LG地区氮气钻井实践与认识.pdf

第 2 9 卷第 1 0 期 天然气工业 L G地 区氮气钻 井 实践 与认 识 * 韩朝辉 张建斌 贾军喜 王军 闯 邓 凯 川 庆钻探工程公 司长 庆工程技术研究 院 韩 朝辉 等． I G地 区氮 气钻井 实践与认识． 天然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 1 0 5 9 6 1 ． 摘 要 在 L G地 区高研磨 性含气层段 的须 家河组实施氮 气钻 井是 提高机械钻速 ， 保护油气层 ， 有效避免燃爆 事 故的发生 ， 促进该地 区勘探开发进程 的关键 。为此 ， 在 多 口氮气钻 井实践 的基础上 ， 总结 了在该 层段运用 氮气钻 井时的设备 配套、 施工技 术难点与处理对策 ①在钻 井过程 中要控制钻 时钻进 大于 5 rai n ／ m ， 防止沉砂卡钻 ； ② 出 现挂 卡严重时 ， 控制上提钻 具吨位活 动钻具 ， 保 持循 环 ， 待 环 空循环 通道 畅通 后再 调整 钻具 活 动范 围， 直 至解 卡。 上 三叠 统须 家河组氮气钻井 的成功 实施， 表 明氮气钻井提高 了机械钻 速， 也解决 了含 气层段空 气钻 井的燃爆 问题。 关键词 深井 超深 井 晚三叠世 氮气钻井 地层 损害 机械钻速 D0I 1 0 ． 3 7 8 7 ／ ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 0 9 ． 1 0 ． 0 1 8 0 引言 L G地 区的须 家河 组 可 划 分 为 须 一 段～ 须 六 段 6个 岩性段 ， 该 地层 具 有 一 定 的油 气 性 和 储 集 性 ， 属 于整体研磨性高 ， 局部含气夹煤层等复杂地层 。为 了提高机 械钻速 ， 解决含气层段空气钻井 的燃爆 问 题 ， 加快 开发 进程 ， 在 该层 段 采用 了氮 气钻 井 。 1 现场 施工技 术难点 1 ． 1井壁 坍塌 、 卡钻 L G地 区须 家河 组 地层 岩性 主要 为 砂 岩 ， 夹 页岩 和煤层 ， 在 气体 钻进 过程 中 ， 煤 层 质 地软 、 研磨 性 弱 、 胶 结疏 松 、 稳 定性 差 ， 煤气 和 天 然气 释 放 后 破 坏 了原 有的压力体系 ， 井壁容易发生不 同程度的坍塌， 经常 出现扭 矩 忽高 忽低 ， 立压 波 动严 重及 卡钻 现象 _ 】 ] 。 经 过 对 L G 地 区 多 口井 空 气 钻 井 的 实 践 ， 针 对 井 底沉 砂 掉 块 等 地 层 不 稳 定 等 ， 采 取 的 主 要 措 施 为 ] ①为 了保证 顺 利钻 井 ， 在 钻 井 过程 中要 控 制 钻 时钻 进 大于 5 rai n ／ m ， 接 单根 前保 证循 环 时 间为 3 ～ 5 mi n ， 保 持井 底清 洁 ， 防 止 沉砂 卡钻 ； ② 当 出现 蹩 钻 、 扭 矩 波动 大等 现象 时 ， 应停 止 钻 井 ， 加 大 气 量 ， 上 提钻 具划 眼循 环观 察 ， 待立 管 压 力 、 扭 矩 等参 数 恢 复 正 常后 ， 方可 继 续 钻 进 ； ③ 出 现 挂 卡 严 重 时 ， 控 制 上 提钻 具 吨位 活动 钻具 ， 保 持循 环 ， 待 环 空 循 环通 道 畅 通后 再调 整 钻具 活动 范 围 ， 直 至解 卡 。 现 场处 理 2 0 0 8年 4月 1 1日， L G 地 区 X井 钻 至井 深 3 6 0 5 ． 1 8 m 层 位 为 须 四段 ， 岩 性 为 灰 色 砂 岩 ， 扭矩 为 5 ． 7 ～1 O ． 2 k N m， 转 盘 蹩 停 ， 上 提 2 0 5 0 ～ 2 1 5 8 k N， 后 调整 注气量 1 4 0 ～ 1 6 5 m。 ／ rai n 循 环 ， 上下 活 动钻 具 1 9 0 0 ～2 3 5 0 k N 解 卡 。 1 ． 2气 测 异 常 L G地 区须 家河 组层 段 具有 一定 的油 气储 集 性 ， 为 了预 防 H S或 井 喷 ， 应 实 时 监 控 地 层 出气 ， 同 时 根据 出气情 况及 时 切换 钻井 方式 。 对 于地 层 出气 ， 根据 现 场 经验 ， 一 般 采 取 的措 施 是 如果 全 烃含 量 较 小 时 ， 加 大 氮 气 气 量 ， 在 放 喷 口 点 火 ； 如果 全 烃 含 量 达 到 2 0 以上 ， ① 上 提钻 具 ， 关 井 ， 观 察套 压 和立 管压 力 的变 化 ， 及 时 打开 节 流 管 汇 循 环 ， 放 喷点火 ； ②循 环一 段 时 间 ， 如 果 套 压 下 降 、 全 烃含量下降， 当套压接近零时进行正常 的氮气钻进 ； 如 果套 压 继续 上 升 ， 全 烃含 量 继 续 升高 ， 应 考 虑 及 时 采取压井作业 。 现场 处理 2 0 0 8年 5月 2日 L G地 区 Y井 钻 至 井 深 3 5 1 6 ． 8 7 m 迟 到 井 深 为 3 5 1 3 ． 5 8 m ， 气测 异 常 ， 全烃含 量升高 ， 钻 至井 深 3 5 1 8 ． 7 2 m 迟 到井深 为 3 5 1 8 ． O 0 m ， 全烃含 量为 8 ． 6 4 4 0 ～2 2 ． 5 7 2 5 ％ ， 点 *本文受到 中国石油天 然气 集团公司重点科研项 目“ 高效低成 本钻井配套新技术 ” 的资助 。 作者简介 韩朝 辉 ， 1 9 7 6 生 ， 工程师 ， 硕士 ； 2 0 0 7年毕业于西安石 油大学油气井工程 专业 ； 主要从事 特殊井工艺技术研究工 作 。地址 7 1 0 0 1 8 陕 西 省 西 安 市 未 央 区 川 庆钻 探公 司 工程 技 术研 究 院 特殊 井 工 艺 技 术 服 务 研 究 中心 。电 话 0 2 9 8 6 5 9 1 8 2 7 。E ma i l l o v e s u n ma n 1 6 3 ． c o rn 5 9 天然气工业 2 0 0 9 年 1 O 月 火可燃 ， 火焰 呈橘 红色 ， 上提 钻具 至井深 2 5 0 4 ． 2 5 m 关井 ， 套压 为 0 ～ 1 ． 7 MP a ， 立 压为 0 MP a 常 闭式止 回阀 ， 放 喷点火 ； 通 过 节 流管 汇 循 环 注 气 量 为 1 2 0 m。 ／ rai n ， 套 压 下 降 ， 全 烃 含 量 降 低 ， 继 续 钻 至 3 5 2 4 ． 8 2 m， 全烃 含量 升至 5 8 ． 6 O ， 继续 循环 ， 全烃 含 量不 降 ， 起钻 至井深 3 4 2 6 ． 1 4 m， 转 换为 钻井 液 。 1 ． 3 气体 钻 井转换 介质 后的 并壁 失稳 切换 介质 后 的井 壁失 稳 问题 是 限制 气 体钻 井 优 势发挥 的重 要 “ 瓶 颈 ” 问题 之 一 。气 体 钻 井 完 成 后 ， 转 换 为 泡沫 钻 井 ， 会 因泡沫 失 水 对 井壁 岩石 的水 化 作用 ， 使得井 壁失稳 ； 气 体钻 井完 成 后转 换 钻 井液 过 程 中造 成 的井 壁 失 稳 除 了 岩石 的力 学 不 稳 定 性 外 ， 还 由于钻 井 液 对 井 壁 岩 石 的水 化 作 用 。一 般 情 况 下 ， 解 决气体 钻井 转换介 质后 的井 壁失 稳 问题 ， 常采 用在泡沫液或钻 井液 中加人 防塌剂来抑制 井壁坍 塌 ， 在气液转 换过 程 中 ， 可 以在 替钻 井 液之 前 首 先注 入一 定 量 的 润湿 反 转 剂作 为前 置 隔 离液 ， 对 井壁 进 行涂 敷预处 理 ， 改变地 层岩 石表 面润 湿特 性 ， 减 小井 壁 的 吸水 渗 透性 ， 为井 眼压 力 再 次达 到 平 衡赢 得 了 时 间 。 现 场 处 理 借 鉴 川 东 P 2 0 4 2井 应 用 实 例 P 2 0 4 2 井 第二 次开钻 3 1 4 ． 1 mm 井 眼采 用 氮 气 钻 井钻 至井 深 3 6 4 8 m 地 层 出油 ， 岩 屑 不返 出 ， 计 算井 径 扩 大率 为 1 O ， 决定 转 换 为钻 井 液 。下 入光 钻杆 钻 具离井 底 1 0 r n直接泵 入润 湿反 转前 置 液 1 5 t 1 3 m。 左右 ， 裸 眼容 积 为 1 3 9 ． 0 m。 ， 环 空 长 度 为 1 6 0 。 8 5 m 。为 防 止 下 部 井 段 漏 失 ， 之 后 泵 入 堵 漏 浆 加 1 0 复 合堵 漏 剂 和单 项 压 力 封 闭剂 6 0 m。 ， 排 量 为 l 3 2 8 L ／ mi n 。起钻至井 深 3 1 4 8 m， 一次性 泵 人 密度 为 1 ． 3 5 g ／ c m3 的钻井 液 1 6 0 m3 起钻至井深 1 7 0 0 m， 泵 入钻 井液 4 0 r n 。 起 钻 至 井 深 8 5 0 m 进入 套管 内 ， 顶 替 4 0 m。钻 井 液 ， 井 口未返 ， 下 钻探 液 面 ， 再 次 泵 入 2 0 m。钻井 液 至 节 流 管 汇返 出 ， 顺 利 切 换 至 常 规 钻井作 业 。 2 氮气钻井要求与配套 设备 2 ． 1氮气 钻 井工 艺 氮 气 钻井 工 艺 技 术 流程 是 以氮气 为工 作 介 质 ， 使 用空 压 机 对 空 气 先进 行 输 气 ， 经 过 制 氮设 备 产 生 氮气 ， 然 后经过 增 压机再 增 压入 井 ， 最 后完 成 携带 岩 屑 和消 除粉尘 的任 务 ， 具 体 流程见 图 1 。 图 1氦气钻井工艺流程图 2 ． 2设 备能 力与设 备配 套 现 以 X井 为例 。X井 氮 气钻 井 井段 为3 3 1 4 ． 0 0 ～ 4 0 3 5 ． 2 6 m， 2 1 5 ． 9 mm 井 眼所 需 氮 气 1 6 5 m。 ／ mi n ， 立 管 压力 为 2 ． 0 ～2 ． 6 MP a 。 以上 面 的 参 数 要 求 ， 进 行如 下设 备配 套 见 表 1 。 2 ． 3钻具 组合 氮气 钻井 与常规 钻井 液 钻井 所 要求 的钻具 组 合 基本 相似 一 ， 在 钻 头上安 装 两 只强制 回压 阀 ， 钻 具 上 表 l X 井设 备 配 套 表 6 0 第2 9 卷第1 0 期 天然气工业 安装 一 只下旋 塞 和一 只 强制 式 回压 阀 。x 井须 家河 组层 段 氮气 钻 井 采 用 如 下 钻 具 组 合 2 1 5 ． 9 mm H J T 5 3 7 G K 钻 头 4 3 0 4 1 0 常 闭式 回压 阀 4 1 1 4 1 0 1 6 5 mm 钻 铤 8柱 1 2 7 mm 钻 杆 下 旋 塞 常闭式 回压 阀 4 1 1 4 1 0 1 2 7 mm 钻 杆 。 3应用效果分 析 3 ． 1 钻 头使 用情 况 分析 表 2 表 2 X、 Y井氮气钻井钻 头使 用情况表 须家河组层段研磨性高 ， 可钻性差 ， 使用 的钻头 和 HJ 6 1 7 G型钻头较适合该地层的要求 。 应具 有 强化 保 径 功 效 。实 践 证 明 ， 选 用 HJ T5 3 7 GK 3 ． 2氮气 钻 井应 用分 析 表 3 表 3 L G构 造氦气钻井情况及 与邻 井空气钻井对 比表 须 家河组 层 段地 层复 杂 ， 为 了安 全 钻 井 ， 须 控 制 钻时钻进 。对该层段井下复杂情况的成功判定与处 理是实现安全钻进 ， 提高钻速的关键 。 4结 论 与建 议 1 氮气钻井在 L G构造须家河组地层的试验成 功 ， 实现 了提高机械钻 速、 缩短钻进周期 、 进行安全 钻 进 的 目的 。 2 须家河组层段地层 复杂， 准确 的判定井下复 杂情况 的 征兆 ， 及 时采取 正 确 的处 理 方 法 ， 是 在该 层 段安全 钻 进 ， 提 高 钻 速 的成 功 经 验 。气 体 钻 井 转 换 成钻 井 液 钻 井 ， 采 取 化 学 稳 固井 壁 的 方 法 是解 决 转 换介 质后 防止 井壁 失稳 的新 方 法 。 参 考 文 献 [ 1 ]范兴沃 ， 张建斌 ， 张汉 林． 空气钻 井井下 复杂 问题处 理方 法 [ J ] ． 钻采工艺 ， 2 0 0 6 ， 2 9 3 6 - 8 ． [ 2 ]许 爱． 气 体 钻 井 技 术 及 现 场 应 用 [ J ] ． 石 油 钻 探 技 术 ， 20 06， 3 4 4 1 6 - 1 9． C 3 ]韩朝辉 ， 张建斌 ， 范兴 沃． 川东北 地 区空气钻 井 中几 种复 杂情况 的诊 断与处理 [ J ] ． 钻采 工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 1 6 2 4 2 5 ． [ 4 ]WI L L I AM C L YO NS ，B OY UN G UO，F RA NK A． S e i d e 1 ．a i r a n d g a s d r i l l i n g ma n u a l F M 2 n d e d ． Th e Mc G r a w Hi l l Compa n i e s ，i nc ．20 01 5 - 1 0 ． 修改 回稿 日期 2 0 0 9 0 8 1 7 编辑钟水清 6 1