完善充气泥浆钻井工艺技术的探讨.pdf

石抽 钻井工 程 第3 誊 第3 期 l 。 q 6 年 完善充气泥浆钻 井工艺技术的探讨 ，、 7 ． 摘要 丰 文对克气泥浆钻井工艺与灾平衡钻井技术的有机站台进行 了探讨， 通过提高克气泥浆的气蔽 比． 改善 了克气泥浆曲惶能， 从而进 一步完善了充气泥策钻 井工 艺技求的醑究． 主 题词 坚 竺 段基 流 ， 钍 寸 z 言 r E 2 和 ／， | 充气泥浆钻井工艺技术在 8 0年代束已取得突破性进展， 并在石油锆井工程中发挥了 积极的作用，但 由于 当时条件的限制，尚存在一些技术问题有待于进一步解决和完善， 通过近几年的研究发现 ， 欠平衡钻井与充气泥浆钻并技术的有机结合， 将使其更趋完善． 技术优势得以充分发挥，从而产生更大的经济效益。 充气泥浆钻井现存 的问题 自 1 9 8 8年开 始 ，我 院与西南石油学 院合 作研究 充气泥 浆钻井 技术 。在 理论研究及室 内试验的基础上 ，完 成 了 5口井累计进 尺 1 3 3 3 ． I B m的试验 ，平均 机械 钻速提 高 4 5％， 取得了满意的效果 ，实践证明利用充气泥浆钻井技术能有效地降低泥浆液柱压力，当量 密度也可连续调整，基本上能满足平衡钻井的要求．但从总体来看，该技术还存在着以 下几个 方 面的 问题 ① 井 口设备 不完 善 ，采用 G R A N T旋 转头 ，承 压 范围小 。 ⑦ 井 口回压不能控制，造成环空流型变化较大 ，钻井液性能难于控制。 ⑦ 空压机排量不足，影响了技术优势的发挥 。 ④ 完井工艺不 配套。 解决充气泥浆钻井问题的方法 欠平衡压力钻井是 8 O年代初期发展起来的一种新型钻井工艺技术。 该技术主要用于 低压油气资源的勘探与开发 ，目的是发现和保护油气层 ， 提高钻井速度， 降低钻井成本， 提高油气田勘探开发 的综合经济效益。 在欠平衡压力钻井中，井口始终有一定的回压 ，进行测井和下套管作业时需使用专 用的防喷盒配合旋转防喷器来完成 。液压节流阀用来控制井 12 1 压力，确保欠平衡钻井工 艺实施过程中井口压力 的稳定。欠平衡钻井普遍使用 Wi l li m a r s T O 0 0型旋转防喷器，其 一 维普资讯 第 , t／ 第j 期 t 9 9 6 年6 月 石 油韶 井工 程 承压 能力 为 2 1 MP a。 充气 泥浆钻井技术与欠平衡钻井装备配套使用，利用其井 [ 】 设备控制钻井过程中的 回压，使环空多项流型平稳 ，携岩能力提高，同时利用充气泥浆不改变钻井泥浆性能的 优点， 来弥补欠平衡钻井的不足， 适当调节充气泥浆的气液 比，控制一定的井 口回压，可 平衡地层压力， 解决 了充气泥浆钴井的完井问题，使充气泥浆钻井效果趸加完善。 】 选择充气泥浆气液比的理论依据 理论分析及设计表明气液比在 1 113 0 l 时，充气泥浆在环空呈气泡流和段 塞流两种流型，此 r 的流型比较有利于携带岩屑。E t 本石油株式会社一般将充气泥浆钻 井中的气液比控制在 l 1l一1 2l 之间， 美国 MA G C O B A石油公司将充气泥浆钻井 中气液 比控 制在 2 0 1～3 0 1之间． 我们在火烧山进行充气泥浆钻井试验中调节充气泥浆气液 比为 5 1，这样环空下 部为气泡流，上部 为段塞 为保持泥浆性能的稳定性和携岩能力，应尽量使空气在 泥 浆中混合均匀，以减小段塞流的影响。在无井 12 1 回压控制的充气泥浆钻井中银难完全清 除段塞流， 通过现场试验发现在充气泥浆钻井 中减 段塞流的有效方法是 ①适当提高泥 浆粘度；④尽量缩短接单根时间．前者可阻滞气体在泥浆中的上窜和聚集 ，后者从B 寸 间 上可限制气体上窜和聚集。因为泥浆粘度的提高影响着泥浆性 能的变化 ，且降低了机械 钴速，所以提高泥浆粘度和缩短接单根的时间都是有限的。 在充气泥浆钻井流体参数设计中，我们对气液两相流体在井眼中作一元稳定流动进 行了分析，由于井深 不同，流体所处的热力学状态也不同，因此气液比、泥浆密度、井 口回压对设计参数 中注入压力、井底静压力、动压力等参数的变化特别敏感。段塞流段 过长，流体返回地面时 ，携屑可能出现间断性。 根据充气泥浆钻井工程的特殊情况 在地层压力允许的条件下，要求充气泥浆在钻 柱内为气泡流，在环空中主要为气泡流、段塞流。 2 计算实例 为了验证井 口回压对流型的影响，以火烧山 HI l 1 O 井 为例 ，说明试验参数与计算结 果基本吻合， 见表 1． 衰 1 设计参数计算 结果 输计算参鼓 鼍层 压力系数 O 9 S 套营 内径 c 2 2 1 4 井 口温度 ℃’ 2 s 泥浆密 度 g ／ c a 1 O 5 钻杆外程 l 2 7 O 井 底沮度 ℃ 6 0 井 深 1 3 5 4 钻杆内径 c c _ I 1 0 O 机 槭钻遣 啊 I t , 5 7 7 泥浆幕捧量 L ／ s 2 1 4 钻铤外程 c 田 5 9 O 喷嘴当量直径 c 皿 1 ． 6 0 空气 幕捧量 c L ， s 1 0 O 钻铤内径 c 皿 5 7 O 回 压 M P a 0 ． 1 0 精 出 汁 算 结 果 设计空气 捧量 L ／ s 1 0 0 i ￡ 压力 I I P 1 7 2 8 岩 屑返 时 枉i n 3 2 6 井底静渡拄压力 M P I l 2 5 9 珲空摩臣压力{ I Ⅱ ’ t 0 ． 3 4 井底藏 动压 力 M P a 1 2 ． 9 3 首内摩阻 压力 ‘ 2 O 3 维普资讯 闻强 完 善充 气 泥 浆钻 井 工艺 技术 的 探讨 续 表 1 流型 井 深 c 气液比 } 『 {}压 1 流 压 P a 桁 度 g ， c m ’ 逅遥 m ， 段 塞沛 o 0 0 4 9 2 0 ． o 0 j 0 o 1 8 6 3 9 段塞 诚 5 I ． 5 2 】5 7 o ． 1 4 s 0 0 5 3 2 I 段 塞流 9 5 9 o 0 8 5 o 2 7 o 8 0 O 6 6 1 4 5 段 塞流 3 6 0 9 o ． j 8 o 5 6 }t 0 ， 2 ； 气泡 流 I I 2 0 O 4 4 O 8 1 4 0 0 ． 8 6 1 ． 1 3 气 泡流 3 0 5 7 9 0 2 3 2 0 8 2 6 0 扎9 3 0 ． 9 6 气泡 流 4 3 3 1 B O 1 5 3 3 J g 0 ． 9 7 O 9 O 气 泡流 5 d 0 0 0 5 i 0 5 4 1 0 ． 9 1 1 0 2 0 8 2 气 泡流 1 2 7 3 3 5 0 0 5 1 7 6 】 2】 t 1 0 2 1 1 3 气泡 漉 】 2 5 4 0 O 0 5 1 2 ． 5 9 】 2 9 3 1 D 2 】 1 ， 由此表可以看出在较低的气液比下 ，段塞流为 L 3 6 m，返速也较低 改变气液比和井 口回压，其它参数不变， 计算结果见表 2 表 2 改 变气 液 比和 回压 后 的计算 结 果 输计算参数 地层 系数 0 9 5 套 管内往 c c 口 2 2 2 d 阳 度 ℃ 2 5 泥浆崭废 c g c m J I c 钻 打外往 c c l j 】 2 7 0 卅 底温度 ℃】 6 0 J I- 撵 ～ m I 3 5 4 锚扦内径 m 】 1 1 0 0 机 械钻速 m ／ h 8 8 涅桀泉 卅量 n， s 1 2 5 钻 铤外往 c m l j 5 9 0 喷嘴当量 直往 f c Ⅲ 】 】6 O 空 泉排量 f L s J 3 0 钻 铤 内径 c m 】 5 7 0 回 压 M 】 1 0 O 输 出 结 果 设讣 空气 排量 L ／ s 3 0 0 注人 压力 M P 日 】 I 2 4 6 岩屑 返时 m 【 n 2 d 9 ．q - J 静 液柱压力 a 】 1 4 3 环 空摩阻压 力 t P a I 2 6 仆底流 动压 1 2 7 1 管 内摩阻压力 M 2 8 6 洫型 井课 m 气 渡比 静 压 M P a 流 压 M P a 密度 g ／ c m ’ 返 建 m ／ s 段塞 流0 0 0 1 2 6 3 0 0 O 0 1 O O O 7 1 7 1 9 矬 塞流 4 g ． B 3 1 2 0 5 l 4 O O 5 g 1 9 4 段 塞流 9 6 5 6 0 9 l 0 2 9 1 7 0 0 6 3 1 7 4 段 塞流 2 2 6 0 2 O 5 i 】 ． 4 9 2 9 0 0 7 5 】3 8 气 泡流 3 g 2 q O O 4 6 1 ． 7 9 3 2 O 0 7 9 1 3 4 气 泡流 4 4 6 0 8 O 3 3 3 ． 0 1 q 4 O O B 6 】2 2 气 泡流 5 8 4 2 4 0 2 6 4 ． 2 2 5 6 O O 8 9 】 I 5 气 泡流1 2 1 6 0 9 O 1 3 I O 1 2 1 1 3 7 O 9 5 1 4 3 气 } 乜 1 3 5 4 D O D 1 2 1 1日 3 1 2 ． j D 9 6 1 4 1 从表 2中看出，将气液比提高到 1 2 1 回压增加到 1 MP a，流动压力下降，注入压 维普资讯 ／ J { j气； 包衙 段的 长度 f 降 州段 寒流 K度将 夫幅度 增加 石 油 砧 井 L 程 雎 摩瀛段 K度 提 高气 液 比，井底 静压 力 、流 动压， ‘ J 、当量 密度等 参数均右 所降低 ，这些 参致的变 化对提高机械钻速和平衡地层压力起着积极的作用 ．而段塞流长霞的增 IJ 0 则对流体 携 弱 能力有一定 的影 响 3调节充气泥浆气液比和段塞流的办法 在 觅气泥浆 钻井 中 ， 于环空 为多 流体 ，具 柏 可压缩性 ，因此 回压 的变 化 刊蕾 、 垒内流幽的变化 ，从 而导致井底 流动压力 的变 化， 以 H1 1 1 0 为例 在程 序 中代 几 组 不同的回廿 主 值 ．得 出以下结果 表 3增 加井 口 回压 和气 液 比对 其 它参 数 的影 响对 比 井 口回 气 比 段 塞旒长度 弗鹿 静 力 波动 j 当量帘腰 H P 8 口 { P a J g 口 1 1 6 1 2 9 3 l 0 2 L 1 2 l 4 3 0 3 0 ， 2 】 1 3 9 0 9 8 1 2 7 1 5 b 3 9 1 3 8 ‘ C 9 9 2 0 0 { J ] 这 3个 表进 行对 比可 以看 出 ① 升 口回压对 注入压力 的影响太 而气 液 比次之 ② 气液 比对流 动压 力的影响大， 而井 _ lj 同压 次之； 随着井 I j旧压的增加 ．外底 静 力、注人 压力 、流动压 力增 加 ，段塞流长 度逐 渐 城小，当井 口回压增大 到 3 MP a时 ．段 塞流 长度 为 0 练上 所述 ， 提 高 气液 比， 增加井 口回压能够 降低段 塞流的 长度 ，在 现场使用英格索 兰 公司生产的螺 杆空压机 、单套设备 可提 1 _{ } 2 5 m mi n的气 量 ．能将 气液 比提高到 l 6 1． 旦配台回压控 制 可以改善 流型，降低静压 、流压 ，减少段塞流 ，提高机铖钻速 结 论 由于在 以前的充气 泥浆钻井 试验 中．回压难 以控制 ，仅 依靠适 当调节泥浆粘 度和缩 短接单根时问 去减 少段塞 流的长度 ，范嘲很小 通 过理论研 究及实践 得 出结 论如 r D 若在欠平衡 钻井 中应用 充气泥 浆钻 拧技 术 ．使 用液 压节流 阀，控制 一 定的 回压 ． 口 j 大夫减少段塞 流长度 ．消除段 塞流 的一 利影 响 ② 机械钻速提 高的幅度 与气液 比及井 底压差有 关 ，气液 比增 加 ，井底压差 降低机 械钫速增加 ③ 欠平衡钻井工艺装备中，普遍使用 Wi l 1 ] ma r s T O 0 0型旋转防喷器 液压节流阀和 测 井及 下套 管 没计 的特殊设 备．满足 了钻井 和完井工艺 的要求 。 下 转 第 1 9页 1 维普资讯 第3 岳 2 1 9 9 6 午 月 石 油 钻 井 工 程 1 9 9 4年 有所 上升 ， 整个 1 9 9 4年比 1 9 9 5担结 算费用在 】 0 0 0元／ m 下 的进 尺多 5 [ t n 如果 】 9 9 5年结算单 位费 用在 l 0 0 0元 m l I F的进尺 再增加 1 0万 1 I I 那么 1 9 9 5年 j 综合 单位费用将 下降 3 4 0元 ￡ 9 ． 其它方面 ① 根据环保要求，荦井完井后必须回填污水池，即进行地貌恢复 ，根据井深和离基 地距 离的Z 同，制 订不 同的价格标 准，最低 的是浅井 3 0 0 0元 井 ，最高的近 1 0 0 0 0元， 井 全年共花迂 i 5 O万元 ② 6 0 MP a的采油树 、 】 9 9 4年未用 只 ③F正规套 管头 ． 1 9 9 4年 只用 只 ， 5 9 3万元 深井全 用正 规套 管头 j 1 9 9 5年用 i 5只 ，共 增 口1 3 0多万元 1 9 9 5年 用 1 9只 多用 1 8只 ，共增 费用 ④ 防蜡油管 ， 1 9 9 4年未用 、 1 9 9 5年 石西使 用 】 4 0 0 m／ 井 共用 】 9 6 0 0 m ，比用普通 汕管多耗 资 1 6 2 ． 7万 元 ⑤ 开发井气测 、综 合录井仪的使用 增加 ，石 西深 井全部使用 气测 和部 分使用综台 录 井 仪，多耗 资 1 8 0多万元 ⑥引进仪器 测井 项 目增多 ， 1 9 9 4年 3 7 0 0、 C S U 、 MAX 一 5 0 0测井 不到 】 O 0万 兀 ．而 l 9 9 5年石 西的 井中途和完井全部 使用 引进仪器 测井 ， 耗 资达 】 7 0 4 ． 6万元 ，比 1 9 9 4 年多耗 资 l 6 0 0多 万元 ⑦ 部 分井 的表 层套管加深并改大尺 r 1 9 9 4年 所钻井的表 层基本 上都是在 2 9 0 m 以内，表层套管 尺寸一 般是 G2 7 3 r r ． m 或9 3 2 4 4 5 mm 直径 的 而 】 9 9 5年石 西的表层套管 下 深都是 近 5 0 0 m ，且 因下技术套管 表层 套管 的尺 寸都 是9 3 3 3 9 7 m n 火烧 山几十 【 j 井 【 三 采用直径 03 3 9 ． 7 mm 的表层套管 ，仅石西 开钻 1 8口井 ，就多耗管材 费 3 0 0多 万元 ，火烧 t l f 多耗 l 0 0多万元 。 小 结 通过 以上分析 可 以看出 l 9 9 5年的结算 成本高 是有 其客观原 因 的， 是 随着市 场经济的 变化和油田的发展而发生的正常变动， 不属于管理 问题。 l 9 9 6 年的预算费用将低于 l 9 9 5 年 ．固本油 田的开发区块又有了新的变动 责 任编 辑 杜 青 才 土接 第 1 5页】 与 欠平衡 钻井 工艺 的结 合，完善了充气 泥浆钻井 技术 ，充分 发挥 此项 技术的优势 饥撤钻速可以得到太幅度的提高，在低压油气层领域将能发挥更大的作用 责 任 编辑 陈德 山 维普资讯