川东北气液转换技术探索

近年来,空气钻井技术在川东北地区得到了广泛的应用,资料数据显示,空气钻确实大大的提高了钻井机械钻速,钻井周期也相应的缩短了很多,钻井成本不断降低。但是,川东北的地层变化大,不可预测性因素多, 空气钻井过程中面临的第一个难题便是出水问题,目前现场多数都采取空气钻转换为泡沫钻井、常规钻井液钻井方式。空气钻井面临的第二个难题是空气钻后,转换钻井液过程中,很多井都出现了不同程度的下钻遇阻、井壁垮塌等问题,划眼、处理钻井液等耗费了大量的人力物力。文中通过７口典型空气钻井来分析符合川东北地层的气液转换方法,举一反三,希望对该地区的气液转换有一定的借鉴作用。     

KCl-有机盐聚合物钻井液在川西双鱼石区块的应用

川西地区双鱼石区块目的层埋藏深,完钻井深在7 000 m以深,上部φ444.5 mm、φ333.4 mm井眼主要采用“空气钻”提速,空气钻井转钻井液如何保证井壁稳定至关重要,在“高效PDC+螺杆”提速方式下优质的钻井液性能也尤其重要。为此,KCl-有机盐聚合物钻井液在KCl、有机盐的共同作用下抑制能力强,能够抑制岩石组分水化分散、膨胀,封堵防塌剂可以快速形成致密泥饼,减少滤液侵入井壁地层,防止“空气钻”后干燥井壁“吸水”引起的井塌;抑制钻屑水化分散,钻井液流变性能稳定、波动小、易调控、现场维护处理简单;钻井液强抑制性、低黏度和切力可提高钻头水马力,减少钻屑在钻头上的吸附,防止钻头泥包现象,减少钻井液中微米、亚微米粒子,有助于提高机械钻速。双探8井等现场应用表明,KCl-有机盐聚合物钻井液确保了“空气钻”井段井壁稳定,顺利钻过沙溪庙组下部（沙一段）、凉高山组、自流井组及须家河组易垮塌地层,井眼畅通、井壁稳定、井径规则、电测顺利、井下安全、钻速较高,满足工程、地质录井需要。      

空气钻井最小注气量和地层出水量关系研究

空气钻井作为一种新的钻井方式,以其减少油气层伤害、评价油气藏、提高机械钻速、有效控制漏失以及减少压差卡钻等优点在全世界范围内得到越来越多的应用.但由于其特殊性,使之不能使用于所有井段,空气钻井的缺点是存在井壁失稳和携带岩屑困难,它的主要障碍就是地层出水.Angel最小动能模型计算结果虽然和油田实际趋于一致,但比实际结果要低.本文通过修正Angel模型的摩阻系数,并用实际温度代替平均温度,建立了空气钻井最小注气量的方程.在不考虑岩屑吸水膨胀的情况下,将地层出水量转化成当量机械钻速,得到了地层出水量和最小注气量的方程式,为地层出水条件下空气钻井参数的设计和应用提供了参考和指导.     

空气泡沫钻井流体井壁稳定性研究

针对空气钻井中遇到地层大量出水时无法钻进、需转化为空气泡沫钻井的情况,优选出了有利于空气泡沫流体钻井时井壁稳定的处理剂GXG、AP-1和WJ-3,形成了一套具有良好井壁稳定性能的空气泡沫钻井流体配方,对该泡沫流体的抑制性、井壁稳定性等性能进行了评价。结果表明,所研究的空气泡沫钻井流体具有强抑制性,页岩回收率达97.4%,页岩膨胀量较清水降低67.1%。该空气泡沫钻井流体能使泡沫在井壁上形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌,井壁稳定效果良好。     

徐深气田空气钻井转换雾化钻井最佳时机确定

针对空气钻井地层出水后，岩屑易形成泥环造成环空循环不畅等问题，需要确定转化为雾化钻井的时机，开展了临界地层出水量及最佳转化时机研究与试验。通过使用烘干的采集于空气钻井不同层位的岩样，开展了气体雾化水、岩屑吸水、岩心吸水及岩屑吸水形态变化地面试验，得到了岩屑吸水后形态变化情况，得出岩屑聚团是气体钻井出水后危险的状态。同时以空气钻井裸眼段长度1 000 m为例，经过对试验数据分析，当排砂管线内有自由水出现，地层出水量为0.51 m3/h时，空气钻井应及时转换成雾化钻井。现场试验表明，通过试验手段得到空气钻井转化成雾化钻井转化时机能够有效地指导徐深气田空气钻井安全施工。     

充气泡沫钻井液在元坝地区陆相地层的应用

针对川东北元坝地区地层硬度大、研磨性强、可钻性差、用常规钻井液机械钻速较慢、采用气体钻井常因地层出水无法顺利实施的情况,优选出了适合该类地层钻进的充气泡沫钻井液。室内性能评价试验表明,优选出的充气泡沫钻井液可以携带出地层水和岩屑、抑制岩屑水化分散。优选出的充气泡沫钻井液在元坝地区4口井的上部可钻性极差的砂泥岩地层进行了应用,结果表明,优选出的充气泡沫钻井液解决了气体钻井钻遇出水地层无法实施、井壁稳定及大尺寸井眼携岩的问题,提高了钻井速度,缩短了钻井周期,可以满足元坝地区陆相地层快速钻进的需要。      

微泡沫钻井液在川东北SX-1井的应用

川东北地区上部地层砂泥岩互层频繁,硬度大,研磨性强,可钻性差,采用常规钻井液方式的机械钻速较慢。由于上部地层含水量大,采用空气钻井时井壁易垮塌从而使该钻井方法的应用受到限制。针对该地区上部大井眼施工钻速慢、地层出水、井漏等问题,研制出一种微泡沫钻井液体系,该钻井液体系具有滤失量低、携岩能力强、利于井壁稳定的特点,已在SiX-1井的上部地层进行了现场应用,解决了大井眼地层钻速慢及易漏等问题。     

吉尔吉斯斯坦阿拉伊地区SA1井钻井液技术

吉尔吉斯斯坦阿拉伊地区上部地层胶结疏松,易垮塌造成卡钻;侏罗系及以下地层存在高压水层、盐水层和不同的盐层、膏盐层,极易吸水膨胀、缩径,造成起下钻阻卡和卡钻事故.针对地层情况,一开使用正电胶膨润土钻井液,二开使用两性离子聚合物钻井液,三开使用硅酸钠-KC1钻井液,四开使用KC1聚合物磺化防塌钻井液.现场应用结果表明,该套钻井液体系性能稳定,携岩能力强、剪切稀释特性好,提高了机械钻速;钻井过程中返出的岩屑棱角清晰、岩性变化明显,砂样代表性极好,起下钻畅通无阻,有效地抑制了地层的水化、分散、膨胀和坍塌,具有较好的防塌效果,满足了钻井工程的需要.     

空气钻井侧钻技术在元陆1井的应用

空气钻井技术目前已经在中国石化普光、元坝等地区上百口井推广应用,成为工区上部陆相地层提速的主要技术手段,但在空气钻井过程中断钻具、井壁掉块的情况比较多,有时处理困难需要进行填井侧钻。前期通常是转换为钻井液体系按常规作业方式侧钻,与空气钻井相比,机械钻速慢、作业效率低。如果不转换钻井液在空气钻井条件下侧钻,将提高处理事故效率,延长空气钻井应用井段,显著提高钻井速度。元陆1井断钻具后成功实施了空气钻侧钻技术,取得了非常好的提速效果与经济效益,为该类事故的处理积累了经验。     

川东北泡沫钻井获得成功

2007年4月11日，氮气可循环泡沫钻井液技术在川东北分1井首次应用获得成功。滇黔桂钻井公司施工的分1井一开使用空气钻井，钻至井深110．34m后地层出水，导致无法继续实施空气钻井。通常情况下要改为常规钻井液钻进，而常规钻井液在该区上部地层钻速较慢。针对这一难题，     

川东北元坝陆相空气钻井安全风险评价

从元坝气体钻井钻深相差1000m入手,计算出钻井成本将增加500万元。运用川东北元坝陆相地层岩石内聚力和原始地层坍塌分析方法,从空气钻井条件下井壁稳定性分析入手,进行井壁坍塌风险评价、井下安全评价和空气钻井提速潜力评价。通过建立岩石坍塌密度剖面,计算井筒环空压力分布和岩屑浓度,量化井底岩石可钻性级值,得出了元坝地区空气钻井钻深在2800m最为安全可靠的结论。     

川东北气液转换井壁稳定技术研究与应用

针对川东北地区在空气钻井后转化为钻井液钻井过程中因井壁掉块和坍塌,造成长时间大段划眼、测井遇阻、卡钻等复杂情况,研制了空气钻井后的转换钻井液。其耐温大于150℃,抗盐达饱和,抗石膏污染达2％,相对回收率96．0％。并开发了空气钻井后气液转化工艺,使转换钻井液的井壁稳定能力提高。空气钻井后转换钻井液技术在川东北地区P103-4和P102—1等井的应用结果表明,空气钻井后转换钻井液钻井顺利,转换过程中未出现井壁坍塌等复杂情况,井眼质量提高。     

“三强”防塌钻井液的研究与应用

通过对四川地区地层失稳的机理分析,认为失稳主要由以下原因造成:地层中的泥页岩吸水膨胀造成井壁失稳;地层中存在众多纵横交错的裂缝、微裂缝,裂缝、微裂缝吸水引起应力失衡,或者地层因受到频繁的拉伸和挤压作用形成破碎带,在破碎带地层泥页岩吸水膨胀和应力失衡同时存在,造成井壁失稳.针对井壁失稳的原因,采取了包被、抑制和封堵相结合的方法,经过室内实验优选出“三强”(强包被、强抑制、强封堵)防塌钻井液.该体系通过现场20多口井的应用,解决了气液转换过程中出现的垮塌和正常钻进中的井壁稳定问题,使用的钻井液密度最高达到2.20 g/cm3,其抑制能力高于7％氯化钾溶液,封堵能力强于普通封堵钻井液,可在不同地区不同密度下使用,适应性强.     

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对于井漏的解决办法通常是先堵漏再恢复钻井作业，对堵漏无效的井则采用清水强钻等技术措施。核桃1井Φ444.5 mm井眼井段发生井漏, 通过多次堵漏无效果，又不具备清水强钻的条件, 该井位于半山腰,钻井过程中漏失的部分钻井液从钻机基础下方流出,严重影响了钻机的安全，通过采用空气/空气泡沫钻井工艺技术，解决了该井出现的各种复杂难题，快速安全成功钻达固井井深，取得了Φ444.5 mm井眼段纯空气钻井经验和地层出水时的空气泡沫钻井经验,同时对纯空气/空气泡沫钻井的钻头使用情况有了了解,并掌握了空气钻井设备的配套和使用，现场配制的泡沫基液性能满足了空气泡沫钻井的要求。采用空气钻井技术后缩短了复杂井段的钻井作业周期，大大提高了钻井机械钻速，降低了钻井作业综合成本，提高了经济效益，对于发生恶性井漏的井，采用空气钻井工艺技术是一个非常好的方法。     

蒙古国塔木察格油田钻井液技术

蒙古国塔木察格油田在钻井施工过程中钻遇伊敏组地层大段泥岩,易吸水膨胀、缩径,造成起钻拔活塞、下钻遇阻;大磨拐河组和南屯组地层在钻进中易发生井垮;铜钵庙组地层存在微裂缝,易导致钻井液发生漏失等。通过研究分析,确定出了适合塔木察格油田的两性复合离子聚合物防塌钻井液,以及相应的处理措施。现场应用结果表明,该钻井液具有较强的抑制性、低的滤失量和良好的稳定井壁作用,抑制了铜钵庙组地层的井漏;该钻井液流变性好,对井壁能产生清洗,满足了安全快速钻井的需要,降低了钻井生产中的事故和复杂,提高了生产时效,为降低钻井成本及钻井施工创造了良好的井眼环境。     

气体钻井中泥页岩地层遇水时的井壁稳定性研究

常规钻井液钻井中,水在正压差、毛管力和化学势等作用下进入泥页岩发生井壁失稳,而气体钻井除了自身的力学失稳外,主要在毛管力作用下吸收下部地层水造成泥页岩地层井壁失稳。因此,随着气体钻井技术的发展,在钻遇下部地层出水后,泥页岩地层的井壁失稳机理值得研究。从分析气体钻井条件下泥页岩吸水扩散系数、吸水膨胀系数和吸水后的力学参数变化入手,结合建立的力学化学耦合模型,紧紧抓住气体钻井和水基钻井液钻井的不同点,使得该模型能较好地运用到气体钻井泥页岩井壁稳定性的分析中,并通过DY1井气体钻井实践验证了文中的模型。     

欠平衡泡沫钻井液技术在窿14井的应用

窿14井是青西油田窟窿山构造的一口重点工程探索井.该井为配合在1358～2670 m的欠平衡空气钻井实验,使用了泡沫欠平衡钻井液技术.通过室内研究,优选出了适合在该地区使用的各种处理剂,并通过调整处理剂加量优化设计泡沫钻井液配方.评价试验表明,该配方泡沫钻井液发泡率高、稳定时间长、抗温性好、抗污染能力强、抑制能力强、腐蚀性小.现场应用表明,所使用的泡沫钻井液性能优良,满足了空气钻井方式下携岩的要求,对钻具腐蚀性小,井壁稳定能力好,在地层持续出水的情况下仍保证了井壁的稳定性,应用井段无坍塌事故.     

分1井大井眼空气可循环泡沫钻井液技术

针对川东北地区上部地层砂泥岩互层频繁、硬度大、研磨性强、可钻性差,用常规钻井液机械钻速较幔,而园地层出水也无法顺利实施空气钻井的问题,研究了适合该地区上部地层钻进的空气可循环泡沫钻井液配方,并在分1井进行了应用.空气可循环泡沫钻井液钻进井段为103～938.5 m,平均机械钻速为4.48 m/h,其中429～840 m泥岩(夹砂岩)段平均钻速达5.83 m/h,比同条件下使用常规钻井痕的机械钻速提高4倍多;钻进中控制空气排量为80～120 m3/min,液体流量为3～7 L/s,满足了测斜、起下钻等作业的顺利进行,同时也保证了泡沫钻井顺利地转化为常规钻井.应用结果表明,该技术较好地解决了上部大井眼地层钻速慢及地层出水问题.     

井壁修整器在塔河油田TK1286井的应用

新疆塔河油田起钻过程中经常出现起钻困难的情况，需要短起下拉井壁，花费大量时间，因此应尽量减少短起下钻次数，以有效提高钻井效率，缩短钻井周期。在分析塔河油田地层缩径原因的基础上，文中介绍了井壁修整器的结构、原理、钻具结合及其在TK1286井的应用情况。现场应用表明，井壁修整器变以往被动的短起下拉井壁的工艺技术为主动刮削井壁，较好地解决了起下钻容易遏阻的难题。它可以较好地刮削因钻井液性能和地层等因素在井壁上产生的多余泥饼和吸水膨胀导致井径缩小的部分塑变岩石，减少短起下拉井壁等工艺过程，提高钻井时效，有利于钻头起下和电测施工的顺利进行。     

元坝气田空气钻后气液转换新技术

空气钻井技术在川东北元坝区块陆相上部地层广泛应用,极大地提高了钻井速度,节约了钻井成本。但因受地质条件及井身结构的限制,在二开中完前须转换为常规钻井液钻进,为确保空气钻的提速成果,在分析空 气钻后井壁失稳机理及总结前期经验教训的基础上,提出了元坝地区空气钻后气液转换新技术及转换工艺,并在现场应用中取得良好的效果。