油田安全环保压力。该技术可为国内其他页岩气田效益开发提供参考。

强封堵油基钻井液在通南巴区块某水平井的应用

某井是通南巴地区的一口水平井,该区块地层砂泥岩交错、压力系数较高、存在煤层,地层可钻性差、易发生溢流和垮塌。针对该区域地层岩性特点,分析了复杂情况下水基钻井液体系的技术难点,构建了一套强封堵油基钻井液体系。实验结果表明,研选的复合封堵剂与油基钻井液的配伍性良好,120℃下的高温高压滤失量为1.0mL,PPA滤失量为0.6mL,封堵率高达98.27%,构建的强封堵油基钻井液体系具有优异的造壁性能和封堵性能。现场应用表明,该体系解决了四川盆地川北坳陷通南巴构造带钻遇煤层易垮塌聚堆造成环空憋堵卡钻的作业难题,能满足作业过程中预防裂缝性漏失和增强井壁稳定性的需求,在该水平井成功应用。

“三强”防塌钻井液的研究与应用

通过对四川地区地层失稳的机理分析,认为失稳主要由以下原因造成:地层中的泥页岩吸水膨胀造成井壁失稳;地层中存在众多纵横交错的裂缝、微裂缝,裂缝、微裂缝吸水引起应力失衡,或者地层因受到频繁的拉伸和挤压作用形成破碎带,在破碎带地层泥页岩吸水膨胀和应力失衡同时存在,造成井壁失稳。针对井壁失稳的原因,采取了包被、抑制和封堵相结合的方法,经过室内实验优选出"三强"(强包被、强抑制、强封堵)防塌钻井液。该体系通过现场20多口井的应用,解决了气液转换过程中出现的垮塌和正常钻进中的井壁稳定问题,使用的钻井液密度最高达到2.20 g/cm3,其抑制能力高于7%氯化钾溶液,封堵能力强于普通封堵钻井液,可在不同地区不同密度下使用,适应性强。

元坝地区高密度超高密度钻井液技术

元坝地区地质构造复杂,地层压力状况复杂多变,气藏储层存在较强的非均质性,局部存在有裂缝性高压气层,海相地层的嘉陵江组还可能钻遇高压盐水层。钻井施工过程中使用的钻井液密度多在2.20 g/cm3以上,最高达2.42 g/cm3,钻井液的流变性控制及抗污染能力的强弱成为保证井下施工安全的关键因素。根据室内研究及现场应用情况,形成了1套元坝地区使用的高密度超高密度钻井液技术,能够控制密度在2.40 g/cm3左右的钻井液的流变性,控制了酸根及盐膏污染,具有一定的抗温、抗污染能力。

超深水平井元坝103H井钻井技术

元坝长兴组气藏储量巨大,为增大储量控制面积,提高单井产量,在四川盆地川东北巴中低缓构造部署了一口水平开发评价井元坝103H井,设计井深7 841 m。通过优化钻井工艺,在下沙溪庙至须家河组地层应用液体欠平衡钻井技术、水平段综合采用旋转导向、抗高温钻井液体系、防磨接头和减磨剂双效防磨等先进技术,克服了陆相深部地层硬度高、钻速慢、井底温度高、水平段井眼清洁难度大、起下钻摩阻扭矩大、钻具托压现象严重等多种技术难题。该井完钻井深7 729.8 m,水平段长682.8 m,最大垂深6 761.52 m,四开在井深6 608 m处一次性侧钻成功。该井的成功实施,为元坝超深水平井钻井积累了宝贵的经验,为同类井的钻井施工提供了重要参考。

可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用

针对川东北地区上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,常规钻井液钻井机械钻速低,而气体钻井由于地层出水无法顺利进行的技术难点,研发了适合该地区上部地层钻进的空气泡沫流体配方,研制了HX-350型环隙式机械消泡器,形成了可循环空气泡沫钻井技术。元坝10井660.4mm导眼段应用了可循环空气泡沫钻井技术,该井段的平均机械钻速为4.88m/h,与邻井常规钻井液钻井井段相比,平均机械钻速提高了3倍;消泡器消泡效果显著,累计回收泡沫基液2 230m3,节约清水2 230m3,污水处理量减少2 230m3,并大大减少了发泡剂的消耗。应用结果表明,可循环空气泡沫钻井技术能有效解决大尺寸井眼的携岩问题,实现泡沫基液的循环利用,大幅度降低泡沫钻井成本,具有广阔的推广应用前景。

阳离子聚磺钻井液体系研究与应用

从理论研究及现场实践看,进一步提高钻井液化学抑制能力受到传统技术手段的制约。受阳离子表面活性剂能够高效率稳定黏土矿物的启发,研究人员开始将研究的重点转至如何提高钻井液连续相电位这一技术问题上来。目前,将钻井液阳离子化在技术上是可行的,并收到了良好的效果,但如何进一步提高钻井液的阳离子化程度,使其在功能上逐渐接近正电钻井液体系,则有待于进一步的研究。从聚磺钻井液体系阳离子化入手,探讨了形成阳离子聚磺钻井液体系的方法,并以部分井的施工实践为依据,分析了阳离子聚磺钻井液体系的适用性,对现场钻井液技术操作具有一定的指导作用和借鉴价值。

高研磨性硬地层钻井提速技术

川东北陆相自流井组和须家河组地层岩性致密、研磨性强,机械钻速低、钻头消耗量大,是制约该区域钻井提速的关键层段。为实现提速,各种新型井下工具得到了试验应用,但效果参差不齐。通过计算分层段岩石可钻性,推荐自流井组至须家河组采用孕镶金刚石钻头提高破岩效率;为降低硬地层和软硬交互层段钻头失效导致的钻速低问题,开展了三开井段典型钻具组合扭转和纵向振动理论分析,提出东岳庙段以浅地层采用扭力冲击器配合PDC钻头降低黏滑,珍珠冲段含砾岩层段需使用减震工具或改变钻具组合降低纵振,砂泥岩互层段需推广使用双向减震器或水力加压器降低纵振;采用高速螺杆+孕镶金刚石钻头的复合钻进,提高自流井组至须家河组大井眼定向速度。5口井现场实施后,机械钻速成倍增加、钻头新度提高30%,须家河组?311.2 mm井眼定向速度提高1.32倍。

低荧光钻井液防塌封堵新材料及其作用机理

含微裂缝的硬脆性泥页岩地层发生井壁坍塌的主要诱因之一便是钻井液中的液相进入微裂缝,导致近井壁地带孔隙压力升高,地层强度降低之故,解决这类问题的最直接手段就是对微裂缝进行物理封堵。为防止井壁坍塌,研制了类似于沥青类的防塌封堵新材料SAL,并对其性能和封堵效果进行了实验分析。结果表明:该材料具有较低的荧光性及良好的抑制性,对钻井液的流变性及pH值影响较小;在浓度为3%,温度为120℃时封堵效果最好。进而在显微镜下观察了浓度3%的SAL在120℃情况下封堵20μm微裂缝的微观封堵效果,发现其封堵机理与沥青类防塌封堵剂类似,在温度和压力作用下软化变形,进入微裂缝架桥、填充,在微裂缝的前端形成一层致密的封堵带,封堵带由SAL同黏土颗粒聚结在一起,形成了团状物,使得封堵带致密性大幅度提高,阻止钻井液中的液相进入微裂缝,从而达到了防塌的目的。

涪陵页岩气田钻井提速集成技术应用研究

涪陵页岩气田江东区块焦页109平台存在钻头易失效、定向托压、浅层气等问题,影响二开钻井提速。总结分析了影响钻井速度的关键因素,综合集成提速技术,形成了二开钻井提速集成技术方案。通过钻头和螺杆研选,应用射流冲击器和水力振荡器,采用简易控压钻井设备,优化现场施工管理等措施,在焦页109-1井应用提速效果显著。二开钻井机械钻速较邻井同比提高46.40%,钻井周期缩短了31.69%。现场试验展示了钻井提速集成技术的提速提效潜力,在涪陵页岩气勘探开发中应用前景广阔。

控压钻井气侵早期监控方法及其应用

控压钻井(MPD)系统可不关井对微量气侵进行控制,并将侵入流体安全循环出井。但MPD控制气侵的关键在于气侵早期监测及控制方法的制定。本文分析了MPD钻进过程及气侵瞬间井底压力、井口压力变化情况,通过理论推导得出了气侵瞬间井口压力、井底压力的响应特征,建立了基于无因次压力导数的MPD气侵监测方法。另外,分析了MPD气侵控制方法优选的影响因素,综合考虑地层特性、钻井工况等建立了控压钻井气侵控制与安全排溢参数的优选流程,一旦气侵,通过该流程可确定最优的气侵控制参数。运用现场数据对MPD气侵监测方法与控制方法进行了应用分析,结果表明:运用无因次压力导数能够及时发现气侵,运用建立的排溢控制方法能够很好地对气侵进行控制,表明该方法具有一定的理论与应用价值。

涪陵页岩气水平井钻井提速技术

为提高涪陵页岩气钻井速度,加快勘探开发进程,开展了涪陵页岩气水平井钻井提速技术研究。通过对该区块地质特点的研究,采用了以理论研究为基础、新工艺改进和新工具的研制与应用相结合的方法,开展了基于地层可钻性和实钻效果分析的钻头选型、新工具的应用、三维长稳斜段井眼轨迹控制、防漏堵漏等技术的探索,形成了涪陵页岩气水平井提速配套技术。在28口井进行了实践应用,平均钻井周期缩短11.42 d,机械钻速提高74.78%。

高速涡轮钻井技术在哈国滨里海盆地的应用

哈萨克斯坦滨里海盆地石炭系地层以灰岩、白云岩、泥质板岩和粉砂岩为主,岩性致密,硬度高,研磨性强,可钻性差。近年来一直使用常规钻井工具作业,机械钻速低,钻井周期长。为有效提高机械钻速,引进了高速涡轮配合孕镶金刚石钻头高效钻井技术,在滨里海盆地希望油田和扎拉诺尔油田进行了试验并取得成功。该技术也应用到了叶森、卡里曼等油田,取得了良好效果。通过滨里海盆地地层地质特征分析和实际应用,认为高速涡轮钻井技术可以推广应用到滨里海盆地石炭系油气藏钻井中。

高性能水基钻井液在中原小井眼侧钻水平井中的应用

中原工区为挖潜老油田的剩余产能、降低钻井成本,逐渐部署开窗侧钻水平井。开窗侧钻水平井存在泥页岩含量高、井壁易失稳,短半径水平井模式狗腿度大、定向易托压,小井眼环空压耗高、携岩带砂难度大等难题。因此,本研究研制具有强抑制、强封堵、高润滑和流型好的高性能水基钻井液,首批现场应用2口井,结果表明:该钻井液对沙一段至沙三段泥岩井壁稳定周期较长;润滑性好,定向正常,起下钻摩阻低;流变参数稳定,携岩能力强,保证了井眼清洁及岩屑床的清除;缩短了钻完井周期,实现了老浆的回收再利用,降低了钻井成本,对推动老油田剩余产能挖潜具有重大意义。

钻井泵十字头导板的稀土孕育与快速正火处理

分析了钻井泵十字头导板的全磨涂抹拉伤的原因，提出在导板处理工艺过程中增加稀土复合孕育与快速正火处理，使灰铁石墨和共晶团各提高两个等级，使球铁的球化率和球径也各提高两个等级；断面硬度差值、疏松率、缩孔率减小；组织均匀性改善且基体组织中珠光体的数量与弥散度增加，从而提高导板的强度。韧性和耐磨性，降低缺陷率，有效抑制较高ＰＶ下的全磨涂抹拉伤。

高速导向涡轮钻井技术在元陆H-1井的应用

川东北元坝地区须家河组地层以泥岩、细砂岩、粉砂岩为主,存有砾石层,岩性致密,硬度高,可钻性差。为有效解决常规钻具在该地层机械钻速慢的问题,在该地区直井中应用了高速涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术,为研究水平井中高速涡轮钻井的适用性,提高机械钻速,元陆H-1水平井首次使用了高速导向涡轮钻井技术。通过分析与研究,高速导向涡轮钻井技术可以推广应用到与须家河组相似地层的水平井钻井中,能有效提高机械钻速。

哈萨克斯坦滨里海油田钻井提速技术

为了提高哈萨克斯坦滨里海油田的钻井速度,针对地层特点开展了钻井提速技术研究。研究应用了水力加压器钻头保护技术、旋转垂直导向钻进技术、"MWD+弯螺杆"技术以及"孕镶金刚石钻头+高速涡轮"组合技术,有效解决了二开蹩跳钻、井斜难以控制和三开钻遇灰岩地层机械钻速低的问题,实现了二开、三开快速钻进。现场应用的18口井中,施工井段平均机械钻速达到4.54m/h,同比提高了103%,节约钻井时间共计196.29d。现场应用表明,滨里海地区的综合钻井提速技术应用已趋成熟,能够大幅度提高机械钻速,经济效益良好,可在该地区推广应用。

基于WinCC及PLC在钻井顶驱监控系统中的应用

本文通过应用WinCC作为工控房监控软件,运用PLC作为顶驱现场工业终端,WinCC和PLC之间通过PROFIBUS通讯电缆进行通信。实现了对石油钻井顶驱的图形显示、报表汇总、趋势曲线、实时控制、现场数据参数等的监控。该监控系统具有功能全面、界面友好、稳定性高的特点。

阳离子聚合物钻井液体系流变模式优选

采用相关系数法优选了阳离子聚合物钻井液体系的流变模式,并分析了所选模式的流变参数计算方法。结果表明,适用于阳离子聚合物钻井液的最优流变模式应为Robertson-Stiff模式,其次为Casson模式,但用Casson模式替代Robertson-Stiff模式,其误差值仍符合工程计算的要求;以线性回归法计算阳离子聚合物钻井液流变参数值,可提高其计算精确度,但两点取值计算在现场仍具有实用性。