解决我国钻井技术难题促进泥浆技术发展的想法

关于解决我国钻井技术难题促进泥浆技术发展的几点设想西南石油大学罗平亚2006年9月延安我国泥浆技术发展现状•在一般情况下能较好的解决钻井工程技术的需要；总的说来泥浆技术本身也基本过关。•不能很好满足我国钻井工程和钻井技术进一步发展的需要；•不能很好解决当前阻碍钻井技术发展瓶颈的需要；•未能很好解决泥浆体系及应用技术自身的一系列的技术难题钻井技术发展的主要方向1、赶上世界先进水平地质导向钻井技术、自动垂直钻井技术、气体钻井技术与装备、超深井钻井技术及万米深井钻探装备、全过程欠平衡钻井技术、膨胀管钻井技术、连续管技术与装备、套管钻井技术、随钻地震技术2,解决当前钻井技术的主要难题(技术瓶颈)赶上世界先进水平•钻井速度，2002年美国的台年进尺是中国石油台年进尺的1.9倍。在深井钻井方面，我国目前的深井钻井平均钻井周期是美国20世纪80年代的1.4倍。•在钻井装备方面，国外已实现机械化、自动化，初步具备智能化，达到有效、安全、快速、经济的要求，钻机实现模块化、高运移性，满足各种地貌条件下作业需要，各种特殊工艺井的井下工具实现自动化、智能化。但国内特殊工艺井井下工具的高端产品仍主要依赖进口，高运移性的中浅井钻机和机械化、自动化工具与装备还正处在摸索和试验阶段。•在钻井核心技术与前沿技术研发方面，目前国内还基本处于跟踪模仿国外先进钻井技术阶段。国外已成熟商业化的技术，国内往往才开始模仿研究或引进技术，时间落后5～10年。如国外研发的多种随钻测井系统、近钻头地质导向钻井系统、垂直钻井系统、旋转导向钻井系统等在上个世纪90年代就已商业应用，而国内在这些技术领域的研发工作仍处于起步阶段，同时模仿研究多偏重于工艺技术，忽视先进工具与仪器的研制，使得我国钻井工艺技术的发展受制于国外。赶上世界先进水平方面国内钻井技术的发展方向是：•（1）提高深井特别是复杂超深井的钻井能力，降低钻井风险，缩短钻井周期，是“十一五”乃至相当长时期内的主要研究课题，也是提高我国陆上油气勘探效率急待解决的首要问题。•（2）利用钻井工程技术提高单井产量和采收率，增加可采储量，经济有效的开发边际油田和难动用储量。•（3）井下信息的随钻获取、井下的自动化控制等将是二十一世纪钻井工程技术的重要发展方向。当前钻井技术的主要难题•目前，复杂地层深井的钻井问题，已成为制约我国油气勘探开发事业发展的重要瓶颈。如何解决复杂地层深井(特别是深探井)钻井的主要技术难题引起了油气勘探和开发界高度关注。成为钻井工程所面临的重大挑战和发展机遇，也是当前钻井工程技术发展的主要方向。这同样是泥浆技术所面临的重大挑战和发展机遇，也是当前钻井泥浆工程技术发展的主要方向。在这些技术难题中集中表现为：•1.井下钻井质量与安全井下复杂与事故的预防和处理•2.钻井速度低,成本高其中复杂地层条件钻井中的漏、喷、塌、卡、斜…等井下复杂情况与事故仍是当前钻井技术瓶颈最基础和最根本的问题。关于井下复杂与事故•目前，在漏、喷、塌、卡、斜……这些井下复杂与事故中，一般情况下各单项问题都已基本形成有效的解决技术(包括相关理论和方法)，除有待进一步完善提高外，已对钻井构不成普遍威胁.但井漏问题(主要是指泥浆有进无出的恶性漏失)至今无一有效可靠的技术。主要由工程经验来解决问题。而复杂地层的井壁稳定问题目前也仍无有效解决的把握。同时，当漏、喷、塌、卡、斜…位于同一裸眼井段(同层)，则引发出多种复杂问题(主要归纳为窄安全密度窗口的安全钻井复杂问题)，成为目前钻井工程亟待解决的重大技术难题，它们在复杂地层条件下则表现出过去少见的现象和更大的难度。•它们是钻井最传统的问题，是钻井工程永恒的难题。为解决它们已集累了非常丰富的经验。但要最终有效解决它们，必须在这些经验的基础上，深入研究其作用机理及内在规律，综合应用其它学科的最新成果，建立新的观点、新的方法新的材料并形成新的技术，才有可能有效解决.例如：用VDS系统解决防斜打快问题用NDS系统引导窄安全密度窗口钻井特种凝胶堵漏技术……•而以上所述的种种问题都与泥浆技术直接相关,且必须主要通过泥浆技术的突破性发展才能有效解决,因此成为泥浆技术发展的主要方向之一。关于提高机械钻速当前、深井复杂井钻速低是制约我国油气勘探开发事业发展瓶颈的重要表现之一。也是与国外的主要差距。高陡构造的防斜打快问题;深井上部大尺寸井段的提高钻速问题;深部重泥浆井段提高钻速问题;油基泥浆提高钻速问题:油基泥浆机械钻速提高到超过现有水基泥浆水平；水基泥浆机械钻速整体再上台阶;………成为当前钻井、泥浆界必须联手解决的重大难题:也是泥浆技术发展的另一重要方向。泥浆体系及应用技术自身急待解决的问题•1,H.T.H.P重泥浆的流变性控制问题:超重泥浆体系;超高温(200c以上)泥浆体系(水基、油基);•2.体系抑制性:机理、评价、措施手段办法、;•3.体系封堵能力:机理、评价、措施手段办法;•4,特殊钻井(如欠平衡钻井)的钻井液体系及技术（包括气体钻井、微泡沫钻井液……及其配套应用技术）;•5.保护环境的泥浆体系;这些技术难题的解决是促进泥浆技术进一步发展的必由之路;也是解决前述钻井技术瓶颈必须的技术保证。二者有着紧密的必然联系。主要研究内容及技术思路一,解决钻井井下复杂问题的泥浆技术研究复杂地层条件下的钻井复杂问题：漏、喷、塌、卡……它们是钻井的老问题，也有很多解决它们的办法;但当它们同时存在于同一个裸眼井段(或同一层位)时问题就变得十分复杂而难以解决。仔细分析其产生机理及内在联系可以把它们归纳概括为窄安全密度(压力)窗口的钻井技术与合理泥浆密度确定的问题(特别是深井重泥浆钻井时)，它与泥浆体系及其应用技术密不可分,也主要由泥浆技术来解决。(一)窄安全密度窗口的钻井技术目前，国内外对付窄安全密度窗口的钻井技术主要有：•1.预测所钻井眼的地层压力、坍塌压力、破裂压力（漏失压力、承压能力）；然后优化井身结构以尽量避免窄安全密度窗口井眼的出现。•2.用膨胀管技术来弥补井身结构的不足，解决窄窗口的问题3.尽量降低循环压降，使之尽量小于安全窗口在安全密度窗口予测或随钻测知的情况下:⑴泥浆循环压降的准确确定（特别是深井重泥浆）①泥浆循环温度剖面的确定②泥浆循环过程中流变性变化的测定③泥浆循环压降的准确确定⑵最低循环压降的泥浆体系及其应用技术⑶降低循环压降工具的应用•4.采用在钻进时严格控制泥浆密度使其泥浆液柱静压力低于其安全窗口的下限，循环时再加上其循环压降△P循后大于其安全窗口的下限、但低于其上限；当要仃止循环时采用吊灌重泥浆等办法将其静止时的静液柱压力加大到大于其安全窗口的下限……以保持不喷、不漏、不塌的工艺技术(二)增大安全密度（压力）窗口ΔP的泥浆技术扩大安全密度窗口应包括以下几部份内容：•⑴降低安全密度窗口“下限”：①降低地层坍塌压力②“降低地层流体压力”，实际上表现为降低压住地层流体所需的泥浆液柱压力•⑵提高安全密度窗口“上限”①有效堵漏和/或提高地层漏失压力②提高地层破裂压力和/或提高地层承压能力以上的内容中的每一项都主要由钻井液系列技术来实现，每一项的实现都将对扩大安全密度窗口作出贡献。•它是以泥浆技术为主要技术手段(配合其它技术手段)使所钻地层的△P窗扩大,到明显大于泥浆循环压降△P循，•若它再与目前正在攻关研究的降低泥浆循环压降的技术相结合，则有可能有效的解决这类复杂的技术难题。•而且若它能有效解决，则大大减轻对井身结构要求的压力，并减少对膨胀管技术应用的依赖。从而解放和简化这种复杂情况下的钻井技术。扩大安全密度窗口的可能性①、由于泥浆抑制性还不够高，则钻井实际中地层坍塌压力及对它所采用的防塌泥浆密度偏高；而地层破裂压力因之而偏低,故井下实际所迂到的ΔP是被泥浆作用而缩小的数值，进一步提高泥浆抑制性则可将目前钻井的ΔP大大扩大。②、由于现有封堵技术未完全过关，则实际井下的地层坍塌压力及对它所采用的防塌泥浆密度偏大，而地层破裂压力因之而下降故井下实际ΔP是被泥浆作用而缩小的数值。则提高泥浆的封堵能力和水平可以将目前实际钻井的防塌泥浆密度降低、地层破裂压力升高则井下ΔP大幅度提高.③使用特种凝胶:⑴“降低地层流体压力P地”用特种凝胶段塞:将特种凝胶注入到产（油气水）层内，凝胶进入裂缝(包括垂直裂缝)中很容易将裂缝填满形成一个有一定长度（按试验和计算确定）能有效隔断气层与井筒的凝胶段塞,它完全隔离了产层与井筒的联系，而混入其中的油、气、无法移动，同时其启（推）动压差为P推①(可调整）,则平衡产层的泥浆密度可由P地下降为P地-P推①,从而扩大安全窗口。⑵提高地层抗漏失能力(漏失压力)从而扩大安全窗口。将凝胶注入到漏层内，形成一定长度（按设计要求）的段塞，其启（推）动压力为P推②（假定为0.3），则此时，地层抗漏失能力提高P推②。例：原漏失压力为1.70，P泥必须小于1.70,而现在P泥可以上升到1.70＋P推：＝1.70＋0.30＝2.00也不漏。相当于P漏上升到2.00。若将泥浆密度提到2.0,也不漏不喷,则相当于ΔP上升0.3。若在同一裸眼井段的产层和漏层同时注入这种凝胶段塞，其启（推动）动压力分别为P推①、P推②，则ΔP增加，＝P推①+P推=0.25+0.30=0.50,则可解决喷、漏同井段的问题。③解决裂缝气层喷漏同层从而扩大安全窗口。同时若产层为高压气层，则此法可能解决喷、漏同层问题：由于凝胶段塞的形成完全消除了置换效应和滑脱作用,则当P泥大于P气,而P泥-P气小于P推、则不喷不漏。反之若P泥小于P气,而P气-P泥小于P推也不漏不喷.若需气层投产则增加反排压差使之大于P推,则段塞反排入井消除地层损害.④解决恶性漏失的堵漏扩大安全窗口。堵漏的两种思路:•堵漏剂材料强度大于P泥(包括静压力和动压力).•(P泥一P地)小于堵漏剂”隔离段塞”移动时所需压降则不漏；反之则不喷，相当于提高双向承压能力。(堵漏剂是一种能完全隔绝地层流体与井筒之间联系的段塞，它是移动阻力很大的结构性流体).⑤.提高地层承压能力(提高P破)扩大安全窗口•对水敏性地层(特别是泥页岩)大幅度提高泥浆抑制性;•对孔隙性地层：在井壁快速形成浅层渗透为0的封堵层(例如屏蔽式暂堵技术…但目前对微孔隙还无有效办法…);•对微裂缝地层：在井壁快速形成浅层渗透为0的封堵层（目前尚无有效办法）;渗透率为0的封堵层、有效阻止泥浆液相进入地层，因而阻断泥浆柱压力向地层内部的传递，防止产生水力尖劈作用而压裂地层。•先压开地层后再堵漏;•使用特种凝胶。……高温高压井窄窗口固井水泥浆防漏技术•高温高压井窄窗口固井水泥浆防漏(特别是低漏失压力地层的严重漏失)是当前的钻井的另一重大技术难题。它与堵漏技术有相同之处但并不完全相同。有针对性的水中高分散纤维水泥浆可能有效解决。二,进一步提高机械钻速综合技术研究研究目的再一次以泥浆技术的发展来促进机械钻速的提高。针对地层特点集成、优化现有提高机械钻速的成熟技术，形成一套能进一步提高机械钻速的系列配套技术，使研究地区现有钻速明显的提高。研究思路1、针对地层特点综合利用和发展现有井壁稳定的理论和技术，分析所钻地层应力情况，研究对应的泥浆技术，尽量降低地层的坍塌压力，到：–尽可能低–低于地层压力–降到02、在上述基础上，大幅度降低钻井时的泥浆密度，配合钻井措施实现：–气体钻井技术（针对坍塌压力为0的情况）–低密度轻泥浆钻进（泥浆密度约为1.10左右）–欠平衡钻井3、在低密度泥浆条件下，优选、集成已有的各项优快钻井成熟技术，形成能使钻速有明显提高的配套新技术研究内容1、降低泥浆密度到尽可能低–由已钻井测井录井资料确定所钻地层的三个压力剖面;–研究泥浆体系、性能、功能与坍塌压力的关系，评价该地层坍塌压力降低的可能性;–研究降低地层坍塌压力的泥浆体系及泥浆技术：确定能下降的程度（下降到地层压力以下、下降到1.10以下、下降到0……）及泥浆体系和技术的对应关系;–研究相应的钻井方式与技术;(气体钻井;低密度轻泥浆钻井;欠平衡钻井).2、以低、较低密度泥浆为基础，针对地层特点，优化集成现有快速钻井的成熟技术，包括：–高压喷射技术（包括特殊的喷