延长陆相页岩气水平井提速技术研究

“延安国家级陆相页岩气示范区”已钻水平井存在机械钻速低、钻井周期较长等问题,直接影响陆相页岩气的低成本、高效勘探开发。提高机械钻速是缩短钻井周期、降低钻井成本的重要手段,也是优快钻井的直接体现。在分析了延安陆相页岩地层岩石力学特性的基础上,开展了优选钻头、优化钻井机械参数和水力参数等3个方面的研究,以增强钻头对地层的适应性、提升井眼清洁能力和提高机械钻速。最终形成了适合陆相页岩气水平井的钻井关键技术,并在示范区3口水平井进行了成功应用,钻井周期缩短11 d,水平段机械钻速提高120.08%,实现了陆相页岩气水平井的优快钻井,具有较好的推广价值。     

古城7井工程钻井设计优化与钻井实践

古城7井是大庆油田塔东区块的首钻井,为了增加钻井成功率以及缩短钻井周期和钻井成本,在工程设计中的井身结构、钻具组合、钻头优选和扭力冲击器配合PDC钻头使用上,进行了大量的计算、统计分析和筛选,在实钻中钻速得到了大幅提高,平均机械钻速为4．68m／h,比古城6井平均机械钻速3．01m／h提高了55．48％,钻井周期大幅缩短,完钻周期为152．44d,按同开次同井深与古城6井相比,缩短了86．8d。实践证明,古称7井工程设计符合塔东区块的地质情况,能够大幅地提高钻速,缩短周期和钻井成本,为加快勘探开发步伐打下了坚实的基础。     

伊朗Y油田水平井钻井技术

伊朗Y油田水平井面临着地质岩性多变、地质靶区不确定、裸眼井段长、井眼摩阻大、长水平段井眼轨迹控制困难等一系列钻井技术难点。结合Y油田一期水平井钻井实践,详细总结、形成了包括井身结构优化、螺杆钻具类型及其稳定器外径优选、钻头选型、侧钻钻具组合优选、水平井段优快钻井、KCl聚磺钻井液在内的6项水平井钻井技术。该技术在YS9井得到成功应用,定向段和水平段施工比设计提前12.4 d。Y油田水平井优快钻井技术的应用,能够提高钻井成功率,缩短水平井的建井周期,降低钻井成本,对Y油田后续的水平井施工起到一定的指导和借鉴作用。     

涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术

涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的国家级页岩气示范区,与北美相比,涪陵地区地表条件、地质条件和页岩气储层特征更加复杂、储层埋藏更深,开发初期钻井机械钻速低、钻井周期长、成本高。为此开展了涪陵页岩气田水平井组优快钻井技术研究,形成了集水平井组钻井工程优化设计、水平井优快钻井技术、国产低成本油基钻井液、满足大型压裂要求的长水平段水平井固井技术、山地特点“井工厂”钻井技术以及绿色环保钻井技术为核心的页岩气水平井组优快钻井技术体系。在涪陵页岩气田推广应用了290口井,完井256口,平均单井机械钻速提高了182%,平均单井钻井周期缩短了55%,平均单井钻井成本降低了34%。为涪陵页岩气田年50亿m3一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,对我国页岩气规模开发提供了重要的借鉴和引领作用。     

大庆油田齐家区块致密油水平井钻井提速技术

水平井技术是实现致密油开发的重要途径。自2013年开始,大庆油田在齐家、长垣等3个致密油区块开展了水平井井组开发先导性试验,其中齐家区块施工难度最大,针对该区块水平井水平段长、位移大的特点,及钻遇地层岩石可钻性差、三维扭方位难度大、机械钻速低、钻井周期长等主要技术难点,在分析地层特征的基础上,通过优化井身结构,井眼轨迹控制,优化三维井眼轨迹,开展个性化钻头、降摩减扭措施和配套工具的技术攻关及现场应用,初步形成了一套大庆油田齐家区块致密油水平井钻井提速技术,并取得了较好的应用效果,为大庆油田致密油长水平段水平井进一步提速及规模应用奠定了基础。     

大庆油田火山岩砾岩水平井钻井技术

随着大庆油田深层火山岩砾岩气藏的持续开发,利用水平井技术勘探开发深层气藏成为迫切要求。对大庆深层火山岩砾岩的地质特性、火山岩砾岩水平井特点及难点进行了描述。开展了钻头优选、井眼轨道优化、井身结构优化、井下动力钻具选型、欠平衡负压值控制等技术研究,并完成多口现场试验井,其中徐深平34井全井平均机械钻速2.79 m/h,取得了较好的应用效果。形成了一套适合于大庆油田火山岩砾岩气藏勘探与开发的水平井钻井技术。     

黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术

煤层气顶板水平井是解决松软煤层煤层气开发的主要途径之一。针对贵州黔北矿区复杂的地质和储层条件,为解决煤层顶板水平井漏失、井眼轨迹控制和固完井困难等问题,开展并形成了以轨迹精细控制为核心,以防漏堵漏、偏心连通和固完井等技术配合的成套黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术。结合现场钻井实践,成功解决了水平井钻井施工中诸多问题,钻井周期明显缩短,经济效益明显提高。研究成果为贵州煤层气钻井和开发提供了新途径,也为高瓦斯矿井地面治理开辟了新的方向,具有显著的应用和推广价值。      

鲁迈拉定向井钻井设计优化与应用

为了降低定向井摩阻扭矩,提高钻井速度,针对地质特点和钻井难点,建立了井眼轨道和岩石可钻性回归计算模型。通过五段制轨道剖面的优化,最优井眼曲率为（2.85°～3°）/30 m、最大井斜角为30°;技术套管下至Sadi层8～15 m,确保了S型定向井安全钻进,裸眼内摩阻系数由0.52降至0.35,套管内摩阻系数由0.35降至0.28;Rus软硬夹层优选试验KM533复合钻头,解决了常规PDC钻头磨损快、牙轮钻头机械钻速低的问题。通过上述3项技术的研究与应用,鲁迈拉S型定向井实际顶驱扭矩降低30%以上,钻头使用数量降低2.7只,钻井周期缩短18.58 d。     

红河油田地层可钻性研究与钻头优选

红河油田水平井钻头适应性差、起下钻频繁,导致机械钻速低和钻井周期长,严重制约了钻井提速提效。通过对红河油田地层岩心进行室内可钻性实验,建立了该地区岩石可钻性与声波测井相关性数学模型,从而确定了岩石可钻性级值剖面。实验及计算结果表明,红河油田地层可钻性级别为3～6级,上部属于软地层,下部属于中硬地层。基于地层可钻性优选了PDC钻头,经现场试验与应用,平均单只钻头进尺、机械钻速大幅提高,大大缩短了钻井周期,达到了水平井钻井提速提效的目的。     

大港油田优快钻井配套技术研究

大港油田深井、超深井提速困难主要是由于馆陶组厚层底砾岩和沙河街组致密泥岩的岩石可钻性差、深部油气藏存在异常高温、高压现象,且钻井液具有高密度和高粘度的特点。为探索适合大港油田的深井、超深井优快钻井配套技术,结合滨深24-5-27井的钻井实例展开了研究。通过优选钻井液体系、应用精细控压钻井技术,以及高效PDC钻头+螺杆马达复合钻井技术,实现该井完钻井深4510 m,钻井周期36天,全井平均机械钻速为11.56 m/h的快速钻井效果。研究结果表明,该井钻井周期的缩短主要得益于全井机械钻速的提高,以及生产组织的有序衔接和保证。相对所在区块的历史指标井,该井机械钻速提高15.27%,二开和三开的生产组织时间缩短31.68%,钻井周期缩短18.78%。该优快配套钻井技术可为大港油田高效开发深部油气藏提供工程技术保障。     

塔东古城地区钻头优选及应用

针对大庆油田塔东区块古城地区地层含砾、岩石硬度大、85%以上井段采用牙轮钻进,导致深部地层钻速慢,钻头磨损严重等问题,在传统钻速预测方法基础上,引入钻头磨损、地层岩性、应用井深等相关参数,建立钻头破岩效率计算方法,并结合所钻遇的地层岩性、测井资料及钻头类型等,建立钻头优选模型,实现钻头选型定量化,提出了适用于古城地区的钻头序列推荐方案。现场成功应用5口井,单只钻头进尺和平均机械钻速均得到了很大的提高,实现了钻头优选提速提效的目的,为古城地区的高效钻井施工提供了重要的技术支撑。     

南海西部海域难钻地层特征及破碎机制研究

近年来,南海西部海域部分油田的下第三系地层机械钻速较慢,严重影响了勘探开发进度,为了降低钻井成本,增加钻井时效,必须掌握该海域难钻地层的特征及破碎机制。首先开展了岩屑矿物组分测定,结合录井资料,掌握了南海西部海域难钻地层的岩性特征。在对难钻地层的破坏强度、硬度、塑性系数、可钻性、研磨性等相关参数室内试验的基础上,建立了该地层岩石力学参数的预测模型,并基于30口测井的资料建立了难钻地层抗钻特性剖面和南海西部海域三维可钻性剖面,揭示了区域难钻地层的分布情况及抗钻特性;为解决难钻地层的工艺技术难题,还进行了难钻地层PDC钻头的破岩机制试验研究,研究了PDC钻头牙齿齿形、钻压和转速对破岩效率的影响。研究发现：北部湾盆地建议提高钻头的攻击性,并采用高转速的动力钻具复合钻进方式;珠江口盆地应提高钻头复合片的耐磨性,采用较高钻压和合理顶驱转速,为更好地控制钻井成本和提高钻井综合经济效益提供技术指导。     

全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理的有限元分析

针对坚硬地层破岩效率低、钻具粘滑振动造成钻头寿命降低等问题,通过ANSYS有限元分析软件对全尺寸钻头复合冲击破岩机理进行研究。分析了冲击频率、钻压和转速对钻头破岩效率的影响,通过分析发现钻头破岩过程中,岩石内部既存在拉应力,也存在压应力,岩石破坏表现形式为“拉伸+压剪”的综合作用破坏。研究得出在扭转冲击频率为25 Hz条件下,此时轴向冲击的最佳频率为13 Hz,在这2种冲击频率的配合下机械钻速最快;钻压对机械钻速影响较大,两者呈线性正相关关系,并回归出有无冲击载荷条件下钻头机械钻速与钻压的变化关系式;转速对机械钻速的影响较小,两者呈微增趋势,分析认为是坚硬岩层使PDC钻头变切削为研磨状态导致机械钻速变化不大;复合冲击在地层钻进中能明显提高机械钻速。全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理研究对于钻进效率的提高和复合冲击技术的发展具有重要意义。      

AG-Itator水力振荡器及其在我国的试验应用

在非常规油气藏三维井眼轨迹水平井钻进过程中,托压效应严重制约着钻井提速。水力振荡器能通过产生轴向振动减小钻具与井壁之间的摩阻,显著减小托压效应,从而达到钻井提速的目的。介绍了AG-Itator水力振荡器的工作原理、性能以及在我国多个地区的试验应用效果。试验应用表明,使用AG-Itator水力振荡器能够显著提高机械钻速,进而缩短钻井周期,是非常规油气藏三维井眼轨迹水平井钻井提速的一种有效手段,值得推广应用。     

煤层顶板大直径定向钻孔用双级双速PDC钻头设计及应用

大直径定向钻进成孔技术的发展, 为“以孔代巷”技术抽采采空区上隅角瓦斯提供了技术支持。受限于井下设备条件, 常规大直径钻孔主要采用逐级扩孔工艺。然而, 逐级扩孔钻进需要多次提钻、下钻, 辅助时间长、工人劳动强度大。为提高煤层顶板大直径钻孔成孔效率, 开发了双级双速钻进工艺, 该工艺采用螺杆马达与钻机分别驱动一级、二级钻头进行单次双级扩孔钻进, 可大大提高成孔效率。通过分析双级双速钻进工艺特点、拟钻地层岩性等, 从剖面形状、切削齿排布、水路设计以及导向器设计等方面设计了双级双速钻头, 该钻头采用球头螺旋形导向器, 更容易沿既有钻孔轨迹钻进; 采用等切削布齿, 提高破岩效率、降低切削齿不均匀磨损, 进而提高钻头寿命与钻进效率。设计的双级双速钻头进行了现场试验, 试验表明双级双速钻头能够沿先导孔钻进, 较常规逐级扩孔钻头综合效率提高25%以上, 使用后钻头磨损均匀, 满足了双级双速工艺要求, 大大提高了煤层顶板大直径钻孔施工效率。      

焦页非常规页岩气井优快钻井技术

重庆涪陵焦石坝地区上部地层岩性致密、研磨性强、可钻性差,长兴组浅层气活跃且含硫,三开水平段长、摩阻大、泥质页岩层易垮塌。钻井面临的突出问题是机械钻速低、井控难度大、钻井周期长。针对上述气藏钻井难点,重点从钻井工艺、维持井壁稳定以及钻井液方面进行分析,优化钻具结构、优选钻头选型、抑制井壁失稳以加快焦石坝区块钻井速度。“油基螺杆＋高效PDC钻头”配合优质钻井液,经过焦页12平台4口井的实践应用,大大缩短了钻井周期,焦页12-4 HF井创下了中石化集团公司非常规页岩气水平井最长水平段记录,提速效果显著。     

涡轮取芯钻进工艺在干热岩钻井中的应用

我国干热岩勘探刚刚起步。为准确评价干热岩型地热资源的资源量,需要钻获高质量的干热岩岩心,但目前针对高温、高硬度、高研磨工况下的干热岩取芯钻进工艺研究较少,严重制约了干热岩型地热资源的准确评价。为此,自主研发了Φ127 mm涡轮钻具,在福建漳州HDR-1井和青海共和GR1井进行了干热岩钻井取芯应用研究,研究验证了研发的涡轮钻具与KT-140取芯钻具的适配性、涡轮钻具与金刚石取芯钻头的匹配性,揭示了高温和硬岩井况下涡轮钻具工作特性,经受住了孔底236 ℃高温考验,钻获了高质量岩心,取得了涡轮钻具现场测试应用的各项参数;涡轮取芯钻进工艺与常规取芯钻进工艺相比,既充分发挥了涡轮钻具高转速的性能,也发挥了其耐高温、耐研磨、耐高地应力、使用寿命长和现场劳动强度低的特性,干热岩取芯钻速和质量大大提高。该工艺是高温深孔干热岩井下动力回转钻具驱动取芯钻头进行取芯钻进的首次成功尝试,为干热岩涡轮钻具复合取芯钻井技术的进一步科研攻关、现场试验与推广应用提供了宝贵的施工应用经验和借鉴,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。