提高普光气田开发井钻井速度的技术研究

普光气田气井在钻井过程中存在钻速低、易井漏、易井斜等技术难题,为此,中原油田开展了提高开发井钻井速度的技术攻关,逐步形成了上部陆相地层气体钻井技术、深部海相地层"螺杆+PDC钻头"复合钻井技术和减少井下复杂情况的凝胶聚合物承压堵漏技术等配套钻井技术.在该气田25口开发井的现场应用表明,气体钻井技术大幅度提高了上部陆相地层的机械钻速,是常规钻井技术机械钻速的3～8倍;复合钻井技术大幅度提高了深部海相地层的机械钻速,是常规钻井技术机械钻速的2～3倍;凝胶聚合物承压堵漏技术为普光气田的安全钻井和完井提供了保障.详细介绍了气体钻井技术、复合钻井技术和承压堵漏技术等在普光气田开发井钻井中的应用效果.     

巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术

巴麦地区是中国石化在西北地区的勘探开发新区,钻井过程中存在中上部地层阻卡严重,二叠系、石炭系井壁稳定性差,深部地层可钻性差、机械钻速低等技术难点。针对这些技术难点,进行了高压喷射钻井技术和优化水力参数的研究与现场试验,优选了钻头和螺杆类型,进行了涡轮复合钻井技术研究与现场试验,提出了微裂缝地层井壁稳定技术。结果表明:高压喷射钻井技术与常规钻井相比,平均机械钻速提高26.0%～29.3%;311.1和215.9mm井眼段采用优选的钻头,机械钻速分别提高29.0%和43.0%;二开和四开井段采用优选的螺杆,机械钻速提高27.0%～100.0%;高速涡轮复合钻井与常规钻井相比,机械钻速提高146.0%,与螺杆复合钻井相比机械钻速提高20.0%;中速涡轮复合钻井与螺杆复合钻井相比,机械钻速提高23.0%;应用微裂缝地层井壁稳定技术后未出现井壁失稳问题,实现了微裂缝地层安全钻井。     

元坝124井超深井钻井关键技术

元坝地区地质因素复杂,存在陆相地层厚度大、砂泥岩互层频繁、可钻性差以及自流井组-须家河组地层超高压、压力窗口窄等特点,所钻井普遍存在溢流、井漏、垮塌等复杂和事故,机械钻速低,施工周期长。元坝124井是元坝地区的一口重点预探井,钻井过程中先后实践应用了气体钻井、控压钻井等多项新技术,创造了元坝区块钻井周期最短、机械钻速最高等多项记录。除了我国超深井自身气体钻井、控压钻井技术水平较以前有了大幅度提升外,下部陆相地层引进了Smith公司"孕镶金刚石钻头+涡轮钻具"技术、海相地层应用了"国民油井抗高温螺杆+贝克休斯高效PDC钻头"复合钻井,显著提高了机械钻速,有效缩短了该井钻井周期。该井平均机械钻速2.8m/h,钻井周期253.84d,是目前元坝地区钻井周期最短的一口。     

空气钻井技术在滴北1井石炭系地层的应用

空气钻井技术可以大幅度提高机械钻速，缩短钻井周期，在石油钻井行业越来越受到重视。介绍了准噶尔盆地腹部地区2007年完钻的一口区域探井即滴北1井在三开石炭系地层空气钻井技术的成功应用，该井牙轮钻头空气钻井机械钻速是常规钻井液钻井的3．4倍，采用空气锤钻井技术提高机械钻速达42.3％，应用空气钻井技术大大节约了钻井工期，为今后相同区块同类地层应用空气钻井技术提高机械钻速提供了宝贵的实践经验。     

负压脉冲钻井技术理论及方法

国内油气勘探开发逐渐向深部地层发展,钻井施工中遇到的地层更加复杂、坚硬,岩石可钻性级别不断上升,机械钻速大幅度下降。井底负压脉冲技术既可实现井底负压又可提高射流能量,因此在提高深部地层机械钻速上具有独到的优势。分析了负压脉冲钻井提高机械钻速的原理及特点,介绍了国内外具有代表性的几种负压脉冲工具的工作原理及特点,着重介绍了胜利油田MCP-178型机械阻断式脉冲钻井工具的研制与应用,对提高深部地层钻井速度,降低钻井成本具有重要意义。     

川东北地区探井快速钻井技术

川东北地区探井钻井过程常遇到"漏、斜、卡、塌、喷"等井下复杂情况或事故,造成机械钻速慢,严重影响了勘探开发进度和效益,为此,试验应用了一系列提高该地区探井钻速的钻井新技术,包括气体钻井技术、垂直钻井技术和复合钻井技术.现场应用结果表明:在上部陆相地层,气体钻井井段的平均机械钻速达到5.66~7.06m/h,垂直钻井井段的平均机械钻速1.97 m/h;在下部海相地层,复合钻井井段的平均机械钻速2.32 m/h.通过应用上述新技术,较好地实现了钻井提速的目标,为川东北地区勘探任务的如期完成提供了技术保障,逐步形成了适应该地区地质特点的探井快速钻井技术配套体系.     

影响川东北地区深井机械钻速的原因分析与对策

摘川东北地区深井钻井存在的主要问题是机械钻速低,通过对已钻井现场资料的统计分析研究,认为影响该地区深井钻井机械钻速的主要因素是地层硬、地层倾角大、钻进方式及钻头选择,并提出了相应的技术对策,包括利用地层自然造斜规律优选井位、选用PDC钻头、采用复合钻进方式等。毛坝2井的现场应用表明,相应技术措施的应用明显提高了机械钻速,这有利于加快该地区勘探开发进程。     

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。     

垂直钻井技术在川东北的应用

川东北地区上部陆相地层岩石可钻性差,地层倾角大,井身质量控制难度大.长期以来,机械钻速慢、易井斜的钻井难题严重制约了快速优质钻井.通过应用垂直钻井技术,在改变了以钻压为主要控制参数的基础上提高了机械钻速,有效地控制了井斜,缩短了钻井周期.与常规钻井相比,机械钻速由1.50 m/h提高到2.36 m/h,提高57%;井斜角由2.78°降低至0.61°,降幅达356%.该技术在川东北高陡构造的成功应用为易斜地层防斜快钻、缩短钻井周期、保证井身质量积累了经验.     

TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用

针对元坝地区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题,中国石化近年来引进了“TorkBuster扭力冲击器+PDC钻头”钻井新技术,取得了较好的应用效果,同时也暴露出一些问题.为此,介绍了扭力冲击器的工作原理、特点和技术参数,对钻头扭力冲击技术在元坝地区的应用情况及现场应用中出现的问题进行了初步分析.应用结果表明:该技术在元坝地区钻井提速效果明显,单井机械钻速达到了2.45m/h,特别是在元坝10井、元陆9井,其机械钻速相比常规钻井分别提高了304％和322％,解决了该地区复杂地层机械钻速低的难题.     

液力扭转冲击器配合液力加压器的钻井提速技术研究与现场试验

在应用PDC钻头钻进硬地层时易出现钻具粘滑振动、跳钻、钻具突然回转等问题,导致钻头崩齿、钻具扭转变形,从而影响钻井效率和钻头、钻具的使用寿命。为此,研制了液力扭转冲击器和液力加压器并组合应用,形成了液力扭转冲击器配合液力加压器的钻井提速技术。室内性能试验结果表明,液力扭转冲击器能够产生高频冲击扭矩,且随着排量的增加,冲击扭矩、冲击频率和节流压力均会增加;液力加压器可以降低钻头的剧烈振动,从而达到提高钻速、保护钻头的目的。该技术在3口井进行了现场试验,与邻井相比,机械钻速分别提高了50%,33%和68%,且单只钻头进尺显著增加。研究表明,液力扭转冲击器配合液力加压器的钻井提速技术,可以大幅度提高机械钻速,并解决定向钻井中存在的托压问题,为实现油气藏高效开发提供了一种新技术。      

脉冲射流式液动冲击工具的研制及现场应用

目前,对于水力脉冲射流的研究主要集中在脉冲流场及其作用效果等方面,而在液动冲击与脉冲射流协同破岩方面则还是空白。为此,基于脉冲射流相关理论,将液动冲击提速与脉冲射流协同破岩有效结合起来,分析其工作原理与实现条件,研制了脉冲射流式液动冲击钻井工具,并通过室内试验和现场实验验证了该工具的破岩能力。结果表明:(1)冲击体质量小于60 kg时,该工具能够运行;(2)液动冲击与脉冲射流协同作用下的钻具组合破岩能力明显优于其他钻具组合的破岩能力,在水平钻进过程中,其提速效果更明显;(3)冲击效果由冲击体的质量和冲击频率决定,质量为30 kg的冲击体的冲击效果更好;(4)脉冲射流越大,其破岩能力越强,减小工具喷嘴的直径能够增大脉冲射流;(5)液动冲击对高硬度岩石的破碎具有更明显的加速效果,对于胶结程度较差的岩石,通过增大脉冲射流,可更大幅度地提高破岩速度。现场应用效果表明,液动冲击与脉冲射流协同作用下的钻具组合的机械钻速为2.52 m/h,较之于常规钻具组合,该工具平均提速可达72.5%。结论认为,该工具为解决深井与水平井钻进速度慢、压持效应明显与岩屑清理困难等问题提供了新的思路。     

“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”提速钻具组合先导性试验

为有效解决库车山前井因高陡构造、高含砾石及地层各向异性导致的井斜控制难、钻头涡动及钻具黏滑问题,塔里木油田在克深A井盐上高含砾石地层康村组、吉迪克组应用了“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”提速钻具组合。优选了适用于库车山前地区的输出功率高、性能稳定、处理复杂能力强的螺杆钻具,并通过钻柱力学及水力学优化设计解决了与垂直钻井工具的配套问题,实钻过程可用钻压高、扭矩平稳、机械钻速快,能够有效控制井斜并改善钻头涡动、钻具黏滑等非正常钻进状态,达到了解放钻压、保护钻头和提高破岩效率的目的,相比邻井同层位同井段机械钻速、单趟钻进尺分别有75%~262%、51%~134%的提高。验证了“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”钻具组合在库车山前高陡含砾地层的提速应用可行性,可在库车山前井盐上地层规模推广使用。     

衡转矩钻井工具研制

PDC钻头在难钻地层钻进时有“憋跳钻”现象严重、钻头机械钻速低、单只钻头进尺低等问题。研制了一种衡转矩钻井工具,该工具采用弹簧+螺旋导向机构的机械传动方式,实时存储、释放钻井转矩能量; 通过对钻头的破岩能量实时优化,实现了钻井转矩波动的“消峰填谷”,平稳钻进。试验结果表明,衡转矩钻井工具设计合理、性能可靠,可满足直井和定向井工程需求,能够有效减少钻井转矩波动、提高钻头进尺及机械钻速。     

PDC钻头反扭矩分析及控制技术

定向滑动钻井时,PDC钻头上产生的反扭矩变化较大,导致工具面控制不稳,影响了钻进的连续性和速度。采用有限元数值模拟技术定量地分析了PDC钻头破岩时产生的扭矩,进一步证实存在较大反扭矩。介绍了Southard钻井技术公司最近研制的一种无反扭矩钻井工具,即行星钻头驱动器。该工具构思巧妙、设计新颖,通过控制定向钻井时PDC钻头上产生的反扭矩及其变化,从而提高钻进效率,具有一定的发展前景。     

非API钻具在小井眼水平井中的应用

苏里格小井眼水平井钻井中使用ф88.9 mm钻具出现"两小一高"(排量小、扭矩小、压耗高)的问题,使得螺杆在水平段钻进中动力不足,影响了提速提效。通过API REG 7G计算了钻杆管体的抗扭强度,通过有限元软件分析了接头尺寸与抗扭性能的关系,并根据特殊钻井工艺参数对API钻具接头扣型的要求,提出使用双台肩接头,解决了苏里格水平井钻井中无法在ф177.8 mm技术套管内使用ф101.6 mm钻具的技术难题,实现了钻井过程中的大排量、高螺杆输出扭矩、低循环压耗,满足了苏里格小井眼水平井钻井的需要。     

塔里木盆地巴什托构造带钻井提速关键技术研究

巴什托构造带地处塔里木盆地塔克拉玛干沙漠的西南边缘,已钻6口井普遍存在钻井周期长、机械钻速低以及钻井成本高的问题。通过分析认为,该地区地层抗钻特征认识不清楚、钻头选型针对性不强、井底钻具破岩扭矩不足是导致机械钻速低的主要因素。针对目前该区块钻井提速面临的主要问题,定量评价了难钻地层的抗钻特征,提出了分层钻井提速优化技术方案：软—中软—硬地层优选5刀翼PDC钻头配合大扭矩等壁厚螺杆,强化钻井参数,消除粘滑效应,提升破岩效率;研磨性地层优选非平面齿PDC钻头配合扭力冲击器,解决钻头吃入难的问题;灰岩地层优选PDC复合钻头配合单弯螺杆,实现定向段优快钻进。XX-10井通过实施的上述方案,同XX-4井相比,平均机械钻速提高99.54%,钻井周期同比缩短95.36%,提速效果显著,对加快该区块的油气勘探开发进程具有重要意义。     

旋冲钻井在塔河工区超深井段的应用

为提高新疆塔河工区深部地层机械钻速,在该区块试验应用了旋冲钻井技术。针对新疆塔河工区深部地层岩性特点和钻头选型情况,优选出旋冲钻井匹配钻头,优化并确定出射流冲击器结构性能参数。使用改进后射流冲击器首先在塔河工区S116-3井中配合PDC钻头在超深井段进行探索性应用,验证射流冲击器+PDC钻头的可行性,应用井深达6 086 m。随之,在TP324井进行了长井段现场应用,实现了液动射流冲击器与PDC钻头配合实质性应用。S116-3井应用井段:5 998.41~6 086 m,TP324井应用井段为6 151.65~6 912 m,总进尺847.94 m,总纯钻时间314.02,机械钻速同比提高32%~45%。S116-3、TP324井应用结果验证了该技术在深井超深井的提速效果及可靠性,为塔河工区深部地层探索了新的途径。     

双级双速钻井工具设计与现场试验

为了充分发挥PDC钻头高效破岩的技术优势,进一步提高其在低渗透地层的机械钻速,研究并设计了双级双速钻井工具。采用数值模拟方法建立了双级双速钻井时的井底岩石物理模型,分析了井底岩石应力分布状态及双级双速钻井的破岩和提速机理;介绍了双级双速钻井工具的常见结构,指出了其技术优势;基于已有研究成果,并结合现场实际需要,从排量、输出扭矩与转速、钻进工具长度等方面进行优化设计,设计出了适用于?215.9,?241.3和?311.1 mm井眼的双级双速钻井工具。设计的双级双速钻井工具在胜利油田3口井进行了现场试验,试验结果表明,双级双速钻井工具使用时钻压、泵压及工具性能稳定,机械钻速比邻井平均提高80.37%,总体效果显著。研究认为,设计的双级双速钻井工具综合性能好,在低渗透地层钻进时能够提高机械钻速,具有推广应用价值。       

新型钻井提速技术在南海东部古近系地层应用

针对南海东部海域恩平组、文昌组等深部古近系地层压实程度大、岩石抗压强度高,并且含硬夹层较多,地层可钻性差难题,为解决钻井作业过程中出现钻头吃入困难、机械钻速低、钻头磨损严重、起下钻频率高等一系列问题,提高对钻井效率和钻井成本控制。该文以南海东部某区块为例,通过总结以往常规钻头使用效果,并综合地层可钻性开展分析,优选出一套复合冲击器配合专用PDC钻头组合的新型钻井提速技术,并在深部古近系难钻地层进行现场应用和验证。结果表明,该钻井提速技术与邻井同垂深、同层位对比,机械钻速显著提高,钻井效率大幅提高。该钻井提速技术的成功应用可为后续类似难钻地层的提速提效提供技术参考。