白音查干区块气体钻井技术研究与应用-.pdf

2 01 1 薤 第5 卷 第6 期 天 然 气 技 术 与 经 济 Na t u r a l Ga s T e c hn o l o g y a n d Ec o n o my Vo 1 ． 5． N o． 6 De C ． 2 0n d o i 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 1 1 3 2 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． O 1 1 白音查干区块气体钻井技术研究与应用 周勇杨叶辉谢春强朱飞 中国石化中原石油勘探局钻井管具工程处 ，河南濮阳4 5 7 3 3 1 摘要 气体钻井技术是一种特殊的欠平衡钻井技术，合理使用可以极大地提高钻进时效，降低钻井作业成 本。为了加快白音查干区块的勘探开发速度，缩短钻井周期 ，将气体钻井技术应用于白音查干区块。现场实践表 明，气体钻井技术的应用，在硬地层、可钻性差、研磨性强的非储层段 ，对提高钻井速度及克服复杂情况等，比 常规钻井液钻井更有优势。 关键词 白膏童千气体钻井井奠稳定性技术优选 中图分类号T E 2 4 2 ． 6 文献标识码B 文章编号2 0 9 5 1 1 3 2 { 2 0 1 1 0 6 0 0 4 0 0 3 O 引言 内蒙白音查干区块，由于地层岩性坚硬、研磨 性强、可钻性差 ，地层各相异性强 、自然造斜率 高以及玄武岩地层水敏性强极易垮塌等施工难点， 致使 目前机械钻速在一定水平徘徊不前。因此有必 要对该 区块地层施工难点进行分析 、论 证 、调研 ， 研究与应用气体钻井技术，提高内蒙白音查干区块 钻井时速。 1 气体钻井技术研究 1 ． 1 井下条件分析 1 井壁稳定性。白音查干区块第二次开钻钻井 施工主要穿越银根组、乌兰苏海组、苏红图组、巴 音戈壁组地层。上部陆相地层砂 、泥 、砾岩互层 ， 地层砂岩泥岩含量高、胶结致密 ；下部地层页岩、 玄武岩 、粉砂岩 、凝灰质泥岩硬度较高 ，研磨性 强 。以空气 为介质进行钻井施 工 ，可 以避免 因泥 、 页岩水化膨胀而可能导致的坍塌、掉块，井壁稳定 性相对较好，满足实施空气钻井的条件。 2 地层出水。地层出水预测主要依靠对邻井测 井资料的解释和对邻井钻井实践的分析。在空气钻 井前，通过分析计算邻井测井资料来预测地层出水 和天然气情况。测井上采用深探侧向电阻率和浅探 侧向电阻率测井来识别含气、 含水层。 3 地层出油。白音查干区块主要储层段苏红图 组、巴音组地层属低压、低产、低渗储层，主要产 油。油不与泥、页岩发生化学作用，但油特别是粘 度大的油包着岩屑上升过程 中，在表面张力作用 下 ，会使岩屑抱团和粘附在井壁、钻具上 ，在气流 关节点处形成泥饼环 ，堵塞环空通道 ，不利于岩屑 携带。理论计算认为，返出井 口流体中油的体积含 量大于0 ．0 6 5 ％，将会对岩屑携带有较大的影响。对 于空气钻井，一旦发现地层出油 ，应立即进行常规 泥浆转换，确保安全。 4 空气钻井适用井段。对白音查干区块地层井 壁稳定性 、出水情况和地层出油情况综合分析可以 看出，最适合空气钻井的井段为苏红图组 、巴音戈 壁组二段地层。同时在钻进银根组、巴音戈壁一段 地层时应加强地层监测 ，做到水层、膏层、油层及 时发现 、及时处理 。 1 ．2 气体钻井工艺技术优选 1 ．2 ． 1 空气钻井施工潜在风险 该区块已完多口施工井资料显示 ，白垩系整个 地层不同层段存在多个水层 ，据统计最大出水量在 收稿 日期 2 0 1 1 0 51 3 修订日期2 0 1 1 1 1 2 8 作者简介周勇 1 9 7 1 一 ，工程师，从事气体钻井技术服务工作。E - ma i l 3 1 0 6 3 6 3 3 6 q q ． c o m 4O ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o m y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 3 0 期 天然气技术与经济 钻井工程 2 0 1 1 笠 1 0 m ／ h 左右，国外推荐在地层出水大于2 m ／ h 时 就要转化 u ，国内采用空气钻井时通常的做法是地 层出水大于5 m 。 ／ h 时转化为雾化钻井；而水敏性较 强的玄武岩地层极易吸水 ，造成井壁坍塌失稳，且 目的层的出油现象，控制不得当极易造成井下复杂 事故 [21 。 1 ． 2 ． 2 井身结构设计的科学性 针对新生界砂砾岩、泥岩地层未成岩，压实程 度低，胶结程度差且富含水层的特点，为确保下部 井段施工安全，第一次开钻完后 ，本层段需要下入 一 定深度的表层套管将水层和流沙层封住。由于第 二次开钻裸眼段较长，且白垩系苏红图组有大段水 敏性较强的玄武岩地层，井壁易失稳 ，为确保 目的 层的安全钻进施工，需要下人一定深度的技术套管 将玄武岩封住，为第三次开钻井段快速安全施工提 供一个 良好的井眼条件。针对施工中存在的风险， 科学合理地设计井身结构，能较好地满足空气钻井 安全施工的需要。 1 ． 2 ．3 设备配套 1 压力控制设备。空气钻井过程中，井筒内无 液柱压力平衡地层压力，井筒返出的循环流体流速 较高 ，可达到 1 5 2 0 m／ s ，因此除需要标准的单 、 双闸板防喷器和环型防喷器外，还需使用旋转防喷 器，旋转防喷器安装在井口装置的顶部。 2 供气系统。该系统主要由空气压缩机、空气 增压机以及相关的连接管线组成，要求满足循环携 带岩屑的同时，应具有满足处理地层出水、环空堵 塞等能力。 3 其他配件。① 浮阀、单流阀，作用在于防止 携带着岩屑、地层流体的空气倒流而堵塞钻头水眼 或损坏井下工具 ；② 旋塞阀，安装在钻杆顶部的防 回流体装置之下 ，方便在起钻拆卸上部防流体回流 装置之前将钻杆内的高压气体关在钻杆内部，拆卸 防流体回流装置后进行排气；③ 六方方钻杆，有利 于旋转控制头的胶芯抱紧，同时避免使用常规四方 钻杆钻进损坏旋转控制头内胶芯。 1 ．3 高效钻头优选与应用 结合现场施工中牙轮钻头的使用情况，根据其 实际工作寿命 、进尺长度和每米成本等现场工作指 标，对空气钻井施工钻头进行了优选 表 1 。 表 1 空气钻井施工钻头优选表 层 段 裹 差 钻 头 类 型 乌兰苏海组、银根组 2 4 H J T 5 1 7 G K、F J 5 1 7 G 1 ．4 防斜打直技术 根据空气钻施工特点，选用钟摆钻具结构牙 轮钻头 6 1 ／ 4 i n D C x 根 2 1 2 m m 扶正器 6 1 ／ 4 i n DC x l 5 根 5 i n D P 。 空气钻井施工防斜技术措施① 进出交界面吊 打2 ～ 3 根。② 正常钻进期间，每根单根开始钻进半 米以内和最后半米减压吊打。钻完每根立柱应提起 向下控速下划，可有效控制井斜。③ 当钻时较慢 ， 采用较大钻压时，采用每个单根最后 1 m吊打，每个 单根扩划眼一次，每个立柱扩划眼一次，达到有效 控制井斜的目的。④ 每钻进2 0 0 3 0 0 m测斜或根据 需要测斜，确保施工各井段井斜不超标。 1 ．5 施工参数优选 1 钻压。通常空气钻井施工不需要太大钻压就 能获得一定的机械钻速。当地层埋藏深、压实程度 好、研磨性强时，为获得较高的机械钻速，施工钻 压需加至2 0 t 左右。 2 转速。空钻施工转盘转速通常受旋转防喷器 最高额定转速的限制。当正常施工转速长时间超过 最高值时，极易造成旋转防喷器胶心密封性失效。 出现井口旋转防喷器漏气、窜气等现象 ，严重时无 法正常施工。因此空钻施工中根据现场施工需要， 在井口旋转防喷器额定转速下灵活调整。 3 排量。空钻施工和常规钻井液钻井一样，在 井眼尺寸一定的情况下 ，通常当注入气量达到一定 量时，才能起到良好的清洗井底、冷却钻头和具有 良好的携岩能力。由于气体的密度、粘度随温度和 压力变化 ，涉及的影响因素多，现有的理论模型和 计算方法 比较复杂，目 前都用工程上普遍认可的计 算软件完成。一般地， 2 j 3 l 1 ．2 m m井眼所需空气排 量为 1 2 0～1 6 0 m ／m i n ； 2 1 5 ． 9 mm井 眼所 需空气 天然气技术与经济 ／ 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 卷 周勇，等白 音查干区块气体钻井技术研究与应用 第6 期 量为 8 0～1 2 0m ／m i n 。 2 现场试验应用 2 0 1 0 年4 月2 3日 一7 月6日，内蒙白音查干区块 先后组织实施了4口井的空气钻井试验施工，见表 2。 2 ． 1 意3 井空气钻井现场试验应用情况 在意3 井进行了第三次开钻空钻施工试验。从井 深2 2 0 3 ． 9 3 m开始 ，钻至井深2 7 8 6 ． 1 7 m进入巴音组 地层。空气钻井进尺 5 8 2 ．3 4 m，占全井设计深度的 1 5％；纯钻进时间为6 7 -3 h ，平均机械钻速为8 ．6 5 m／ h ，使用钻头2 只。与临井毛 1 0 井同井段纯钻进 时间4 0 7 ．2 h 相比，节约 1 6 ． 7 d ，机械钻速同比提高 了6 倍左右。 1 钻头使用情况。第三次开钻空气钻进使用2 j 2 1 5 ．9 m m牙轮钻头2 只，见表3 。 该井空气钻进井段，在钻头使用中未出现施工 异常。施工中出于井斜控制 、调整需要 ，在起钻 时，井队根据现场施工情况，进行了更换。 表2 白音查干区块空气钻井应用情况表 表 3 意3 井空气钻井施工井段钻头使用情况表 2 井斜控制情况。本井空气钻井施工主要使用 了牙轮钻头，采用小钻压，低转速；施工中根据井 斜调整需要钻具结构先后采用了光钻铤钻具组合 、 钟摆钻具组合。由于空气钻井施工井段地层软硬交 错频繁、地层倾角较大，导致井斜控制困难，施工 中井斜最大达到l 6 。 。 2 ． 2 应用效果评价 从意3 井、意 1 井、祥 1 井第三次开钻苏红图组 和巴音组部分井段空气钻井成功实施的情况来看， 空气钻井技术在内蒙白音查干区块取得了初步的成 功，机械钻速大幅度提高，有效缩短了钻井周期 ， 真正实现了以技术进步带动经济效益提高的目标 ， 同时也为今后在该地区的钻探提供了宝贵经验。 42 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y a n d E c o n o my 3 结束语 与常规钻井液钻井技术相比较，空气钻井技术 优势明显 ，一是显著提高钻井速度、缩短钻井周 期；二是使用纯空气作为循环介质，可以避免因地 层吸水膨胀而引起的井眼复杂事故的出现；三是可 以有效地提高单只钻头使用性价比，节省钻头用 量；四是节省钻井液费用，有利于环境保护。 参考文献 [ 1 ]L y o n s WC，G u oD，C e i d e l FA ． A i r a n dG a s D r i l l i n g Ma n u l [ J ] ． M c a r a w H a l l ，2 0 0 1 ． [ 2 ]范兴沃，张建斌 ，张汉林 ， 等， 空气钻井过程中井下复杂 问题处理方法[ J ] ． 钻采工艺，2 0 0 7 ，1 0 3 2 2 2 4 ． 编辑 王富平 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m