吳熙 荊華

（中國石化西南石油工程公司鉆井工程研究院，四川 德陽 618000）

大井眼泡沫鉆井技術(shù)在川東北元壩29井的應(yīng)用

吳熙 荊華

（中國石化西南石油工程公司鉆井工程研究院，四川 德陽 618000）

川東北元壩地區(qū)的井位井眼尺寸大（?660.4mm），環(huán)空間距大，地層可鉆性差，出水量多，井眼清潔難度高。如果使用常規(guī)鉆井，鉆井周期長，成本高。空氣鉆井雖然可以解決以上部分問題，但是由于井眼尺寸過大，攜砂凈化井眼能力不足。更為致命的問題是川東北地區(qū)地層水較豐富，導(dǎo)管、第一次開鉆都會(huì)鉆遇水層，導(dǎo)致空氣鉆井難以實(shí)施。提出用霧化泡沫鉆井方式應(yīng)對(duì)川東北元壩地區(qū)的上述難題，介紹了泡沫鉆井的工藝特點(diǎn)并進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用，這將進(jìn)一步提高川東北元壩地區(qū)復(fù)雜地層的鉆井效率。

泡沫鉆井 欠平衡 提速 四川東北 大井眼

0 引言

泡沫鉆井是一種新的、用于對(duì)付特殊自然地理環(huán)境和復(fù)雜地質(zhì)條件的鉆井技術(shù)。與常規(guī)鉆井液鉆井相比，泡沫鉆井由于較低的泡沫密度，有防止或減少地層漏失、避免鉆井液對(duì)油氣層的污染的作用，負(fù)壓的鉆井狀態(tài)可增加勘探開發(fā)的準(zhǔn)確性和可靠性，較低的泡沫密度使之對(duì)井底巖石的壓持效應(yīng)大大減少，極有利于巖石的有效破碎，從而使機(jī)械鉆速大幅度提高［1-2］。自從泡沫鉆井技術(shù)在川東北地區(qū)應(yīng)用以來，井眼清潔是一直困擾的問題，特別是?444.5mm以上尺寸的井眼，井眼環(huán)空大，巖屑掉塊多，甚至有些井地層出水量高達(dá)30m3／h。中國石化西南石油工程公司鉆井工程研究院通過改進(jìn)泡沫鉆井工藝，增強(qiáng)了泡沫體系的攜砂攜水能力，保證了第一次開鉆700m左右干法固井作業(yè)的順利進(jìn)行。

1 元壩地區(qū)地質(zhì)特征及鉆井現(xiàn)狀

1.1 地質(zhì)特征

根據(jù)元壩地區(qū)幾口已完鉆井的實(shí)鉆資料和地震地層預(yù)測結(jié)果（表1），四川盆地川中低緩構(gòu)造帶北斜坡元壩區(qū)塊地層壓力低，淺部地層水發(fā)育。

1.2 鉆井現(xiàn)狀

元壩29井是四川盆地川東北元壩低緩構(gòu)造帶西部的一口預(yù)探井，鉆井中不可預(yù)見的因素較多，實(shí)鉆中地質(zhì)情況可能與預(yù)計(jì)有一定差別，存在易漏、易塌、易斜等復(fù)雜情況，特別是該井上部地層不穩(wěn)

定，易漏、易坍塌、易出水。

表1 元壩29井地質(zhì)預(yù)測表

如果用鉆井液鉆井，主要存在機(jī)械鉆速低、嚴(yán)重井漏等復(fù)雜情況及建井周期長的問題。例如元壩1井鉆至井深24.87m開始出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，井漏情況逐步加劇，至30.74m時(shí)發(fā)生失返性漏失，停鉆進(jìn)行堵漏，共漏失鉆井液113.12m3。如果使用氣體鉆井，主要存在地層出水的問題，制約了空氣鉆井的實(shí)施。

2 泡沫鉆井技術(shù)

泡沫鉆井就是在壓縮空氣中注入一定量的泡沫劑溶液，使介質(zhì)在循環(huán)中產(chǎn)生大量的穩(wěn)定泡沫，發(fā)揮稀釋、減阻、增浮、降壓和潤滑的多種作用，以進(jìn)一步擴(kuò)大空氣鉆井技術(shù)對(duì)地質(zhì)條件的應(yīng)變能力，提高鉆井效能。其基液一般是由水、燒堿、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑按一定比例配制而成，氣體一般選擇空氣。泡沫在壓力較高情況下性能穩(wěn)定，不易破壞，并具有密度低、失水量小、黏度高、攜巖效果好等特點(diǎn)，所以廣泛地用于低壓、易漏失地層的鉆井、完井、修井和油氣井增產(chǎn)措施中。

泡沫鉆井是用極易壓縮的泡沫液取代了常規(guī)循環(huán)鉆井液，泡沫液起到了鉆井液的大部分作用，例如冷卻鉆頭和清洗井眼。泡沫鉆井可應(yīng)用在特定的巖性和孔隙壓力條件下，盡管需要額外的設(shè)備，但利用這項(xiàng)技術(shù)可以顯著地縮短鉆井周期而獲得低的鉆井成本。

泡沫鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井相比，具有如下特點(diǎn)：①提高機(jī)械鉆速。眾所周知，壓差對(duì)鉆速的影響極大，而空氣／泡沫的密度低，井內(nèi)液柱壓力達(dá)到最低值，使井底形成一個(gè)較大的負(fù)壓，鉆頭在負(fù)壓下使巖石旋轉(zhuǎn)爆裂、破碎，從而最大限度地提高地層的可鉆性。②用空氣鉆開地層，井壁不易坍塌。國內(nèi)外研究表明，地層坍塌壓力隨著鉆井液的性能不同，數(shù)據(jù)變化較大，而用空氣和泡沫鉆井由于不存在失水或失水極少，減少了井壁水敏坍塌的可能性。③延長鉆頭使用壽命。在井底鉆頭處，空氣泡沫返速比常規(guī)鉆井液快得多，且由于井底呈負(fù)壓狀態(tài)，鉆屑幾乎沒有壓持效應(yīng)，從而延長了鉆頭牙齒的使用壽命。

3 元壩29井泡沫鉆井技術(shù)實(shí)驗(yàn)

3.1 井身結(jié)構(gòu)及鉆井方式

元壩29井井身結(jié)構(gòu)及鉆井方式如表2所示。

表2 元壩29井井身結(jié)構(gòu)及鉆井方式表

3.2 泡沫配方

元壩29井井眼大，地層出水量大，泡沫必須滿足以下要求：①較大的發(fā)泡體積。在井眼容積一定時(shí)，泡沫分散度越高，泡沫體積越大，泡沫液注入量越小，泡沫材料耗量越少，鉆屑在井眼內(nèi)滯留的時(shí)間越短，井眼越容易被清潔［3］。②泡沫穩(wěn)定性強(qiáng)，能在長時(shí)間的循環(huán)和高溫條件下性能穩(wěn)定。③抗污染能力強(qiáng)，與地層流體及入井液配伍性好，化學(xué)劑性能穩(wěn)定。④凝固點(diǎn)低，具有生物降解能力，毒性小。因此，元壩29井優(yōu)選泡沫配方為：

清水＋燒堿（NaOH）＋發(fā)泡劑（WD－18）＋穩(wěn)泡劑（HWP）＋HV－CMC＋抑制劑（KCL）

3.3 鉆具組合

元壩29井泡沫鉆井的鉆頭選型與常規(guī)鉆井鉆頭選型一致，不進(jìn)行特別考慮，選用26ST525CG鉆頭，但不裝噴嘴。鉆具組合如下：

?660.4mm鉆頭×0.73m（26ST525CG，?40×3）＋浮閥×0.8m＋接頭×0.48m＋?279.4mm鉆鋌×

28.28m＋接頭×0.56m＋旁通閥×0.52m＋?228.6 mm鉆鋌×46.59m＋接頭×0.51m＋?203.2mm無磁鉆鋌（加測斜擋板）×9.15m+?203.2mm鉆鋌× 53.26m＋接頭×0.5m＋?177.8mm鉆鋌×26.68 m＋接頭×0.5m＋?139.7mmG105斜坡鉆桿＋回壓凡爾×0.43m＋?139.7mmG105斜坡鉆桿＋方保× 0.47m＋下旋塞×0.4m＋?152.4mm六棱方鉆桿（建議加減震器）。

3.4 工藝流程

以空氣為工作對(duì)象，用空壓機(jī)對(duì)空氣先進(jìn)行初級(jí)加壓，然后經(jīng)過增壓機(jī)增壓將高壓氣體通過立管三通進(jìn)入鉆具，使用泥漿泵泵入泡沫基液，在立管處泵入基液開始與空氣混合，在鉆具內(nèi)形成泡沫，泡沫通過鉆頭時(shí)對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻，并在環(huán)空完成攜帶巖屑的任務(wù)，再通過井口的環(huán)形防噴器的側(cè)出口，泡沫和鉆屑進(jìn)入排砂管線，最后到破泡池，泡沫自然破泡后基液回收到上水池進(jìn)行再利用。

3.5 應(yīng)用效果

3.5.1 作業(yè)過程

元壩29井井眼為?660.4mm，屬于特大井眼，環(huán)空間距大，井眼清潔難度高。從井深34.60m處開始空氣鉆井，鉆進(jìn)至55.17m排砂口返出巖屑減少，錄井取砂樣口巖屑潮濕，立壓從1.47MPa上升到1.56MPa，排砂口返出巖屑呈稀泥糊狀且有水滴，增加注氣量（240m3／min逐步上調(diào)至300m3／min）依然無法烘干井壁，于是結(jié)束空氣鉆井，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換為泡沫鉆井。起鉆后鉆鋌及鉆頭位置黏附有大量稀泥糊。

泡沫鉆井從55.17m開始，井段為55.17～707 m，地層為劍門關(guān)組（巖性為棕紅色泥巖與灰白色巖屑長石石英砂巖）、蓬萊鎮(zhèn)組（巖性為棕灰、棕紅色泥巖與棕灰、紫灰色長石巖屑砂巖）?？諝馀帕繛?80～200m3／min，泥漿泵排量為12～15L／s，安全順利鉆至固井井深707m，中途短起下鉆無阻卡現(xiàn)象并且順利下套管到井底；泡沫鉆井總進(jìn)尺為672.8 m，純鉆時(shí)間為104.59h，平均機(jī)械鉆速為6.43m／h，大大縮短了鉆井周期，至少比常規(guī)鉆井節(jié)約了鉆井周期40d左右。

3.5.2 效果對(duì)比

元壩地區(qū)鄰井效果對(duì)比如表3所示。

表3 元壩地區(qū)鄰井效果對(duì)比表

4 結(jié)論

1）空氣泡沫鉆井工藝技術(shù)能夠解決在地層不坍塌、地層出水量小和地層無天然氣的井漏井段的正常鉆井問題，并且保證了井下安全，鉆井速度快，節(jié)省了鉆井綜合成本。

2）當(dāng)泡沫遇到鹽水、油氣、電解質(zhì)、防泡劑、消泡劑等外加材料且外界溫度壓力變化時(shí)，其穩(wěn)定性也會(huì)發(fā)生較大的變化，這就需要一定量的穩(wěn)泡劑，但是穩(wěn)泡劑的加入量一定要準(zhǔn)確，不然泡沫半衰期過長的話，隨之而來的問題就是泡沫從井口返到地面污水池后，在空氣泡沫鉆井期間不破裂，不消泡，大量堆積，不能及時(shí)變成泡沫液，不利于回收。因此，空氣泡沫鉆井時(shí)，技術(shù)人員一定要隨時(shí)觀察泡沫出口，根據(jù)井深和上返時(shí)間，合理控制半衰期，隨井深的增加，改變泡沫配方。

3）空氣鉆井井眼尺寸越大，空氣鉆井需求的空氣量也就越大，所以在?660.4mm井眼的純空氣鉆井，要保證正常鉆井則需要260～360m3／min以上的空氣設(shè)備，這就給空氣設(shè)備和現(xiàn)場作業(yè)場地的準(zhǔn)備工作帶來了一定難度，也大大增加了空氣鉆井的直接成本。因此，在大井眼純空氣鉆井實(shí)施困難時(shí)，建議采用空氣泡沫鉆井工藝技術(shù)。而空氣泡沫鉆井的空氣需求量是純空氣氣量的1／2左右，這樣可以大大減少空氣設(shè)備的投入。

［1］William C.Lyons.Air and Gas Drilling Manual［M］.Mc?Graw-Hill Professional，2 edition，December 7,2000.

［2］周英操，王廣新，趙德云，等.充氣鉆井技術(shù)在大慶油田的應(yīng)用［J］.探礦工程，2006（9）：51-54.

［3］余晟，李黔，康雪林，等.充氣欠平衡鉆井環(huán)空氣液固三相流動(dòng)力學(xué)分析［J］.鉆采工藝，2007,30（2）：31-33.

（編輯：李臻）

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2095-1132（2014）04-0037-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.011

修訂回稿日期：2014－07－14

吳熙（1982－），工程師，從事欠平衡鉆井技術(shù)服務(wù)工作。E-mail：281592@qq.com。