四川油氣田氣體鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

摘 要

摘要：因鉆井地質(zhì)條件復(fù)雜致使鉆井速度慢、井漏、儲(chǔ)層易傷害一直是困擾四+川油氣田鉆井技術(shù)發(fā)展的難題。近年來研究并試驗(yàn)了氣體鉆井技術(shù)，取得了明顯的效果，展示了良好的技術(shù)優(yōu)
摘要：因鉆井地質(zhì)條件復(fù)雜致使鉆井速度慢、井漏、儲(chǔ)層易傷害一直是困擾四+川油氣田鉆井技術(shù)發(fā)展的難題。近年來研究并試驗(yàn)了氣體鉆井技術(shù)，取得了明顯的效果，展示了良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。目前，已形成氣體鉆井技術(shù)規(guī)范、干氣鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、氣體鉆井防斜打快、氣液轉(zhuǎn)換、高效排液、氣體鉆井取心、氣體鉆井裝備及配套工具、氣體鉆水平井、氣體鉆井復(fù)雜情況的處理等系列技術(shù)，對(duì)提高鉆井速度、解決井漏復(fù)雜情況、發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層起到了重要的作用。氣體鉆井技術(shù)在國內(nèi)還是一項(xiàng)新興技術(shù)，建議開展氣體鉆井條件下的防噴器沖蝕機(jī)理研究，研制適合于氣體鉆井的井控裝備，并建立一套完善的氣體鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來提高氣體鉆井技術(shù)的可靠性和安全性。
關(guān)鍵詞：氣體鉆井；霧化鉆井；泡沫鉆井；水平井；取心；防斜；井控裝備
0 引言
四川油氣田巖石可鉆性差，鉆井速度慢，“十五”期間平均機(jī)械鉆速為2.35m/h，深井、超深井平均機(jī)械鉆速為1.87m/h；此外，井漏頻繁、惡性井漏時(shí)有發(fā)生，2005年川渝地區(qū)井漏各種材料89992m3，因堵漏損失鉆井周期15.1臺(tái)月，井漏占復(fù)雜時(shí)率的60%；再就是低孔、低滲、低壓及水敏性油氣藏，鉆井過程中鉆井液往往造成儲(chǔ)層不可逆轉(zhuǎn)的傷害，造成油氣資源及勘探開發(fā)成本浪費(fèi)，也嚴(yán)重地制約了勘探開發(fā)的進(jìn)程[1]。針對(duì)以上難點(diǎn)，研究并試驗(yàn)了氣體鉆井技術(shù)，該技術(shù)已成為解決井漏、及時(shí)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層及大幅度提高機(jī)械鉆速的關(guān)鍵技術(shù)。目前，四川油氣田氣體鉆井技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模逐漸加大，氣體鉆井進(jìn)尺比例逐年增加(圖1)，深井、超深井整體機(jī)械鉆速大幅度提升(圖2)，鉆井周期大幅降低，并形成了一套適合四川油氣田地質(zhì)特點(diǎn)的氣體鉆井系列技術(shù)。
 

1 氣體鉆井系列技術(shù)
1.1 氣體鉆井技術(shù)規(guī)范
在氣體鉆井地質(zhì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)、氣體攜帶巖屑、空氣鉆井井下燃爆機(jī)理及控制方法等研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，起草了SY/T 6543.2《欠平衡鉆井技術(shù)規(guī)范-氣相》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，制定了Q/SYCQZ 103—2009《空氣鉆井操作規(guī)程》、Q/SYCQZ 104—2009《空氣鉆井井下燃爆控制技術(shù)規(guī)范》、Q/SYCQZ 105—2009《氣體鉆井井控管理規(guī)范》、Q/SYCQZ 106—2009《氣體鉆井井控技術(shù)規(guī)范》、Q/SYCQZ 108—2009《天然氣、氮?dú)?、柴油機(jī)尾氣鉆井操作規(guī)程》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，從設(shè)計(jì)、施工、管理等方面逐步規(guī)范了氣體鉆井。
1.2 干氣鉆井技術(shù)
在不產(chǎn)液相流體、井壁穩(wěn)定、不含硫化氫的常壓或低壓層段適合干氣鉆井?？諝忏@井用于非儲(chǔ)層段提速增效或解決井漏等工程復(fù)雜，氮?dú)?、天然氣、尾氣鉆井用于儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)和保護(hù)，防止井下燃爆。
1.3 霧化、泡沫鉆井技術(shù)
干氣鉆井一旦地層出水、出油容易造成鉆頭、鉆具泥包卡鉆等井下復(fù)雜情況，采用霧化、泡沫鉆井能有效地解決干氣鉆井的不足。通過對(duì)基液配方的不斷優(yōu)選，形成了抑制性強(qiáng)、半衰期可調(diào)范圍較寬(3～30min)的霧化、泡沫基液體系[2]。
1.4 氣體鉆井防斜打快技術(shù)
氣體鉆井時(shí)井底巖石主要受水平應(yīng)力作用，與常規(guī)鉆井液鉆井相比地層各向異性顯著增大。因此，鉆壓稍大即導(dǎo)致井斜急增，常規(guī)的防斜理論難以滿足氣體鉆井防斜需要。為提高氣體鉆井防斜打快效果，研制了氣體鉆井專用工具空氣錘，可以柱較低鉆壓條件下獲得理想的機(jī)械鉆速[3]，可有效地控制井斜。
1.5 氣液轉(zhuǎn)換技術(shù)
氣體鉆井后井眼干燥，往往因?yàn)樘嫒氲你@井液與地層接觸后瞬時(shí)失水大，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)垮塌，劃眼處理時(shí)間長。在不斷分析總結(jié)和研究的基礎(chǔ)上，形成了一套具有“低潤濕反轉(zhuǎn)角、低滲透、低活度”特點(diǎn)的“三低”水基防塌鉆井液體系和一套適合氣體鉆井鉆井液轉(zhuǎn)換特點(diǎn)的轉(zhuǎn)換工藝技術(shù)。實(shí)現(xiàn)替入鉆井液后即可恢復(fù)鉆進(jìn)，大大縮短了鉆井液轉(zhuǎn)換時(shí)間。
1.6 高效排液技術(shù)
井越深，常規(guī)分段氣舉排液時(shí)間越長，井深3000m左右的井分段氣舉時(shí)間一般在1d左右；此外，常規(guī)分段氣舉壓力高、設(shè)備負(fù)荷大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、易造成環(huán)境污染。針對(duì)這一難題，在對(duì)氣液兩相流體流動(dòng)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)成功了充氣排液技術(shù)。井深超過3000m的井舉水時(shí)間由原來的1d左右縮短到3～5h，大大提高了氣體鉆井作業(yè)效率，降低了舉水過程中的環(huán)境污染。
1.7 氣體取心技術(shù)
氣體鉆井時(shí)井底巖石在水平應(yīng)力作用下極易破碎，所取巖心由于應(yīng)力快速釋放易從膠結(jié)薄弱處剝離分開而形成薄片狀巖心塊；巖心入筒摩阻較大，且受到高速氣流沖刷，降低了單筒取心進(jìn)尺及巖心收獲率；此外，金剛石或PDC鉆頭在氣體鉆井條件下冷卻存在問題，極易早期損壞。針對(duì)氣體鉆井取心技術(shù)的難點(diǎn)，研制了氣體鉆井取心專用工具及鉆頭，完善了取心工藝技術(shù)。氣體鉆井平均單筒取心進(jìn)尺達(dá)到6.57m，平均取心收獲率大于94.5%。
1.8 氣體鉆井裝備及配套工具
通過多年來的技術(shù)攻關(guān)，采取引進(jìn)、消化、研發(fā)的模式形成了6大系列氣體鉆井裝備及配套工具。自主研發(fā)了動(dòng)密封3.5～17.5MPa旋轉(zhuǎn)控制頭、不壓井起下鉆裝置、液氣分離器、真空除氣器、大通徑節(jié)流管匯、耐沖蝕排砂管線及氣體鉆井在線監(jiān)控系統(tǒng)等；空壓機(jī)、增壓機(jī)、制氮機(jī)、霧化泵全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
1.9 氣體鉆水平井技術(shù)
氣體鉆水平井將氣體鉆井保護(hù)儲(chǔ)層與水平井?dāng)U大滲流面積的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合[4～8]，是三低油氣藏開發(fā)的有效手段。研制了專用減阻接頭、空氣螺桿等專用井下工具，引進(jìn)了EM-MWD隨鉆監(jiān)測(cè)技術(shù)。廣安002-H8井應(yīng)用氮?dú)忏@井、電磁波隨鉆軌跡監(jiān)測(cè)(EMWD)及地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，儲(chǔ)層鉆遇率高達(dá)80%，產(chǎn)量是直井的20倍以上。
1.10 氣體鉆井復(fù)雜情況處理技術(shù)
氣體鉆井地層出水、出油、出氣、井壁垮塌、井下燃爆等均容易造成事故，經(jīng)過多年的反復(fù)探索和實(shí)踐，已經(jīng)基本形成了集井下復(fù)雜情況判斷、處理及事故預(yù)防為一體的氣體鉆井復(fù)雜處理技術(shù)，氣體鉆井復(fù)雜事故時(shí)率大幅度降低，氣體鉆井事故時(shí)率從2005年的12.3%降為現(xiàn)在的0.9%。
2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果
2.1 提高機(jī)械鉆速
近兩年在15個(gè)構(gòu)造上累計(jì)實(shí)施氣體鉆井技術(shù)提速69口井、131井次，平均機(jī)械鉆速為12.73m/h，平均機(jī)械鉆速提高2～14倍。LG地區(qū)陸續(xù)開展44口井96井次的氣體鉆井作業(yè)，總進(jìn)尺為122318m，占LG地區(qū)鉆井總進(jìn)尺的48.96%。LG地區(qū)已完鉆的25口井平均井深為6404m，平均鉆井周期為190d，氣體鉆井平均進(jìn)尺比例為46.3%，完鉆井平均機(jī)械鉆速為3.77m/h，平均月速度為1012m/臺(tái)月。氣體鉆井技術(shù)的應(yīng)用使超深井鉆井能力得到極大提升，超深井鉆井速度實(shí)現(xiàn)重大突破，與近年同類井(6000m以上氣體鉆超深井七北101、黃金1、東升1等井)及近年常規(guī)鉆井液鉆超深井相比，技術(shù)指標(biāo)大幅提高(圖3)。
 

2.2 發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層
在采用氣體鉆井之前，廣安構(gòu)造須家河組氣藏獲氣的6口井平均測(cè)試產(chǎn)量為1.0×104m3/a。至2008年6月在廣安構(gòu)造共實(shí)施15口井氣體鉆井作業(yè)，平均測(cè)試產(chǎn)量為2.8×104m3/a。
LG地區(qū)初始勘探層位為飛仙關(guān)組和長興組，但在上部井段實(shí)施氣體鉆井過程中發(fā)現(xiàn)良好的淺層油氣顯示，其中沙溪廟組34層次、涼高山組12層次、大安寨組11層次、須家河組38層次、雷口坡組3層次，經(jīng)測(cè)試獲得良好的勘探前景。
2.3 解決了井漏及工程復(fù)雜問題
井漏一直是困擾四川油氣田勘探開發(fā)的一大難題，如東安1井、羅家3井、天東89等井均因惡性井漏造成工程報(bào)廢。近年來應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)無一口井因井漏報(bào)廢，大幅度地降低了惡性井漏造成的損失。
原天井1井作業(yè)為120d，進(jìn)尺為911.17m，共漏失鉆井液10168m3，清水為7883m3，堵漏水泥231t，期間多次堵漏均不見效果，最后被迫棄井重鉆。2006年在同井場(chǎng)井口平移6m后重新開鉆，通過空氣鉆井和泡沫鉆井技術(shù)綜合治漏，成功穿越漏層鉆至966.7m，并順利下入技術(shù)套管。平落壩構(gòu)造地層破碎，表層鉆進(jìn)中漏失嚴(yán)重，惡性井漏頻發(fā)，且機(jī)械鉆速極低。該構(gòu)造平落012-2井、平落006-5井、平落003-3井、平落012-X3等井采用氣體鉆井技術(shù)后，機(jī)械鉆速提高2.2～2.5倍，單井平均節(jié)約處理井漏復(fù)雜時(shí)間18.7d。
3 結(jié)論與建議
1) 目前霧化、泡沫鉆井技術(shù)的應(yīng)用還局限于淺層段，而應(yīng)用于深井、長裸眼段地層及儲(chǔ)層的霧化泡沫鉆井工藝技術(shù)還需進(jìn)一步研究完善。
2) 氣體鉆井易造成防噴器腔室堵塞，其對(duì)防噴器的沖蝕也給井控安全帶來了一定的隱患，研究氣體鉆井條件下防噴器沖蝕機(jī)理及研制適合于氣體鉆井的井控裝備是急需解決的問題。氣體鉆井技術(shù)智能化、自動(dòng)化程度還不高，需建立一套完善的氣體鉆井?dāng)?shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來提高技術(shù)的可靠性、安全性。
3) 隨著越來越多的氣田進(jìn)入開發(fā)后期，地層壓力不斷下降，常規(guī)修井技術(shù)已不能滿足需要，氣體鉆井技術(shù)恰好能彌補(bǔ)這一缺陷，具有很大的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿?，?yīng)開展相關(guān)研究，做好技術(shù)儲(chǔ)備。
4) 四川油氣田的須家河組氣藏是典型的低孔、低滲氣藏，單井產(chǎn)量受裂縫發(fā)育程度影響較大，為提高單井產(chǎn)量應(yīng)大力推行氣體鉆水平井技術(shù)、水平分支井技術(shù)，增大了鉆遇裂縫的機(jī)會(huì)。
5) 進(jìn)一步研究以降低成本為目的的氣體鉆井新工藝、新裝備，繼續(xù)保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭力。
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(本文作者：艾驚濤1 余銳1 廖兵1 甘紅梅2 1.川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術(shù)研究院；2.川慶鉆探工程公司工程技術(shù)處)