充气钻井技术发展现状及应用条件.pdf

充气钻井技术发展现状及应用条件 宫 臣 大庆钻探集团苏丹项目部, 黑龙江 大庆 163000 中图分类号 T E242. 6 文献标识码 A 文章编号 10067981 2011 08018501 充气钻井 Gasified Liquid Drilling 充气钻井 是指钻井时将一定量的可压缩气体通过充气设备注 入到液相钻井液中作为循环介质的工艺。常用注入 气体主要是空气和氮气, 此外还有二氧化碳、 天然 气、 柴油机尾气, 但使用的较少[ 1- 4]。 一般按气体类型将充气钻井分为充空气、 充氮 气、 充二氧化碳气、 充柴油机尾气等。 从流体性质看, 充气钻井属于不稳定气液两相流体。按充气方式分 为地面注入法 立管注入法 和强化充气法 寄生管、 双层套管、 双层钻杆法 。强化充气法主要是解决立 管法注入井内的两相流的不稳定、 流态变化大、 脱气 严重, 特别是在井深比较深时, 往往不能通过加大气 量的方法降低泥浆当量密度等问题, 从而改善流态, 减少段塞流和环雾流。 立管注入法的优点是简单, 不 影响井身结构设计; 降低整个循环系统密度[1- 4]。 1 充气钻井的发展及其趋势 1. 1 充气钻井发展 上世纪50 年代, 充气钻井最早在美国和加拿大 开始应用, 但直到80 年代由于旋转防喷器、 旋转控 制头等为代表的欠平衡钻井装备的发展和成熟后, 才在国外得到广泛应用。由于充空气的充气泥浆在 钻开产层时存在一定的井下燃爆危险, 以及可能造 成钻具的氧化腐蚀等问题, 目前国外充气钻井主要 采用充氮气或是氮气与氧气按一定阻燃比例加入的 混合气体方式[ 1- 4]。 国内八十年代末, 新疆油田最早开展充气钻井 技术的研究与应用, 主要是解决低压层漏失的问题。 1989 年在火烧山油田进行了5 口井、 累计进尺1333. 18m的试验, 其目的层平三段地层压力系数为 0. 95, 充气后的钻井液当量密度在0. 93- 0. 95, 试验获 得了较好的效果, 但由于旋转控制头和空压机等设 备不能满足要求, 影响了充气钻井技术优势的发挥。 辽河油田1986 年在高升油田高2 区进行充氮气钻井 试验, 目的是解决钻井漏失和有效开发低压枯竭稠 油, 该油田压力系数已降至0. 6[1- 4]。截止1996 年底 钻井48 口, 累计充气钻井进尺2750m, 与邻井对比增 产10- 161, 取得较好效果。 胜利油田商 741- 平1 井是胜利油田第一口以 欠平衡钻井技术施工的水平井, 在目的层沙三下段 3518- 3649m 采用水平井欠平衡技术, 以低固相 低密度钻井液充氮气方式钻井, 在钻进时经分离器 分离后出口钻井液密度为0. 95- 1. 00g/cm3, 井底动 负压差值3. 1MPa, 分离出的伴生气能连续燃烧, 火 焰高度2- 4m。该井初投产60- 70t/d, 目前以自喷 为主, 日产量大于40t/d[ 1- 4]。 此外, 大港油田也使用过注氮气诱导技术并获 得成功。 目前, 包括四川、 江汉、 滇黔贵等油田都在积 极开展这方面的研究与应用。 1. 2 充气钻井发展趋势 出于安全、 井控和环境及降低成本方面的原因, 在国外, 以美国、 加拿大等为先进代表的充气、 泡沫 钻井技术, 正朝着与其它钻井新技术 封闭循环系 统、 连续软管、 小井眼、 水平井技术等 紧密结合的方 向发展。 例如发展惰性气、 可循环技术来扩大泡沫钻井 的推广应用。加拿大将封闭循环系统和空气马达、 EMMWD等仪器设备与充气和泡沫钻井结合, 成功 发展了封闭循环氮气泡沫钻井系统, 现已在水平井 得到推广应用, 它具有钻井过程中能够实时精确测 量、 井下和地面安全 无氧气进入 和不污染环境等 优点[ 1- 4]。 此外积极开展与泡沫钻井相适应的配套技术, 如泡沫压裂、 泡沫酸化、 泡沫蒸汽驱、 泡沫驱油、 泡沫 调剖、 泡沫修井等。 2 充气钻井应用条件及其缺陷 2. 1 应用条件 充气与泡沫钻井适用于井眼稳定的低压油气藏 其孔隙压力系数低于1. 0 , 并且对储层特性比较了 解。泡沫钻井密度范围 0. 07- 0. 70g/ cm3; 充气钻 井密度范围 0. 7- 1. 05g/ cm3。由于充气钻井液属 于不稳定气液两相流体, 随井深 液柱压力 有很大 的流态变化, 这使得充气钻井液不能将流体密度降 低太多 一般在0. 8- 1. 0 之间 , 适用的井深范围不 能太深, 否则上部井段会出现环雾流, 气体窜越而 出, 失去液体循环和携带岩屑的功能。 2. 2 充气钻井的缺点 钻井费用比常规井高。 加剧地层损害。由 于井壁上基本没有泥饼作屏障, 一旦某一环节 如完 井时 过平衡, 地层所受损害比常规情况更大。 安 全问题。 以空气为注入气虽经济, 但有导致井下燃烧 爆炸的可能, 特别是在高温深井中。此外, 还有高温 高含氧环境下钻具的腐蚀等问题。 [ 参考文献] [ 1] 罗平亚, 孟英峰. 勘探钻井中技术发展新动向 低压欠平衡钻井, 1997 年 CNPC 勘探工程 技术座谈会材料. [ 2] 赵卫红. 欠平衡泡沫钻井技术. 天然气工业, 1999. 19 5 25～26. [ 3] 罗平亚, 孟英峰, 等. 国外低压钻井技术调研 分析. 电子科技大学出版社, 1996, 8 . [ 4] J.P.Uhite “An Experimental Analysis of Vertical T wo-Phase Flow Using a Drilling MudNaturalGasMedium” ,IADC/SPE 11414. 185 2011 年第8期 内蒙古石油化工 收稿日期 2011- 01- 18 作者简介 宫臣1972- , 男 汉, 黑龙江省鸡西人, 大庆钻探集团苏丹项目部124作业区经营管理。