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充气钻井液技术在青西油田的应用 艾贵成, 穆辉亮, 王卫国, 张永海, 田宏岭 中国石油 西部钻探工程有限公司 国际钻井公司, 甘肃 玉门735200 摘 要 为解决青西油田巨厚白垩系推覆体易井斜、 钻压轻、 机速慢的难点和第三系的提速问 题 , 在窿 12井的推覆体和 Q2- 37井的第三系地层实施了充气钻井技术试验。实验表明 充 气钻比常规钻井能提高机械钻速 30 以上, 但当充气钻与复合钻相接合时, 机械钻速反而下 降 9 。充气钻能有效地解决、 封堵造壁、 防塌及气 /液体系转换等技术问题。 关键词 充气钻井; 低密度; 阳离子; 青西油田 利用充气钻井既能降低钻井液当量密度、 提高 机械钻速、 维持井壁稳定, 并且可随时安全过渡到 常规钻进的优点。在青西地区充气钻井试验中, 选 择地层相对稳定, 机速问题突出的窿 12井推覆体 地层 311 mm井眼、 裸眼井段较短的 Q2- 37井第 三系地层 241 mm 井眼, 以获取相关的试验数据。 窿 12井在 2 086 . 80 2 225 m 井段以不同气液比 实验充气钻井, 钻至 2 225m, 由于推覆体地层大量 出水结束试验。窿 12井充气钻井累计进尺 20 . 92 m, 平均机速 1 . 37 m /h, 与该井相同钻压常规钻进 机速 1 . 07 m /h相比较提高了 28 . 7 , 与邻井窿 9 井平均机速 0 . 54m /h相比较提高了 154 。Q2- 37井在 1 628 . 77 1 798 . 42 m 试验常规充气钻 井, 进尺 169 . 65 m, 平均机械钻速 3 . 89 m /h , 与相 邻井段常规钻进平均机速 3 . 15 m /h相比较提高了 23. 89 , 与邻井窿 113井相同井段牙轮钻头常规 钻进平均 机械 钻速 1 . 82 m /h 相比 较提 高了 114 。在 2 129 2 170. 19 m 井段试验充气复合 钻进, 充气复合钻进进尺 41. 19 m, 平均机械钻速 2 . 53m /h , 与常规复合钻进平均机速 2 . 77 m /h相 比较机速降低了 9个百分点, 主要由于调整气液比 降低了液相排量从而降低了螺杆的转速与输出功 率。Q2- 37井充气钻井累计钻进进尺 210 . 84m, 充气钻进平均机速 3 . 52 m /h , 与相邻井段常规钻 进平均机速 3 . 15m /h相比较提高了 11 . 75 。两 口井累计充气钻进进尺 231. 76 m, 平均机速 3 . 09 m /h, 机械钻速提高 38 , 实现了井壁稳定、 防漏、 气 /液体系的顺利转换, 但因冬季施工和设备充额 定气量的限制, 未达到预期 4 5m /h的机械钻速。 1 主要技术要点 1 . 1气相控制技术 所谓气相的控制主要是指充气 混气 、 脱气 过程的控制, 目的是为了使空气均匀地与钻井液混 和并能及时除气。 粘度的控制。控制粘度的关 键是调节好钻井液的液相粘度。如果粘度过低, 会 产生 气塞现象, 形成段塞流, 降低钻井液的携带 能力; 粘度高, 产生 气串 现象, 出现气液分离现 象, 气相的流动速度大于液相的流动速度, 导致体 系携带能力的减弱或根本带不出钻屑, 使施工无法 顺利进行。高粘度下, 会使脱气不完全, 泥浆泵上 水不好, 影响钻井液泵排量的准确计量, 从而引起 气液比控制的不准确, 导致密度的失控, 严重时甚 至无法正常施工。用 1 HS- 1 HS- 2调节钻井 液粘度在 38 45 s能满足施工要求。 使用表面 活性剂改善气 - 液 - 固界面张力, 使空气易于混和 均匀。 使用清洁剂使钻井液易于脱气。 使用 120目震动筛筛布, 强化固相设备, 特别是除泥器 和离心机的使用率达 90 以上, 严格控制固相, 以 有利于脱气、 混气和降低气液比。 1 . 2 气液比的调节 通过调节气液比来控制密度。一般情况下, 气 液比 10 38 1 , 密度控制在 0 . 50 1g/ c m 3。井 内密度的计算要考虑温度、 压力等因素对体系的影 响。目前, 有的高校和油田也开发出相应的密度模 拟软件, 便于现场操作。施工中应用吐哈油田自已 收稿日期 2008- 02- 19 作者简介 艾贵成 1972- , 男, 四川人, 工程师,油田化学专业。联系电话 0937- 3926134 第 13卷 第 2期 吐 哈 油 气 Vo. l 13, No . 2 2008年 6月TUHA O IL 保证所有固控设备的使用率达到 100 , 严格控制有害固相累积导致密度上升, 以达到欠平 衡钻井意义 表 1 2。 2 . 2 Q2- 37井 Q2- 37井是酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷窟窿 山构造带上的一口定向开发井, 完钻井深 4 825 . 00 m。Q2- 37井空气钻井段 1 628 . 77 1 798 . 42m、 2 129 2 170 . 19m, 总进尺 210 . 84 m, 充气钻进平 均机速 3 . 52m /h。 钻井液的维护与处理 充气前对基液进行预 处理, 通过机械和化学方法清除无用固相, 降低钻 井液密度至 1 . 12 g /cm 3 以下; 1 HS- 1 、 K- HPAN降低 API失水在 6 mL 以下; 用 0 . 5 CHM、 NW - 1 、 CaO按常规钻井液基液维护, 保护 钻井液的强抑制性。 钻井液充气液相的连续性 受到影响, 携带能力减弱, 提高坂土含量至 50 g /L, 粘度至 55 s , 动切力 16 Pa , 以满足携带能力的要 求; 固相控制为 80目振动筛使用率 100 , 除砂 器的使用率为 100 , 离心机使用率 50 , 控制固 相 8 , 含砂 0 . 1 ; 地层严重出水, 钻井液失 水由 6mL升至 13mL后, 转为常规钻进 表 3。 表 1 窿 12井充气钻过程 井段 m 段长 m 纯钻 m in 机速 m /h 钻压 kN 转速 rp m 泵压 M Pa 泵排量 L /s 充气量 m3/m in 气液比 环空当量 密度 g / cm3 机速对 比提高 2 086 . 8 2 087 . 70 . 92700. 79160368 . 5372410. 811. 044/ 2 087 . 7 2 116 . 028. 28 17350. 981605214480/1. 12/ 2 116 . 0 2 120 . 041721. 40160367 . 5332412. 121. 0442 . 68 2 120 . 0 2 208 . 088. 04 48051. 101605214480/1. 12/ 2 209 . 0 2 225 . 016671. 9 1. 43160368303016. 671. 01229 . 97 常规钻累计与平均116. 32 65401. 071605214480/1. 12/ 充气钻累计与平均20. 92 913. 9 1. 37160368////28 . 70 171第 13卷 第 2期 艾贵成, 等 充气钻井液技术在青西油田的应用 表 2 窿 12井充气钻钻井液性能 密度 g/ cm3 粘度 s PV mPa s YP Pa G1/G10 失水泥饼 m l/mm p H 含砂 固相 1 . 06 1 . 1035 407 105 91/2 3/53 . 5/4 0. 58. 5 90 . 27 16 表 3 Q2- 37井充气钻过程 井段 m 钻时 m in 机速 m /h 钻压 kN 转速 rpm 泵压 MPa 泵排量 L / s 充气量 m3/m in 气液比 环空当量密度 g /cm3 1 498 . 27 1 559 . 121 3002. 8140- 805319370/1 . 12 1 638. 30 1647. 391204. 5120539 . 5323015. 630 . 978 1 647 . 39 1 656 . 36975. 55120539 . 5283017. 860 . 959 1 656 . 36 1 676 . 795202. 361205614370/1 . 12 1 676 . 79 1 820 . 942 6403. 281606615370/1 . 12 1 825 . 13 1 844 . 302784. 141607010283017. 860 . 963 1 844 . 30 1 853 . 901344. 30160539253020. 000 . 953 1 853 . 9 1 863 . 541105. 26160538223022. 730 . 941 1 863 . 54 1 873 . 131314. 392006615370/1 . 12 1 873 . 13 1 882 . 751115. 20200538263019. 230 . 961 1 882 . 75 1 904 . 912834. 70200537253020. 000 . 953 1 904 . 91 1 921 . 132573. 79200537252416. 000 . 982 1 921 . 13 1 940 . 323203. 60200537251812. 001 . 001 1 940 . 32 1 978 . 746893. 352006314370/1 . 12 1 978 . 74 2 029 . 608153. 7420066153700. 001 . 12 2 029 . 6 2 067 . 368002. 732005352024 /3025. 000 . 971 表 4 充气复合钻简况 井段 m 段长 m 钻时 m in 机速 m /h 钻压 kN 转速 rpm 泵压 MPa 泵排量 L / s 充气量 m3/m in 气液比 环空当量密度 g /cm3 2 122 . 23 2 123 . 631. 4501. 688034 螺杆153600. 001 . 12 2 123 . 63 2 125 . 632. 0403. 0012034 螺杆153600. 001 . 12 2 125 . 63 2 127 . 632. 0274. 4416034 螺杆153600. 001 . 12 2 129 . 00 2 141 . 4112. 414301. 738034 螺杆5 . 5223022. 730 . 975 2 141 . 41 2 163 . 0021. 593653. 5512034 螺杆6223022. 730 . 975 2 163 . 00 2 170 . 197. 191802. 4016034 螺杆6223022. 730 . 975 表 5 Q2- 37井充气钻钻井液性能 D g/ cm3 Fv s Fl m l PY Pa PV mPa s G1/G2 Pa p H 固相 MBT g /L 1 . 13 1 . 1743 565 1214 227 124 8/6 1586 1045 50 在 2 122. 23 2 170 . 19 m 试验充气复合钻以 对比充气钻 表 4 5。充气复合钻比常规复合钻 机械钻速下降。由于旋转防喷器冷却系统电路故 障停止实验。 3 认识与结论 1窿 12井推覆体厚达 4 111 m, 应用充气钻 可大幅提高机械钻速, 大有发展空间。失败原因 受设备数量和能力限制, 311 mm井眼实际充气量 24 30 m 3 /m in与设计充气量 45 50m 3 /m in相差 较多, 主要靠调整降低液相排量提高气液比, 还不 能将环空当量密度降低到 1 . 0 g/cm 3 以内, 地层出 水严重。 2Q2- 37井充气钻井在第三系地层使用, 在调整钻井液排量满足携岩的同时, 增加充气量使 气液比达到 20 1以上。当量密度降低到 1以下, 机械钻速提高幅度可达到 23 . 49 , 最高达到 60 。充气复合钻进平均机速较复合钻进提高幅 度最高下降 9 , 主要由于调整气液比降低了液相 排量从而降低了螺杆的转速与输出功率。 3充气钻的优点 机械钻速提高 30 以上; 气 /液转化简单易行; 井壁稳定性好; 能充分发挥常 规钻井液的优点; 能有效解决井漏。充气钻的缺 点 钻具在碱性饱氧条件下腐蚀严重; 井径扩 大率较大。Q2- 37井在 2 175 2 275m井段井径 扩大率较大达到 30 。 172 吐 哈 油 气 2008年 4充气钻井液的流型模式、 气液比对流型与 携带的影响、 密度预测等还有待于进一步完善其机 理研究。充气钻不适于高寒地理条件施工。 5此次试验未完成在较高密度 1 . 30g/cm 3 以上 和相同参数与密度条件下, 常规钻井与充气 钻井的对比, 但从 Q2- 37井的施工过程看, 在较 高密度下, 充气钻以其对破岩、 携带、 流变性等的作 用, 仍能提高机械钻速, 其作用机理还有待于进一 步研究。 参考文献 [ 1] 余 晟, 李 黔, 康雪林. 充气欠平衡钻井环空气液固三相 流动力学分析. 钻采工艺, 2007 , 30 02 5- 6 , 43- 45. 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Aerated drilling can effectively tackle such technical is sues as plugging and wall- cake- building,anti- sloughing ,and gas- liquid system conversion etc . . Key words aerated drilling;low density ;cation ; Q ingxi oilfield 接第 169页英文摘要 Study and Application on Che m ical Extraction Technology of Drilling Fluid Jin Yanbo ,Zhang Aihua , Yang Dawe,i ZengWen, Zhang Xueqiang Research Institute ofExploration and Develop ment , Tuha O ilfield Company, Ham i 839009 , X injiang Abstract A new chem ical extraction used in drilling fluid sample processing and analysiswas introduced . This is to add a certain amount of extractant into drilling fluid sa mples to realize the separation ofwater and drilling fluid by high- speed centrifugalization ,then using chem ical volumetric analyzes dissolved ions and water type . Through analysis of large a mounts of samples ,this is proved to be good effective .So far there isn , t any processing and analysis on how to solve gelatinous drilling fluid samples ,and people are not able to know the properties and qualities of drilling fluid at anyti m e during drilling operation . Therefore them ethod fills up the gap . Key words drilling fluid sa mple ;extractan; t high- speed centrifugalization ;chem ical volumetric 173第 13卷 第 2期 艾贵成, 等 充气钻井液技术在青西油田的应用