四川油氣田氣體鉆井技術現(xiàn)狀及發(fā)展方向

摘 要

摘要：因鉆井地質條件復雜致使鉆井速度慢、井漏、儲層易傷害一直是困擾四+川油氣田鉆井技術發(fā)展的難題。近年來研究并試驗了氣體鉆井技術，取得了明顯的效果，展示了良好的技術優(yōu)
摘要：因鉆井地質條件復雜致使鉆井速度慢、井漏、儲層易傷害一直是困擾四+川油氣田鉆井技術發(fā)展的難題。近年來研究并試驗了氣體鉆井技術，取得了明顯的效果，展示了良好的技術優(yōu)勢和發(fā)展前景。目前，已形成氣體鉆井技術規(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、氣體鉆井復雜情況的處理等系列技術，對提高鉆井速度、解決井漏復雜情況、發(fā)現(xiàn)和保護油氣層起到了重要的作用。氣體鉆井技術在國內還是一項新興技術，建議開展氣體鉆井條件下的防噴器沖蝕機理研究，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數(shù)據(jù)采集和遠程控制系統(tǒng)來提高氣體鉆井技術的可靠性和安全性。
關鍵詞：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”期間平均機械鉆速為2.35m/h，深井、超深井平均機械鉆速為1.87m/h；此外，井漏頻繁、惡性井漏時有發(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臺月，井漏占復雜時率的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層不可逆轉的傷害，造成油氣資源及勘探開發(fā)成本浪費，也嚴重地制約了勘探開發(fā)的進程[1]。針對以上難點，研究并試驗了氣體鉆井技術，該技術已成為解決井漏、及時發(fā)現(xiàn)和保護油氣層及大幅度提高機械鉆速的關鍵技術。目前，四川油氣田氣體鉆井技術的應用規(guī)模逐漸加大，氣體鉆井進尺比例逐年增加(圖1)，深井、超深井整體機械鉆速大幅度提升(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特點的氣體鉆井系列技術。
 

1 氣體鉆井系列技術
1.1 氣體鉆井技術規(guī)范
在氣體鉆井地質適應性評價、氣體攜帶巖屑、空氣鉆井井下燃爆機理及控制方法等研究的基礎上，結合生產(chǎn)實際，起草了SY/T 6543.2《欠平衡鉆井技術規(guī)范-氣相》行業(yè)標準1項，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《氣體鉆井井控技術規(guī)范》、Q/SYCQZ 108—2009《天然氣、氮氣、柴油機尾氣鉆井操作規(guī)程》企業(yè)標準5項，從設計、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
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@井用于非儲層段提速增效或解決井漏等工程復雜，氮氣、天然氣、尾氣鉆井用于儲層發(fā)現(xiàn)和保護，防止井下燃爆。
1.3 霧化、泡沫鉆井技術
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。通過對基液配方的不斷優(yōu)選，形成了抑制性強、半衰期可調范圍較寬(3～30min)的霧化、泡沫基液體系[2]。
1.4 氣體鉆井防斜打快技術
氣體鉆井時井底巖石主要受水平應力作用，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械鉆速[3]，可有效地控制井斜。
1.5 氣液轉換技術
氣體鉆井后井眼干燥，往往因為替入的鉆井液與地層接觸后瞬時失水大，導致井壁失穩(wěn)垮塌，劃眼處理時間長。在不斷分析總結和研究的基礎上，形成了一套具有“低潤濕反轉角、低滲透、低活度”特點的“三低”水基防塌鉆井液體系和一套適合氣體鉆井鉆井液轉換特點的轉換工藝技術。實現(xiàn)替入鉆井液后即可恢復鉆進，大大縮短了鉆井液轉換時間。
1.6 高效排液技術
井越深，常規(guī)分段氣舉排液時間越長，井深3000m左右的井分段氣舉時間一般在1d左右；此外，常規(guī)分段氣舉壓力高、設備負荷大、作業(yè)風險高、易造成環(huán)境污染。針對這一難題，在對氣液兩相流體流動機理研究的基礎上，試驗成功了充氣排液技術。井深超過3000m的井舉水時間由原來的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
氣體鉆井時井底巖石在水平應力作用下極易破碎，所取巖心由于應力快速釋放易從膠結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。針對氣體鉆井取心技術的難點，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。氣體鉆井平均單筒取心進尺達到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
通過多年來的技術攻關，采取引進、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)了動密封3.5～17.5MPa旋轉控制頭、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、增壓機、制氮機、霧化泵全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。
1.9 氣體鉆水平井技術
氣體鉆水平井將氣體鉆井保護儲層與水平井擴大滲流面積的優(yōu)點相結合[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，引進了EM-MWD隨鉆監(jiān)測技術。廣安002-H8井應用氮氣鉆井、電磁波隨鉆軌跡監(jiān)測(EMWD)及地質導向技術，儲層鉆遇率高達80%，產(chǎn)量是直井的20倍以上。
1.10 氣體鉆井復雜情況處理技術
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)過多年的反復探索和實踐，已經(jīng)基本形成了集井下復雜情況判斷、處理及事故預防為一體的氣體鉆井復雜處理技術，氣體鉆井復雜事故時率大幅度降低，氣體鉆井事故時率從2005年的12.3%降為現(xiàn)在的0.9%。
2 現(xiàn)場應用效果
2.1 提高機械鉆速
近兩年在15個構造上累計實施氣體鉆井技術提速69口井、131井次，平均機械鉆速為12.73m/h，平均機械鉆速提高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)，總進尺為122318m，占LG地區(qū)鉆井總進尺的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，氣體鉆井平均進尺比例為46.3%，完鉆井平均機械鉆速為3.77m/h，平均月速度為1012m/臺月。氣體鉆井技術的應用使超深井鉆井能力得到極大提升，超深井鉆井速度實現(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，技術指標大幅提高(圖3)。
 

2.2 發(fā)現(xiàn)和保護油氣層
在采用氣體鉆井之前，廣安構造須家河組氣藏獲氣的6口井平均測試產(chǎn)量為1.0×104m3/a。至2008年6月在廣安構造共實施15口井氣體鉆井作業(yè)，平均測試產(chǎn)量為2.8×104m3/a。
LG地區(qū)初始勘探層位為飛仙關組和長興組，但在上部井段實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)測試獲得良好的勘探前景。
2.3 解決了井漏及工程復雜問題
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廢。近年來應用氣體鉆井技術無一口井因井漏報廢，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年在同井場井口平移6m后重新開鉆，通過空氣鉆井和泡沫鉆井技術綜合治漏，成功穿越漏層鉆至966.7m，并順利下入技術套管。平落壩構造地層破碎，表層鉆進中漏失嚴重，惡性井漏頻發(fā)，且機械鉆速極低。該構造平落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后，機械鉆速提高2.2～2.5倍，單井平均節(jié)約處理井漏復雜時間18.7d。
3 結論與建議
1) 目前霧化、泡沫鉆井技術的應用還局限于淺層段，而應用于深井、長裸眼段地層及儲層的霧化泡沫鉆井工藝技術還需進一步研究完善。
2) 氣體鉆井易造成防噴器腔室堵塞，其對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。氣體鉆井技術智能化、自動化程度還不高，需建立一套完善的氣體鉆井數(shù)據(jù)采集和遠程控制系統(tǒng)來提高技術的可靠性、安全性。
3) 隨著越來越多的氣田進入開發(fā)后期，地層壓力不斷下降，常規(guī)修井技術已不能滿足需要，氣體鉆井技術恰好能彌補這一缺陷，具有很大的應用空間和發(fā)展?jié)摿Γ瑧_展相關研究，做好技術儲備。
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)量應大力推行氣體鉆水平井技術、水平分支井技術，增大了鉆遇裂縫的機會。
5) 進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)保持技術優(yōu)勢，增強市場競爭力。
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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研究院；2.川慶鉆探工程公司工程技術處)