螺杆钻具配合高效钻头提高钻井效率的试验研究

在深井和超深井钻井中,由于"转盘钻配合牙轮钻头"限制了钻头转速的提高。1997年在青海油田冷科1井三个井段进行了"螺杆钻具配合高效钻头"提高钻井效率的试验研究。第1次在3727.40~3751.87m,进尺24.47m,机械钻这0.87m/h,钻速比牙轮钻头提高20.83%;第2次在3756.77~3898.83m,进尺142.06m,机械钻速1.27m/h,比牙轮钻头进尺提高近2倍,钻速提高75.83%;第3次在4200.26~4305.45m,进尺105.19m,机械钻速0.74m/h,钻速比牙轮钻头提高60.87%。试验结果表明,使用"螺杆钻具配合高效钻头"不仅能提高深部井段的机械钻这,而且如果钻头、地层和螺杆钻具三者匹配合适,其它参数选用得当的话,提高钻速还有很大潜力。     

陀螺减振工具与PDC钻头在花岗岩潜山地层的应用

PDC钻头在硬地层中钻进时易发生黏滑振动,导致钻速低、进尺短。采用陀螺减振工具和优化设计PDC钻头的方法减少在花岗岩潜山地层中钻进时的黏滑振动,以延长钻头寿命。陀螺减振工具配合个性化PDC钻头在乍得花岗岩基岩井段630~869 m进行试验,取得进尺239 m、纯钻时间54 h、机械钻速4.44 m/h的良好效果,与邻井3只PDC钻头进尺小于11 m、钻速低于1.23 m/h相比,钻头指标大幅度提高,与邻井43只牙轮钻头相比,平均机械钻速提高97.33%,平均进尺提高54.19%。该技术可在花岗岩潜山水平井、硬地层及软硬交错地层推广应用。     

钻头扭转冲击器在元坝10井的试验

针对川东北地区尤其是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,在元坝10井进行了“钻头扭转冲击器+PDC钻头”钻井试验,试验井段3233.30～3503.82 m,进尺270.52 m,纯钻时间81.0 h,平均机械钻速3.34 m/h,与同地层牙轮钻头钻进相比机械钻速提高3.04倍,与该井“螺杆+PDC钻头”复合钻进相比机械钻速提高2.59倍,PDC钻头工作寿命延长53 h。试验结果表明,钻头扭转冲击器配合PDC钻头钻井可解决复杂地层钻头寿命不高和机械钻速低的难题,拓宽了PDC钻头的应用范围。介绍了钻头扭转冲击器的技术背景、工作原理、特点和技术参数及在元坝10井的试验情况。      

塔北地区深井钻井提速配套技术及其应用效果

塔北地区目前是塔里木盆地增加油气储量的重点区域,然而该区储层埋藏深,上部地层倾角较大、下部地层可钻性差,导致机械钻速低、钻井周期长。为此,重点在近4 100 m进尺的Φ241.3 mm井眼段以提高机械钻速和行程钻速为目标,采集该区3口井的侏罗系-奥陶系的岩心来测定地层可钻级值等岩石力学参数,试验优选出适应的高效提速技术措施：上部新近系-三叠系井段采用抗高温等壁厚X-treme螺杆配合PDC钻头复合钻进,下部三叠系-奥陶系井段采用扭力冲击器TorkBuster配合专用PDC钻头钻进。试验结果表明,上述两种技术的结合使用大幅度提高了第二次钻进的Φ241.3 mm井段的机械钻速。井深达6 785 m的9号直井全井平均机械钻速达到了10.69 m/h,较邻井9-2号井的6.72 m/h提高了59.07%;钻井周期仅55 d,较邻井9-2号井钻井周期减少了33.46 d,下降幅度达37.83%;目前,该技术已在塔北地区得到了推广应用。     

塔里木山前井涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井提速技术

塔里木盆地山前井是塔里木油田油气勘探开发的重要区域之一。针对山前井地层研磨性强、可钻性级值高,单只钻头进尺低,钻头消耗量大,机械钻速低,钻井成本高等问题,引进涡轮配合孕镶金刚石钻头钻井技术。2 口山前井钻进实验数据表明:博孜102 井配套工具进尺704 m,纯钻时间407.5 h,平均机械钻速1.73 m/h;克深2-1-14 井配套工具进尺146.8 m,纯钻71.75 h,平均机械钻速2.05 m/h。两组配套工具与邻井同层PDC 钻头、牙轮钻头对比,钻井速度提高了2~4 倍,单只钻头平均进尺提高了3~10 倍,平均纯钻时间提高了1.7~2.5 倍。工具实验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在塔里木山前井具有较好的提速效果,可为塔里木山前井钻井提速提供技术支持。     

坡2井下部硬地层井段快速钻井中靶工艺技术

坡2井地层压力系统复杂、产层埋藏深、H2S含量高，易发生井塌、缩径等复杂，是一口中靶难度大的定向井。该井充分利用下部井段雷口坡、嘉陵江地层的岩性特征，采用新工艺PDC钻头、高功率螺杆、优质钻井液，在不使用稳定器的情况下，用螺杆钻具和光钻铤钻具组合全力增斜钻进，无线随钻测斜仪跟踪增斜情况，安全、高效钻至井深4246m并中靶，下部井段平均机械钻速达到7．25m/h，缩短了钻井周期，降低了成本，钻获一口百万级大气井。     

塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究

塔河油田深井钻井水力能量利用效率低、机械钻速低、钻井成本高,严重制约了勘探开发速度。针对该油田钻井实际情况,结合二开φ241.3 mm井眼地层、钻具组合和水力参数,利用水力脉冲空化射流钻井技术提高机械钻速。该技术配合常规钻具和复合钻井钻具组合使用,脉冲空化射流发生器耦合脉冲射流和自振空化射流,改善井底流场及岩面应力状态,提高钻速。该技术在塔河油田进行了4口井5井次的现场试验,在常规泵压、排量、钻井液密度等参数条件下试验井深达6 162 m,试验井段与邻井相近井段在相近工况下机械钻速平均提高33.3%~74.3%,单套钻具纯钻时间超过260.0 h。试验结果表明,塔河油田二开井段砂岩、泥岩等地层配合PDC钻头应用水力脉冲空化射流钻井技术,能够很好地提高机械钻速。      

提高张店油田中上部地层钻速的新方法

针对张店油田在中上部地层120～1800m井段钻进时井筒易斜、易垮和方位漂移规律及靶区要求严格等特点,提出小钟摆钻具组合加MP2钻头和满眼钻具组合加PDC钻头钻进该区块中上部地层的新方法.现场应用证明,该方法在确保井身质量的前提下,使用φ311钻头机械钻速提高了179.31%,平均单井节约时间177.83h,使用φ216钻头机械钻速提高了111.55%,平均单井节约时间56.29h.     

塔里木油田超深井超小井眼定向钻井技术研究与应用

针对塔里木油田超深井超小井眼钻井机械钻速低、圧耗大、卡钻风险大以及钻具和井下仪器的局限性大等问题,根据YueM6C1井超小井眼钻井先导试验的工程技术和地质要求,重点对螺杆钻具、无磁钻铤和钻头的优选,以及钻具组合、水力参数和MWD的优化等关键技术进行了分析研究,形成了Φ104.8mm超深井超小井眼定向钻井技术。YueM6C1井一趟钻完成7340.00～7409.00m超小井眼井段钻进,精准钻穿目的层至设计井深,平均机械钻速达到3.5m/h,是同规格常规钻具的2.5倍,提速明显。该技术较好地解决了塔里木油田超小井眼钻井技术难题,可为同类井的钻井工艺改进提供技术参考。     

井下动力钻具配合高效钻头提高钻井效率的实验研究

深井和超深井钻井中普遍存在着机械钻速低、钻头用量大等问题,这在很大程度上归咎于所采用的钻井方式上。由于“转盘钻＋牙轮钻头”限制了钻头转速的提高,影响了钻头单位时间内的切削次数,进而制约了钻速的提高,因此转换钻井方式,采用高转速的井下动力钻具配合高效钻头无疑是加快深井段钻速的主攻方向之一。据此,在青海油田冷科１井三个井段上进行了“螺杆钻具配合高效钻头”提高钻井效率的实验研究。第一次在３７２７ｍ～３７５１ｍ井段进行,进尺２４ｍ,平均机械钻速０８７ｍ／ｈ,比四开以后使用最好的牙轮钻头钻速提高２０８３％;第二次在３７５７ｍ～３８９９ｍ井段进行,进尺１４２ｍ,平均机械钻速１２７ｍ／ｈ,比四开以后使用最好的牙轮钻头钻速提高７５８３％,进尺提高近３倍;第三次在４２００ｍ～４３０５ｍ井段进行,进尺１０５ｍ,平均机械钻速０７４ｍ／ｈ,比同等条件下的牙轮钻头钻速提高６０８７％。实验结果表明：使用井下动力钻具配合高效钻头不仅能够提高深部井段中的机械钻速,而且还可以大幅度提高单只钻头的进尺,从而达到提高钻井效率的目的。     

磨溪气田快速钻井技术及其应用

磨溪构造嘉二段钻探始于1977年，经过30多年的钻探，截至2004年底要完成一口以嘉二段为目的层的第四次开钻井需要5个月左右时间，平均机械钻速不足2 m/h，钻机月速约680 m/台月。为此，介绍了磨溪构造钻井过程中，针对磨溪构造不同井段地层特点，在不同井段采用不同的钻具结构。通过强化钻井参数、适当降低钻井液密度、优选钻头类型、提高钻井液抑制性等技术措施，极大地提高了磨溪构造的钻井速度。经过该区几口井的现场实验表明，试验井平均机械钻速从原来的不足2 m/h提高到现在的6.1 m/h。在磨溪构造的第四次开钻的钻进中，第二次开钻层段，通过加强钻井液体系的抑制性，确保良好的钻井液性能，实现无固相或低固相钻井液钻进。第三次开钻层段（T₃x⁶-T₂l¹₂），采用安装旋转防喷器利用欠平衡钻井技术，使用无固相钻井液或较低密度的聚钾钻井液，能够较大幅度地提高钻井速度。     

牙轮-PDC混合钻头在迪北103井的应用试验

迪北103井是塔里木盆地库车坳陷东部依奇克里克构造带迪北斜坡的一口评价井,据邻井的实钻资料,预计该井在中新统吉迪克组、渐新统苏维依组、古近系库姆格列木群将钻遇砾石含量高、软硬交互频繁、可钻性差的地层,钻头选型困难,无论是牙轮钻头,还是PDC钻头,机械钻速和单只钻头进尺都很低。为此,在迪北103井的444.5mm井眼段尝试应用了牙轮-PDC混合钻头,该新型钻头由3个牙轮、3个PDC切削刀翼和钻头胎体构成,把PDC钻头优越的切削破岩机理及牙轮钻头的冲击破碎机理有机地结合在一起。试验从井深2 524m开始,一趟钻钻至2 866m,进尺342m,平均机械钻速1.70m/h,顺利钻穿吉迪克组—库姆格列木群组的复杂岩性段;与邻井(迪北104井)相同钻进井段相比,迪北103井钻头进尺提高了654%,机械钻速提高了157%,同时该井还刷新了444.5mm牙轮-PDC混合钻头单只进尺世界纪录。该钻头在迪北103井的成功应用为迪北区块钻井提速提供了有益的经验。     

基于因子分析法的玉北区块钻头优选及应用

现场使用的钻头与所钻地层的匹配程度较差,导致钻井速度缓慢,需在常规优选钻头的基础上对因子选取进行补充,考虑水力参数对钻头选型的影响。鉴于此,采用因子分析方法对吐哈盆地玉北区块实钻钻头进行了选型,选型中增添了水力参数(排量、立管压力、喷射速度和钻头水功率)作为影响因子,并与仅考虑破岩参数作为优选钻头结果进行对比,分析了增添水力参数后对钻头选型产生的影响。分析结果表明:机械钻速与立管压力呈线性关系,与排量呈二次多项式关系,与钻头水功率呈对数关系,与喷射速度呈指数关系;应用给定的钻井水力参数钻进,YB-1井克拉玛依组、梧桐沟组和桃东沟组平均机械钻速分别达到7.12、6.62和4.51 m/h,与邻井同一地层相比分别提高25.35%、26.58%和22.61%。所得结论可为吐哈盆地玉北区块的钻头优选提供参考。     

长庆苏里格气田天然气欠平衡钻井实践

苏里格气田压力系数低,平均渗透率低,丰度低,产量低,是典型的"四低"气田。针对该气田的储层特征,长庆石油勘探局从1999年开始进行以天然气为循环介质打开储层的钻井技术研究。通过对地层出水预测、地层稳定性、最佳注气参数等几方面的研究,得出了井壁坍塌压力梯度模式、钻头选型方法等,并在陕242、苏35- 18井和苏39- 14- 1井、苏39- 14- 4井进行了试验,试验数据表明,机械钻速大幅度提高,苏35- 18井的钻速达到18m/h,是邻井的9倍多,苏39- 14- 4井的天然气钻进井段为1092m,是迄今为止天然气钻进井段最长的井。通过研究与试验,初步形成了地层出水、稳定性评价、井眼净化技术以及天然气钻井HSE文件。     

预探井杨柳1井钻井提速关键技术

杨柳1井为普光气田周边区块的一口预探井,设计井深5 850.00 m,因陆相地层软硬交错、倾角大、须家河组研磨性强和裂缝性地层发育等问题,导致钻井过程中存在提速困难、井身质量控制难度大、钻井液漏失量大等技术难题。为此,根据该井地层岩性特征,优选应用了泡沫/空气钻井技术以提高上部陆相地层机械钻速、“螺杆钻具+复合钻头”钻井提速技术以提高须家河组高研磨性地层机械钻速、预弯曲动力学防斜打快技术以提高井身质量、裂缝性地层防漏堵漏技术以提高堵漏成功率,确保该井顺利钻至井深5 890.00 m完钻,平均机械钻速2.77 m/h,与邻井相比有较大幅度的提高,且未出现严重的井下故障,减少了钻头使用量,缩短了堵漏时间,取得了良好的经济效益。杨柳1井实现了钻探目的,完善了该区块的地质资料,为今后该区块的钻井积累了提速经验。      

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。     

强絮凝钻井液在苏里格气田的试验应用

随着国家环境保护工作的进一步深入,地面泥浆池进行钻井液净化处理的方式将会被彻底取消,这就要求钻井液必须进行罐式循环。为提高罐式循环的钻井液净化效果、维持良好的钻井液性能参数,保障井下施工安全顺利,研制出了适合苏里格气田钻井现场用快速絮凝的强絮凝处理剂,并确定了强絮凝剂钻井液的配方。室内实验表明,在20 s的时间内,该钻井液能快速对浓度为100 kg/m3的膨润土浆进行有效絮凝沉降,使固液分离、实现净化目的,满足了钻井现场罐式循环钻井液净化的需要。该钻井液在S47-8-66H2井进行了现场试验应用,试验井段长1800 m,平均机械钻速为27.42 m/h,与2014年苏里格水平井直井段平均机械钻速23.00 m/h相比,提高了19.22%;该钻井液在罐式循环中成功地实现了良好净化,为苏里格气田钻井现场岩屑不落地的环境保护工作提供了很好的借鉴作用。      

乐山-龙女寺古隆起震旦系超深井快速钻井技术

四川盆地乐山-龙女寺古隆起震旦系埋藏深度在5 000～6 000 m,地层可钻性差、纵向上多产层多压力系统等复杂地质条件制约了钻井速度。针对钻井提速难点,重点从井身结构、钻头个性化设计及有机盐钻井液体系等方面进行了攻关研究与现场试验,初步形成了适应该地区的钻井提速技术模式：①优化井身结构,较传统井身结构缩短了大尺寸井眼长度,减少了作业时间,同时又能够满足完井与后期生产作业的要求。②个性化设计PDC钻头,应用效果表明较已完钻井机械钻速提高了31%～473%,在侏罗系沙溪庙组试验刚体PDC钻头平均机械钻速16.57 m/h,已接近空气钻进效果;在适合井段试验等壁厚长寿命螺杆配合PDC钻头复合钻进,机械钻速较常规转盘钻机械钻速提高44%。③配合使用有机盐低固相钻井液,抑制性较聚磺钻井液更强,亚微米粒子含量减少,实现了辅助提高机械钻速的效果,井壁较使用聚磺钻井液的更稳定。2012年完钻的6口深井平均机械钻速由1.69 m/h提高到2.54 m/h,平均钻井周期从302 d 缩短到189 d,实现了该区震旦系超深井的安全快速钻井。