彭页HF-1页岩气水平井钻井关键技术

水平井是开发页岩气的有效方式,但页岩气水平井施工中存在井眼轨迹难以控制、摩阻扭矩大、机械钻速偏低、井壁稳定性差、固井质量难以保证等难题。在彭页HF-1井施工过程中,综合应用了旋转导向钻井技术、油基钻井液和双凝双密度水泥浆等,并进行了钻具组合和钻头的优选,钻井周期比设计周期缩短13 d。对该井的轨迹控制情况、井身质量、摩阻扭矩、固井质量等进行了分析,全井平均机械钻速达到6.28 m/h,狗腿度保持在6°/30 m以下,摩阻保持在150~250 kN,施工效果良好。该井实钻效果表明,旋转导向钻井技术和油基钻井液是页岩气水平井施工成功的关键,对国内其他页岩气水平井施工具有指导和借鉴作用。      

河南油田泌页HF1水平井钻井技术

泌页HF1是中石化第一口陆相页岩油长水平段水平井。在对泌页HF1井储层特征、井身结构和井眼轨道剖面特点研究的基础上,认为该井存在泥页岩井壁垮塌、水平段长、摩阻扭矩大、循环压耗高和井眼轨迹控制难等钻井难点,为此,采取了井身结构优化、钻头优选、钻井液性能优化和实钻井眼轨迹优化控制等针对性措施,应用了旋转导向技术和油基钻井液体系,保证了该井的顺利完钻,并大大提高了机械钻速。该井实钻水平段长1044m,平均井径扩大率3%,储层钻遇率100%,井眼轨迹光滑,达到了工程设计要求。     

昭通YSH1-1页岩气水平井钻井完井技术

为加快中国石油昭通页岩气示范区页岩气水平井钻井技术探索,根据该区块第一口水平井(评价井)——YSH1-1井的实钻情况,基于常规水平井安全优快钻井完井技术研究,通过优选钻头、细化防漏堵漏方案、试验应用高密度油基钻井液、优化固井工艺等措施,有效解决了地层研磨性和冲击性强、恶性井漏频发、泥页岩井壁垮塌严重、固井质量难以保证等技术难点。YSH1-1井的实钻效果表明,上述各技术措施切实可行,可在该区块推广应用,并提出了昭通页岩气示范区未来页岩气钻井完井技术的研究重点,对国内页岩气钻井施工有一定的借鉴意义。      

渝西大足区块超深超长页岩气水平井钻井技术

为了解决渝西大足区块页岩气超深、超长水平井存在井眼轨迹控制难度大、机械转速低、钻柱振动较大且井温偏高等技术难点,优化了水平段铂金靶体的储层选择,将水平段箱体位置选取于五峰组底界以上5~8 m,依据断层倾角进行剖面设计;优化井身结构设计封隔易漏、易垮塌地层;利用高造斜率ATC旋转导向工具,匹配地层优化钻头选型,降低轨迹控制难度和提高钻进速度;采取分段优化钻具组合和钻井参数,优选油基钻井液确保井壁稳定性,降低钻井风险;利用慢放缓压减振法降低钻具振动和循环降温措施解决井温偏高难题。现场应用顺利完成了该区块多口超长超深水平井的施工,形成了渝西大足区块超深、超长页岩气水平井关键钻井技术,为该区块积累了超深超长页岩气水平井施工经验。     

长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术

针对长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井施工中井眼轨迹控制困难、储层钻遇率低、机械钻速低、井壁易垮塌和易发生井漏等问题,分析了钻井技术难点,研究了旋转导向智能井眼轨迹控制技术、近钻头方位伽马成像技术和工程参数监测技术,进行了钻头选型优化,并研究应用纳米成膜封堵水基钻井液技术,形成了长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术,能够精准控制井眼轨迹、提高储层钻遇率、保障井下安全和提高机械钻速。长庆油田桃XX井应用旋转导向技术及相关配套技术,安全高效地完成了水平段长4466 m、井深8008 m的钻井施工,储层钻遇率高达96.6%,创造了长庆油田井深最深、亚太区陆地水平段最长的纪录。研究结果表明,长庆油田小井眼超长水平段水平井钻井技术的现场应用效果良好,具有较好的推广应用价值。      

威远—长宁区块页岩气藏水平井固井技术

四川盆地蜀南地区长宁—威远区块是国家级页岩气先导试验区,它的顺利建设将促进我国页岩气开发核心技术的形成和规模效益开发管理体系的完善,为我国页岩气产业的发展发挥重要的推动作用。但该区块地应力和地质构造复杂,水平井油层套管固井时存在井下垮塌掉块严重、井眼不规则、高密度油基钻井液清除难度大、套管下至设计位置困难、顶替效率难以提高、界面胶结强度难以保证等难点。据此,提出采用高密度高黏钻井液清洁井壁掉块、进行套管可入性分析、优质高效隔离液、旋流顶替、纤维微膨胀水泥浆、预应力等固井技术来保障固井质量。通过上述技术的运用,有效地解决了固井过程中下套管难、顶替效率差、水泥环分布不均等问题,为下一步页岩气水平固井提供了有益的借鉴。     

陇东气田水平井钻井技术

为了解决陇东气田水平井钻井过程中井壁易失稳、机械钻速低、钻井周期长等技术难点,开展了水平井钻井技术研究。根据地层特点将水平井设计为三开井身结构,利用表层套管封固易塌易漏地层;根据靶前距要求并为了确保井眼轨迹平滑,设计采用五段制井眼轨道;针对不同井段的井眼轨迹控制要求,采用了相应的井眼轨迹控制技术;根据不同井段钻遇地层的特点,优选了个性化PDC钻头,优化钻井液性能并制定了相应的维护处理措施,形成了适用于陇东气田的水平井钻井技术。现场应用表明,陇东气田水平井钻技术能解决水平井钻井过程中存在的技术难点,实现提高机械钻速、缩短钻井周期的目的。      

涪页HF-1页岩气水平井钻井关键技术

涪页HF-1井是一口页岩气预探水平井,在钻井过程中面临地质不确定因素多、地层可钻性差、页岩层易坍塌、井身质量难以控制、机械钻速低及固井难度大等难题。实际施工中综合应用空气锤钻井、油基钻井液和漂浮下套管技术,并在水平段优选钻头和钻具组合,最终成功钻达目的层。介绍了该井的井身结构和井眼轨迹设计,详细描述了空气锤钻井和漂浮下套管技术的应用过程,并对钻头的优选和油基钻井液的使用做了分析说明,为涪陵区块页岩气大规模勘探开发提供了指导和借鉴。     

涪陵页岩气田钻井关键技术

涪陵地区地质条件复杂,导致钻井机械钻速及钻井周期差别大、井下复杂情况时有发生。为了实现优质快速钻井,中国石化发展了适合涪陵页岩气田地质特点的系列钻井关键技术,通过攻关研究与现场实践,先后形成了涪陵页岩气钻井工程优化设计技术、浅层直井段快速钻井技术、二开定向井段快速钻井技术、丛式水平井三维井眼轨迹控制技术、适应于涪陵页岩地层长水平段钻进的油基钻井液技术、页岩气储层长水平段油基钻井液水平井固井技术、复杂山地条件"井工厂"钻井技术等,基本形成了适用于涪陵页岩气田的钻井工程技术体系。与此同时,在钻井中又出现一些新问题,为此提出了涪陵页岩气田钻井技术的发展建议,以期为国内类似页岩气区块的钻井提速降本提供借鉴。      

高密度油基钻井液在长宁——威远区块页岩气水平井中的应用

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区下志留统龙马溪组黑色页岩层具有较强的层理结构,微裂缝和裂缝发育。钻进过程中钻井液沿微裂缝和裂缝侵入地层,使井壁易发生层间剥落,造成井壁失稳。针对该区龙马溪组页岩层的地质特点,分析使用油基钻井液钻井的技术难点,提出了相应的技术对策。在自主研发出三合一乳化剂CQMO的基础上,通过实验优选出高密度油基钻井液配方,并对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,该高密度油基钻井液体系具有好的高温沉降稳定性、抑制性、封堵性和抗污染性。该高密度油基钻井液体系已成功应用于长宁—威远国家级页岩气示范区36口水平井钻井,解决了钻进页岩气水平井摩阻大、井眼净化难和井壁失稳等难题,能满足页岩气水平井技术需要;钻进过程中,钻井液性能稳定,井壁稳定,携砂良好,井下安全。该高密度油基钻井液可在其他页岩气区块推广应用。     

隆页1HF页岩气井钻井关键技术

隆页1HF井是位于彭水区块的一口页岩气预探井,钻遇地层具有缝洞发育、倾角大、可钻性差等特点,钻井过程中面临易漏失、易井斜、页岩层易坍塌、机械钻速低等难点。通过综合应用近钻头地质导向钻井技术、油基钻井液、双凝双密度水泥浆等,并对井眼轨道、钻头和钻具组合进行优化设计,实现了安全、优快钻进。隆页1HF井全井未发生恶性漏失,大斜度井段机械钻速比相邻地区页岩气井提高32%,储层穿遇率达100%,钻井周期缩短25.68%,固井质量优秀。该井采用的钻井关键技术能够进一步降低彭水区块页岩气开发成本。      

泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术

泸州区块深层页岩气储层龙马溪组页岩埋藏深、温度高,钻井过程中面临井漏频发、难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点。为此,在分析钻遇地层特征和钻井技术难点的基础上,进行了井身结构和井眼轨道优化、高效钻头优选、堵漏技术措施优化、油基钻井液地面降温技术和欠平衡钻井技术研究,形成了泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在泸州区块34口页岩气水平井进行了应用,应用井平均完钻井深5 760 m,平均水平段长1 890 m,平均机械钻速由5.61 m/h提高至7.03 m/h,创造了造斜段+水平段一趟钻完钻、单趟钻进尺2 330 m等纪录。泸州区块深层页岩气水平井优快钻井技术支撑了该区块深层页岩气安全钻井和钻井提速提效,对其他地区深层页岩气水平井钻井提速具有一定的借鉴价值。      

涪陵平桥与江东区块页岩气水平井优快钻井技术

涪陵地区平桥与江东区块页岩气水平井钻井过程中经常出现井下故障,导致机械钻速低、钻井周期长,为此根据钻遇地层的特点,对导管和技术套管下深进行了优化,形成了双导管井身结构;根据页岩气水平井的特点,将井眼轨道优化为渐增式变曲率井眼轨道;根据不同井段对井身质量的要求,研究形成了高陡构造直井段及微增斜段井眼轨迹控制技术;根据不同井段钻遇地层的特点,通过分析钻井速度与钻进方式的关系,优选了钻井方式;针对钻遇地层的岩性、可钻性和研磨性对钻头性能的要求,研制了抗冲击牙轮钻头、斧形齿PDC钻头及混合钻头;优选了?285.8 mm低速大扭矩螺杆、?171.5 mm全金属水力振荡器等提速工具;为解决钻井过程中的漏失,选用了BT-100低密度强抑制钻井液和油基胶凝堵漏材料。通过上述研究,形成了适用于平桥与江东区块页岩气水平井的优快钻井技术。截至目前,该钻井技术已在涪陵地区平桥与江东区块应用了32口井,平均钻井周期由应用优快钻井技术前的128.00 d缩短至76.25 d,提速效果好,为平桥与江东区块钻井提速提供了技术支撑。      

沧东凹陷页岩油水平井优快钻井技术

在沧东凹陷页岩油水平井钻井过程中,面临机械钻速低、安全风险大、固井质量难以保证等问题。为解决这些问题,预测了地层漏失压力和坍塌压力,进行了井身结构和井眼轨道优化、PDC钻头个性化设计,并集成盐水钻井液、旋转导向钻井技术、韧性水泥浆和漂浮顶替固井等配套技术,形成了沧东凹陷页岩油水平井优快钻井技术。该技术在沧东凹陷20口页岩油水平井进行了应用,应用结果显示:固井质量优质率提高了30.4%;井深超过4 500.00 m井的平均机械钻速提高了20.2%,平均钻井周期缩短了30.6%;井深小于4 500.00 m井的平均机械钻速提高了82.9%,平均钻井周期缩短了49.9%。研究与应用结果表明,该技术满足了沧东凹陷页岩油水平井优快钻井需求,为页岩油水平井高效开发提供了技术手段,也为国内各油田非常规油气藏钻井技术优化提供了借鉴。      

Advances in Sinopec's Shale Gas Drilling Technologies

In order to economically and effectively develop shale gas in China, Sinopec introduced foreign technologies and integrated them with available domestic technologies and self-developed tools according to geological characteristics and complicated mountainous geomorphology in marine shale plays of southern China. A technology series composed of innovated theories concerning geological characterization during drilling, new generation of PDC bits, friction-reducing tools, low-cost oil-based drilling fluid system, high-efficient washing fluid and elastic mud systems, integrated drilling engineering design, long lateral cementing, modified well factory drilling method and etc., was developed to fulfill fast and optimized drilling for shale gas wells. The application of the technology series in about 251 wells of Fuling gas field, Chongqing City, southwestern China, showed positive results: mechanical rotating speed increased by 191%, drilling duration reduced by 53%, and quality passing percent 100%.     

川西首口页岩气水平井钻井技术

XYHF-1井是川西地区第1口页岩气勘探水平井,在其钻井过程中存在机械钻速低、井身质量难以控制、钻井液选择困难、井控风险大、井壁稳定性差等难题。在深入分析该井钻井难点的基础上,重点阐述了井身结构优化、井眼轨迹控制、钻具组合优化、安全钻进和储层保护等关键钻井技术及其应用效果,并简要介绍了旋转导向钻井、油基钻井液和滑套固井技术在该井的应用情况。全井钻井周期253.17 d,平均机械钻速1.6 m/h(含直导眼段),全井井径扩大率小于12%,上部井段最大井斜为0.87°,施工效果较好。应用效果表明,合理的井身结构和井眼轨道优化设计,是保证浅层水平井顺利实施的前提;加强摩阻扭矩预测、采用安全钻进措施和良好性能的钻井液,是预防井下复杂情况和安全钻进的重要保证,该井的顺利完钻,为同类井提供了实践经验。     

苏北盆地小井眼侧钻井关键技术研究与应用

针对苏北盆地小井眼套管开窗侧钻井窗口不规则、机械钻速低、井眼易失稳、摩阻扭矩大及固井质量难以保证等问题,进行了套管开窗方案设计、开窗工具优选、井眼轨迹调整及控制、岩屑床清除、个性化钻头设计、钻井液体系优选及固井技术优化等方面的研究。根据侧钻点不同,优选了开窗工具,优化了井眼轨道,制定了井眼轨迹调整与控制措施,采用了螺旋清砂钻杆,以降低施工摩阻和扭矩;针对不同地层岩性特点及工况,设计了2种PDC钻头,以增加单趟钻进尺,并提高机械钻速;优选了胺基聚合物钻井液体系,配合使用高效极压减摩剂,以满足井壁稳定、井眼净化及润滑防塌要求;采用了防窜增韧水泥浆,配合使用小尺寸液压变径套管扶正器和遇水自膨胀封隔器,以提高固井质量。小井眼侧钻井关键技术在苏北盆地9口井进行了应用,与前期施工井相比,机械钻速提高了125.3%,钻井周期缩短了45.8%,复杂时效下降了87.0%。研究结果表明,苏北盆地小井眼侧钻井关键技术能提高小井眼侧钻井机械钻速、缩短钻井周期和降低复杂时效,提速提效效果显著,具有推广应用价值。      

川西地区高压天然气深井钻井完井技术

川西地区天然气储层埋藏深，纵向上普遍存在多个产层和异常高压气层，钻井过程中易出现井喷、井漏、井眼坍塌、卡钻等井下事故和复杂情况。针对复杂的地质条件，开展了技术攻关和现场试验，逐渐形成了包括深井井身结构设计、深井钻井液技术、储层保护技术、高压井控技术、深井长裸眼井段固井技术的深井配套钻井完并技术，并试验应用了包括螺杆钻具＋PDC钻头、深井PDC钻头、旋冲钻井技术、涡轮钻具等提高深井钻井速度的新技术、新工具。近年来，该地区高压天然气深井钻井速度、固井质量不断提高，井下事故及复杂情况不断减少，未出现井喷失控的重大事故，加快了该地区天然气勘探开发速度。     

四川盆地深层页岩气水平井优快钻井技术——以泸203井为例

泸203井是中国石油天然气集团有限公司部署在四川盆地南部泸县—长宁页岩气区块的1口重点超深页岩气探井,实际完钻井深达5 600 m,测试日产气量为137.9×10~4 m~3,成为目前国内首口单井测试日产量超百万立方米的页岩气井。为了给深层页岩气井优快钻井提供借鉴和经验,以泸203井为例,在分析储层特征对钻井要求的基础上,归纳总结了保障该井页岩气水平井钻井井身质量、优质储层钻遇率、快速钻进以及降低复杂事故率的优快钻井综合配套技术,并对其应用效果进行了评价。研究结果表明:(1)采用旋转导向工具并配合钻柱扭摆系统钻进,减少了滑动定向钻进进尺,成功地控制了钻具托压现象,大幅度降低了定向辅助时间;(2)实施的4种削减钻具振动措施很好地解决了水平段钻进中螺杆故障问题,进一步提高了钻井速度;(3)采用近钻头伽马测量系统实时追踪储层,控制轨迹在优质产层内钻进,保证了优质页岩储层钻遇率;(4)优配钻井装备及高密度的油基钻井液的应用保证了井下动力钻具的动力和井眼携砂的需求以及钻井液性能的净化,确保了井眼畅通、保持了井壁稳定,起到了提高钻井速度的重要作用。结论认为,泸203井按照地质工程一体化的技术思路,采取先打直导眼再侧钻水平井的方式,优质页岩储层钻遇率达到100%,该井的实施进一步完善了四川盆地新区块超深页岩气水平井配套优快钻井技术。     

重庆南川页岩气钻井关键技术与思考

重庆南川SY14-3HF井和SY14-4HF井是中石化在国内为钻完井日费制市场化管理试行实施的第一和第二口页岩气井,钻遇地层存在缝洞发育、漏失风险高、倾角大、研磨性强和可钻性差等特点,钻井过程中面临浅表地层坍塌掉块、漏塌同存、蹩跳钻严重、机械钻速低、压裂气窜以及异常高压等诸多复杂难题。通过新技术集成应用,一开井段采用电磁波随钻测量仪器监测井身质量,保障井下安全。二开井段采用高效射流冲击器提高机械钻速,研制“三低两强”钾基聚合醇钻井液体系降低井下复杂风险;三开优选高效破岩钻头,采用旋转导向配合高扭矩低转速螺杆精准控制井眼轨迹,研发低黏高切油基钻井液体系保持井壁稳定,创新性使用高、低速离心机串联回收重晶石清除有害固相,形成安全高效的钻井关键技术。两口井在钻完井周期、复杂情况时效及平均机械钻速等方面实现了突破SY14-HF井平均机械钻速10.75m/h,钻完井周期较同平台其他井缩短11.95%;SY14-3HF井平均机械钻速9.70 m/h生产时效96.89%,钻完井周期较同平台其他井缩短39.01%,创南川胜页工区井深超过5 000m页岩气水平井钻完井周期最短记录。技术已经在南川工区得到了推广应用,实现了可复制和可推广的目的。