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充气钻井技术在四川地区的应用 左 星 1 李发水 2 李 照 1 江迎军 1 1中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院2中国石油川庆钻探工程有限公司国际工程公司 摘 要 充气钻井技术作为欠平衡钻井技术的一个分支, 通过合理调节液气比进一步降低钻井液密度, 从而达 到降低有效液柱压力的目的。运用充气钻井技术不但能够及时发现和保护油气层, 同时还能够提高机械钻速, 解决 由井漏引起的井下复杂问题。近几年, 在四川地区开展了多口井的充气钻井试验, 成熟了工艺技术, 研究了充气钻井 参数的合理设置, 发现并认识了存在的问题, 总结了经验, 为充气钻井技术的发展奠定了基础。图 1表 1参 6 关键词 充气钻井 钻速 井漏 1 概述 四川油气田富含天然气, 具有很大的勘探潜能, 但由于天然气埋藏地层属于碎屑岩地层并具有低 压、 低孔、 低渗的特性, 钻进过程中不但存在严重的 漏失问题, 还极容易造成储层伤害。如 宜 13井在 沙溪庙井段钻井过程中漏失钻井液约 1500m 3; 威 117井 在 嘉 陵 江 组 钻进 过 程 中, 漏 失 钻 井 液 150812m 3, 清水 647151m3; 矿 3井在须家河、 嘉陵 江组钻井过程中, 漏失钻井液约 2000m 3; 以上现象 既消耗大量堵漏材料, 还花费大量时间, 延长了钻井 周期, 不利于四川气藏的快速开发。虽然气体钻井 能解决井漏并保护油气层, 但地层出水和井壁稳定 性问题限制了气体钻井技术在该地区的广泛应用。 在四川油气田, 针对地层漏失严重的问题, 从 2000年开始尝试了充气钻井技术, 并取得较好的效 果, 之后又在矿山梁、 威远、 平落坝等多个构造实施 该技术, 不但较好的解决了井漏, 同时提高了机械钻 速, 发现和保护了油气藏, 为该技术在四川地区的发 展与应用积累了经验。 2 充气钻井技术 21 技术优点 充气钻井是以常规泥浆或清水为基液, 将一定 量的气体 空气、 氮气、 天然气等 连续不断地注入 基液内, 使其呈均匀气泡分散于基液中, 从而有效降 低钻井液密度。该技术具有如下优点 能将钻井液密度控制在 05 09 g /cm 3 之间, 满足低压力层位的欠平衡钻井需要; 能大幅度提高机械钻速, 提高钻头进尺, 提 高钻机作业效率; 能及时发现并有效保护油气层; 成本较低, 环境污染小; 地层适用范围广。特别适用于易漏失、 低 压、 裂缝性、 低压低渗储层以及处于开发中后期的低 压枯竭储层。 22 配套设备 针对四川低压油气田的特征, 川庆钻探公司钻 采工艺研究院研制了 7 MPa、 105 MPa和 175 MPa 三个压力级别的旋转控制头, 既可满足低压地层的 需要, 还可保证异常高压地层安全作业的要求。同 时, 配套了专用节流管汇、 专用液气分离器以及空气 压缩机、 制氮机、 增压机等设备, 以满足充气钻井的 施工要求。 23 充气钻井工艺技术措施 1 气体注入方式的确定 充气钻井的注气方式可分为 立管注入法、 寄生 管法、 同心管法及连续油管注入法。在四川油气田, 充气钻井主要用于上部松软地层, 解决井漏问题, 由 于表层套管下入较浅, 采用寄生管法达不到充气降 密度的效果; 同心管法需要安装特殊井口装置, 连续 油管法工艺复杂, 都不利于在该地区推广应用。而 立管注入法工艺流程简单, 不影响井身结构设计, 能 作者简介 左星, 男, 1981年出生, 助理工程师; 毕业于西南石油大学油气井专业, 现在川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院欠平 衡钻井服务公司, 从事钻井工艺研究工作。地址 618300四川广汉中山大道南二段。电话 13551102865 。E- mai l zuox ing921 163 . com 59 第 33卷 第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 钻 井 工 程 降低整个循环系统密度。目前, 川内主要采用立柱 注入方式实施充气钻井, 其工艺流程图见图 1 。 图 1 充气钻井工艺流程图 2气液比的确定 确定合理的气液比, 有效控制钻井液当量密度, 使其低于地层破裂压力和孔隙压力, 从而达到解决 井漏、 发现保护油气层的目的。目前, 主要采用气液 两相流理论进行分析和计算, 计算模型见 1式 [ 1], dp dz g f 2 2 D d dz 1 式中 dp dz 流动压力梯度, MPa/m; d dz 速度梯度, 1/s ; f 多相流混合物流动摩阻系数, 无因次; 流体密度, g/c m3; 流体上升速度, m /s ; D 管径, mm; g 重力加速度, m /s 2。 另外选择合理的气液比还应考虑增压机实际工 作能力。 3充气钻井液性能控制 充气钻井液性能应具有较好的携岩性, 确保携 岩顺畅, 井内清洁; 应尽量与气体均匀混合, 同时便 于气液混合相有效分离。现场主要通过钻井液粘度 进行控制, 一般漏斗粘度控制在 40s 45s即能满足 施工要求。粘度过低, 会产生 气塞 现象, 形成气 柱, 降低钻井液携岩能力; 粘度过高, 会使脱气效果 不好, 造成泥浆泵上水效果差。 另外, 还应提高钻井液抑制性, 防止泥页岩水化 造成井壁失稳。 24 现场施工要点及措施 1充气钻井过程中, 井内流体为非线性两相 流, 在井底气泡处于压缩状态, 随着流体向上运动, 气体逐渐膨胀, 形成弹状流, 具有很大能量, 对地面 设备有很大冲击作用, 使其剧烈振动, 容易造成设备 连接处松脱, 导致事故发生。因此, 在施工前必须将 设备固定牢固, 防止设备因剧烈振动带来安全隐患; 钻井过程中, 定时检查设备连接处是否牢固, 避免事 故发生。此外, 可根据地层破裂压力、 孔隙压力及携 岩效果, 在井口施加合理的套压值, 减小气体膨胀 率, 从而减小气柱对设备的冲击作用。 2由于钻井液中混有大量注入气体, 且在井 筒内分布不均匀, 尤其停止循环后气体会滑脱造成 气液不均匀返出, 循环罐液面会有较大波动, 因此不 能仅通过液面变化判断地层是否出气, 必须加强对 钻速、 立压、 套压和全烃值等参数的实时监测, 发现 异常及时按四 七 动作关井处理。 3实钻过程中如出现钻井液携岩效果不好, 可采用高粘钻井液进行循环排砂, 以达到清洁井眼, 减小沉砂卡钻几率的目的。 3 充气钻井技术在四川地区的应用 效果 31 解决低压易漏地层的井漏问题 四川威远构造上部地层由于受到地表水的渗 透、 溶蚀, 属于易漏失地层, 在常规钻井过程中, 由于 液柱压力较高, 极容易发生井漏, 如威 117井在嘉陵 江组18m 486m 钻 进 过 程 中, 漏 失 钻 井 液 150812m 3, 清水 647151m3, 造成大量损失。而威 寒 1井在井段 47m 486m、 1301m 2068m 实施了 充气钻井, 使两井段漏层共漏失清水 1071m 3, 减小 了钻井液漏失量, 节约了成本。 矿 2井属于四川矿山梁构造, 该构造上部地层压 力系 数仅 07 , 属 于低压 易漏 地 层。钻 至井 深 13199m时发生漏失, 同时造成了严重的井下复杂情 况, 在飞仙关组 13199m 153527m作业周期达到了 111d ,进尺仅 215m, 由于进度缓慢, 从 153527m开始 至固井井深 1901m实施了充气钻井技术。充气参数 注气量 25 40m 3 /m in , 钻井液排量 25 30 L /s , 使 钻井液当量密度约为 07g/cm 3, 有效控制了井漏, 确 保了钻井作业的顺利进行。 32 大幅度提高机械钻速, 缩短钻井周期 广探 1井位于四川盆地广安构造南部高点构 造, 邻井在上部井段沙溪庙 自流井实施常规钻井 时, 出现了因水化膨胀井眼失稳, 提高钻井液密度后 又伴随严重井漏的情况, 因此在广探 1井沙二 须 家河井段设计采用充气钻井技术。 该井沙溪庙 自流井井段井眼尺寸 311mm, 地 60 钻 井 工 程 天 然 气 勘 探 与 开 发 2010年 7月出版 层压力系数 11 , 钻井液基浆密度 11g/cm 3, 通过合 理调节充气参数 注气量 50m 3 /m in ; 排量 35L /s; 钻 井液当量密度调整为 095g/cm 3, 同时控制钻压为 270kN, 转速为 70rp m 进行充气钻进, 使机械钻速得 到有效提高, 并减少了钻井液漏失量, 达到了快速钻 进的目的。 表 1 广探 1井充气钻井井段与常规钻井井段钻速对比 层位 充气井段 m 充气量 m3/m in 钻速 m /h 常规钻井井段 m 钻速 m /h 钻速提高率 大安寨1500 1590503901490 1500123217 珍珠冲1723 1793502621793 187215371 33 发现和保护油气层 平落 012- 2井属于四川平落坝构造, 在一开钻 井过程中, 由于严重漏失造成无法实施正常钻井作 业, 而选择了充气钻井技术。在井段 3687m 1600m, 井眼尺寸 311mm, 钻井液排量 25L /s , 钻井液 基浆密度 12g/cm 3, 注气量 45m3 /m in, 充气钻井液 当量密度约为 10g/ c m 3, 低于设计地层压力系数 123 , 钻至井段 609m 610m 发现气显示, 后经测井 确定, 该层位为含气层。 4 结论 通过四川地区充气钻井技术现场试验与应用, 对该技术的现场实施效果有了充分认识, 得出以下 结论 1充气钻井技术可以将钻井液密度控制在 05 09 g /cm 3 范围内, 适用于低压、 低孔、 低渗、 低产油气藏, 能及时发现和保护油气藏, 还能适用于 压力敏感性地层, 有效避免井漏带来的损失, 特别是 当常规钻井钻井液循环当量密度大于地层破裂压力 系数, 发生严重漏失时, 充气钻井技术解决井漏的效 果更加明显。 2通过对钻井液进行充气, 降低钻井液的当 量密度, 减小液柱压力对地层岩石的压实作用, 使机 械钻速得到有效的提高, 达到快速钻进的目的。 3运用充气钻井技术能够提高机械钻速, 解 决井漏问题, 减少因井漏造成的处理井下复杂的时 间, 缩短钻井周期, 降低钻井综合成本。 参考文献 1 李颖川 采油工程 [M ] 北京 石油工业出版社, 2002 27- 31 2 董振涛, 刘天奎 胜火 201井充气钻井技术实践与认识 [ J]吐哈油气, 2006, 11 1 75- 77 3 施德友, 杨景利, 张斌, 等 王古 1井防漏防溢充气钻井 液技术 [ J]天然气勘探与开发, 2005 , 284 46- 49 4 徐英, 魏武 空气充气钻井技术在矿 2井的应用 [ J]天 然气工业, 2004 , 23增刊 70- 72 5 周英操, 王广新, 赵德云, 等 充气钻井技术在大庆油田 的应用 [ J], 2006 , 9, 51- 54 6 艾贵成, 穆辉亮, 王卫国, 等 充气钻井液技术在青西油 田的应用 [ J]吐哈油气, 2008, 132 170- 173 修改回稿日期 2009- 09- 07 编辑 景岷雪 61 第 33卷 第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 钻 井 工 程 no . 3, pp. 55- 58, 7/25/2010 ABSTRACT In this study ,co mbined with the geological characteristics ofnortheastern Sichuan Basin,a comprehensive review to casing progra m is presented, which is used by Sinopec in exploration and development in recent years . M oreover ,the exploration and practice of opti m izing casing program are also illustrated based on deepening understanding of geology . Suggestions are given to the existing problems . KEY WORDS northeastern Sichuan Basin,casing program, casing design APPLICATI ON OF AERATED DRILLING TO SICHUAN AREA ZUO X ing 1, LI Fashui2, LI Zhao 1 and JIANG Yingjun 2 1 .CCDC Drilling 2 . CCDC InternationalLtd. .NATURAL GAS EXPLORATION the progress thathas beenmade in the study area is summarized;and the shortcomings and future directions are also pointed out . KEY WORDS hydrate ,surfactant ,for mation speed ,gas storage volume ZW ITTERIONIC ACID- THICKENER HUANG Zhongyao 1, WANG Yujie2 and ZHANG Tailiang 3 1. Research Institute ofO ilProduction, Sinopec Jianghan O ilfield ;2 . H igher Vocational and Technical Schoo, l SouthwestPetroleum University ;3 . School ofChe m istry and Che m ical Engineering, SouthwestPetroleum University.NATURAL GAS EXPLORATION DEVELOPMENT.v . 33, no . 3 , pp . 67- 69, 7/25/2010 ABSTRACT Adopting AM as the mainmono mer ,cationic mono mer DMDAAC and anionic mono mer AMPS as the auxiliaries , ternary copolymerization has been i mplemented and then an acid thickener is obtained. D issolving 2 . 5 thickener in 15 hydrochlo ride ,it is found that the thickener has good solubility . At 90 ,its ther malstability is over 60 . W hen the system te mperature is be lo w 90 ,apparent viscosity of the thickener is over 20mPa s . W ith temperature increasing ,its descent rate is significantly lower than that of PAM,and the shear stability is over 80 , which is much better than that of PAM. The thickener has good retardative property , which can i mprove the acidizing effect . NATURAL GAS EXPLORATION DEVELOP MENT /July, 2010