LG地區(qū)氮氣鉆井實踐與認(rèn)識

摘 要

摘要：在LG地區(qū)高研磨性含氣層段的須家河組實施氮氣鉆井是提高機械鉆速，保護油氣層，有效避免燃爆事故的發(fā)生，促進該地區(qū)勘探開發(fā)進程的關(guān)鍵。為此，在多口氮氣鉆井實踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)
摘要：在LG地區(qū)高研磨性含氣層段的須家河組實施氮氣鉆井是提高機械鉆速，保護油氣層，有效避免燃爆事故的發(fā)生，促進該地區(qū)勘探開發(fā)進程的關(guān)鍵。為此，在多口氮氣鉆井實踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)了在該層段運用氮氣鉆井時的設(shè)備配套、施工技術(shù)難點與處理對策：①在鉆井過程中要控制鉆時鉆進(大于5min/m)，防止沉砂卡鉆；②出現(xiàn)掛卡嚴(yán)重時，控制上提鉆具噸位活動鉆具，保持循環(huán)，待環(huán)空循環(huán)通道暢通后再調(diào)整鉆具活動范圍，直至解卡。上三疊統(tǒng)須家河組氮氣鉆井的成功實施，表明氮氣鉆井提高了機械鉆速，也解決了含氣層段空氣鉆井的燃爆問題。
關(guān)鍵詞：深井；超深井；晚三疊世；氮氣鉆井；地層；損害；機械鉆速
0 引言
　　LG地區(qū)的須家河組可劃分為須一段-須六段6個巖性段，該地層具有一定的油氣性和儲集性，屬于整體研磨性高，局部含氣夾煤層等復(fù)雜地層。為了提高機械鉆速，解決含氣層段空氣鉆井的燃爆問題，加快開發(fā)進程，在該層段采用了氮氣鉆井。
1 現(xiàn)場施工技術(shù)難點
1.1 井壁坍塌、卡鉆
    LG地區(qū)須家河組地層巖性主要為砂巖，夾頁巖和煤層，在氣體鉆進過程中，煤層質(zhì)地軟、研磨性弱、膠結(jié)疏松、穩(wěn)定性差，煤氣和天然氣釋放后破壞了原有的壓力體系，井壁容易發(fā)生不同程度的坍塌，經(jīng)常出現(xiàn)扭矩忽高忽低，立壓波動嚴(yán)重及卡鉆現(xiàn)象[1～2]。
    經(jīng)過對LG地區(qū)多口井空氣鉆井的實踐，針對井底沉砂掉塊等地層不穩(wěn)定等，采取的主要措施為[3]：①為了保證順利鉆井，在鉆井過程中要控制鉆時鉆進(大于5min/m)，接單根前保證循環(huán)時間為3～5min，保持井底清潔，防止沉砂卡鉆；②當(dāng)出現(xiàn)蹩鉆、扭矩波動大等現(xiàn)象時，應(yīng)停止鉆井，加大氣量，上提鉆具劃眼循環(huán)觀察，待立管壓力、扭矩等參數(shù)恢復(fù)正常后，方可繼續(xù)鉆進；③出現(xiàn)掛卡嚴(yán)重時，控制上提鉆具噸位活動鉆具，保持循環(huán)，待環(huán)空循環(huán)通道暢通后再調(diào)整鉆具活動，直至解卡。
現(xiàn)場處理：2008年4月11日，LG地區(qū)X井鉆至井深3605.18m(層位為須四段，巖性為灰色巖)，扭矩為5.7～10.2kN·m，轉(zhuǎn)盤蹩停，上提2050～2158kN，后調(diào)整注氣量(140～165m3/min)循環(huán)，上下活動鉆具1900～2350kN解卡。
1.2 氣測異常
    LG地區(qū)須家河組層段具有一定的油氣儲集性，為了預(yù)防H2S或井噴，應(yīng)實時監(jiān)控地層出氣，同時根據(jù)出氣情況及時切換鉆井方式。
    對于地層出氣，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，一般采取的措施是：如果全烴含量較小時，加大氮氣氣量，在放噴口點火；如果全烴含量達(dá)到20%以上，①上提鉆具，關(guān)井，觀察套壓和立管壓力的變化，及時打開節(jié)流管匯循環(huán)，放噴點火；②循環(huán)一段時間，如果套壓下降、全烴含量下降，當(dāng)套壓接近零時進行正常的氮氣鉆進；如果套壓繼續(xù)上升，全烴含量繼續(xù)升高，應(yīng)考慮及時采取壓井作業(yè)。
    現(xiàn)場處理：2008年5月2日LG地區(qū)Y井鉆至井深3516.87m(遲到井深為3513.58m)，氣測異常，全烴含量升高，鉆至井深3518.72m(遲到井深為3518.00m)，全烴含量為8.6440%～22.5725%，點火可燃，火焰呈橘紅色，上提鉆具至井深2504.25m關(guān)井，套壓為O～1.7MPa，立壓為0MPa(常閉式止回閥)，放噴點火；通過節(jié)流管匯循環(huán)(注氣量為120m3/min)，套壓下降，全烴含量降低，繼續(xù)鉆至3524.82m，全烴含量升至58.60%，繼續(xù)循環(huán)，全烴含量不降，起鉆至井深3426.14m，轉(zhuǎn)換為鉆井液。
1.3 氣體鉆井轉(zhuǎn)換介質(zhì)后的井壁失穩(wěn)
    切換介質(zhì)后的井壁失穩(wěn)問題是限制氣體鉆井優(yōu)勢發(fā)揮的重要“瓶頸”問題之一。氣體鉆井完成后，轉(zhuǎn)換為泡沫鉆井，會因泡沫失水對井壁巖石的水化作用，使得井壁失穩(wěn)；氣體鉆井完成后轉(zhuǎn)換鉆井液過程中造成的井壁失穩(wěn)除了巖石的力學(xué)不穩(wěn)定性外，還由于鉆井液對井壁巖石的水化作用。一般情況下，解決氣體鉆井轉(zhuǎn)換介質(zhì)后的井壁失穩(wěn)問題，常采用在泡沫液或鉆井液中加入防塌劑來抑制井壁坍塌，在氣液轉(zhuǎn)換過程中，可以在替鉆井液之前首先注入一定量的潤濕反轉(zhuǎn)劑作為前置隔離液，對井壁進行涂敷預(yù)處理，改變地層巖石表面潤濕特性，減小井壁的吸水滲透性，為井眼壓力再次達(dá)到平衡贏得了時間。
    現(xiàn)場處理：(借鑒川東P204-2井應(yīng)用實例)P204-2井第二次開鉆Ø314.1mm井眼采用氮氣鉆井鉆至井深3648m地層出油，巖屑不返出，計算井徑擴大率為10%，決定轉(zhuǎn)換為鉆井液。下入光鉆桿鉆具離井底10m直接泵入潤濕反轉(zhuǎn)前置液15t(13m3左右，裸眼容積為139.0m3，環(huán)空長度為160.85m)。為防止下部井段漏失，之后泵入堵漏漿(加10%復(fù)合堵漏劑和單項壓力封閉劑)60m3，排量為1328L/min。起鉆至井深3148m，一次性泵入密度為1.35g/cm3的鉆井液160m3起鉆至井深1700m，泵入鉆井液40m3起鉆至井深850m進入套管內(nèi)，頂替40m3鉆井液，井口未返，下鉆探液面，再次泵入20m3鉆井液至節(jié)流管匯返出，順利切換至常規(guī)
鉆井作業(yè)。
2 氮氣鉆井要求與配套設(shè)備
2.1 氮氣鉆井工藝
    氮氣鉆井工藝技術(shù)流程是以氮氣為工作介質(zhì)，使用空壓機對空氣先進行輸氣，經(jīng)過制氮設(shè)備產(chǎn)生氮氣，然后經(jīng)過增壓機再增壓入井，最后完成攜帶巖屑和消除粉塵的任務(wù)，具體流程見圖1。
 
2.2 設(shè)備能力與設(shè)備配套
現(xiàn)以X井為例。X井氮氣鉆井井段為3314.00～4035.26m，Ø215.9mm井眼所需氮氣165m3/min，立管壓力為2.0～2.6MPa。以上面的參數(shù)要求，進行如下設(shè)備配套(見表1)。
表1 X井設(shè)備配套表
設(shè)備名稱
設(shè)備型號
參數(shù)
數(shù)量(臺)
增壓機
FY400
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
70.00m3/min
16.00
1
855-62B-2160
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
60.00m3/min
15.00
2
空壓機
SULLAIR1150XH
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
32.50m3/min
2.40
8
XRVS455
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
25.00m3/min
2.50
2
XRVS476
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
27.50m3/min
2.50
1
膜制氮機
NPU3600HP
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
60.00m3/min
2.40
2
UBD-NPU-2700
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
45.00m3/min
2.50
1
2.3 鉆具組合
    氮氣鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井所要求的鉆具組合基本相似[4]，在鉆頭上安裝兩只強制回壓閥，鉆具上安裝一只下旋塞和一只強制式回壓閥。x井須家河組層段氮氣鉆井采用如下鉆具組合：Ø215.9mmHJT537GK鉆頭+(430×410)+常閉式回壓閥(411×410)+ Ø165mm鉆鋌8柱+ Ø127mm鉆桿+下旋塞+常閉式回壓閥(411×410)+ Ø127mm鉆桿。
3 應(yīng)用效果分析
3.1 鉆頭使用情況分析(表2)
表2 X、Y井氮氣鉆井鉆頭使用情況表
井號
鉆頭型號
井段(m)
進尺(m)
平均鉆速(m/h)
鉆壓(kN)
轉(zhuǎn)速(r/min)
X
HJT537GK
3314.00～3613.80
299.80
7.24
50～70
40～50
X
HJT537GK
3613.80～4035.26
421.46
7.74
40～100
40～50
Y
HJ617G
2966.00～3303.84
337.84
8.39
30～80
40～50
Y
HJ617G
3303.84～3524.82
220.98
8.26
10～100
40～50
須家河組層段研磨性高，可鉆性差，使用的鉆頭應(yīng)具有強化保徑功效。實踐證明，選用HJT537GK和HJ617G型鉆頭較適合該地層的要求。
3.2 氮氣鉆井應(yīng)用分析(表3)
表3 LG構(gòu)造氮氣鉆井情況及與鄰井空氣鉆井對比表
井號
井眼尺寸(mm)
井段(m)
純鉆時間(h)
平均鉆速(m/h)
復(fù)雜情況
X(氮氣)
Ø215.9
3314.00～4035.26
95.83
7.53
塌、氣
Y(氮氣)
Ø215.9
2966.00～3524.82
67.00
8.34
塌、氣、漏
Z(氮氣)
Ø215.9
3383.00～4010.88
72.00
8.72
塌、氣、漏
W(空氣)
Ø215.9
3244.04～3967.17
52.94
13.66
塌
須家河組層段地層復(fù)雜，為了安全鉆井，須控制鉆時鉆進。對該層段井下復(fù)雜情況的成功判定與處理是實現(xiàn)安全鉆進，提高鉆速的關(guān)鍵。
4 結(jié)論與建議
    1) 氮氣鉆井在LG構(gòu)造須家河組地層的試驗成功，實現(xiàn)了提高機械鉆速、縮短鉆進周期、進行安全鉆進的目的。
    2) 須家河組層段地層復(fù)雜，準(zhǔn)確的判定井下復(fù)雜情況的征兆，及時采取正確的處理方法，是在該層段安全鉆進，提高鉆速的成功經(jīng)驗。氣體鉆井轉(zhuǎn)換成鉆井液鉆井，采取化學(xué)穩(wěn)固井壁的方法是解決轉(zhuǎn)換介質(zhì)后防止井壁失穩(wěn)的新方法。
參考文獻
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[3] 韓朝輝，張建斌，范興沃.川東北地區(qū)空氣鉆井中幾種復(fù)雜情況的診斷與處理[J].鉆采工藝，2008，31(6)：24-25.
[4] WILLIAM C LYONS，BOYUN GUO，F(xiàn)RANK A. Seidet. air and gas drilling manual[M]2nd ed. The McGraw-Hill Companies，inc.2001：5-10.
 
(本文作者：韓朝輝 張建斌 賈軍喜 王軍闖 鄧凱 川慶鉆探工程公司長慶工程技術(shù)研究院)