欠平衡钻井技术在大庆油田卫深5井中的应用

卫深5井是大庆油田2002年重点探井,钻探目的是评价松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷带营城组、沙河子组及火岭石组火山岩及砂砾岩含气情况。在该井采用了欠平衡钻井技术,钻探过程中采用水包油钻井液,选择合理的欠压值和井控技术进行了欠平衡钻迸。有效地解决了该区低渗透火山岩储层在钻探过程中易受污染的问题,保护了储层,及时发现了高产工业气流,提高了深井钻井速度。文中介绍了该井工程参数设计、设备选择和现场试验中久平衡钻井工艺技术研究与应用情况和井底欠压值的控制技术,建议在大庆油田继续开展以砂岩为主的油气藏欠平衡钻井试验研究。     

玉北1-1井欠平衡钻井技术应用与分析

玉北1-1井是在新疆玉北地区部署的第2口欠平衡井,钻探目的是评价奥陶系中-下统鹰山组含油气特性,为研究该区油气成藏条件提供依据。介绍了该井的钻井液密度、欠压值及水力参数等关键参数设计,并结合实钻过程论述了井底欠压值、井口压力控制技术。该井钻探过程中,选择合理的欠压值和井控技术进行欠平衡钻进,有效防止了该区奥陶系中-下统鹰山组裂缝、溶洞型储层的漏失问题,保护了储层,提高了深井钻井速度。最后针对新疆巴麦地区低压储层段的欠平衡钻井技术应用提出了建议。     

卫深5井欠平衡钻井实践

卫深5井是大庆油田2002年重点探井,钻探目的是评价松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷带火山岩及砂砾岩含气情况。该井钻探过程中采用水包油钻井液,选择合理的欠压值和井控技术进行欠平衡钻进,有效地防止了该区特殊孔隙结构火山岩储层在钻探过程中易受污染的问题,保护了储层,及时发现了该区高产工业气流,提高了深井钻井速度,并成功地进行了中途测试和反循环压井,初步形成了适合于大庆长垣东部深层特点的欠平衡钻井工艺技术。同时,还介绍了该井设计、设备选择和井底欠压值的控制技术。     

欠平衡钻井欠压差的确定方法研究

欠平衡钻井时 ,如果负压差不合理 ,压差过大 ,地层流体产出速度很高 ,对于速敏感性地层 ,极易引起储层内部微粒运移 ,堵塞孔喉 ,导致近地带的储层伤害 ;对于应力敏感性强的储集层 ,过低的井底压力降低了近井地带地层的孔隙流体压力 ,导致裂缝趋于闭合。同时 ,井壁失稳的可能性也大。反之 ,如果压差过小 ,井底的压力波动 ,又容易超过欠平衡压差量 ,形成瞬时正压差或周期性的正负压差 ,造成对储集层的伤害。因此 ,进行欠平衡压差设计 ,选择恰当的压差量 ,是欠平衡钻井设计时应考虑的主要问题。     

前34井充氮气欠平衡钻井设计与施工

为准确评价前进潜山腰部太古界地层的含油气情况,辽河油田在前34井应用了充氮气欠平衡钻井技术。该井钻前使用UBDS Ver6.2欠平衡钻井多相流动计算软件系统进行了水力参数设计,分析了井口套压及起下钻过程对欠平衡钻井的影响,最终确定了充氮气欠平衡钻井技术方案:采用密度1.20 kg/L的无固相钻井液为充气钻井基液,井底欠压差-3.5～-1.7 MPa,液相排量12 L/s,注气量25 m3/min,井口套压控制在2 MPa以内,起下钻速度不超过0.5 m/s。该井在钻井过程中严格按照设计施工,真正实现了井底欠平衡,避免了井漏等井下复杂情况,有效保护了储层。该井与使用常规钻井技术的同类型井相比,机械钻速提高了21%。该井充氮气欠平衡钻井的成功,验证了太古界地层深井充氮气欠平衡钻井的可行性,为辽河油田低压潜山深部油层勘探开发过程的油气层保护和储能评价提供了一条新的技术途径。      

欠平衡井底压力采集系统的研制与应用

在欠平衡钻井、空气或泡沫钻井中,当钻井液含有多相流时会出现井底压力不清楚、地层压力预测误差较大、欠平衡井底负压值控制不准确等问题。通过在三开欠平衡井段的现场试验,实测出钻井过程中在井底存在多相流时的井底压力,发现理论计算误差在10%左右,在有气侵的情况下误差高达13%,为此,提出一种利用实测井底压力准确计算地层压力的新方法,完井实测地层压力证明了该理论计算的准确性。它能准确计算出井底负压值以及环空钻井液平均密度的大小,合理确定后续欠平衡钻井的钻井液密度,从而发展和完善了欠平衡钻井井底压力控制技术,实现了欠平衡钻井数据采集分析的定量化、标准化和自动化。     

塔河油田深井碳酸盐岩储层欠平衡钻井技术难点与对策

塔河油田碳酸盐岩储层溶洞、裂隙发育，钻井液密度安全窗口小，欠平衡钻井工艺存在设备配套要求的多样性、欠压值设计难、井底负压控制难、置换性漏失时压井难和强行完井难等技术难点，根据置换性漏失、强行完井施工等要求对井口、井下设备在标准配置的基础上进行了调整，依据碳酸盐岩储层、探井施工的特点提出了循环渐进、灵活的欠压值控制方法，改进的反循环压井技术比平推压井方法减少了压井作业对储层带来的伤害，结合压力传播速度和立管压力值进行井底压力控制的方法提高了压力控制的精度。     

深井欠平衡环空岩屑对井底压力影响的研究

大庆油田在长垣东部利用深井欠平衡钻井技术进行深层气勘探，取得了较好的勘探效果，及时发现和保护了气层，但许多欠平衡井都是在接单根后效才能点火成功，表明在钻进过程中井底未能达到欠平衡状态。通过对井底压力影响因素和深层欠平衡钻井情况的分析，提出了环空岩屑影响井底压力的计算方法并编制计算软件，计算表明实际钻井过程中环空岩屑对井底压力的影响很大，在5000 m左右的深井低密度欠平衡钻井中，环空岩屑影响井底压力高达3~4 MPa，甚至更高，比大庆油田深井欠平衡钻井动负压值控制范围0~2 MPa要高很多，造成井底过平衡，影响勘探效果，对储层产生伤害。因此，在深井欠平衡钻井设计以及现场施工中应充分考虑环空岩屑对井底压力的影响，以提高欠平衡钻井井下负压控制水平。     

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欠平衡钻井技术具有很强的地区适应性特点，不同的储层特性决定了不同的欠平衡钻井方式和技术特色。碳酸盐岩储层井眼溶洞、裂隙发育、置换性恶性漏失是欠平衡钻井工艺不容忽视的技术难点。文章在分析新疆塔北油田奥陶系碳酸盐岩储层特点的基础上，对碳酸盐岩储层欠平衡钻井工艺存在的设备配套的多样化要求、欠压值设计难、井底负压控制难、置换性漏失时压井难和强行完井难等技术难点进行了详细分析。根据置换性漏失、强行完井施工等要求对井口、井下设备在标准配置的基础上进行了调整，依据碳酸盐岩储层、探井施工的特点提出了循环渐进、灵活的欠压值控制方法，改进的反循环压井技术比平推压井方法减少了压井作业对储层带来的伤害，结合压力传播速度和立管压力值进行井底压力的控制方法提高了控制的精度。     

井底压力采集技术修正欠平衡钻井软件设计偏差

欠平衡钻井技术的核心是合理欠压差的确定,并在钻井过程中将欠压值始终控制在设计范围内。目前,欠平衡钻井技术迅速普及,但是有非常多的欠平衡钻井没有达到欠平衡钻井状态,某些参数的微小变化常常造成欠平衡钻井状态的消失 欠平衡钻井设计软件模拟井下条件所计算出的参数与现场实际有误差,然而就是这微小的误差就可导致井底失去欠平衡状态。随着欠平衡钻井数据采集技术的研发,地面得到了实时井底压力数据,利用这些真实的数据修正软件设计偏差,从而完善欠平衡钻井设计,使之在欠平衡钻井中发挥更大的作用。     

控压欠平衡钻井井口回压控制技术

控压欠平衡钻井揭开储层后,随着揭开储层的厚度不断增加,进入井筒中的气体量会不断增多,容易引起井筒压力的失控,形成复杂事故。为此,采用气液两相流理论计算了气体在井筒不同深度处的含气率变化,通过改变边界条件,分析不同的进气量和井口回压对井筒含气率的影响;考虑井口回压抑制井筒环空的段塞流中气体膨胀,进而对井底压力产生一个增加值影响的情况下,得到控压钻井钻开储层期间恒进气量时的井口回压计算方法。结果表明：控压欠平衡钻井的井口回压对井口位置气体膨胀影响较大,施加的井口回压值应考虑井筒含气率变化引起的静液柱压力的变化;为保持井底进气量一定,揭开储层厚度越大,需要施加的井口回压就越大;而揭开储层厚度达到一定值后,井口回压趋于稳定。该井口压力控制方法得到现场应用的验证,能够对控压欠平衡钻井井筒压力控制提供理论支撑。     

气液两相流压降模型在欠平衡钻井中的应用

分别利用Hasan kabir和Ansari气液两相流压降模型，分析了欠平衡钻井过程中的井筒压降问题，建立了欠平衡钻井流型判别及压降计算的数学物理模型，并用FORTRAN90进行了编程计算，模拟了欠平衡钻井过程。通过分析井口回压、注气量以及注液量等欠平衡钻井参数发生变化对井底压力的影响，确定了欠平衡钻井井底压力控制方法。理论计算结果与实验数据对比分析表明，Hasan－Kabir预测压力的相对误差在10%以内，Ansari的相对误差在5%以内。因此，建议在欠平衡钻井设计中应用预测精度较高的Ansari方法。     

气基流体钻井气液流量组合设计新方法及应用

欠平衡钻进时井底压力较高,会引起储层的伤害,而接单根时井底压力较低,将引起井眼的破坏,而井底压力可由气体和液体流量组合来控制。为了使欠平衡钻井中储层伤害和井眼失稳之间的矛盾最小化,给出了一套在给定地质、钻井条件下进行充气欠平衡钻井气液流量组合设计新方法,该方法利用欠平衡钻井井筒4相流体动力学模型,将已确定的井底压力安全窗口转换为地面气液体注入流量的安全窗口。此流量安全窗口中,地层孔隙压力限制了窗口曲线的上界,井眼坍塌压力为窗口曲线的下界,并由钻井液的携岩能力和井壁冲蚀曲线封闭而成。此设计方法采用电子表格软件绘制气液流量安全窗口,可直观地选择最优流量组合。使用该设计方法对新疆石南油田SN4003井的充氮气欠平衡钻井进行优化设计,并与钻井实效对比评价,证明了该方法较为可靠、实用。     

欠平衡钻井坍塌压力计算模型

欠平衡钻井过程中井壁稳定是保证欠平衡钻井成功的关键。在欠平衡钻井过程中，地层流体不断流入井内，促使井筒周围的应力将伴随地层流体的流入而重新分布，进而影响井壁的稳定性。根据原地应力产生的应力与地层流体向井眼径向流动产生的拖拽力叠加而求得了欠平衡钻井井周应力的解析解，考虑欠平衡钻井过程中地层流体对岩石拖拽作用后地层坍塌压力更大即井壁更易失稳，运用Mohr-Coulomb强度准则建立了欠平衡钻井坍塌压力的计算模型。将所建立的计算模型应用于塔中722井的井壁稳定性分析，结果表明：理论分析结果与工程实测数据对比，计算结果较为准确。     

页岩气井排水采气工艺综合优选方法

目前排水采气工艺的选择采用现场经验法和宏观控制图版法,考虑因素欠缺,工艺实施效果较差,文章根据压力供给与临界携液原则,结合经济效益分析,开展了页岩气井排水采气工艺综合优选。根据误差分析优选Mukherjee-Brill两相流模型用于计算页岩气井筒压力分布,确定排水采气工艺的压力适用界限;考虑产液量、液滴变形和造斜率变化引起的液滴碰撞,建立页岩气井全井筒临界携液流量模型,确定排水采气工艺的携液适用界限,最终建立页岩气井排水采气工艺综合优选方法。实例分析表明,页岩气井临界携液流量模型的预测精度达94.1%,页岩气井排水采气工艺综合优选方法能够实现“一井一策”的排水采气工艺定量优选,优选后的排水采气工艺具有良好的排液增产效果与经济效益。     

普光高含硫气井生产管柱合理管径优选

普光气田高含硫气井在生产过程中会出现硫沉积、冲蚀、积液和形成水合物等问题,如果生产管柱管径合理可以延缓或避免出现这些问题。为此,针对普光气田高含硫气井的生产特点,以现有生产管柱优选方法为基础,通过分析高含硫气井临界携硫颗粒流量、临界携液流量、冲蚀流量和井口水合物生成条件,确定不同尺寸油管的合适产气量范围,再结合气井配产和井筒压力损失,优选出高含硫气井生产管柱的合理管径。利用该方法,对普光气田的高含硫气井P井进行了计算分析,结果表明,在当前生产管柱管径下,P井产气量大于冲蚀流量,井筒会发生冲蚀,为保护生产管柱,延长修井周期,将该井的产气量调整到当前生产管柱管径的合适产气量范围内,调整后该井生产稳定。采用该方法不但可以优选生产管柱管径,而且可以在现有生产管柱情况下,将产气量调整到当前生产管柱的合适产气量范围内。      

后效气测资料在控制钻井液密度值中的应用

针对钻井过程中泥浆密度需要及时调整的特点，提出了一套利用后效资料合理调配钻井液密度值的方法，首先分析确定了井筒内压力状态与气测数据间的关系，其次按照一定时间间隔选取相对应的气测数值与泥浆密度值，进而运用气测数值与钻井液密度值绘制出1条曲线，并利用该曲线的变化区分出过平衡状态区，近平衡状态区和欠平衡状态区，其中近平衡状态区即为合理的钻井液密度值区间，该方法应用于青海这木盆地北缘的某口气，水显示异常活跃的预控井中，显示出应用简单灵活，方法实用，有利于钻井安全等优点，真正做到了“压而不死，活而不喷”，开辟了后效气测录井资料应用的新途径。     

气井连续携液临界产量的计算方法

针对产水气井的实际生产状况，运用流体力学相关理论，对气井连续携液临界产量的计算方法进行了深入研究，分别提出了高气液比携液临界产量模型和低气液比携液临界产量模型。在高气液比携液临界产量模型中，液滴存在形式为圆球形，模型推导中充分考虑了井筒内流动状态的变化，采用与Turner经典液滴模型相同的力学分析方法，得到了针对不同雷诺数范围的临界产量计算公式，使经典液滴模型在理论上更加完善。在低气液比携液临界产量模型中，以Hagedorn和Brown井筒压力计算方法为基础，定义了理论持液率、实际持液率的概念和计算方法，并通过整个井筒内理论和实际持液率的对比来确定低气液比条件下气井连续携液临界产量，解决了低气液比条件下携液临界产量的确定方法问题。现场应用结果表明，这种方法能准确预测气井连续携液的临界产量，对气井合理生产制度的制定有一定的指导意义。     

气体循环钻井井筒气量控制技术

通过对井筒气量控制的研究,可以提高循环钻进效率,并能有效降低设备压力控制的难度,为循环钻井施工提供合理的气量补充和排放方案,并为节点压力控制提供指导。依据封闭气体循环钻井工艺特点,开展针对循环钻井在不同注入条件下井筒压力的研究,利用压力分布研究成果,依据气体PVT理论,建立了井筒内部?环总气量计算模型,研究了在动态条件下井筒内气体质量分布。在此基础上,结合封闭气体循环地面设备控制要求,确定了井筒气量控制的合理区域。研究结果表明,随着井深的增加,单位进尺气量补充量增加,同时合理气量窗口逐渐变宽,如果井筒气量不足,井口将出现负压。     

九龙山构造欠平衡钻井提速的可行性分析

气体钻井技术在四川盆地九龙山构造提高机械钻速方面发挥了巨大作用,但在侏罗系沙溪庙组沙二段底部出现井壁坍塌,转换成常规钻井后钻速较慢。为了提高该井段的机械钻速,从岩石可钻性与井壁稳定两方面进行了欠平衡钻井的可行性分析,结果表明:沙溪庙组沙一段与千佛岩组层段设计的欠平衡钻井液密度应控制在1.10～1.25g/cm3,才能确保欠平衡工况下井壁稳定;欠平衡钻井与常规钻井相比,其岩石可钻性系数更低,有利于明显地提高机械钻速;沙一段至珍珠冲组上部岩石井壁稳定,适宜开展欠平衡钻井提速试验;对存在大量砾石层的珍珠冲组下部,欠平衡钻井提速效果不明显,可采用其他钻井措施提高机械钻速。龙110井的现场试验表明,沙一段至马鞍山组层段开展欠平衡钻井,能有效地提高机械钻速,且与邻井龙104井的常规钻井相比,最高可达206%。所提出的欠平衡钻井提速模式,为广泛开展九龙山构造欠平衡钻井提速提供了经验和技术支持。