四川油气田气体钻井技术及应用效果

针对钻速慢、 井漏复杂、 储层易伤害的难题, 近年来研究并试验了气体钻井技术, 形成了干气体、 雾化、 泡沫、 充气钻井四项主体技术, 以及气体钻井地层适应性评价、 气体钻井优化设计、 井下流体监测和控制、 空气锤钻井、 气体钻井后介质转换、 气体钻井取心、 气体钻水平井、 干井筒下套管固井八项配套技术, 初步实现了气体钻井装备和工具的国产化, 干气体钻井成熟并推广应用。２ ０ ０ ８年以来在川渝等地区开展规模化应用 １ ９ ２井 ２ ９ ６井次, 平均机械钻速１ １  ８ ５ｍ／ ｈ , 为相同条件下钻井液钻井的３～ １ ３倍, 在及时发现和保护油气层、 加快勘探开发进程和解决工程复杂等方面取得显著成果。     

KQC系列空气锤在油田气体钻井中的应用

在油田气体钻井中使用KQC系列空气锤,解决了泥浆钻井在中硬以上地层中钻速慢、易井斜的难题。钻机通过钻杆对井底空气锤施加钻压和转矩,空压机产生的高压气体驱动空气锤钻头对井底岩石进行冲击,形成快速的旋冲式破岩钻进。这种破岩方式要求的钻压和转矩较低,有效地降低了井斜,减少井下事故的发生。现场试验表明,使用KQC系列空气锤钻井,平均机械钻速比泥浆钻井提高5倍以上,同时具备防斜和纠斜的能力。介绍了KQC系列空气锤的结构特点、工作原理、技术参数、台架试验与现场试验情况及空气锤钻进中应注意的问题。     

元坝地区钻井难题分析与技术对策探讨

元坝地区是中国石化天然气增储上产的一个重要勘探区域,但该地区钻井中遇到了一系列钻井难题,包括气体钻进井段较短、下部陆相地层常规钻井机械钻速低、小井眼钻井提速难度大、深部井段钻井液维护困难等。针对上述难题,探讨了:空气锤、雾化、泡沫钻井技术提高上部陆相地层气体钻井应用及进尺的效果;利用优选PDC钻头及复合钻井技术、低密度钻井液钻井技术、水力加压器和水力脉冲空化射流发生器等提高下部陆相地层的机械钻速;推广应用耐高温螺杆和涡轮钻具提高深部小井眼钻井速度,及利用高钙盐强抑制防塌钻井液体系解决井底高温高压、碳酸根及盐水污染问题的效果。最后推荐出了适合元坝地区各层段的优快钻井技术。      

气体钻井技术在龙岗1井的试验与认识

龙岗1井是龙岗构造上一口风险探井,设计井深6316m,由于地层可钻性差,采用常规钻井工艺机械钻速低,且极易发生钻具事故。龙岗1井钻井采用纯空气、氮气钻井试验的结果表明,采用气体钻井技术后机械钻速比邻区提高了3～4倍,减少了井漏和断钻具等井下事故,保证了井下安全,试验所用空气锤还具有很好的防斜打快效果。     

空气锤钻井技术在元坝区块陆相井的应用

针对元坝区块陆相井地层岩性复杂、机械钻速低、易斜易漏和压力窗口窄等难题,在元坝区块10口已完钻陆相专探井中应用空气锤钻井技术。应用结果表明,空气锤钻井技术在蓬莱镇组、遂宁组和上沙溪庙组地层应用效果良好,平均机械钻速可达普通空气钻牙轮钻头的2.1倍,平均单只钻头进尺是空气钻牙轮钻头的1.4倍,最大井斜角可控制在4°以内,井下复杂情况的发生概率减小75%。该技术具有显著的提速提效和防斜打直效果,可在元坝区块陆相井中推广应用。     

对空气钻井中钻具腐蚀因素的影响研究

空气-泡沫钻井,因其钻速快,防漏效果好,具有常规钻井液不可比拟的优越性。空气粉尘钻井在干硬地层机械钻速达到16.24m/h。雾化钻井在出水量较小时,钻速为13.16m/h,当地层出水较多,空气压力较高时,其钻速与泡沫钻井速度相当。但泡沫钻井腐蚀钻具轻微,而雾化钻井腐蚀钻具严重。因此,必须根据地层情况选择合适的钻井流体,既要提高机械钻速,又要保护钻具,提高综合经济效益。     

欠平衡钻井技术在元坝121H井的应用

元坝121H井是一口部署于川东北巴中低缓构造带元坝区块的海相超深水平井,钻遇地层复杂,地层压力和温度高,地层流体含H2S和CO2,钻井施工难度大、周期长.尤其是陆相的千佛崖、自流井和须家河组大尺寸井段,地层岩石硬度高,研磨性强,可钻性差,机械钻速低,严重制约了开发效益和周期.为了提高钻井速度,缩短钻井周期,分别在一开、二开和三开部分井段采用了泡沫、气体和液体欠平衡钻井技术,机械钻速约是常规钻井液钻速的1.2～6.0倍,最高达9.41 m/h,提速效果显著.该井欠平衡钻井效果在提高机械钻速方面与常规钻井方式相比具有明显优势,也为该地区钻井提速和及时发现油气显示提供了宝贵经验.     

空气锤钻井技术在哈深201井火成岩地层的应用

准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,钻进过程中井斜问题突出、机械钻速低、钻井周期长,严重影响了火成岩目的层的勘探开发进程。首先分析了牙轮钻头气体钻井技术难点,通过开展火成岩岩石力学特性实验,分析空气锤破岩机理及其在火成岩中的适应性,结合KQC型空气锤主要结构、技术性能特点,提出空气锤钻井低钻压、低转速、高频率冲击的破岩方式,在实现山前带火成岩防斜打快的同时,能有效避免钻具磨损、疲劳断裂等情况发生。在准噶尔盆地哈深201井火成岩中进行了现场应用,在保证井斜始终控制在2°以内情况下,平均机械钻速和单趟钻进尺较牙轮钻头气体钻井同比分别提高了2.45倍和6.42倍以上,哈山区块?444.5 mm井眼单趟钻机械钻速14.29 m/h,?311.2 mm井眼单趟钻进尺470.62 m,取得了显著的防斜打快应用效果,为今后火成岩地层优快钻井探索出了一种有效的技术手段。     

LG地区X井快速钻井配套工艺技术

LG地区X井是中国石油天然气集团公司布置在该构造上的一口风险探井,存在井深、岩石可钻性差,参考资料较少,钻遇异常高压可能性大,井底温度高,纵向上地层压力系统多,硫化氢含量普遍较高等钻井工程风险。针对深井安全钻井的难点,开展了气体钻井、螺杆带PDC钻头、防斜钻井等综合配套技术试验研究,并提出如下建议：①在井下出现油、气、水显示,已危及钻井安全,或供气量不够、井底沉砂超过20 m,接单根困难以及有阻卡现象,应及时转换为钻井液钻井;②采用空气锤不仅能够保证良好的井身质量,而且能保持较高的机械钻速,应继续在311.2 mm井段中推广应用钟摆、满眼钻具防斜技术;③加强总结,不断完善LG构造上的深井、超深井安全快速钻井配套技术。     

气体钻井快速转换为常规钻井的钻井液技术

气体钻井与常规钻井液钻井相比具有速度快、周期短、综合成本低等优点,但气体钻井结束后井眼在由气体介质转换成液体介质过程中,由于转换的钻井液性能不适应干燥的井下条件、转换工艺技术不合理,易出现复杂情况或事故,使得转换时间长,气体钻井优势没有充分体现出来。为解决气体钻井结束后转换成钻井液钻井的井壁稳定、井眼畅通和防塌等问题,在总结多年气体钻井现场实践经验的基础上,提出了气体钻井后转换为钻井液体系和气液转换工艺及井眼清洁的工艺技术措施。     

气体钻井井壁稳定处理剂评价方法探讨

气体钻井遇到地层出水时,通常就要转化为雾化钻井、充气泡沫钻井或钻井液钻井。工作液中液相浸入,引起地层岩石的物理化学变化,可造成井壁垮塌,甚至会导致井下复杂情况及事故。为此,深入分析和总结了气体钻井遇地层出水后的特殊井下情况,提出了在特殊井下情况下泥页岩井壁稳定对处理剂的性能要求,并对气体钻井井壁稳定处理剂的实验评价方法进行了探讨。结果表明:综合运用滚动回收实验、封堵效果评价,压力穿透测试、抗毛细管力自吸测试以及岩石力学参数测试等方法,能够较全面地评价井壁稳定处理剂的抑制性、封堵性、抗毛细管力自吸等性能以及该处理剂对岩石力学性质的影响。     

空气钻井在TABNAK气田的合理应用

空气泡沫钻井,因其钻速快,防漏效果好,具有常规钻井液不可比拟的优越性。空气粉尘钻井在干硬地层机械钻速达到16.24m/h。雾化钻井在出水量较小时,钻速为13.16m/h,当地层出水较多,空气压力较高时,其钻井速度为6.52m/h,与泡沫钻井速度(5.23~ 6.63m/h)相当。但泡沫钻井腐蚀钻具轻微,而雾化钻井腐蚀钻具严重。因此,必须根据地层情况选择合适的钻井液,既要提高机械钻速,又要保护钻具,提高综合经济效益。     

欠平衡井底压力采集系统的研制与应用

在欠平衡钻井、空气或泡沫钻井中,当钻井液含有多相流时会出现井底压力不清楚、地层压力预测误差较大、欠平衡井底负压值控制不准确等问题。通过在三开欠平衡井段的现场试验,实测出钻井过程中在井底存在多相流时的井底压力,发现理论计算误差在10%左右,在有气侵的情况下误差高达13%,为此,提出一种利用实测井底压力准确计算地层压力的新方法,完井实测地层压力证明了该理论计算的准确性。它能准确计算出井底负压值以及环空钻井液平均密度的大小,合理确定后续欠平衡钻井的钻井液密度,从而发展和完善了欠平衡钻井井底压力控制技术,实现了欠平衡钻井数据采集分析的定量化、标准化和自动化。     

川东北地区空气钻井燃爆分析与预防

空气钻井在钻遇油气层时,易发生井下燃爆,造成钻具被埋、井眼报废等复杂情况。为此,分析了井下燃爆发生的条件、方式、原因和燃爆机理,提出针对现场实际情况预防燃爆的措施,即加强对地层的认识,避免在油气层采用空气钻井或转换成雾化泡沫钻井,防止井下燃爆和卡钻的发生,保持井眼畅通防止滤饼圈的形成,利用UBD气体监测系统加强井下烃类气体的随钻监测以及采用防燃爆短节来及时发现和预防井下燃爆的发生,以保障空气钻井的顺利实施。     

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

也门32区块空气泡沫钻井技术

也门32区块和53区块地层可钻性差、存在断层漏失，采用泡沫钻井液有效地解决了井漏问题，应用空气锤钻井加 快了硬地层的钻进速度，并且利用国外先进技术成功地进行了取心和定向钻进；已在也门顺利完成5口井，全部安全优质高效地完成，经济效益显著。     

成膜防塌液的室内研究及其应用工艺——用于解决气—液钻井转换初期的井壁失稳问题

气体钻井结束后,在替入钻井液初期,钻井液中的水相会大量快速地进入地层,引起地层中的黏土矿物吸水膨胀而导致井壁失稳或形成厚滤饼,造成起下钻遇阻复杂,解决井眼通畅问题需要花费更多的处理时间。为此,提出了气体介质转换成钻井液介质的钻井初期有效控制井壁失稳新的技术思路——成膜防塌技术。在实验室内研制了一种由高分子有机物和无机物组成的混合液体,称之为"成膜液",并进行了人造岩心浸泡、泥球浸泡、防清水渗透的室内实验,分别对比考察了岩样的分散、岩心表面成膜及其防水膜的渗水性能。实验结果表明:该成膜液能在短时间(10~30s)内在实验岩心上形成一层光滑致密的防水渗膜,能有效阻止钻井液中的水相进入实验岩心的内部,起到了防止黏土水化分散、稳定井壁和有效防止厚泥饼形成的作用。最后分别推荐了气体钻井和雾化钻井的成膜液现场应用浓度范围及其操作性强的防渗膜"涂抹"工艺方法。     

充气泡沫气体钻井工艺技术

对于油气藏和地层压力系数小于1的井，无论是钻井还是修井一般均采用充气、泡沫、气体等工艺技术措施，降低井内压力，达到保护油气层和解决井漏的目的，并在油气层井段采用柴油机尾气工艺技术完成防止井下燃爆的任务。通过多口井的试验和现场应用表明．充气泡沫气体钻井施工技术，可以开采产层压力系数为1．0～0．3的低压油气井和枯竭性油气井，增大了石油天然气的可开采范围，有效地保护了油气层，具有实用性和可操作性；该工艺技术对一些适合空气、泡沫钻井的井漏井，达到了常规钻井液钻井和堵漏技术无法达到的效果，缩短了钻井周期，降低了井漏复杂井的钻井综合成本。     

空气钻井安全钻进特性分析

空气钻井技术被钻井界认为是提高钻井速度、缩短钻井周期的一项实用性技术。与常规钻井液钻井技术相比,空气钻井在提高机械钻速、避免地层伤害、避免地层漏失方面具有明显优势,在控制地层压力、地层流体流入能力等方面存在不足。总结出了影响空气钻井安全钻进的“十大”因素,即井眼清洁、地层出水、井眼稳定、井下着火和爆炸、井斜控制、井控问题、气侵早期监测、钻具的腐蚀及冲蚀、钻具断裂和钻井液转换,并对上述因素进行了详细的分析。普光气田空气钻井实践证明了空气钻井技术的优势,但同时也暴露出一些问题。只有全面理解和掌握了空气钻井技术,才能充分发挥其优势和潜力,加快普光气田及周边区块的勘探开发步伐。