氣體鉆井遇地層出水時(shí)的充氣鉆井技術(shù)

摘 要

摘要：氣體鉆井在我國(guó)油氣田勘探開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景，但是川東地區(qū)多個(gè)構(gòu)造實(shí)施氣體鉆井過(guò)程中，存在地層出水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了氣體鉆井的順利進(jìn)行，不得不改用充氣鉆井。充氣鉆
摘要：氣體鉆井在我國(guó)油氣田勘探開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景，但是川東地區(qū)多個(gè)構(gòu)造實(shí)施氣體鉆井過(guò)程中，存在地層出水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了氣體鉆井的順利進(jìn)行，不得不改用充氣鉆井。充氣鉆井技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①井壁穩(wěn)定性差，易引起垮塌卡鉆；②地層出水可能與井漏同存，氣液比值難以確定；③環(huán)空液柱壓力降低，帶砂效果差，易導(dǎo)致沉砂卡鉆；④淺層天然氣易引起井下燃爆。通過(guò)分析上述難點(diǎn)，結(jié)合充氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性地提出了充氣鉆井過(guò)程的主要技術(shù)措施：①鉆井液維護(hù)處理技術(shù)；②井漏處理技術(shù)；③參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)等。在川東地區(qū)3口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明：推行所提出的充氣鉆井技術(shù)措施，能有效避免井漏、提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期，為川東地區(qū)遇地層出水情況下的氣體鉆井積累了經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：四川盆地東部；氣體鉆井；地層出水；充氣鉆井；井壁穩(wěn)定；氣液比；鉆速；井漏
   氣體鉆井以氣體為循環(huán)介質(zhì)，以欠平衡方式鉆進(jìn)，具有許多不可替代的優(yōu)點(diǎn)，例如：直觀、及時(shí)無(wú)遺漏地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層、獲得高的單井產(chǎn)能、大幅度提高鉆速、有效控制井漏、防止井斜、減少環(huán)境污染和克服泥頁(yè)巖水敏性坍塌。在我國(guó)油氣田勘探開發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，在四川盆地川東地區(qū)多個(gè)構(gòu)造實(shí)施氣體鉆井中，發(fā)現(xiàn)地層出水，嚴(yán)重影響了氣體鉆井的順利進(jìn)行。在鉆遇地層出水時(shí)，我們探索了充氣鉆井技術(shù)，在一定程度上解決了井壁穩(wěn)定及防卡問(wèn)題。通過(guò)川東地區(qū)3口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了良好效果。
1 地層出水對(duì)氣體鉆井的影響
   由于空氣不能攜帶井眼穩(wěn)定添加劑，所以不能直接用空氣鉆穿不穩(wěn)定地層。當(dāng)鉆遇飽和水層，粉塵會(huì)變?yōu)槎稳Ｓ捎谝后w在環(huán)空的出現(xiàn)，會(huì)潤(rùn)濕水敏性頁(yè)巖，這會(huì)導(dǎo)致井塌卡鉆。而且濕巖屑會(huì)粘附在一起在鉆桿外壁上形成泥餅環(huán)，不能被空氣從環(huán)空中帶上來(lái)。當(dāng)其填充環(huán)空時(shí)，會(huì)阻止空氣流動(dòng)并產(chǎn)生卡鉆。而且隨著這些間歇的空氣大段塞沿著井眼向上運(yùn)移，還會(huì)堵塞地面設(shè)備并且對(duì)井壁產(chǎn)生不穩(wěn)定性效應(yīng)[1～3]。
1.1 地層出水流量劃分
    1) 小流量：地層出水量低于0.477m3/h。
    2) 中等流量：出水量0.477～7.95m3/h。
    3) 大流量：出水量大于7.95m3/h。
1.2 不同出水量處置
    1) 中等水量發(fā)生巖屑結(jié)團(tuán)的危險(xiǎn)性較小，但是對(duì)于存在水敏性不穩(wěn)定地層的井，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的井塌。其最明顯的表現(xiàn)是注入壓力升高，鉆屑突然停止上返，鉆速降低，繼續(xù)注入氣體，排出管出口出現(xiàn)液體。處理方法：加入泡沫劑，變成霧化鉆井。
    2) 大水量危險(xiǎn)性較大，最明顯的表現(xiàn)是注入壓力明顯升高，鉆屑突然停止上返，鉆速明顯降低。處理方法：加入泡沫劑，變成泡沫鉆井或轉(zhuǎn)為用鉆井液鉆井。
    3) 地層小流量出水。這是最危險(xiǎn)的情況，因?yàn)樽銐虻纳倭康乃畬r屑黏結(jié)在一起，會(huì)在鉆桿上形成泥包，引起井眼縮小、循環(huán)阻力增大、卡鉆等復(fù)雜情況的發(fā)生。判斷方法：空氣鉆井時(shí)，如果上返鉆屑量減小，空氣壓力慢慢增大，鉆屑變大，鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩增大，上提、下放鉆具有阻力，就說(shuō)明了遇到小水層。處理方法為加大氣量[4～5]。
2 充氣鉆井主要技術(shù)難點(diǎn)
    1) 井壁穩(wěn)定性差，易引起垮塌卡鉆。與常規(guī)鉆井液鉆井比較，充氣鉆井液降低了環(huán)空液柱壓力，極易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)垮塌。充氣鉆井過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)井壁穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，防止出現(xiàn)井下復(fù)雜。
    2) 地層出水可能與井漏同存，氣液比值難以確定。不同的氣液比值對(duì)應(yīng)不同的環(huán)空液柱壓力，要壓穩(wěn)地層水，就必須提高鉆井基液排量，提高充氣鉆井液密度，就容易引起井漏，導(dǎo)致井下復(fù)雜。因此，要合理調(diào)整氣液比值，保證鉆井作業(yè)連續(xù)施工。
    3) 環(huán)空液柱壓力降低，帶砂效果差，易導(dǎo)致沉砂卡鉆。
    4) 淺層天然氣易引起井下燃爆。油氣顯示也是影響氣體鉆井以及充氣鉆井進(jìn)行的關(guān)鍵因素，只要壓縮空氣中的氧同烴液或天然氣混合，就極易燃燒或爆炸。
3 充氣鉆井技術(shù)措施
3.1 鉆井液維護(hù)處理技術(shù)
    1) 根據(jù)井下情況，在地面泥漿罐中配制好充氣基液備用。根據(jù)井下實(shí)際情況，充氣基液用清水或聚合物鉆井液。充氣鉆井過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)充氣基液性能、基液量的變化情況，及時(shí)調(diào)整注氣注液參數(shù)，并根據(jù)性能，加入預(yù)水化膨潤(rùn)土漿、聚合物膠液對(duì)充氣基液進(jìn)行維護(hù)處理，確保鉆井安全。正常情況下，及時(shí)檢測(cè)鉆井液性能，維護(hù)處理后或非正常情況下，應(yīng)加大性能監(jiān)測(cè)頻率。
    2) 若充氣鉆井中出現(xiàn)攜砂不良，可采用增大基液排量、提高基液黏度等方法來(lái)進(jìn)行處理。充氣鉆井時(shí)鉆井液應(yīng)具有良好的防塌能力。如果鉆井過(guò)程中地層出現(xiàn)較嚴(yán)重坍塌，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，在保證不漏失的前提下，適當(dāng)增大注液量，提高攜帶效率，清潔井眼。
    3) 若出現(xiàn)井漏：適當(dāng)增大注氣量，降低注液排量，以降低充氣鉆井液當(dāng)量密度；在鉆井液中加入適量堵漏材料，控制鉆井液漏失量；若鉆遇異常低壓漏層，采取上述措施不能有效控制井漏，則必須停鉆堵漏。
    4) 如井下出現(xiàn)嚴(yán)重復(fù)雜情況，應(yīng)及時(shí)停止充氣鉆井，轉(zhuǎn)為常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)。
3.2 井漏處理技術(shù)
    加強(qiáng)液面觀察，根據(jù)鉆井液返出情況，逐步摸索氣液比值范圍，探索安全鉆井的充氣鉆井液密度窗口。
    1) 提高鉆井液排量，未發(fā)生井漏時(shí)，觀察帶砂及地層出水情況，確保井下安全。
    2) 發(fā)生井漏時(shí)，如果井漏未失返，就調(diào)整氣液比，或者邊充氣鉆井邊回注。井漏失返，不能建立循環(huán)，漏水、漏砂同存時(shí)，繼續(xù)采用充氣鉆井強(qiáng)鉆。如果水源有限，增加注氣量，降低注液量鉆井，或堵漏后再充氣鉆進(jìn)。如果漏水不漏砂，堵漏后繼續(xù)充氣鉆井。
3.3 參數(shù)設(shè)計(jì)原則
    充氣鉆井液是指壓縮氣體和泥漿的混合體。充氣介質(zhì)用壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)。以保證裸眼井段的循環(huán)當(dāng)量密度低于地層漏失壓力當(dāng)量密度、裸眼井段的當(dāng)量循環(huán)密度不致太低，防止該井段發(fā)生垮塌，鉆遇顯示時(shí)控制溢流量。
3.4 其他技術(shù)措施
    1) 繼續(xù)執(zhí)行氣體鉆井相關(guān)的安全操作技術(shù)規(guī)定，確保井下安全及人身安全。
    2) 加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)及錄井檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣顯示意，并切實(shí)搞好防火、防爆工作。
    3) 強(qiáng)化鉆具檢查，認(rèn)真記錄好鉆井參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析處理，避免鉆具事故。
    4) 優(yōu)選鉆頭類型，延長(zhǎng)單只鉆頭純鉆時(shí)間，減少起下鉆次數(shù)，爭(zhēng)取快速穿過(guò)復(fù)雜層段。
4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及其效果
4.1 G005-H2井
    該井在侏羅系沙溪廟組-三疊系嘉陵江組地層鉆進(jìn)中井漏嚴(yán)重，且多產(chǎn)水。G005-H2井進(jìn)入沙溪廟組地層，在井深391.0 m完成Φ339.7mm套管固井后，就開始實(shí)施氣體鉆井。氣體鉆井僅鉆進(jìn)1m(井深392.00m)就發(fā)現(xiàn)巖屑潤(rùn)濕，循環(huán)觀察，出口有線狀水流出。繼續(xù)鉆進(jìn)至井深395.00m，出口有股狀水流出，出口流量20～25m3/h。決定轉(zhuǎn)為充氣鉆井繼續(xù)鉆進(jìn)，僅用27d，鉆至嘉陵江組地層，井深2617.20m結(jié)束充氣鉆井。充氣鉆井層位：沙溪廟組-嘉陵江組，井段395.00～2617.20m，進(jìn)尺2222.20m，平均機(jī)械鉆速6.70m/h，平均行程鉆速82.30m/d。該井平均機(jī)械鉆速和行程鉆速均是該構(gòu)造之最，提高機(jī)械鍵速和節(jié)約鉆井周期明顯；充氣鉆井期間井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)井下復(fù)雜現(xiàn)象。
    該井在充氣鉆井期間，累計(jì)產(chǎn)水量1054m3，采用不同的氣液比，地層產(chǎn)水不一樣(表1)。特別是從2213m替入聚磺鉆井液以后，在氣量25m3/min、液量40L/s的情況下，地層產(chǎn)水3～5m3/h。為了減小出水量防止鉆井液污染，進(jìn)一步降低氣液比，在2213～2461m井段、氣量15～20m3/min、液量45L/s的情況下，地層仍然產(chǎn)水2～3m3/h；在2461～2617m井段不充氣、液量45L/s的情況下，地層不產(chǎn)水，也不漏。

4.2 CH061-2井
   該井在上三疊統(tǒng)須家河組地層，Φ444.5mm井眼段，從井深41.30m開始實(shí)施氣體鉆井。鉆獲進(jìn)尺8.55m(井深49.85m)，發(fā)現(xiàn)鉆桿表面濕潤(rùn)，巖屑濕潤(rùn)，產(chǎn)水5m3/h，決定轉(zhuǎn)為充氣清水鉆井。充氣鉆井中井壁垮塌，起下鉆均存在劃眼，多次用稠漿循環(huán)帶砂；后鉆達(dá)井深420.77m，下套管固井封隔了復(fù)雜段。充氣鉆井井段49.85～420.77m，進(jìn)尺370.92m，平均機(jī)械鉆速3.10m/h。
4.3 WQ002-H2井
   該井在Φ444.5mm井段，從井深50.50m開始實(shí)施氣體鉆井。鉆進(jìn)至井深65.00m，排量200m3/min，發(fā)現(xiàn)排砂管線取樣處砂樣濕潤(rùn)，排砂口見小股水歪17：00空氣鉆井至井深74.00m，排砂口出水量逐漸增大；測(cè)得最大產(chǎn)水量120.0m3/h，最小產(chǎn)水量30.0m3/h，一般產(chǎn)水量60.0m3/h。繼續(xù)氣體鉆井。鉆至井深340.00m上提有掛卡，轉(zhuǎn)為充氣鉆井，充氣鉆井中井壁垮塌，起下鉆多次劃眼，并多次用稠漿循環(huán)帶砂，鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深，用水泥補(bǔ)壁后，下套管固井封隔了復(fù)雜段。充氣鉆井井段340.00～700.00m，進(jìn)尺360.00m，平均機(jī)械鉆速3.87m/h。
5 結(jié)論與建議
    1) 氣體鉆井轉(zhuǎn)化為充氣鉆井后，在一定程度上能夠解決地層出水難題，有效避免井漏，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。
   2) 充氣鉆井成功實(shí)施的前提是井壁穩(wěn)定，而且不含H2S。
    3) 充氣鉆井中，要根據(jù)出水量大小，逐步摸索氣液比值，以盡量減少地層出水量。必要時(shí)，將充氣鉆井與常規(guī)鉆井相結(jié)合，減少充氣鉆井停等時(shí)間，實(shí)施連續(xù)鉆井作業(yè)。
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(本文作者：卓云1 胡顯智1 鄭霞1 周永建1 孟米2 徐鳴祥3 1.川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司；2.川慶鉆探工程有限公司；3.中國(guó)石油大學(xué) 北京)