氣體鉆井遇地層出水時的充氣鉆井技術

摘 要

摘要：氣體鉆井在我國油氣田勘探開發(fā)中具有廣闊的應用前景，但是川東地區(qū)多個構造實施氣體鉆井過程中，存在地層出水現(xiàn)象，嚴重影響了氣體鉆井的順利進行，不得不改用充氣鉆井。充氣鉆
摘要：氣體鉆井在我國油氣田勘探開發(fā)中具有廣闊的應用前景，但是川東地區(qū)多個構造實施氣體鉆井過程中，存在地層出水現(xiàn)象，嚴重影響了氣體鉆井的順利進行，不得不改用充氣鉆井。充氣鉆井技術難點主要表現(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，易導致沉砂卡鉆；④淺層天然氣易引起井下燃爆。通過分析上述難點，結合充氣鉆井現(xiàn)場實踐經驗，有針對性地提出了充氣鉆井過程的主要技術措施：①鉆井液維護處理技術；②井漏處理技術；③參數(shù)設計技術等。在川東地區(qū)3口井的現(xiàn)場應用效果表明：推行所提出的充氣鉆井技術措施，能有效避免井漏、提高機械鉆速、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驗。
關鍵詞：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，以欠平衡方式鉆進，具有許多不可替代的優(yōu)點，例如：直觀、及時無遺漏地發(fā)現(xiàn)產層、獲得高的單井產能、大幅度提高鉆速、有效控制井漏、防止井斜、減少環(huán)境污染和克服泥頁巖水敏性坍塌。在我國油氣田勘探開發(fā)中具有廣闊的應用前景。但是，在四川盆地川東地區(qū)多個構造實施氣體鉆井中，發(fā)現(xiàn)地層出水，嚴重影響了氣體鉆井的順利進行。在鉆遇地層出水時，我們探索了充氣鉆井技術，在一定程度上解決了井壁穩(wěn)定及防卡問題。通過川東地區(qū)3口井的現(xiàn)場應用，取得了良好效果。
1 地層出水對氣體鉆井的影響
   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。當鉆遇飽和水層，粉塵會變?yōu)槎稳?。由于液體在環(huán)空的出現(xiàn)，會潤濕水敏性頁巖，這會導致井塌卡鉆。而且濕巖屑會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。當其填充環(huán)空時，會阻止空氣流動并產生卡鉆。而且隨著這些間歇的空氣大段塞沿著井眼向上運移，還會堵塞地面設備并且對井壁產生不穩(wěn)定性效應[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)生巖屑結團的危險性較小，但是對于存在水敏性不穩(wěn)定地層的井，可能導致嚴重的井塌。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，變成泡沫鉆井或轉為用鉆井液鉆井。
    3) 地層小流量出水。這是最危險的情況，因為足夠的少量的水將巖屑黏結在一起，會在鉆桿上形成泥包，引起井眼縮小、循環(huán)阻力增大、卡鉆等復雜情況的發(fā)生。判斷方法：空氣鉆井時，如果上返鉆屑量減小，空氣壓力慢慢增大，鉆屑變大，鉆具轉動扭矩增大，上提、下放鉆具有阻力，就說明了遇到小水層。處理方法為加大氣量[4～5]。
2 充氣鉆井主要技術難點
    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，極易導致井壁失穩(wěn)垮塌。充氣鉆井過程中應加強對井壁穩(wěn)定監(jiān)測，防止出現(xiàn)井下復雜。
    2) 地層出水可能與井漏同存，氣液比值難以確定。不同的氣液比值對應不同的環(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，導致井下復雜。因此，要合理調整氣液比值，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行的關鍵因素，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 充氣鉆井技術措施
3.1 鉆井液維護處理技術
    1) 根據井下情況，在地面泥漿罐中配制好充氣基液備用。根據井下實際情況，充氣基液用清水或聚合物鉆井液。充氣鉆井過程中，應嚴格監(jiān)測充氣基液性能、基液量的變化情況，及時調整注氣注液參數(shù)，并根據性能，加入預水化膨潤土漿、聚合物膠液對充氣基液進行維護處理，確保鉆井安全。正常情況下，及時檢測鉆井液性能，維護處理后或非正常情況下，應加大性能監(jiān)測頻率。
    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進行處理。充氣鉆井時鉆井液應具有良好的防塌能力。如果鉆井過程中地層出現(xiàn)較嚴重坍塌，應立即停止鉆進，在保證不漏失的前提下，適當增大注液量，提高攜帶效率，清潔井眼。
    3) 若出現(xiàn)井漏：適當增大注氣量，降低注液排量，以降低充氣鉆井液當量密度；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)嚴重復雜情況，應及時停止充氣鉆井，轉為常規(guī)鉆井液鉆進。
3.2 井漏處理技術
    加強液面觀察，根據鉆井液返出情況，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，觀察帶砂及地層出水情況，確保井下安全。
    2) 發(fā)生井漏時，如果井漏未失返，就調整氣液比，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，繼續(xù)采用充氣鉆井強鉆。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。如果漏水不漏砂，堵漏后繼續(xù)充氣鉆井。
3.3 參數(shù)設計原則
    充氣鉆井液是指壓縮氣體和泥漿的混合體。充氣介質用壓縮空氣作為循環(huán)介質。以保證裸眼井段的循環(huán)當量密度低于地層漏失壓力當量密度、裸眼井段的當量循環(huán)密度不致太低，防止該井段發(fā)生垮塌，鉆遇顯示時控制溢流量。
3.4 其他技術措施
    1) 繼續(xù)執(zhí)行氣體鉆井相關的安全操作技術規(guī)定，確保井下安全及人身安全。
    2) 加強地質預報及錄井檢測，及時發(fā)現(xiàn)油氣顯示意，并切實搞好防火、防爆工作。
    3) 強化鉆具檢查，認真記錄好鉆井參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時分析處理，避免鉆具事故。
    4) 優(yōu)選鉆頭類型，延長單只鉆頭純鉆時間，減少起下鉆次數(shù)，爭取快速穿過復雜層段。
4 現(xiàn)場應用及其效果
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中井漏嚴重，且多產水。G005-H2井進入沙溪廟組地層，在井深391.0 m完成Φ339.7mm套管固井后，就開始實施氣體鉆井。氣體鉆井僅鉆進1m(井深392.00m)就發(fā)現(xiàn)巖屑潤濕，循環(huán)觀察，出口有線狀水流出。繼續(xù)鉆進至井深395.00m，出口有股狀水流出，出口流量20～25m3/h。決定轉為充氣鉆井繼續(xù)鉆進，僅用27d，鉆至嘉陵江組地層，井深2617.20m結束充氣鉆井。充氣鉆井層位：沙溪廟組-嘉陵江組，井段395.00～2617.20m，進尺2222.20m，平均機械鉆速6.70m/h，平均行程鉆速82.30m/d。該井平均機械鉆速和行程鉆速均是該構造之最，提高機械鍵速和節(jié)約鉆井周期明顯；充氣鉆井期間井壁穩(wěn)定，未出現(xiàn)井下復雜現(xiàn)象。
    該井在充氣鉆井期間，累計產水量1054m3，采用不同的氣液比，地層產水不一樣(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，地層產水3～5m3/h。為了減小出水量防止鉆井液污染，進一步降低氣液比，在2213～2461m井段、氣量15～20m3/min、液量45L/s的情況下，地層仍然產水2～3m3/h；在2461～2617m井段不充氣、液量45L/s的情況下，地層不產水，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開始實施氣體鉆井。鉆獲進尺8.55m(井深49.85m)，發(fā)現(xiàn)鉆桿表面濕潤，巖屑濕潤，產水5m3/h，決定轉為充氣清水鉆井。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；后鉆達井深420.77m，下套管固井封隔了復雜段。充氣鉆井井段49.85～420.77m，進尺370.92m，平均機械鉆速3.10m/h。
4.3 WQ002-H2井
   該井在Φ444.5mm井段，從井深50.50m開始實施氣體鉆井。鉆進至井深65.00m，排量200m3/min，發(fā)現(xiàn)排砂管線取樣處砂樣濕潤，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；測得最大產水量120.0m3/h，最小產水量30.0m3/h，一般產水量60.0m3/h。繼續(xù)氣體鉆井。鉆至井深340.00m上提有掛卡，轉為充氣鉆井，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，鉆達設計井深，用水泥補壁后，下套管固井封隔了復雜段。充氣鉆井井段340.00～700.00m，進尺360.00m，平均機械鉆速3.87m/h。
5 結論與建議
    1) 氣體鉆井轉化為充氣鉆井后，在一定程度上能夠解決地層出水難題，有效避免井漏，提高機械鉆速，縮短鉆井周期。
   2) 充氣鉆井成功實施的前提是井壁穩(wěn)定，而且不含H2S。
    3) 充氣鉆井中，要根據出水量大小，逐步摸索氣液比值，以盡量減少地層出水量。必要時，將充氣鉆井與常規(guī)鉆井相結合，減少充氣鉆井停等時間，實施連續(xù)鉆井作業(yè)。
參考文獻
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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.中國石油大學 北京)