吉木萨尔页岩油水平井JHW00421井钻完井关键技术

JHW00421井是吉木萨尔油田第1口超长水平段页岩油水平井,设计水平段长度3 027 m,面临钻进摩阻及扭矩大、井壁易失稳、井眼轨迹控制难度大、井眼清洁难度大、油层套管下入困难等诸多钻井难题。为攻克以上技术难题,开展了以下技术研究和现场实践:优化井身结构并将?244.5 mm技术套管下至A靶点以实现水平段专打;采用旋转导向工具对水平段轨迹进行精准控制并减小井眼曲折度;采用油水比85∶15的油基钻井液,降低长水平段井壁失稳风险、钻井管柱与井壁摩阻系数;基于水平井井筒清洁“传输带”理论,制定详细的井筒清洁技术方案以确保井筒“干净”;优选套管柱摩阻计算模型并合理选取摩阻系数,准确预测套管柱下入能力并优选下套管方案;采用多扶正器通井钻具组合、优化套管扶正器类型及安放位置以降低下套管阻力;采用油基冲洗型隔离液并优选注水泥参数来提高水平段固井质量。该井完钻井深5 830 m,实际完成水平段长度达3 100 m,水平段固井质量测井解释为优质,对今后同类超长水平段水平井设计和施工有借鉴和指导作用。     

长水平段水平井钻进摩阻控制

长水平段水平井能够增加钻遇油层的长度和数量,提高单井油气开采量,在薄油层开发、海油陆采方面具有明显的技术优势。但由于水平段过长,钻进过程中面临着严重的摩阻问题。以胜利油田某长水平段水平井为例,采用有限元方法,从井身剖面结构参数优化、钻井作业参数优选等方面,分析其对摩阻的影响规律及其内在影响机理。研究结果表明,案例井造斜段曲率半径对长水平段水平井摩阻影响较为明显,应综合考虑地层特点、造斜率控制难度以及后期送钻能力进行合理选取;起钻过快会导致钻柱与造斜段上井壁摩擦严重,下钻时应平衡下入效率、钻柱变形和摩阻的关系,防止遇阻;复合钻进时低速区的转盘转速不会引起摩阻的明显变化。     

二维井眼轨迹摩阻扭矩的影响因素分析

结合典型案例,应用二维轨迹摩阻扭矩算法分析了井身剖面、造斜段造斜率、方位突变等因素对
摩阻扭矩的影响,建立适合水平位移小于１４００ｍ定向井的“直－增－稳－微降”三段制剖面几何模型及其约
束方程,提出了降低摩阻扭矩的井眼轨迹控制要点。研究认为,造斜段造斜率过高会导致摩阻扭矩过大;降斜
段降斜率增大、降斜段位置提前,均会造成后期钻进扭矩急剧上升;上部井段方位突变形成“拐点”会造成钻
进摩阻扭矩过大;采用“直－增－稳－微降”剖面,控制增斜段增斜率≤２．５°／３０ｍ、降斜段降斜率≤１．５°／３０
ｍ、上部井段无“拐点”,摩阻扭矩可控制在安全作业范围。     

水平井眼中双稳定器钻具组合的力学特性分析

目前国内以旋转导向螺杆钻具组合为主的长水平段钻进后期存在滑动摩阻大、纯钻时效低和单趟钻进尺较少等问题,造成非常规油气藏的勘探开发成本普遍较高。鉴于此,利用井斜趋势角的概念,对常规双稳定器钻具组合钻进长水平段时各种因素对井斜趋势的影响规律进行分析,设计了一套适合胜利油田樊154区块长水平段稳斜钻进的双稳定器常规钻具组合。研究结果表明,采用双稳定器钻具组合钻进水平段时,稳定器位置、直径、钻压以及井径扩大率等是影响井眼轨迹控制效果的关键参数;在其他参数不变时,随着第1稳定器外径的减小或第2稳定器外径的增大以及钻压的减小,双稳定器钻具组合的增斜趋势将逐渐减弱、降斜趋势逐渐增强。     

渭北油田超浅层水平井优快钻井技术

针对渭北油田超浅层水平井钻井过程中摩阻大、托压严重、钻井周期长、钻速慢等问题,以井身结构优化为核心,研究形成了渭北油田超浅层水平井优快钻井技术:采用二开井身结构,二开采用φ215.9 mm钻头钻进;采用“直-增-平”三段式井眼轨道,以保证井眼轨迹平滑,降低钻进摩阻与扭矩;采用倒装钻具组合,以保证钻头有效加压,提高机械钻速;优选钾铵基聚合物钻井液,造斜段摩阻系数控制在0.08以内,水平段摩阻系数控制在0.06以内,以避免或减少托压现象。该技术在8口井进行了现场应用,平均钻井周期为17.81 d,与同区块三开井身结构水平井相比钻井周期缩短了51.06%。渭北油田超浅层水平井优快钻井技术解决了该油田超浅层水平井钻井中存在的技术难点,为超浅层油藏的高效开发提供了技术支持。      

长宁超长水平井钻井摩阻数值模拟分析

CN-H21-5井是四川长宁页岩气区块一口超长水平段水平井,存在高摩阻、高扭矩和钻柱屈曲变形等一系列页岩气水平井典型技术难题急需解决。为了控制钻柱屈曲变形和接触摩阻扭矩,基于Hamilton原理建立全井钻柱动力学模型并采用 ＨＨＴ-α法对模型求解,分析了造斜段造斜率和水平段钻具组合对摩阻扭矩的影响规律。通过数值模拟表明：增加造斜段的造斜率能够降低造斜段的接触摩阻总值,同时也能降低全井段的接触摩阻;小尺寸钻杆传递较大轴向力时会发生严重屈曲变形,导致接触摩阻不降反增;在水平段采用“大 ＋小”的钻具组合,既能减小钻柱发生严重屈曲变形的概率,也能降低水平段接触摩阻。结论认为,减少造斜段长度并提高水平段前半段钻柱尺寸能够有效降低全井的接触摩阻,该结论能为长宁页岩气超长水平井的降摩减阻提供理论支撑。     

苏5 15 17AH井超3 000 m水平段的钻井技术

苏5 15 17AH井是部署在鄂尔多斯盆地苏里格气田的一口超长水平段水平井,设计水平段长度3 000 m,长水平段水平井的摩阻及扭矩大、井眼清洁困难及完井方式有限等成为该井的主要技术难点。为此,开展了以下试验研究：①通过优化井身结构,利用套管内摩擦系数小的特点来降低水平段钻进的摩阻与扭矩,选择在215.9 mm井段钻进水平段1 200 m,下入177.8 mm套管固井,然后在152.4 mm井段钻进水平段1 800 m;②无土相复合盐钻井液体系及强封堵油基钻井液的应用,有效地解决了超长水平段井壁稳定性差、井眼清洁难度大及摩阻大的难题,确保了长水平段的顺利施工;③应用漂浮接箍工具使其下部套管入井后受到钻井液的浮力作用,降低了井壁对套管柱的摩擦阻力,确保了177.8 mm套管顺利下入井底。该井完钻井深6 706 m,实际完成水平段长度达3 056 m,创目前国内陆上天然气水平井最长水平段纪录,对今后苏里格气田以及类似地区施工长水平段水平井有借鉴和指导作用。     

基于响应面法的径向水平井转向器轨道结构优化设计

为降低高压软管通过转向器时的滑动摩擦阻力,结合第2代套管开窗型径向水平井技术的实际工况,应用响应面法和有限元计算方法,建立了转向器滑动摩擦阻力关于转向器结构参数的响应面模型,得到了转向器关键结构参数对转向器滑动摩擦阻力的影响规律;并对139.7mm(5英寸)套管转向器进行了结构优化设计。结果表明:响应面模型相对误差约为1%;转向器滑动摩擦阻力随弯曲半径R值的增加而减小,随出口偏角β值的增加而增加,随导弯偏角α值的增加而减小;其中转弯半径R对滑动摩擦阻力影响程度最大,出口偏角β次之,导弯偏角α最小;139.7mm(5英寸)套管转向器优化后的滑动摩擦阻力由27.21N降低至18.82N,降低了30.83%。     

全程滚动水平井钻井降摩阻工具研制

在水平井钻井过程中钻柱的摩擦力大,影响钻压施加,减少钻进速度和水平段钻进长度。以前的降摩阻工具存在不足。进行了降摩阻理论分析,研制了全程滚动式水平井降摩阻工具。该工具通过滚珠与井壁接触,实现滚动摩擦,结构合理,操作方便,能够有效降低水平井钻井过程中的摩阻。介绍了该工具的关键技术,对同类工具的研发思路具有一定的指导意义。     

径向振动对旋转钻柱摩阻扭矩的影响

大位移井已被广泛应用于非常规油气资源的勘探开发当中，但在大位移井大斜度稳斜段钻进过程中，如果扭矩过大易造成钻柱失效，而目前关于水平段径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响规律的研究则较少，并且多集中于产生径向振动工具研制和摩擦系数测量等方面。为此，在分析径向振动对于旋转钻柱摩阻扭矩影响原理的基础上，设计了不同型号截面外形为椭圆形的钻杆减磨接头模型；采用自行研制的减摩降扭工具性能试验装置，对不同钻速、转速条件下安装有不同钻杆接头模型的水平旋转钻柱进行扭矩测试；进而探究了径向振动对钻柱摩阻扭矩的影响规律。研究结果表明：①随钻杆接头椭圆截面长短轴半径比的增大，扭矩均值和扭矩波动最大幅值均先减小后增大，长短轴半径比为1.065时，扭矩的均值和最大幅值均明显降低，可以起到减摩降扭的作用；②减小钻速和转速，可以降低扭矩均值；③转速超过45 r/min后，扭矩最大幅值随转速的增加变化不大；④扭矩波动基频与转速呈近似线性关系，与钻速和长短轴半径比无关。结论认为，该研究成果可以为大位移井水平井钻柱接头设计与应用提供帮助。     

径向水平井钻杆截面的塑性变形及轴向受力分析

径向水平钻井技术是开发油田的一种新技术,钻杆在经过斜向器时曲率半径反复变化,钻杆处于应力-塑性应变状态.钻杆截面变形量大小及斜向器弯道阻力的大小对能否正常钻进至关重要.分析了钻杆截面的应力-应变关系,在假定钻杆为理想刚塑性材料的条件下,推导出了钻杆截面的长、短轴极限变形量及钻杆转弯时的阻力计算公式,分析了滑道摩擦系数、射流反力对阻力的影响,从三种条件下公式的计算结果与实验对比中可证明这些公式的正确性,对斜向器的设计和钻杆的选材以及确定实际钻进的工作参数具有指导意义.     

侧钻水平井钻柱摩阻力分析

建立了考虑井壁弹性及钻柱接头影响的侧钻水平井钻柱摩阻力模型,给出了受弹性井壁约束钻柱的三弯矩方程及其数值解法;数值计算表明钻压、井身曲率、地基弹性、钻柱刚度、长度、钻柱与井壁间摩擦系数等因素都影响摩阻力的大小及分布,对于侧钻水平井而言,井身曲率的影响更为显著;该方法可适用中短半径水平井的摩阻力分析,供实际钻井作业参考。     

低渗透薄油层四分支鱼骨水平井设计与施工

目前鱼骨水平井技术已经成为国内外低产油田增产,老油田二次、三次采油,提高开发经济效益的重要手段。为了探索四分支鱼骨水平井开发大庆外围低渗透薄油层的可行性,大庆油田有限责任公司井下作业分公司以肇州油田试验区块为研究对象,开展了井网及井轨迹参数优化研究,并在精细的水平井钻井地质导向技术方案指导下,设计、实施了州72-平54Z井鱼骨水平井钻进,取得了良好的钻探效果。实践结果表明,大庆外围低渗透薄油层实施鱼骨水平井技术开发是可行的。     

顶气边水薄油层水平井随钻调整策略及实施

随着渤海油田开发的不断深入,多数油田进入高含水采油阶段,增储上产的压力越来越大。水平井因能扩大泄油面积,降低生产压差,提高单井产能和最终采收率,在海上油田得到了越来越多的应用。以J油田A 3H井为例,在着陆阶段通过随钻测井资料对目的层上方多套标志层进行精细对比分析,认为原设计着陆点位的构造深度变浅,综合考虑气油界面、避气高度、水平井长度以及工程可实施性等因素对着陆点进行设计优化,采用快速增斜法自目的层下方入层,指导水平井成功着陆。在该井水平段实施过程中,由于视地层倾角相比钻前预测变陡,结合气测、岩屑录井以及随钻地质导向等资料实时调整井轨迹,使得水平段储集层钻遇率达到95%,对于利用水平井高效开发类似复杂油气藏具有参考借鉴作用。     

磨损套管爆破强度应力应变分布规律研究

套管磨损后,其壁厚大大减薄,抗内压爆破能力大大下降,从而会造成大量的钻井事故或油气井早期报废。利用有限元分析软件,研究了有水泥环和无水泥环磨损套管模型爆破压力下的应力应变分布规律。研究结果表明,在逐渐加载至爆破压力的过程中,应变与加载内压的关系会由线性变为非线性;爆破压力下,磨损套管内外壁面的应力分布曲线在周向20°位置存在一个明显的转折点;套管外表面周向20～140°段径向位移会随着磨损量的增大而减小。     

PeriScope随钻边界测量仪渤海油田应用状况

水平井逐渐成为油田开发的主流井型,将水平井段放在储层的最佳部位,使单井产量最大、效益最高是每个石油工作者的追求。PeriScope随钻边界测量仪能提供360°方向性测量,有助于克服水平井作业中的一些不利因素的影响,如构造不确定性、储层非均质性、油水界面未知等。渤海A、B油田适时应用PeriScope型仪器及技术,打出了"聪明井",应用效果十分显著。     

径向井技术在韦5井的应用

径向水平井韦5井是江苏油田施工的第一口高压水射流超短半径水平井。该井在井深1062.98m处钻出了井段分别为11.6m、10.78m、19.55m的三分支径向水平井眼,创造了国内同类径向水平井中井眼数最多、单眼长度最长、水平段最长、钻井时间最短的四项国内纪录。介绍了径向水平井技术的主要内容、适用条件及设计径向水平井眼深度和方位时应考虑的因素,论述了W5井现场施工中的套管段铣、井下扩眼、水平钻进的工艺过程、技术参数及技术原理。为解决类似韦5难以进行压裂改造的油田提供了新的增产途径。     

零半径水射流径向钻井技术的研究与应用

新型水射流径向钻井技术以零半径(套管外)从现有井筒内径向钻入地层,可为老油田、边际油田、低渗透油气藏和煤层气开发提供一种能有效恢复或提高单井产量的经济手段。采用集成式井下工具的水力深穿透技术,水平钻孔长度可达2m,能有效穿透近井带污染区,用定向穿透辅助压裂可有效改造低渗透裂缝性油藏。采用分步作业方式的水射流钻径向分支井技术,利用连续管起下钻具,水平钻孔长度可达20～50m或更长。最后指出喷嘴的牵引能力和钻孔性能是对水平钻孔长度及适应地层范围影响最大的关键因素。