直井防斜打快理论研究进展

钻井过程中影响井斜的因素很多,且井斜给钻井、完井等作业带来一系列的危害,并造成巨大损失.近年来国内在复杂深井钻井中多次出现井斜问题,突出表现在玉门青西、青海柴达木盆地、四川川东、塔里木山前等地区.在现场使用较多的除钟摆钻具和满眼钻具防斜技术外,主要发展了偏轴钻具防斜技术、螺杆钻具配合PDC钻头防斜技术等,但总体来看在直井防斜打快方面进展不大.国外近年来则研制了VDS、SDD、VertiTrak、PowerV等具有主动防斜能力的自动化井斜闭环控制系统,成功地解决了高陡构造、断层、盐层等情况下钻进时的井眼质量问题.国内陡倾构造地区井斜问题非常普遍,因此应尽快开展新型防斜打快理论研究,研制新型工具和工艺技术.     

高温高压钻井液P-d-T特性及其对井眼压力系统的影响

在高温高压环境下的钻井与完井,既困难,危险性又大。文中阐述了地温梯度、入口钻井液温度、钻井液类型等因素对当量静态钻井液密度的影响;建立了高温高压井中当量静态钻井液密度的计算模型;分析了钻井液密度变化对井底静压、动压、当量钻井液循环密度和动态波动压力的影响。结果表明,利用地面测量的钻井液密度计算井下压力,只适用于浅井和中深井;对于安全密度窗口很窄的高温高压井,必须考虑井筒温度和压力变化对钻井液密度及井内压力系统的影响,才能确保高温高压井的施工安全。     

美国页岩气勘探开发关键技术

本文重点介绍了美国页岩气勘探开发中的几项关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石机械特性地质力学分析,中期的钻完井技术以及后期的压裂增产技术,其中压裂技术方面又分别介绍了清水压裂技术、重复压裂技术、水平井分段压裂技术以及同步压裂技术。这些关键技术对国内页岩气的勘探开发具有一定的借鉴意义。     

基于地表数据的井下振动识别与控制

钻柱振动识别与控制对于减少钻井过程中事故复杂、防止钻头提前失效具有重要意义。全球每年与钻柱振动相关的失效和破坏的经济损失高达3 亿美元。若能实时监测钻头破岩状态,有效识别并控制钻柱有害振动,则能大大降低这种损失。调研了国内外对钻井振动问题的研究和应用情况,讨论了钻具振动的产生机理及其地表数据响应关系。在基于比能优化技术基础上,建立了一套根据地表数据实时识别并控制井下振动的方法。现场应用表明,振动识别与控制技术能够准确判断井下振动,通过不断优化钻井参数可以消除井下瓶颈因素,挖掘提速潜力,有望为钻井提速和降低成本探寻一条新途径。     

国外钻、完井技术新进展与发展趋势(Ⅱ)

研究了近年来国外完井技术革新与进步情况,完井技术创新主要围绕水平井开展,在i-Frac完井工具、智能完井、多级压裂完井技术方面都有新进展,特别是膨胀管技术和多级完井工艺得到不断发展并走向成熟;压裂段数倍增技术、缝网压裂技术、高速通道压裂技术等的进步使压裂呈现出平均分压段数不断增加、平均段间距不断减小、平均单段加砂量不断增加的发展趋势;正在开发的双壁同心钻杆钻井新方法、无钻机钻井方法、天然气水合物开发钻采技术、太空钻探技术、深冷压裂技术等有望使钻井技术发生新的革命。     

泥岩流-固-化耦合模型参数的蒙特卡洛估计

泥岩流-固-化耦合模型的研究与应用是正确认识泥岩井壁失稳机制的根本途径之一。化学线弹性本构方程实现了渗流、化学场作用下泥岩变形的表征,而泥岩中渗流及溶质扩散则分别满足Speigler-Kedem 模型和Fick第一定律。简化应用了泥岩的流-固-化耦合模型（包括泥岩力学平衡方程、泥岩孔隙流体及溶质质量守恒方程）,基于商业有限元软件Comsol Multiphysics,使用有限单元法求解了正向方程,并依据最小二乘准则,应用蒙特卡洛随机搜索方法,根据泥岩渗流、溶质扩散及泥岩单向扩散侧向约束膨胀实验数据,反演求解了模型参数（包括泥岩渗透率、膜效率、溶质扩散系数及膨胀系数）。理论拟合曲线与实验数据结果非常吻合,说明简化后的泥岩流-固-化耦合模型能够有效描述多场耦合环境中泥岩的性质,所建立的模型参数求解方法准确可靠,为流-固-化耦合模型在井壁稳定研究中的推广应用奠定了基础。     

深水钻井早期井涌检测方法及其未来趋势

深水钻井技术是制约深海油气勘探开发的主要因素之一。深水钻井具有高风险,高投资,高回报等特点,深水井控是深水钻井的一个难点,如何有效地预测发现井涌是深水井控的关键。分析了各种常用的井涌检测方法并结合深水钻井的特殊工况,指出常用的井涌检测方法无法满足深水井控的要求,最后介绍了一种使用LWD、PWD监测井涌的井涌早期监测方法,使用PWD实时监测井底的压力变化情况,并对水力模型进行修正,同时建立井底压力正常趋势线;使用LWD实时测量地层参数,利用浅侧向电阻率随钻测量等工具监测钻井液性能变化,可以有效地实现流体侵入早期监测。     

体积压裂水锤效应对页岩气井屏障完整性影响及对策

体积压裂过程中井屏障完整性失效问题突出。基于页岩气井体积压裂技术特点和MIT24臂井径测井数据,分析了页岩气井压裂过程井屏障系统及其失效模式。根据水力学原理,体积压裂砂堵、停泵瞬间过程井筒内流体流速突变产生水锤效应,水锤压力在井筒内以斯通利波形式沿固?液界面传播。综合考虑水锤压力及流体压缩力因素影响,建立了水锤效应发生过程井筒流体最大波动压力计算模型;分析了压裂砂堵停泵瞬间水锤效应引起的井筒流体压力变化特征及其对套管安全强度系数的影响。研究表明:体积压裂砂堵停泵过程最大水锤压力达31.88 MPa;考虑水锤效应影响,套管的抗挤强度系数降低至0.95。综合考虑页岩气地层滑移错动、套管低温收缩导致抗挤能力降低等情况,体积压裂过程在不均匀外挤载荷影响下足以导致套管发生局部损坏。基于以上研究结果,提出井筒流体压力波动的施工对策,对基于体积压裂完井方式的页岩气井屏障完整性管理具有指导意义。     

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。