长庆致密油三维水平井钻井技术研究与应用

长庆油田致密油资源丰富,是上产稳产5 000×104t 战略目标的重要资源基础。由于开发区主要分布在梁峁交 错的黄土塬区,受地貌条件与开发要求的限制,需要开展带有较大偏移距的三维水平井钻井。三维水平井轨迹控制困 难、泥岩坍塌、摩阻扭矩突增等瓶颈难题严重制约了水平井的规模推广。为解决大偏移距三维水平井施工难题,形成 高效开发致密油藏的主体钻井技术,开展了三维井井身剖面优化、轨迹控制攻关、钻井液体系研究,形成了致密油藏 三维水平井钻井技术。并在YAP 5H 井进行了先导性试验,钻井过程中未出现泥岩坍塌、摩阻扭矩正常、井眼轨迹平 滑,完钻水平段长1 535 m,试油产量119.7 m3/d。该井的顺利实施,首次实现了致密油水平井由二维向大偏移距三维 钻井的技术创新与突破,为长庆油田水平井开发方式的转变和实现致密油经济有效开发打下基础。     

钻井液类型对井壁稳定的影响实例与防塌机理分析

针对东海油气田N区块钻井过程中易发生井壁坍塌的问题,通过梳理分析N5区块及周边构造三口探井地质条件、地层特性、测井数据,基于地质力学与岩石力学基本原理计算了井壁坍塌压力;并对使用水基钻井液和油基钻井液的钻井工况进行对比。研究发现在钻井液密度高于坍塌压力的情况下,使用密度相对较低的油基钻井液即能够保持井壁稳定,无阻卡等复杂问题。使用水基钻井液钻井,则部分泥页岩井段井径扩大,起下钻明显阻卡,处理复杂问题耗时较长。分析主要原因,在于油基钻井液能够降低泥页岩水化程度,减缓钻井液向微裂隙中的渗流,抑制微裂隙扩展,提高钻井液对井壁的有效支撑作用。因此,在东海油气田复杂泥页岩地层钻井中,使用油基钻井液能够更好地保持井壁稳定,避免或减少钻井复杂问题。     

页岩地层水基钻井液研究进展

开发能满足页岩长水平段钻井井壁稳定要求的钻井液是页岩地层安全钻井的一项关键技术。目前广泛采用的油基体系具有高成本、高污染的缺点。归纳了具有仿油基性能以及防塌防水化的各种新型水基钻井液,包括成膜钻井液(MEG钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液)与隔膜钻井液的防塌成膜机理及其优良特性和现场应用情况,新型纳米钻井液技术的研究进展。建议加强成膜机理的进一步研究,并提高该类钻井液的润滑性、防卡性及膜效率,开发适应具有时敏性的长段页岩钻井的防塌成膜处理剂,并加强在国外页岩气钻井中已实践的纳米钻井液的研究。     

顺9地区特低渗油藏长位移水平井钻井技术

顺9地区志留系储层为低孔特低渗油藏,常规直井开采、水力压裂增产效果有限。为增加泄油面积,提高开采效率,在顺9地区部署长位移水平井进行开发,以提高单井产能。通过优化井眼轨迹剖面、井身结构及钻具组合,合理配置钻井液和钻井参数,应用新工艺新技术等措施,克服了井壁稳定性差、长位移水平段摩阻扭矩大、油基钻井液条件下固井质量差等一系列难题,为后期分段改造创造了有利条件。     

油基钻井液在泌页2HF井三开段的应用

泌页2HF井是位于南襄盆地泌阳凹陷深凹区的一口探进,该井钻遇大段页岩,微裂缝发育,水敏性强,井壁稳定性差,而且易发生井漏,同时该井水平位移长,摩阻扭矩大,对泥浆携带性和润滑性要求高,为此采用油基钻井液,现场应用及时调整泥浆性能,确保了钻井施工的顺利。     

泌阳凹陷页岩储层物理化学性质对井壁稳定性影响的实验研究

中国南襄盆地泌阳凹陷已探明具有较好的页岩油开采前景。为了完成页岩油的开采,钻井是其中重要的技术环节之一。在钻井过程中,页岩的理化性质将会对井壁的稳定产生直接影响。基于此,在实验室内较为系统地对泌阳凹陷的陆相页岩进行了物理化学性质及其在钻井液浸泡环境中的结构稳定性测试。实验研究发现,泌阳凹陷页岩储层以纹层状或页理状为主,块状构造在岩心统计中仅占15%以内;粒度上,整体以粉砂级以下(0.062 mm)为主,极少量粉砂级50%;成分上,粉砂、黏土及碳酸盐矿物三端元含量相对均匀,多集中在20%～40%,三者均无绝对优势。该页岩储层在钻井液滤失量≤5 mL/30 min时,经钻井液浸泡8～10 d即可发生明显的内部水化膨胀,势必在外力碰撞冲磨作用下易发生体积破碎,对造斜段和水平段钻井的井壁稳定带来不利影响,因此在钻井过程中应适当提高机械钻速和降低钻井液的滤失量。     

基于有限坍塌宽度的层理性泥页岩地层井壁稳定性评价

 钻井工程中一般允许实钻井眼存在有限宽度的崩落区域,如按传统井壁稳定理论模型进行设计会导致钻井液密度偏高、钻井成本增加、钻井效率降低、钻井液漏失甚至地层破裂等一系列问题。针对脆性层理泥页岩地层特性,根据测井资料和测试数据进行地质力学建模,利用基于有限坍塌宽度的定量风险分析方法合理地评估井壁稳定概率,优选钻井液密度窗口。以中国西部某油田泥页岩地层钻井实例进行分析,在基于有限崩落存在的情况下,通过定量分析方法在井壁稳定段及失稳段对钻井液密度窗口进行动态优化,可以提高机械钻速,降低钻井成本,评估的井壁稳定概率可达91%~98%,计算结果与实际情况基本吻合,说明该方法具有重要的工程价值和实际意义。     

有机胺强抑制钻井液体系在盐227-3HF井的应用

盐227-3HF井是一口非常规水平井,上部地层泥岩蒙脱石含量高,沙三段、沙四上上部砂泥互层易垮塌;沙三下和沙四上纯上亚段泥岩微裂缝及层理发育,极易发生坍塌掉块,造成起下钻阻卡、憋泵,钻井液技术难度大。使用有机胺强抑制钻井液体系,配合现场钻井液维护处理工艺,施工井壁稳定,解决了泥页岩地层水化垮塌的难题,提高了机械钻速,缩短了钻井周期。     

聚胺高性能水基钻井液特性评价及应用

根据泥页岩水化特点和多元协同抑制思路,构建了聚胺高性能水基钻井液。介绍了该体系的关键处理剂聚胺页岩抑制剂、包被抑制剂、铝盐封堵防塌剂和清洁润滑剂。通过屈曲硬度实验和粘结实验对比评价了聚胺高性能水基钻井液与几种典型防塌钻井液的性能。结果表明,聚胺页岩抑制剂能在低浓度下最大限度降低黏土水化层间距,有效抑制黏土水化膨胀。聚胺页岩抑制剂与铝盐封堵防塌剂复配后能显著阻缓孔隙压力传递。聚胺高性能水基钻井液抑制性和清洁润滑性突出,与油基钻井液接近。聚胺高性能水基钻井液在胜利油田田305区块进行了成功应用,解决了该区块泥页岩井壁失稳问题。     

油基钻井液面临的技术难题与挑战

自20世纪20年代以来,为解决钻井过程中遇到的各种复杂问题,在钻井液体系优化和新材料研发的基础上,对油基钻井液技术进行不断完善和改进,目前已形成包括抗高温、低固相、无土相、可逆乳化及恒流变等多种高性能油基钻井液体系和技术,并得到广泛应用。近年来,随着陆上易开采油气资源逐渐枯竭,世界范围内油气勘探开发逐步向页岩气、超深层、超深水等非常规油气、复杂油气资源迈进,对钻井液性能要求越发严苛。在水基钻井液无法满足要求的情况下,油基钻井液因固有的抗温性、页岩抑制性、水合物抑制性、润滑性和储层保护性等优势已逐渐成为钻探高温深井、大斜度定向井、页岩气水平井、海洋深水等各种复杂地层的主体钻井液技术,不仅给油基钻井液的发展带来了机会,也使油基钻井液面临前所未有的挑战。梳理并阐述油基钻井液的发展历程和目前技术现状、难点以及未来发展趋势;提出研发适合油基钻井液的“固壁剂”、油基钻井液配套的系列防漏堵漏材料、Gemini型油溶性聚合物等具特殊分子结构的絮凝剂、油基钻井液携屑剂、抗极高温度的乳化剂等,并开展生物质合成基液和绿色油基钻井液处理剂应用研究,以及采取光催化和微生物协同降解原理的废弃油基钻井液无害化处理研...     

页岩气层钻井压力穿透效应研究

页岩段井壁稳定问题是钻井工程中的难点之一,国内外许多学者在研究钻井液与页岩之间的化学势差和水化膨胀作用方面作了大量工作,但对于压力穿透方面的研究工作则相对较少。为此,通过在压力容器中充满钻井液,模拟近井壁过平衡钻井所导致的压力穿透环境,测量压力对垂直于页岩层理和平行于页岩层理方向应变的影响。结果表明,垂直于层理方向的应变随压力增大呈现出显著的阶梯式变化,同一压力作用时页岩压力穿透效应具有时间延迟效应和各向异性。通过理论分析发现,在页岩有效孔隙度一定的条件下,页岩压力穿透效应主要受滤饼渗透率、钻井液液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差、页岩与钻井液接触时间以及钻井液黏度的综合作用。页岩压力穿透效应对研究页岩段钻井过程中井壁稳定与控制具有重要意义。     

渤南洼陷“济阳”夹层型页岩油评价及水平井一体化设计

为形成陆上断陷盆地夹层型页岩油地质工程一体化评价及水平井一体化设计方法,通过一体化理念,利用地质综合分析及数据统计分析等方法,对渤南洼陷“济阳”夹层型页岩油开展地质工程一体化研究。对比济阳坳陷页岩油的典型特征及与中国其他页岩油的主要差异,初步提出“济阳”页岩油概念。系统研究渤南洼陷“济阳”夹层型页岩油的夹层、构造、地应力、物性、地化参数、天然裂缝及压裂改造特征,建立综合夹层、天然裂缝、压裂改造性的地质工程一体化甜点评价方法。形成地质工程制约条件下的水平井一体化设计方法,具体包括地质工程甜点、断层特征及水平段长度定方案部署区域,地面井台与压裂裂缝方向相结合定水平井部署区,钻井平台与靶前距定水平井A靶部署区,水平段长度、钻井难度及钻井投资定水平井B靶及水平段井轨迹。结果表明：渤南洼陷“济阳”夹层型页岩油夹层大孔隙相对发育,可动流体饱和度高,且压裂可改造性好;高频夹层发育区通过压裂可获得更复杂的压裂裂缝网络,沟通更多的夹层,产能高;通过平面动态A靶框及纵向水平段轨迹控制窗的设计方法,大大降低了钻井施工难度,缩短了钻井周期,大幅改善了页岩油开发的经济性。     

准噶尔盆地东部致密油水平井钻井液技术研究

准噶尔东部致密油水平井局部非储层井段地层易水化膨胀、分散或剥落掉块,长水平段钻井液携砂和润滑减阻难度大。根据地质工程特征及钻井液技术难点,提出了针对性的钻井液技术对策。通过室内实验对现场常用降失水剂、抑制剂及封堵剂等关键处理剂的评价与优选,进一步简化了钻井液配方;并强化了钾钙基钻井液的抑制和封堵性能,形成了一套适用于准噶尔东部致密油长水平井的钻井液体系。结果表明,该钻井液具有较强的抗盐、抗钙及抗钻屑污染的能力,混油后的钻井液润滑性能可满足长水平段钻井延伸能力的要求,现场应用效果良好。     

陆相页岩储层坍塌压力时变特性分析及应用：以延长组长7段为例

水平井是实现页岩气经济、规模化开发的关键技术之一,钻井液作用下地层坍塌压力的时效性及其导致的坍塌失稳则是制约页岩地层水平井安全、高效钻进的主要因素。针对鄂尔多斯盆地延长组长7段陆相页岩储层,基于孔弹性理论及多孔介质渗流理论,确定了钻井液渗透作用影响下的页岩水平井井周附加应力数学描述模型;并通过对钻井液作用下的页岩进行综合岩石力学实验研究,揭示了钻井液作用下页岩力学强度及坍塌压力的时变特征,进而定量研究了水平井安全钻井的钻井液密度范围,对页岩地层的经济、高效钻井具有积极指导、借鉴意义。     

缅甸D区块非渗透性防塌钻井液研究

 针对缅甸D区块钻井过程中存在的井壁失稳问题,系统分析了缅甸D区块易塌井段泥页岩黏土矿物组分、岩石微观结构、泥页岩水化性能,结合现场实际对前期钻井液存在的问题进行分析,优化出适宜缅甸D区块特点的非渗透性防塌钻井液配方。室内性能评价表明,该非渗透性防塌钻井液具有较强的抗污染能力、抗温能力,泥页岩抑制能力以及封堵能力。在现场应用4口井过程中,该钻井液取得了较好的井眼稳定效果,可有效解决缅甸D区块井眼坍塌和井径扩大率的问题,显著降低了井下复杂事故的发生。     

页岩气水平井防塌水基钻井液体系研究

为解决油基钻井液在页岩气水平井中应用时带来的环保问题和钻井液处理成本较高的问题,通过室内实验优选出了性能优良的封堵剂、抑制剂和润滑剂,并结合其他处理剂,研究出一套适合页岩气水平井的防塌水基钻井液体系,室内对其综合性能进行了评价.结果表明:钻井液体系经过130℃老化后,其流变性能稳定、滤失量较小,具有良好的耐温性能;钻井液体系低渗砂盘封堵实验的瞬时滤失量和静态滤失速率分别为0.6 mL和0.33 mL/min,具有良好的封堵性能;钻井液体系的抑制性能和润滑性能与现场油基钻井液体系基本相当,能够很好的起到抑制页岩水化分散和降低摩擦阻力的作用;另外,钻井液体系中加入20％NaCl、2％CaCl2和20％岩屑后,体系老化前后的流变性能和滤失量变化均不大,说明体系具有较强的抗污染能力.现场应用结果表明,使用防塌水基钻井液施工的X-101井钻井过程顺利,各项施工参数均达到设计要求,并且与前期已钻井X-3HM井相比,钻井周期、井下复杂时间以及平均井径扩大率均明显降低,水平段钻速明显提高,达到了良好的钻井效果.     

钻井液作用下页岩破裂失稳行为试验

为揭示富有机质脆性页岩与钻井液之间的相互作用对井壁失稳潜在影响,以层理发育的脆性页岩为研究对象,利用蒸馏水、油基钻井液、硅酸盐钻井液及其滤液,开展钻井液高温浸泡试验,从宏观和微观方面描述页岩破裂失稳过程与机制。结果表明:钻井液侵入带来的水化膨胀与碱液侵蚀是页岩化学损伤的主要形式,也是诱发脆性页岩破裂失稳的直接原因;钻井液作用下,页岩主要沿层理面破裂,破裂根本原因是层理微缝的扩展、延伸乃至贯通形成宏观裂缝,诱发页岩失稳。室内试验与现场应用均证实,提高钻井液封堵性、降低滤失量,减弱水化与碱液侵蚀对页岩破裂失稳影响,有助于提高井壁稳定性,也是页岩气井防塌水基钻井液体系设计的主要技术思路。     

准噶尔盆地南缘高温高密度有机盐钻井液技术

有机盐钻井液具有抑制性强、抗高温等优良性能,目前主要在二开井段使用.三开及更深井段的地层温度高,抗高温磺化钻井液和油基钻井液体系面临严苛的环保压力,而当前有机盐钻井液在高温高密度条件下面临流变性恶化和滤失量大的问题.准噶尔盆地南缘复杂地层钻井困难,在二开用有机盐体系的基础上引入封堵剂改性纳米SiO2和聚合物降失水剂HF-1,并优化重晶石粒度级配,研制了可满足高温高压地层的高密度有机盐钻井液体系.结果 表明,影响有机盐钻井液性能的主要因素是降滤失剂和加重剂,室内评价表明该体系性能较之前明显改善,在密度为2.4 g/cm3、180℃条件下流变良好,且高温高压失水量为13.5 mL,滚动回收率高达97％,8h膨胀率仅4.7％,可抗盐至12％,抗钙污染为2％,抗岩屑污染10％.研究可为准噶尔盆地南缘复杂深井地层钻井提供高温高密度有机盐钻井液体系.     

致密油开发水平井段页岩坍塌周期的确定

鄂尔多斯盆地致密油资源丰富,具有很大的开发潜力,但长庆油田A井区在页岩油长水平段钻进时井壁失稳问题突出。现有的水平井防塌技术重点关注钻井液体系优化问题,无法给出页岩的坍塌周期。本井区页岩的主导坍塌机制是钻井液滤液沿天然微裂缝渗入地层,引起黏土矿物水化,导致岩石强度降低。考虑化学势变化和流体流动与骨架变形的耦合作用以及岩石吸水扩散过程和强度弱化规律,建立致密页岩井壁坍塌周期分析模型。结果表明:活度较低、膜效率较高的钻井液可以有效抑制地层孔隙压力增长;封堵性强的钻井液可以降低地层水含量的增长,减缓地层岩石强度的弱化;A井区使用密度为1.3 g/cm3的细分散聚合物钻井液体系和复合盐钻井液体系钻进水平段时井眼坍塌周期分别为4.5和9 d,而使用油基钻井液体系时相同密度下浸泡10 d井眼扩大率仅为4%,油基钻井液体系效果最好,坍塌周期大于10 d。     

苏里格气田胺基聚合物防塌钻井液体系

 为解决苏里格气田水平井钻遇泥页岩地层存在的水化膨胀缩径和严重造浆问题,开发了一种强抑制胺基防塌钻井液体系.室内性能评价实验表明,该钻井液体系具有良好的抑制性、很强的抗温、抗钙、抗污染能力,对气层伤害很小,属于清洁水基钻井液体系.在苏里格气田现场应用3 口井取得了良好的效果,表明该钻井液体系有利于提高苏里格气田泥页岩地层井壁的稳定性,解决泥页岩地层钻井液流变性难控制的难题,实现保护储层的要求,能够满足苏里格气田钻井的需要.