武汉-1超深地热井钻井成井工艺

根据设计要求及地质特征,武汉-1超深井采用回转钻进、泥浆泵正循环、牙轮钻头钻进、钻铤给压钻进工艺,采用合理的钻探技术参数保证地热井结构及垂直度符合设计要求,并对泥浆进行降密度、提粘、提切并加入适量堵漏剂的方法堵漏,取得了良好效果。抽水试验说明该井出水能力较强,热储层含水层富水性较好,且水温不受气温影响,在井流试验过程中水温损失所占比例较小,证明了本井的钻井和成井技术是合理的。介绍了武汉-1井的钻井成井工艺及抽水试验成果。     

三牙轮钻头破岩过程计算机仿真模型

进行钻头钻进过程的仿真对于优化钻头设计、提高破岩效率以及钻头选型都有着重要的应用价值。以现场实钻数据为基础,采用“黑箱法”为钻头钻进岩石互作用仿真模型的基本建模方法,对决定钻头钻进性能的齿坑模型和牙齿吃入岩石的力-吃深模型进行了仿真建模。并采用误差梯度下降算法来估计不同钻头结构和岩石性质所对应的模型参数,进而实现对钻头钻进过程的仿真。采用实钻数据反演的建模思路有利于利用大量的现场数据实现对模型的完善,更好地反映现场的各种钻井工况,使钻头破岩仿真技术在实用性和经济性上前进一大步。     

唐山马头营干热岩M-2井钻井工艺

M-2井为马头营干热岩开采试验井组的采出井,为解决M-2井在钻进过程中新生界地层坍塌、钻头泥包、太古界花岗岩地层钻进效率低、溢流、掉块以及高温钻井液等施工难点,进行了钻井关键技术研究。通过增加钻井液比重、降低滤失量、提高黏度,维护了新生界井壁稳定性;采用双泵大排量、转盘高转速旋转,解决了钻遇新近系钻头泥包问题。在井深3 880 m处,通过提高泥浆比重,并加入随钻堵漏剂,有效遏制了溢流、大消耗和掉块;通过改进耐高温钻井液,提高了泥浆的流变性,降低了摩阻和转盘扭矩,保障了M-2井的顺利完井。通过更改钻具组合,采用大螺杆、大钻压、大排量、粗径钻具,使M-2井在太古界变质花岗岩地层中平均钻速达到2.46 m/h,比M-1井同地层纯钻速提高了69.7%,降低了钻探成本。旋锤机配合金刚石复合片(polycrystaline diamond compucts, PDC)钻头提速实验,证明了该方法可有效提高钻进效率,但变质花岗岩地层较硬、研磨性强,PDC片易崩坏,钻头性能仍有待改进。相比而言,采用?203 mm螺杆+牙轮钻头钻进整体效益更高,可作为后续施工中的优选方案。     

准噶尔盆地中部地区钻头优选技术应用研究

岩石可钻性是决定钻井效率的基本因素,反映了钻进时岩石破碎的难易程度,是合理选择钻进方式、钻头类型和设计钻进参数的依据。基于地层岩石可钻性的计算方法,结合实钻井的测井资料分析,建立了准噶尔盆地中部区块地层岩石可钻性剖面,并以此为依据推荐了适用于不同地层的钻头类型,现场应用结果表明,所用钻头具有很好的适用性,能够进一步提高准噶尔盆地中部地区的机械钻速,对于该地区的后续钻井钻头类型的选择具有重要的指导意义。     

钻井现场有机地球化学录井与油气识别评价技术

在现场钻进过程中，尤其是在油基泥浆及各种添加剂烃类污染、地质录井难以确定真假油气显示的情况下，有机地球化学录井对确定油气显示有独特的作用。但由于其烃类污染对岩屑罐顶气、岩石冷溶烃、岩石热解等常规地球化学录井技术有不同程度的影响，其检测数据通过校正污染后才能用于含油气性评价。为此，在现场开展了钻井泥浆及各种添加剂中烃类有机地化检测试验，对泥浆中轻烃（C1－C12）、萃取烃（C1－C35）和岩石冷溶烃进行动态检测，研究其烃类组成及变化特征，对钻进中真假油气显示、油气层质量及产能大小、油气烃类母质类型、储油层确定等及时作出解释与评价，为油气勘探与开发快速提供地球化学依据。     

煤层气录井技术在多工艺、新技术钻井条件下的应用

在山西三交地区的煤层气井SJSG-01井施工中,依据其钻探任务,采用了常规钻进、空气、空气泡沫、PDC＋直螺杆复合钻进、绳索取心钻进技术结合的多工艺钻进技术。一开采用常规三牙轮钻头和普通泥浆钻进,下完表层套管;二开先期采用空气、空气泡沫作为循环介质,利用潜孔锤钻进,在钻遇含水层大量涌水时,采用PDC钻头＋直螺杆复合钻进至完钻,在需要取心的井段,采用绳索取心钻进。针对不同钻进技术条件下岩屑录井、钻时录井、气测录井等工作存在的问题,采取了相应的技术措施,并对部分设备进行了改造。通过实践,总结出一套空气和复合钻进条件下的岩屑捞取、气体检测等现场录井方法。     

银参4井钻井设计与施工

银参4井是中石化在银川地区的第一口参数井,设计井深为4300 m,完钻井深4124.23 m,钻探目的是了解银川盆地地层层序及清水营组烃源岩发育情况。针对该井在钻井过程中存在的上部地层胶结疏松易垮塌、干河沟组在砾石层易憋跳钻、清水营组地层流体侵入污染泥浆、钻遇到大段未预知的盐膏层、清水岩组泥岩存在裂缝导致钻井液漏失等复杂情况,在设计井身结构、优选水力参数时考虑了已经预知的潜在复杂因素,施工时全井大段采用直螺杆加防斜钻具组合大排量轻压吊打,有效防止了憋跳钻,避免了钻具事故,取得了较高的钻井速度,控制了良好的井身质量,探索了适用该区盐膏层段的钻井液体系,并且创造了该区块饱444.5 mm钻头机械钻速最高纪录（39.09 m/h）。     

湖南保靖区块海相页岩气快速钻探技术

湖南保靖页岩气勘查区块黑色页岩沉积发育,是页岩气勘探开发的有利区带。由于储层埋藏深、地层高陡、地层倾角变化大、岩石可钻性差,导致钻井周期长、成本高等问题。钻前对已有的地震、测井、岩心实验等资料的处理和分析,通过优化井身结构、钻头选型、钻具组合优选和中长筒取心等,实现了保靖区块海相页岩气快速钻探。     

Sound level produced during rock drilling vis-à-vis rock properties

The process of drilling, in general, always produces sound. Though sound is used as a diagnostic tool in mechanical industry, its application in predicting rock property is not much explored. In this study, an attempt has been made to estimate rock properties such as uniaxial compressive strength, Schmidt rebound number and Young's modulus using sound level produced during rotary drilling. For this purpose, a computer numerical controlled vertical milling centre was used for drilling holes with drill bit diameters ranging from 6 to 20 mm with a shank length of 40 mm. Fourteen different rock types were tested. The study was carried out to develop the empirical relations using multiple regression analysis between sound level produced during drilling and rock properties considering the effects of drill bit diameter, drill bit speed and drill bit penetration rate. The F-test was used to check the validity of the developed models. The measured rock property values and the values calculated from the developed regression model are fairly close, indicating that the developed models could be efficiently used with acceptable accuracy in prediction of rock properties.     

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。     

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。      

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。     

基于人工神经网络模型的岩石特性预测

近年来,软计算技术被用作替代的统计工具。如人工神经网络（ANN）被用于开发预测模型来估计所需的参数。在本研究中,通过利用冲击钻进过程中的一些钻进参数（气压、推力、钻头直径、穿透率）和所产生的声级,建立了预测岩石性质的神经网络模型。在实验室中所产生的数据,用于开发预测岩石特性（如单轴抗压强度、耐磨性、抗拉强度和施密特回弹数）的神经网络模型,并使用各种预测性能指标对所建模型进行检验,结果表明人工神经网络模型适用于岩石性质的预测。     

三维岩石力学参数场随机模拟预测方法及应用

以提高油田采油速度为目的的人工压裂裂缝施工改造,对当前广泛应用于求取岩石力学参数的常规测井资料法提出了更高的要求。提出三维岩石力学参数场随机模拟预测的方法,即以已知有限的常规测井资料计算出来的岩石力学参数曲线作为硬数据输入,以已知地震属性数据体及泥页岩水化和岩石环境参数数据作为软数据约束,选择序贯高斯模拟方法,随机模拟得到动态规律变化的岩石力学参数的三维空间数据场,然后由岩石力学参数的三维空间数据场预测空间任一位置的岩石力学参数在井上的测井响应,并把该反映动态规律变化的测井响应按照油田勘探开发的要求输出成特定格式,供生产和工程上使用。该方法为当前岩石力学参数的求取开辟了一条全新的途径,对勘探开发上制定完善的钻井、完井与油气开发方案和技术措施提供重要的指导作用。     

泥浆侵入二维数值模拟

石油钻井中由于井底压力略大于地层压力, 使得钻井泥浆侵入到原始地层中, 改变地层的电阻率, 影响了电阻率测井的准确性.以油水两相流的渗流方程、对流扩散方程和阿尔奇公式为理论模型, 采用有限差分方法对泥浆侵入过程进行二维数值离散, 针对麻黄山西探区储层实际情况输入模型中有关参数, 分别对侵入时间24 h和48 h, 解得给定侵入时刻储层的压力、含水饱和度、地层水矿化度和电阻率在垂向和径向的分布, 计算结果与实际情况相符, 可用其对实际电阻率测井值进行校正.通过一个低侵算例验证, 结果与理论分析相符合, 因此该方法可以用于垂向上非均匀储层的泥浆侵入计算.      

苏州马环连接线强风化安山玢岩地质勘察钻探技术

强风化岩体裂隙节理发育,风化程度不均,岩石强度软弱不均,为提高钻进效率,改常规的复合片钻头为孕镶金刚石钻头,使钻进时以研磨岩石方式改为切削岩石方式;为提高岩心采取率,保护取心钻具内强风化岩心及防止钻具内岩心段间相互研磨,改单管钻具为单动双管钻具,采用相对优质泥浆进行护壁,预防钻进及提下钻时的卡钻。     

Artificial neural network model for prediction of rock properties from sound level produced during drilling

In many rock engineering applications such as foundations, slopes and tunnels, the intact rock properties are not actually determined by laboratory tests, due to the requirements of high quality core samples and sophisticated test equipments. Thus, predicting the rock properties by using empirical equations has been an attractive research topic relating to rock engineering practice for many years. Soft computing techniques are now being used as alternative statistical tools. In this study, artificial neural network models were developed to predict the rock properties of the intact rock, by using sound level produced during rock drilling. A database of 832 datasets, including drill bit diameter, drill bit speed, penetration rate of the drill bit and equivalent sound level (L_eq) produced during drilling for input parameters, and uniaxial compressive strength (UCS), Schmidt rebound number (SRN), dry density (ρ), P-wave velocity (V_p), tensile strength (TS), modulus of elasticity (E) and percentage porosity (n) of intact rock for output, was established. The constructed models were checked using various prediction performance indices. Goodness of the fit measures revealed that recommended ANN model fitted the data as accurately as experimental results, indicating the usefulness of artificial neural networks in predicting rock properties.     

测井资料在岩石硬度预测中的应用

探讨了岩石硬度与测井参数间的关系,利用测井资料结合数学处理方法进行了岩石硬度预测方法研究。结果表明,岩石硬度与声波测井有很好的相关性,而与自然伽马测井无必然联系。在此基础上,利用声波测井资料建立了岩石硬度预测模型,并对预测模型进行了检验和修正,使预测精度达到90%以上。同时,该方法可以克服室内微钻头实验法中,由于岩心数量有限且实验用岩心为完整岩块,不能代表整个岩体性质的缺陷,实现了地层岩石硬度的快速实时预测,为钻头设计、选型、钻井工程设计提供了基础参数。      

大汶口盆地岩盐对接井钻探施工工艺研究

大汶口盆地蕴藏着丰富的岩盐资源,岩盐矿矿层埋深较深,上覆地层为古近系巨厚的松散泥岩、砂岩,易发生遇水软化,施工难度较大。山东肥城海晶盐化有限公司实施100万t/年卤折盐采输卤工程,实施卤井7组,每组井深约3000 m。定向对接井要求精准定点造斜、连续造斜。本文介绍了对接井施工中采用的关键施工工艺及MWD无线随钻测斜仪在定向钻进中进行钻井轨迹控制的应用实例。对如何在岩盐地层钻进、螺杆钻具应用、定点造斜等关键技术措施进行了详细阐述,以期为同类型卤水对接井项目施工中提供参考。     

中硬煤层瓦斯穿层钻孔无泵式双通道机械掏穴钻头设计与应用

为了解决随钻式掏穴技术钻进中需要配套泥浆泵调节流量以切换钻进、掏穴状态,控制效果不甚理想等问题,开发了无泵式双通道机械掏穴钻头,该钻头配套双通道钻杆及双通道送水器使用,在钻具内形成2套互不连通的水路,环空水路用于冷却钻头携带岩粉进行正常钻进,中心水路用于控制刀翼开合,大大提高了刀翼开合的控制精度,同时无需配套泥浆泵,提高了随钻掏穴技术应用范围。通过钻头结构设计、齿轮齿条计算以及水路结构优化等,提高了钻头可靠性,采用设计的钻头在淮北朱仙庄煤矿进行了现场试验,试验共完成了?120 mm的钻孔101个,施工总进尺2 861.5 m,钻孔平均深度28.3 m,出煤量0.20~0.69 t/m,单孔平均出煤量0.22 t/m。采用双通道造穴技术可将原常规施工?120 mm钻孔直径扩大至4.1倍。试验证明:设计的双通道机械掏穴钻头,能够满足无泵式机械掏穴的需求,大大提高了施工效率。本研究为低透煤层瓦斯抽采增透提供了钻具支撑,为本行业类似掏穴钻孔施工提供了技术方案。