伊拉克哈法亚油田高压盐膏层安全钻井技术

盐膏层钻井是当前钻井技术的难题之一,钻井施工中存在盐膏层及软泥岩层安全钻进难度大、井身质量控制困难和卡钻几率较大等问题。本文针对伊拉克哈法亚油田的地层条件：改变了盐膏层段套管坐封点,使套管漏封漏失状况得到有效控制;将定向轨迹井斜角由71.29°优化为29.48°,避开了易形成岩屑床井段,有效控制定向段卡钻,提高施工效率23%;确定哈法亚油田软泥岩缩径周期为48 h左右。根据缩径规律开展钻井,有效减少了钻头泥包和泥环的形成。确定了依据石膏岩、盐岩含量变化控制饱和盐水钻井液密度的原则,形成了控制饱和盐水钻井液黏度的现场维护技术措施。     

油田盐膏层钻井技术

分析了巨厚盐膏层在复杂的压力系统及高温高压下发生塑性蠕动、井径缩小，易发生埋钻、卡钻、下套管困难等严重复杂情况；探讨了盐膏层钻井有关承压堵漏、钻盐膏层的钻井液、钻盐膏层随钻扩孔、盐膏层井径稳态蠕变率测定工艺等问题。     

非均匀外载作用下油井套管强度特性的实验研究

盐膏层套管损坏是由于盐岩蠕变对套管产生一个严重的非均匀附加外挤力而造成的,目前,国内外仍没有一套成熟的非均匀外载作用下的套管强度设计方法。根据实际全尺寸套管承受非均匀外载作用下的强度实验,研究了非均匀外载作用下油井套管的强度特性,提出了用“等效破坏载荷”及椭圆载荷的短、长轴之比来定量描述套管所受非均匀外载的概论,建立了非均匀外载下的套管强度设计图版,可用来检测盐岩等流变地层中下入套管的安全性或在已知套管外载时进行套管强度设计。实验结果表明：套管承受非均匀外载作用时其强度与承受均匀外压相比要低8～21倍。     

复合岩盐层井眼蠕变缩径的数值模拟

盐岩在深部高温高压环境下具有很强的蠕变特性,在岩盐层钻井经常出现井眼缩径、卡钻等复杂事故。目前关于岩盐层井段安全钻进泥浆密度的计算方法主要适用于均匀地应力的情况,难以在非均匀地应力条件下应用。为此研究建立了三向地应力作用下盐岩和砂泥岩相互交错的复合岩盐层井眼蠕变缩径的三维有限元模型,并以塔里木油田羊塔克地区深井为例,研究了非均匀地应力条件下,复合岩盐层井眼随时间变化的蠕变缩径规律,得出了一定泥浆密度下岩盐层井眼在不同时刻的井径值。计算结果表明,安全泥浆密度有限元模拟值与羊塔克地区岩盐层井段实际采用的安全泥浆密度非常接近,验证了所建数值模型的合理性和计算结果的可靠性,研究成果为岩盐层井段的安全钻进提供了技术支撑。      

直井段偏移对后期定向钻井作业的影响分析

在定向井、水平井钻井过程中,直井段井身质量的控制对后期定向造斜与轨迹控制的影响往往被忽视,国内对定向井、水平井直井段井身质量要求基本是以常规直井的标准为依据,没有重视到直井段位移、井斜和方位对定向施工的影响。对于定向井、水平井来说,直井段偏移不仅对后期轨迹控制、定向施工和完井作业带来危害,同时给油田后续开发中井位的部署带来不利影响,对于平台丛式井直井段偏移可能造成井眼相碰,因此,定向井、水平井直井段控制的好与坏,将会给定向井、水平井的钻（完）井带来很大影响。本文统计分析近年完成的定向井、水平井直井段偏移情况和影响,简述直井段偏移的形成原因,对直井段不同类型偏移造成的影响进行了分析并提出了应对方案。     

中浅层水平井井眼轨道优化设计与现场施工

针对大庆油田中长、长水平段水平井钻井施工和下套管过程中摩阻、扭矩大,导致钻井速度慢,而井眼浸泡时间长易导致井壁失稳而进一步减缓施工速度,从而形成恶性循环,对钻完井施工影响极大的问题,从井眼轨道的合理设计进行了模拟计算,针对不同的剖面类型、造斜率和靶前距进行优化设计,确定合理的井眼轨道,以降低定向钻进和下套管过程中的摩阻和扭矩,为中长、长水平段水平井的顺利施工提供技术支持。     

石油钻井工程中岩层蠕变速率及蠕变参数分析

石油勘探开发工程中,盐膏岩层及含膏泥岩由于具有较低的渗透特性,往往是大型油气藏的封闭层。由于盐层具有较大的流变特性,盐层钻井技术成为钻井工程中的重大技术难题。通过对某一勘探井盐岩层及含膏泥岩井眼不同时间间隔下的井眼测试,获得了井眼地层盐岩及软泥岩等岩层的蠕变速率。采用幂指数流变本构模型对盐岩及软泥岩的蠕变速率进行了分析,通过反演获得了该地质区块盐岩及软泥岩的蠕变参数。该参数能进一步用于对盐岩钻井过程中钻井液密度的优化分析中。     

伊拉克米桑油田深井水平井钻井技术

为应对伊拉克M油田深井水平井高压盐膏层盐水侵、下部灰岩地层漏、喷、塌和卡等多种风险,同时尽可能降低钻井成本,提高作业时效,开展了深井水平井研究和实践。根据区块作业经验将深井水平井设计为六开井身结构;针对高压盐膏层地层,采用高密度饱和复合盐钻井液技术;在深部灰岩地层实施了一系列定向井和尾管固井技术。上述技术在64H井成功应用,解决了该区块钻井过程中的技术难题,提高了钻井安全性和时效(打破了M油田深井水平井钻井记录)。     

一种新的阶梯水平井段轨道设计模型

对于开发有一定高度差的多个薄油层,阶梯水平井较普通的定向井和水平井,节约了钻井成本,提高了单井的开采效率。分析了现有的阶梯水平井的设计模型,采用恒工具面模型进行三维阶梯水平井的轨道设计,以上下靶点的井斜角和方位角作为已知量,造斜工具的造斜率和安装角作为控制因素,将过渡点的井斜角和方位角作为待求参数。所设计的三维井眼轨道,通过计算示例表明,可用于设计阶梯水平井段。     

米桑油田高压盐膏层固井问题分析和优化

对米桑油田部分井出现的高压盐膏层井段固井质量差且影响下步作业的情况进行了分析,优化了前置液设计、水泥浆设计、入井套（尾）管现场检查、下套管前井眼要求、固井前井筒要求、套管居中、固井注替、固井质量检验等,并成功应用于47井高压盐膏层井段固井,为后续开发井类似井段的固井质量提升提供了借鉴。     

Analysis of the External Pressure on Casings Induced by Salt-Gypsum Creep in Build-up Sections for Horizontal Wells

To alleviate the problems of casing collapse induced by the coupling effect of salt creep movement, as it relates to the curved sections of horizontal wells, an experimental approach was taken to determine the creep (visco-elastic) property of the salt-gypsum formation, using finite-difference software to establish a creep model with curved casing, wellbore and salt formation. With this model, the effects of borehole curvature, drilling direction and casing thickness on external pressure on casing were analyzed, and casing deformation in the non-uniform in situ stress field was simulated. For horizontal wells drilled through salt-gypsum formations, this analysis led to the following conclusions: (1) the casing tends to be much safer when drilling is undertaken along the direction of the minimum horizontal stress; (2) casing deformation occurs and stress increases as the borehole curvature increases; (3) for the same curvature and drilling direction, thicker casings are safer; (4) as the creep time increases, the external pressure on the casing rapidly increases until it reaches its maximum value, whereupon it stays at that value; (5) under the effect of non-uniform in situ stress, a larger non-uniform coefficient would result in greater external pressure on the casing. This model has been successfully applied to analyze the external pressure on curved casings in a build-up section for horizontal wells drilled through salt-gypsum formations in an oilfield in Northwest China. The model has helped to improve the casing design and reduce drilling downtime with greater wellbore stability in salt-gypsum formations.     

大斜度定向井钻井技术

大斜度定向井能够穿越多个油层,增加油气泄漏面积,从而提高单井产量。通过对葡182-斜154井施工难点分析,在施工前进行了井身结构及轨迹剖面优化,施工中,选用合理的钻具组合及钻进参数,配以井眼清洁技术、减少摩擦阻力降低扭矩技术、井壁稳定技术等安全钻井技术措施,保证了这口大斜度定向井的顺利施工。     

徐深21-平1井轨迹控制技术

徐深21-平1井完钻井深4955 m。在火山岩储层中横向穿行905 m,井眼轨迹控制精度要求高,并在登二泥岩段岩石可钻性达8级的情况下裸眼侧钻成功,为后续施工奠定了基础。简述了井身结构及轨迹剖面设计,分析了井眼轨迹控制难点,详细介绍了增斜段、侧钻段、水平段井眼轨迹控制情况。该井的成功钻探,为该区块水平井施工积累了宝贵经验。     

麦盖提区块钻井关键技术研究及应用

塔里木盆地麦盖提地区异常地应力发育、古近系盐膏层易蠕变挤毁套管、二叠系火山岩钻井速度慢、古生界地层岩性复杂钻头选型难、三开井眼井壁稳定性差、奥陶系裂缝性地层涌漏风险高,为此开展了断裂带异常地应力分布规律、井身结构优化、高效破岩工具研制、刀翼式孕镶钻头研发、井壁稳定高效钻井液、欠平衡钻井等关键技术研究,提出了非常规井身结构优化设计系列,研制了高效破岩工具和刀翼式孕镶金刚石钻头,研发了高效抑制性防塌钻井液体系。在此基础上形成了钻井提速配套技术系列,完钻井平均机械钻速提高17.89%,钻井周期缩短34.55%。     

元坝区块提高钻井速度技术方案探析

在总结分析前期钻井经验的基础上,从地质因素、钻井复杂情况、岩石可钻性、地层温度、钻井液密度、井身结构等方面分析了目前影响元坝区块深井钻井速度提高的因素。指出井身结构层次有限,不能完全有效封隔不同压力体系的地层以及须家河组地层可钻性差、埋深较深、段长,不能利用空气钻进行钻进是影响机械钻速的2个最重要原因。提出了气体钻井方案、钻头选型方案、进口动力钻具配合高效钻头钻须家河地层方案,以及采用特种井眼尺寸井身结构方案,为元坝区块深井钻井提供技术支持。     

库车坳陷盐下构造对盐上盖层变形的影响因素分析

库车坳陷是在地壳或者岩石圈尺度整体挤压作用下,收缩构造变形形成的一个构造单元,膏盐岩层等软弱岩层可能导致滑脱断层发育,并引起盐上和盐下不协调收缩变形,区域挤压作用下一些先存基底断裂带的逆冲位移是控制盐上层冲断褶皱变形的主要因素。运用地震资料、地表露头、钻测井资料以及非地震资料等,对库车坳陷区域大剖面的盐上层、盐下层的构造变形样式进行分析,认为南天山在挤压收缩变形中隆升,诱导盆山过渡带发育基底卷入的高角度逆冲断层,先前基底断层的复活影响了盆地沉积盖层的构造变形,基底断裂与盖层断层组合样式在走向上基本一致,盖层强变形带与基底断裂带上下呼应。     

深井蠕变地层钻井液密度优化技术

深部地层盐岩钻井是钻井工程中的重大技术难题之一。由于盐岩性能的特殊性,当钻开井眼后盐岩蠕变,常造成井眼失稳、卡钻、固井后挤毁套管等事故,给钻井带来重大经济损失。结合山东胜科1井钻井工程,对深部地层盐岩及软泥岩等岩层的蠕变速率进行测试,采用三维数值模拟方法获得了盐岩及软泥岩的蠕变参数。并通过所获得的蠕变参数,对胜利油田东营区块盐岩及软泥岩井眼不同深度、不同钻井液密度下地层的蠕变速率进行了分析,获得了盐岩及软泥岩井眼许可钻井液密度。研究成果可以为钻井工程钻井液密度选用提供指导意义。     

非均匀载荷和内压作用下石油套管的抗挤能力分析

油井套管往往处于管内外复杂的受力环境下,揭示和分析这些因素对套管抗挤能力的影响就显得非常重要,并可为套管强度设计提供理论依据。根据套管在受到外部非均匀载荷和内压作用下的受力特点和材料力学理论,建立了单位长度的理想圆管的环向应力的计算模型,得到了套管内外壁的环向应力分布规律。计算结果表明：套管发生破坏失效位置在圆周方向与最大水平地应力成90°角的内壁上。依据Von Mises屈服准则由失效点得到了非均匀外挤载荷和内压作用下套管屈曲时抗外挤能力的新公式。实例计算表明：在影响套管的抗挤能力的因素中,外载荷的非均匀系数对套管抗外挤能力影响最大,外载荷的非均匀系数越大,套管抗外挤能力下降得越快;在外载荷非均匀性较小的条件下,提高套管外载荷承载能力可通过增大内压和减小套管径厚比来实现。