JMSR页岩油水平井优快钻井关键技术

◀钻井技术与装备▶牛庄洼陷页岩油大尺寸井眼优快钻井技术∗王海斌(中石化胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司)王海斌.牛庄洼陷页岩油大尺寸井眼优快钻井技术[J ].石油机械,2023,51(7):43-50.Wang Haibin.Optimal and fast drilling technology for large-size shale oil wells in Niuzhuang subsag [J ].China Pe-troleum Machinery ,2023,51(7):43-50.摘要:牛庄洼陷是胜利页岩油国家级示范区重点开发区域,该区块地质条件复杂,二开ø311.1mm 井眼钻进效率低的问题十分突出㊂为实现页岩油井大尺寸井眼的高效钻进,针对上部砾石层钻头寿命短㊁行程进尺少,斜井段滑动钻进 托压 严重㊁钻头攻击性与工具面稳定性矛盾突出等问题,通过对提速工艺的分段优化㊁井眼轨迹优化㊁高效钻头及提速工具研制配套㊁钻井液性能分析及工艺优化等技术措施,提出了优快钻井技术㊂该技术在牛庄洼陷页岩油国家级示范区应用20口井,取得了显著的提速提效成果,表现在:机械钻速较同区块前期提高40.8%,平均行程进尺较同区块前期提升46.35%,二开平均钻井周期较同区块前期缩短55.55%,有效解决了牛庄洼陷页岩油上部大尺寸井眼钻进效率低㊁行程进尺少的问题㊂研究结果可为胜利油田页岩油钻井提速提效提供借鉴㊂关键词:胜利油田;牛庄洼陷;页岩油;大井眼;优快钻井中图分类号:TE242㊀文献标识码:A㊀DOI:10.16082/ki.issn.1001-4578.2023.07.006Optimal and Fast Drilling Technology for Large-SizeShale Oil Wells in Niuzhuang SubsagWang Haibin(Yellow River Drilling Company ,Sinopec Shengli Oilfield Service Corporation )Abstract :The Niuzhuang subsag is a key development area of the Shengli Shale Oil National DemonstrationZone.With complex geological conditions,the problem of low drilling efficiency in the second spud in ø311.1mmwellbore is very prominent.In order to achieve efficient drilling of large-sized shale oil wells,in response to issues such as short bit life and less bit run footage in the upper gravel layer,severe backing pressure and prominentcontradictions between bit aggressiveness and tool face stability during slide drilling in the inclined section,techni-cal measures such as segmented optimization of ROP improving process,optimization of wellbore trajectory,devel-opment and matching of efficient bit and ROP improving tools,and optimization of drilling fluid properties and technologies were taken.This technology has been applied to 20wells in the National Demonstration Zone of Shale Oil in Niuzhuang subsag,achieving significant results in ROP and efficiency improvement:compared with earlystage of the same block,the ROP and average bit run footage have been increased by 40.8%and 46.35%respec-tively,and the average drilling cycle of the second spud-in has been shortened by 55.55%,which effectively solvethe problems of low drilling efficiency and less bit run footage in the upper gravel layer of large-sized shale oil well of the Niuzhuang subsag.The research results provide references for improving the ROP and efficiency of shale oil34 ㊀2023年㊀第51卷㊀第7期石㊀油㊀机㊀械CHINA PETROLEUM MACHINERY㊀㊀㊀∗基金项目:中国石油化工集团有限公司重点研究项目 东营凹陷页岩油钻完井提速提效技术研究 (P21060-3)㊂drilling in the Shengli Oilfield.Keywords :Shengli Oilfield;Niuzhuang subsag;shale oil;big hole;optimal and fast drilling0㊀引㊀言济阳坳陷页岩油资源量达41亿t 以上,开发前景广阔[1]㊂为落实页岩油勘探开发工作部署,中国石油化工集团有限公司申报开展了胜利页岩油国家级示范区建设㊂牛庄洼陷位于济阳坳陷东营凹陷南坡东段,面积670km 2,资源量沙三下亚段1.79亿t㊁沙四段上纯上3.49亿t,是页岩油国家示范区重点建设区块之一[2-3]㊂牛庄洼陷页岩油平面㊁纵向非均质性强,岩性复杂,钻井工程面临上部井段破岩效率低㊁行程进尺短㊁轨迹控制难等技术难题㊂国内外在ø311.1mm 井眼钻井方面主要通过高效钻头㊁大扭矩螺杆等工具应用来提高钻井效率,这为牛庄洼陷上部地层的技术优选提供了借鉴㊂但牛庄洼陷独特的地质条件㊁井身结构及轨道设计使得ø311.1mm 井眼钻进中面临钻头寿命短㊁行程进尺少㊁斜井段滑动效率低等问题㊂笔者针对牛庄洼陷ø311.1mm 井眼钻进的工程问题,开展了提速工艺分段优化㊁轨迹优化㊁高效钻头与提速工具的研制配套及钻井液体系的优化,在牛庄洼陷20口页岩油井的实践应用中,实现了ø311.1mm 井眼提高机械钻速㊁增加行程进尺㊁缩短钻井周期的目的,创造了多项ø311.1mm 井眼施工纪录,可为济阳坳陷页岩油资源的勘探开发提供技术支撑㊂1㊀牛庄洼陷二开井段地质挑战与工程技术难点1.1㊀地层特性与挑战从钻遇地层的情况来看,牛庄洼陷页岩油自上而下依次钻遇平原组㊁明化镇组㊁馆陶组㊁东营组和沙河街组,见表1㊂表1㊀牛庄洼陷页岩油井钻遇地层及岩性分布㊀㊀从地层层序及岩性分布上看,东营组以浅地层成岩作用差,泥岩疏松㊁造浆率高㊁易水化膨胀, 糊井眼 ㊁缩径㊁起下钻阻卡等问题较为突出;馆陶组底部-东营组含有砾石,对钻头的冲击破坏性强,易造成钻头崩齿,对钻头寿命影响严重,导致行程进尺短,钻井时效低;沙河街组以深地层大段硬质泥岩㊁灰质夹层可钻性级值在5级以上[4-5],钻头吃入困难㊁破岩效率低㊂1.2㊀二开钻井提速技术难点牛庄洼陷页岩油井采用三开制井身结构(见图1)设计:一开采用ø444.5mm 钻头,下入ø339.7mm 表层套管至井深800m,封隔疏松表层及地表水层;二开采用ø311.1mm 钻头,下入ø244.5mm 技图1㊀牛庄洼陷页岩油水平井井身结构示意图Fig.1㊀Schematic diagram for horizontal well profileof shale oil in Niuzhuang subsag44 ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械2023年㊀第51卷㊀第7期术套管进沙三下亚段20m(垂深),封过沙三中亚段低压地层;三开采用ø215.9mm钻头完成目的层钻进,并下入ø139.7mm套管㊂井眼轨道采用 直-增-稳-增-平 五段制轨道类型设计,造斜点井深约为3000m,位于沙三中亚段地层;二开完钻垂深约为3400m,进入沙三下亚段地层,中完井斜30ʎ~40ʎ,见表2㊂表2㊀牛庄洼陷A井靶前井眼轨道设计参数Table2㊀Design parameters of wellbore trajectory in㊀㊀结合地层特性,牛庄洼陷页岩油上部二开斜井段位于沙三段,一方面地层可钻性差,钻头破岩难度大;另一方面,ø311.1mm大尺寸井眼滑动钻进钻头稳定性与攻击性矛盾突出,工具面稳定难度大,导致钻井效率低㊂2㊀大尺寸井眼钻井提速关键技术2.1㊀大尺寸井眼提速工艺分段优化针对牛庄洼陷页岩油ø311.1mm大尺寸井眼面临的地质挑战与工程难点,优化了不同井段的提速工艺,以提高技术针对性[6-9]:(1)直井段采用 耐磨混合齿PDC+大扭矩螺杆 工艺,解决砾石层钻头损伤大㊁寿命短㊁行程进尺少的问题,完成全部直井段及部分增斜段钻进;(2)斜井段采用 狮虎兽+大扭矩螺杆+减摩降阻工具 的钻进工艺,解决大尺寸井眼滑动钻进PDC稳定性差㊁ 托压 严重导致的钻进效率低的问题,完成二开全部斜井段施工㊂2.2㊀井眼轨道优化设计2.2.1㊀悬杆线轨道设计方法为降低钻柱摩阻,减少大尺寸井眼的滑动施工,提高PDC钻头复合钻进井段,利用基于弹性杆力学模型的 悬杆线 井眼轨道设计方法对井眼轨道进行了优化设计[6-9]㊂悬杆线轨道分别由直井段Oa㊁过渡段ab㊁悬杆段bc和稳斜段ct组成(见图2)㊂其中悬杆段端点b㊁c存在约束,中间的钻柱在端部约束和自身重力的作用下自然悬垂,处于静力平衡状态,如图3所示㊂图2㊀悬杆线轨道的组成Fig.2㊀Composition of suspender line trajectory图3㊀悬杆段钻柱的受力示意图Fig.3㊀Schematic diagram of stress on thedrill string in suspender section在造斜点a的垂深㊁节点b的井斜角㊁过渡段ab造斜率㊁靶点t垂深及水平位移㊁最大井眼造斜率已知的情况下,可由二维轨道设计方法计算出节点b处的坐标S b㊁D b和井深L b㊂悬杆段井眼轨道可由平衡方程及轨迹计算方程给出:d F td s+k F n+f g cosα=0d F td s-k F t+f g sinα=0d kd s+F nEI=0dαd s=kìîíïïïïïïïïïï(1)d Sd s=sinαd Dd s=cosαìîíïïïï(2)式中:F t为钻柱在稳斜段中的摩擦力,N;F n为542023年㊀第51卷㊀第7期王海斌:牛庄洼陷页岩油大尺寸井眼优快钻井技术㊀㊀㊀悬杆段任意位置处的剪力,N;f g为钻柱的线浮重,N/m;s为悬杆段任意位置处与节点b间的弧长,m;k为悬杆段任意位置处的造斜率,rad/m; E为钻柱的弹性模量,Pa;I为钻柱的截面惯性矩,m4;S为悬杆段任意位置处的水平位移,m; D为悬杆段任意位置处的垂深,m;α为悬杆段任意位置处的井斜角,rad㊂2.2.2㊀轨道设计效果利用该方法完成了悬杆线轨道设计(见表3),并对比了其与常规轨道在滑动㊁起钻㊁下钻㊁复合钻进等工况下所受到的摩阻扭矩(见图4和图5)㊂表3㊀牛庄洼陷A井悬杆线井眼轨道设计结果Table3㊀Design results of the suspender line wellbore图4㊀不同工况下2种井眼轨道摩阻对比Fig.4㊀Comparison of friction between two types of wellbore trajectories under different working conditions㊀㊀从对比分析结果可以看出,相较于常规井眼轨道,悬杆线轨道在4种工况下均表现出明显的降摩减扭效果,在提高钻压传递效率,提升钻井效率方面能起到积极作用㊂2.3㊀高性能个性化钻头研制2.3.1㊀穿砾石层耐磨混合PDC钻头馆陶组底部-东营组上部分布100~200m厚的砾石层[10],钻头的冲击损坏较为严重㊁单只钻头图5㊀旋转钻进工况下2种轨道的扭矩对比Fig.5㊀Comparison of torque between two types of wellbore trajectories under rotary drilling conditions进尺少㊂为实现直井段 一趟钻 钻进目标,通过砾石层岩石-切削齿相互作用机理分析及强度特性分析[11],研制了钻穿砾石层高耐磨混合齿PDC 钻头㊂该钻头采用三棱齿+锥齿的抗冲击稳定切削结构(见图6)㊂三棱齿具有比平面齿更高的抗冲击性能,能够承受更高的冲击载荷而不失效;后排锥齿可以劈碎砾石,减轻砾石对钻头的冲击作用,同时起到稳定钻头切削状态的作用,增强钻头钻进过程中的稳定性,进一步降低钻头冲击损坏的可能性㊂图6㊀穿砾石层耐磨混合PDC钻头Fig.6㊀Wear resistant mixed PDC bit crossing gravel layer 2.3.2㊀ 狮虎兽 (牙轮-PDC混合)钻头钻井实践表明,牙轮-PDC混合钻头在滑动钻进中能显著减轻钻头扭转振动㊁减弱钻头黏滑,增强滑动过程中工具面稳定性,对提高滑动钻进效率具有积极作用[12-14]㊂该钻头适合在致密泥页岩㊁不均质地层的滑动钻进中应用,其导向钻进能力与牙轮钻头相当,同时由于PDC切削齿的作用, 狮虎兽 钻头的破岩效率与机械钻速更高㊁纯钻寿命更长㊂能解决大斜度井定向井段摩阻扭矩大㊁托压严重和工具面不稳定的问题,并能够提高大斜度井定向井段的钻进速度㊂牙轮-PDC混合钻头采用3刀翼+3牙轮结构布局(见图7),PDC部分主切削齿采用19mm复合片㊁大齿间距中等后倾角布齿,内锥齿间距7~864 ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械2023年㊀第51卷㊀第7期mm,鼻肩部齿间距5~6mm,能增强钻头吃入能力;内锥后倾角15ʎ~18ʎ,鼻肩部后倾角18ʎ~22ʎ,能增强复合片抗冲击能力,防止崩齿环磨㊂图7㊀牙轮-PDC 混合钻头Fig.7㊀Cone-PDC hybrid bit牙轮部分采用 3-3-4 齿排勺形齿设计,冠部牙轮齿高度比PDC 切削齿高1~2mm,能够提高泥岩地层切削效率,同时保护内锥外侧和鼻肩部复合片,提高破岩效率并防止崩齿㊂2.4㊀关键提速工具配套斜井段定向钻进过程中,钻柱仅沿井眼轴线方向滑动,不发生旋转,钻柱与井壁之间近似于静摩擦,钻压传递困难,并且随着井斜的增加, 托压 现象愈加明显,主要表现为:①指重表读数不断增加,但钻头并未真正接触井底,钻压主要由井壁对钻杆的摩阻承担,不能产生有效进尺;②为使钻头真正接触井底产生破岩效果,需要不断施加钻压㊁过度释放钩载,易发生钻柱突然释放,钻头猛烈冲击井底导致憋泵的问题,且螺杆钻具扭矩突然升高将造成剧烈波动,导致工具面不稳定㊂以上情况下需要频繁上提下放钻具,释放钻具摩阻和扭矩,重新定向工具面,严重降低了滑动钻进效率㊂为解决ø311.1mm 大尺寸井眼滑动钻进 托压频繁㊁工具面稳定性差㊁钻进时效低等问题,配套应用了水力振荡器和钻柱双向扭转系统,从井下㊁地面双管齐下,实现了减摩降阻㊁提速提效的目的㊂2.4.1㊀增强型水力振荡器通过钻井液流经水力振荡器产生的规律性压降变化,将水力能量转换为轴向振动的机械能,从而有效降低摩阻,减少滑动钻进中的 托压 现象,同时可以降低钻具黏卡风险,提高钻进安全性㊂(1)工具结构㊂水力振荡器主要由水力脉冲发生短节和振荡短节2部分构成,如图8和图9所示㊂1 防掉接头;2 防掉组件;3 连接杆;4 马达本体;5 定子;6 转子;7 过水冒;8 上盘阀;9 下盘阀;10 下接头㊂图8㊀水力脉冲发生短节结构示意图Fig.8㊀Schematic diagram for structure of hydraulic pulsing nipple1 花键心轴;2 防尘密封组件;3 外花键短节;4 上筒体;5 防掉短节;6 碟簧;7 双向密封组件;8 活塞;9 下筒体;10 下接头㊂图9㊀振荡短节结构示意图Fig.9㊀Schematic diagram for structure of oscillation nipple㊀㊀水力脉冲振荡发生短节由1ʒ2容积式动力马达和盘阀机构组成,主要包括防掉组件㊁定子㊁转子㊁上下盘阀等机构㊂振荡短节是工具产生轴向振荡的核心机构,主要由花键心轴㊁防掉短节㊁碟簧㊁活塞及密封组件等构成㊂(2)工作原理㊂钻井过程中,钻井液流经动力马达时会驱动转子带动上㊁下盘阀高速转动,上㊁下盘阀间设有配合流道,通过流道过流面积变化对钻井液形成脉冲流量变化,进而产生相应压力脉冲,压力脉冲驱动振荡短节活塞产生周期性轴向振动,从而达到降低摩阻㊁提高钻压传递效率的目的㊂(3)主要技术参数㊂利用工具室内检测试验台架对水力振荡器工具性能进行了测试,通过在工具两端连接进水和回水管线,形成测试回路,如图10所示㊂利用压力传感器㊁线性位移传感器测量工具的主要技术参数,见表4㊂(4)配套软件㊂配套开发了水力振荡器安放位置优化计算软件,可根据井眼尺寸㊁钻具组合㊁轨迹参数㊁钻井液性能等条件,计算不同钻井参数74 2023年㊀第51卷㊀第7期王海斌:牛庄洼陷页岩油大尺寸井眼优快钻井技术㊀㊀㊀条件下的水力压耗及工具振荡力输出,优化水力振荡器选型及安放位置,如图11所示㊂图10㊀工具室内检测试验台架测试流程图Fig.10㊀Flow chart for test bench test of indoor inspection of tools表4㊀水力振荡器室内测试性能参数图11㊀水力振荡器应用优化计算软件计算流程Fig.11㊀Calculation process of hydro-oscillator applicationoptimization calculation software2.4.2㊀钻柱双向扭转系统利用动摩擦因数比静摩擦因数小的原理,钻柱双向扭转控制系统通过变频器控制顶驱/转盘电机正反转,从而实现钻柱双向扭转㊂扭转过程中可灵活快捷地调整控制参数,做到既让上部大部分钻柱扭转起来,同时又可保持底部钻具组合静止,实现最大程度地降低摩阻㊁保持工具面稳定的目的,从而提高滑动钻进的施工时效㊂钻柱双向扭转自动控制系统主要由主控仪㊁司钻操作显示仪㊁惯刹气压传感器㊁转盘电机编码器㊁变频器驱动控制模块㊁数据采集模块等组成(见图12)㊂钻柱扭转控制系统可与钻机转盘控制系统自由切换,采集惯刹气压信号㊁转盘电机风机信号及链条箱润滑油泵信号形成互锁保护;通过电机编码器快速精确地采集与控制电机速度信号和旋转角度,形成控制闭环㊂图12㊀双向扭转自动控制系统方案示意图Fig.12㊀Schematic diagram for the automaticcontrol system of two-way torsion钻柱双向扭转自动控制软件由上位机软件和下位机软件组成,上机位软件具备参数设置㊁扭转参数调节㊁MWD 及录井数据显示等功能㊂下位机软件主要包括硬件组态和梯形图程序块等,主要实现角度精确定位㊁角度扭转控制㊁扭矩扭转控制等功能㊂2.5㊀钻井液体系优化二开钻进层位为明化镇组-沙三段,其中明化镇组㊁馆陶组地层的红色泥岩造浆率高,易造成钻井液固相污染㊁井眼缩径等复杂情况,钻井液体系选择及维护主要以控制造浆㊁防缩径为主;东营组-沙河街组砂层发育,高孔高渗特征明显,易出现裂缝性漏失及压差黏吸现象[2,15],该井段钻井液体系以封堵防塌为主㊂各井段钻井液体系优选方案见表5㊂表5㊀牛庄洼陷页岩油井上部井段钻井液体系优选Table 5㊀Optimization of drilling fluid system for the upper84 ㊀㊀㊀石㊀油㊀机㊀械2023年㊀第51卷㊀第7期3㊀现场应用页岩油ø311.1mm大尺寸井眼优快钻井技术在牛庄洼陷国家级页岩油示范区试验井组应用20口井,机械钻速和行程进尺显著增加,二开钻井周期显著缩短,提速提效成果显著:二开平均机械钻速20.71m/h,较同区块前期(12.26m/h)提高40.8%;二开每趟钻平均进尺1227.3m,较同区块前期(每趟钻进尺658.5m)提升46.35%;二开平均钻井周期11.05d,较同区块前期(24.86d)缩短55.55%㊂以示范区A井为例,通过该技术应用实现了胜利页岩油二开2个 一趟钻 的目标,创造了ø311.1mm大尺寸井眼日进尺1620m的全国纪录,最短钻井周期6.33d,该指标处于国内行业领先水平㊂根据下压造斜点㊁提高造斜率的优化思路,直井段增加了500m,造斜井段缩短50m,稳斜段缩短563m,二开造斜率每30m增加1.1ʎ,中完井斜基本保持一致,如表6所示㊂表6㊀牛庄洼陷A#井眼轨迹优化前后对比Table6㊀Comparison of Well A trajectories before㊀㊀直井段采用高性能耐磨混合齿PDC钻头配合大扭矩螺杆钻具的钻进工艺,钻井液保障氯化钙补充(每100m补1.5t),强化抑制性,强化固控,保持钻井液低黏切㊁低固相性能㊂沙一段~沙二段地层停用氯化钙,保证井眼清洁㊂单趟进尺1576 m,一趟钻完成二开直井段钻进,直井段平均机械钻速提高至47.18m/h㊂斜井段更换为牙轮-PDC混合钻头配合大扭矩螺杆及水力振荡器,配套钻柱双向扭转系统的钻进工艺,滑动钻进井段替入200m3盐浆,3%褐煤树脂㊁2%高酸溶磺化沥青㊁3%SMP-1,配合塑料小球,确保钻井液具有良好的润滑性能[16]㊂由 托压 导致的滑动钻进辅助时效降低66.26%,滑动摩阻降低50%~88%(见表7),平均滑动钻进机械钻速11.13m/h,较区块邻井提高3倍以上,一趟钻完成斜井段施工㊂表7㊀牛页一区A井钻柱双向扭转系统应用效果统计Table7㊀Statistics on the application effect of bi-directional4㊀结论与建议(1)应用效果表明,钻井提速技术工艺分段优化能够显著提升钻井工艺在不同井段的针对性和适用性,有效解决了牛庄洼陷页岩油上部大尺寸井眼钻井效率低㊁行程进尺少的问题,能够为胜利页岩油钻井提速提效工艺技术提升提供借鉴㊂(2)现阶段胜利页岩油仍处于大规模开发初期,钻井工程技术仍存在不足,提升空间较大,在当前二开2个 一趟钻 的基础上,仍需开展长寿命㊁高稳定性定向PDC钻头研制,为二开 一趟钻 目标的实现打好基础㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀刘惠民.济阳坳陷页岩油勘探实践与前景展望[J].中国石油勘探,2022,27(1):73-87.LIU H M.Exploration practice and prospect of shale oilin Jiyang Depression[J].China Petroleum Explora-tion,2022,27(1):73-87.[2]㊀刘丽,闵令元,孙志刚,等.济阳坳陷页岩油储层孔隙结构与渗流特征[J].油气地质与采收率,2021,28(1):106-114.LIU L,MIN L Y,SUN Z G,et al.Pore structureand percolation characteristics in shale oil reservoir ofJiyang Depression[J].Petroleum Geology and Recov-ery Efficiency,2021,28(1):106-114. 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特殊油气田报告页岩油的开采方法及关键技术汇报课程特殊油气田开发汇报项目页岩油的开采方法及关键技术院（系）石油工程学院班级油工11-7小组成员郭晓俊、辛晓霖、刘爽、周楚琪、马晓曦汇报日期 2014.12.15指导教师刘丽2014 年 12 月 14 日目录一、页岩油简介 ...................................... - 1 -二、页岩油的发展现状 ................................ - 3 -（一）页岩油储量 ................................. - 3 - （二）页岩油产量 ................................. - 4 - 三、页岩油开采 ...................................... - 4 -（一）传统的直接开采方法——异地开采法............ - 5 - （二）油页岩地下转化原位开采技术.................. - 6 -1、壳牌原位转化(ICP)工艺....................... - 7 -2、埃克森美孚电压裂工艺....................... - 11 -3、斯伦贝谢的临界流射频技术................... - 12 -4、钻孔采矿技术............................... - 13 -四、页岩油的发展前景............................... - 14 -（一）页岩油相对传统原油的优势................... - 15 - （二）页岩油发展的制约因素....................... - 15 - 五、小结........................................... - 16 -页岩油的开采方法及关键技术一、页岩油简介页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源，又称油母页岩油或油页岩油，是一种非常规石油。

定向井优快钻井关键技术与应用探究【摘要】定向井是一种在地面上方以一定角度向地下目标方向钻进的井，根据不同的目的和需求可以分为直井、斜井和水平井。

优快钻井技术是一种高效快速的钻井方法，其原理在于提高钻井速度和降低成本。

定向井钻井中的关键技术包括测井导航技术、地层力学分析技术等。

定向井在油气勘探开发中应用广泛，可以提高生产效率和降低钻井风险。

定向井优快钻井的发展趋势是更加智能化和自动化，提高斜井和水平井的比例。

展望未来，定向井优快钻井将在油气勘探开发中发挥重要作用，提高勘探水平和生产效率，同时也对环境和资源保护起到积极作用，具有重要的应用价值和贡献。

【关键词】定向井、优快钻井、关键技术、应用探究、油气勘探开发、发展趋势、前景展望、应用价值、贡献1. 引言1.1 定向井优快钻井关键技术与应用探究定向井优快钻井技术是当前油气勘探开发领域中的重要技术之一，随着各种油气资源勘探难度的增加，定向井优快钻井技术在井深、井斜、井偏等方面的应用越来越广泛。

定向井优快钻井技术的引入，不仅改变了传统的石油钻井方式，降低了钻探成本，提高了钻井效率，同时也为油气勘探开发提供了更为准确的数据支持。

本文将重点探讨定向井优快钻井的关键技术和应用，从定向井的概念和分类入手，阐述优快钻井技术的原理和特点，深入分析定向井钻井中的关键技术，并探讨定向井在油气勘探开发中的应用现状，最后展望定向井优快钻井的发展趋势。

通过本文的研究，可以更深入了解定向井优快钻井技术在油气勘探开发中的重要作用，为相关行业提供技术支持和决策参考。

2. 正文2.1 定向井的概念和分类定向井是一种钻井技术，通过在井眼内设有定向工具，使井眼的方向能够有所控制，从而达到特定的地质目的。

根据井眼的方向不同，定向井可以分为水平井、斜井和直井。

水平井是指井眼在地表以下水平或接近水平延伸的井眼。

水平井适用于开发油层中的薄油层、薄气层和薄煤层等。

水平井可以增大井底产能、改善采收率、减少对地表的干扰。

胜利油田页岩油水平井钻井液技术唐代绪;侯业贵;高杨;明玉广;赵怀珍【摘要】胜利油田在罗家地区部署多口页岩油水平井.页岩与常规砂岩储层不同,页岩中含有膨胀矿物且微裂缝发育,当钻井液进入地层后,与黏土矿物、微裂缝发生综合作用,井壁极易不稳定.因此,对于页岩油水平井,井壁稳定是其施工主要难点.在对胜利油田罗家地区页岩矿物成分和裂缝分布情况分析的基础上,开展了钻井液井壁稳定性评价实验,证明了油基钻井液更有利于页岩井壁稳定.通过钻井液体系优选研究,确定了油基钻井液配方.渤页平1井现场试验证实该体系能够满足胜利油田页岩油水平井钻井施工需要.%Shengli Oilfeld deployed several horizontal wells for shale oil in Luojia area. There are some differences between shale and ordinary sandstone formations, for example, the shale has abundant swelling minerals and developed microcracks. After entering the formation, the drilling fluid will generate comprehensive effect with clay minerals and microcracks, leading to wellbore extremely unstabilized. Therefore, for shale oil horizontal wells, hole stability is very important. Based on the analysis on shale fracture distribution and mineral composition in Shengli Luojia area, evaluation experiments for drilling fluid hole stability have been conducted, which proved the shale hole stability benefit from oil based drilling fluid. This research has confirmed the shale oil horizontal well drilling fluid systems by means of optimization study. Used in BoYe-H1 well successfully, this system is proved to meet the drilling construction need of drilling orizontal wells for Shengli shale oil formation.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(034)005【总页数】4页(P45-48)【关键词】井壁稳定;油基钻井液;流变性;封堵【作者】唐代绪;侯业贵;高杨;明玉广;赵怀珍【作者单位】中国石化集团国际石油勘探开发有限公司,北京 100029;胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017;胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营257017;胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017;胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017;胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营 257017【正文语种】中文【中图分类】TE254胜利油田泥质岩地层含油气发现于20世纪60年代初期，直到近年才展示了盆地内泥质岩地层含油气潜力。

吉木萨尔页岩油超长水平段水平井钻井技术万教育*1,折扶蓉2，闫华兵1,张学德1,顾宗茂1,李俊胜1(1.西部钻探定向井技术服务公司，新疆乌鲁木齐830026；2.西部钻探吐哈录井工程公司，新疆乌鲁木齐830026)摘要：针对吉木萨尔页岩油超长水平段水平井定向钻井过程中摩阻扭矩大、机械钻速低、轨迹控制难等问题，开展了钻头及降摩阻工具优选、轨迹优化控制技术与现场施工工艺技术研究，形成了超长水平段水平井定向钻井技术，并在两口3100m以上水平段水平井中进行了成功应用。

关键词：吉木萨尔；超长水平段；页岩油；定向钻井；轨迹控制中图分类号：TE24文献标识码：B文章编号：1004-5716(2021)05-0097-04吉木萨尔页岩油储量丰富，是新疆油田公司“十三五”后三年规模上产和中石油推进新疆地区5000×104t 油气当量上产工程的重要支撑。

但目的层芦草沟组油层厚度薄，内部微幅构造发育，开发难度大。

目前采用2000m左右水平段水平井开发虽然取得了较好的效果，但为一步动用潜在储量，在前期开发经验基础上，决定采用3000m以上水平段水平井开发。

1区域地层特点吉木萨尔凹陷位于准噶尔盆地东部隆起。

目的层芦草沟组全凹陷均匀分布，面积1278km2，厚度200~ 350m；发育上、下两个甜点体。

芦草沟组坍塌压力低，井眼稳定性好，井径规则。

两套储层主要为以云质粉细砂岩、砂屑云岩为主，整体粘土矿物含量较低；孔隙度5%~15%，平均10.47%；渗透率在0.01~0.4mD之间，平均0.11mD。

由于储层渗透率低，用常规技术和方法进行勘探开发难度大，费用高，而超长水平段水平井开发可增加压裂改造段数、提高致密油藏开发效率而被应用。

2超长水平段水平井钻井技术难点2.1轨迹控制难度大（1）裸眼段长且钻遇多个层系，钻遇地层岩石可钻性差，轨迹控制难。

（2）造斜段钻遇层位韭菜园组、梧桐沟组和二叠系的芦草沟组，地层主要以泥岩为主，岩石可钻性差，机械钻速低。

定向井优快钻井关键技术与应用探究定向井优快钻井是指通过钻井工程技术手段，实现在同一作业井口井眼内，持续地在多个井段内进行定向井的钻井作业，从而提高钻井速度和效率。

定向井优快钻井的关键技术主要包括：井斜测量技术、定向井设计技术、定点定向控制技术和高效钻井工具的运用。

井斜测量技术是实现定向井优快钻井的基础。

通过使用陀螺仪、磁力计、倾斜仪等测量仪器，可以准确测量井斜角度和方位角度，从而确定井眼的定向状态。

井斜测量技术的精度和稳定性对于实现定向井优快钻井至关重要。

定向井设计技术是优化整个钻井作业的关键。

在定向井设计中，需要考虑井眼的弯曲半径、井壁的稳定性以及井段之间的连通性等因素。

通过合理的井设计，可以确保在同一作业井口井眼内，多个井段的定向井能够顺利地进行钻井作业。

定点定向控制技术是实现定向井优快钻井的关键。

钻具的定向控制是通过使用测斜工具、马达和方向钻杆等装置，将井眼定向控制在设计要求的范围内。

定点定向控制技术的核心是通过准确的控制井眼的方位角度和井斜角度，确保钻井作业的效率和质量。

高效钻井工具的运用是实现定向井优快钻井的重要手段。

高效钻井工具包括定向钻头、测斜工具、弯曲马达等。

通过使用这些高效钻井工具，可以提高钻井效率，同时降低井斜控制的难度，从而实现定向井的优快钻井。

定向井优快钻井的应用范围广泛。

在油田开发中，定向井优快钻井可以有效地提高单井产量，降低开采成本。

在地热能开发中，定向井优快钻井可以实现多井段的井筒布置，提高能源开发的效率。

定向井优快钻井还广泛应用于煤矿、水源开发等领域。

定向井优快钻井是一种能够有效提高钻井作业效率的技术手段。

通过井斜测量技术、定向井设计技术、定点定向控制技术和高效钻井工具的运用，可以实现在同一作业井口井眼内持续地进行多个井段的定向井钻井作业。

这不仅可以极大地提高钻井效率，还能降低开采成本，为能源开发和矿产资源开发提供技术支持。

国内外页岩油钻井工程关键技术调研报告世界石油工业正在从常规油气向非常规油气跨越。

致密油和气是储集在致密砂岩或灰岩等储集层中的石油和天然气，油气经历了短距离运移，目前页岩气已成为全球非常规天然气勘探开发的热点，页岩油的相关研究也正在兴起。

致密油（页岩油）的商业化突破具，有三大战略意义：①延长石油工业生命周期，突破传统资源禁区和成藏理论，增加了资源类型与资源量；②引发了油气科技革命，推动整个石油工业理论技术升级换代；③改变了全球传统能源格局，形成以中东为核心的东半球“常规油气版图”，以美洲为核心的西半球“非常规油气版图”，影响世界发展秩序。

2005年-2010年北美在Barnett、Haynesville、Marcellus、Eagle ford等主要页岩气盆地开始大规模勘探开发，引发了一场页岩气技术革命，让美国天然气年产量重上6000亿方以上。

2010年将页岩气开发技术规模应用到致密油开发，比较典型的是Bakken页岩油：普遍采用超长水平井开发（水平井段长度达3000米左右），2016年巴肯致密油年产量超过3000万吨。

2014年下半年国际原油价格出现暴跌，并持续低位运行。

油公司和油服公司共同致力于“提高单井产量和降低建井成本”，引发了北美页岩油气的第二次革命。

图1-1 北美地区页岩油气产区目前，国内页岩油开发已经起步，并且取得一定的进展，但在理论技术革新和钻探技术换代上，依然处于摸索阶段，并未形成成熟的钻探配套技术。

（1）国外技术现状国外致密油的开发技术的最高水平，应属北美地区。

水平井钻井及多级压裂技术广泛应用促使北美形成致密油、页岩气比翼齐飞的局面，油气产量突飞猛进。

然而，随着经济发展的减缓，美国天然气价格持续低迷，越来越多的公司发现干气业务已难以维系公司盈利的需求。

2008 年以后，页岩气开发技术在致密油开发中的应用也取得了成功。

作业公司发现，从事致密油甚至湿气生产能够获得更高的收益。

鉴于此，越来越多的北美作业公司开始削减页岩气业务，将更多的资金和精力投入富含液态烃的致密区带。

定向井优快钻井关键技术与应用探究定向井优快钻井是一种钻探方法，通过使用定向钻井技术和优化的钻井工艺，可以在较短的时间内完成钻井过程。

本文将探讨定向井优快钻井的关键技术和应用。

定向井的关键技术之一是定向钻井技术。

定向钻井技术可以将钻杆引导到预定的方向和位置，以满足特定的钻井需求。

定向钻井技术包括测量井深、测量方位、控制井斜等技术。

测量井深是通过测量钻杆下放的深度来确定钻井的深度。

测量方位是通过测量地磁、星状剖面等方式来确定钻井的方向。

控制井斜是通过调整钻杆的倾斜度来控制钻井的斜度。

通过这些定向钻井技术，可以准确地控制钻井的方向和位置。

优化的钻井工艺是定向井优快钻井的另一个关键技术。

在传统的钻井过程中，使用一次性完整钻井的方式，需要反复下放钻杆和更换钻头，效率低下。

而优化的钻井工艺通过使用多级钻井和一次性完成钻井的方式，可以大大提高钻井的效率。

多级钻井是指在一根连续的钻杆上安装多个钻头，通过依次更换钻头完成钻井。

一次性完成钻井是指在不下放钻杆的情况下，通过连续钻进完成整个钻井过程。

通过优化的钻井工艺，可以显著缩短钻井的时间，提高钻井的效率。

定向井优快钻井的应用非常广泛。

在油气勘探和开发中，定向井优快钻井可以快速完成钻井任务，减少勘探和开发周期。

在地质勘探和煤矿开采中，定向井优快钻井可以钻出更深的垂直井和水平井，提高勘探和开采效果。

在地下水开采中，定向井优快钻井可以钻出更深的钻井孔，提高地下水开采效率。

在地下输水和排水工程中，定向井优快钻井可以钻出更长的水平井和斜井，提高工程的安全性和效率。

优快钻井技术介绍众所周知，提高钻井速度是加快油气勘探开发步伐的重要途径。

多年来，特别是重组分立以来，经过甲乙双方的积极投入和广大钻井工作者的努力，油田拥有了一系列加快钻井速度的技术，钻井速度也逐年提高，但与国外先进的钻井速度指标相比，仍存在着很大的差距。

一、大港油田采用的优快钻井技术目前，油田用于优快钻井的成熟配套技术有：1、高压喷射钻井与优选钻井参数钻井●钻头：除钻砾石、安山岩、玄武岩等硬质岩性用HJ517或H517牙轮钻头外，其余地层如明化镇、馆陶中上部、不含砾的沙河街组、孔店组、中生界首选PDC钻头，也可选用HAT127牙轮钻头。

●喷嘴：牙轮钻头组装中长喷嘴或不等径普通双喷嘴或三喷嘴(大小嘴径比为1:0.68-0.72或1:0.68-0.72:0.68-0.72)。

●钻具组合：常规钟摆钻具(用于防斜和降斜)：钻头+短钻铤1-2根或钻铤1-3根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

常规满眼钻具(用于稳斜和防斜)：钻头+稳定器+短钻铤1根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

常规增斜钻具(用于增斜)：钻头+稳定器+钻铤1-3根+稳定器+钻铤单根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆或钻头+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆或钻头+稳定器+钻铤1-3根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

导向钻具(可用于定向、造斜、稳斜、降斜和纠偏)：钻头+导向马达+无磁钻铤1根+MWD+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。

●钻压：对于牙轮钻头，除防斜吊打、定向、扭方位外，最大的安全钻压为每英吋20KN。

对于PDC钻头，钻压一般在40-80KN。

●转速：对于机械钻机，在上部地层采用Ⅱ档或Ⅲ档的转速，在中深部地层采用Ⅰ档或Ⅱ档转速。

对于电动钻机，采用适合牙轮钻头的95rpm。

使用PDC钻头时，可采用动力钻具+转盘的复合钻井方式或转盘不低于Ⅱ档的转速。

●泵压：牙轮钻头的泵压达到17Mpa以上，PDC钻头的泵压达到14Mpa以上。

吉林油田页岩油水平井二开钻井关键技术及应用孙平涛;赵建忠;刘强【期刊名称】《天然气勘探与开发》【年(卷),期】2024(47)3【摘要】吉林油田页岩油主要位于松辽盆地南部长岭凹陷,已经完钻5口纯页岩水平井。

由于目的层层理和裂缝发育,造成井壁稳定性差,在施工过程中,存在返砂效率低、井壁易坍塌、水平段延伸困难、摩阻扭矩大等技术难题。

针对这些问题,通过井身结构优化、强封堵钻井液应用、高效PDC钻头及提速工具优选、井筒清洁参数优化及压力精确控制等技术攻关,形成页岩油二开长水平段水平井钻井关键技术。

应用结果表明:①采用强抑制强封堵高性能油基钻井液能有效封堵裂缝,大幅降低钻井液侵入量,并有效防止页岩膨胀,提高井壁的化学稳定性;②钻井液排量大于38 L/s、顶驱转速大于80 r/min能够保持水平井井筒清洁,节约短起下钻及下套管前通井的时间3 d以上;③个性化PDC钻头配合旋导施工能大幅度提高机械钻速,使井壁浸泡时间缩短30%以上。

优化起钻速度使井底压力波动降低52%,进一步提高井壁稳定性;④吉林油田页岩油水平井由三开井身结构简化为二开井身结构,水平段长度提高82.75%,机械钻速提高53.73%,钻井成本降低33%。

【总页数】7页(P111-117)【作者】孙平涛;赵建忠;刘强【作者单位】中国石油吉林油田公司钻井工艺研究院【正文语种】中文【中图分类】TE2【相关文献】1.大港油田页岩油水平井钻井关键技术2.长庆油田陇东地区页岩油大偏移距三维水平井钻井技术3.新疆吉木萨尔页岩油超长水平段水平井钻井关键技术4.页岩油超长水平井钻井关键技术分析5.大港油田沧东凹陷页岩油水平井钻井关键技术因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。