田 玉 棟

(大慶鉆探工程公司 鉆井工程技術研究院,黑龍江 大慶 163413)

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徐深氣田氣體鉆井問題分析及技術對策

田 玉 棟

(大慶鉆探工程公司 鉆井工程技術研究院,黑龍江 大慶 163413)

針對大慶油田徐深氣田應用氣體鉆井過程中存在的地層出水、卡鉆、鉆具失效、井徑擴大等問題,選取了徐深氣田具有代表性的18口氣體鉆井進行了詳細統(tǒng)計與分析,給出解決問題相應的技術對策和措施及下步攻關方向,并在現(xiàn)場應用4口井,應用過程中取得較好的效果,預測出水層符合率達85%,有效避免井下復雜情況的發(fā)生,減少非生產時間,提高了氣體鉆井效率,對大慶油田氣體鉆井技術發(fā)展具有借鑒和指導意義，有利于氣體鉆井的推廣應用。

氣體鉆井;地層出水;技術對策

大慶油田經過多年的科研攻關和現(xiàn)場實踐,基本形成了一套氣體鉆井配套技術,但在現(xiàn)場施工過程中還存在著地層出水后井壁失穩(wěn)、卡鉆、鉆具失效、產層出氣等一系列技術難題[1-2]。目前,尚未有人對徐深氣田氣體鉆井存在問題進行全面深入分析。為今后更好地推廣應用氣體鉆井技術,對現(xiàn)存的問題進行分類統(tǒng)計與分析是極其必要的。

1　氣體鉆井存在的問題

1.1地層出水

當氣體鉆井鉆遇水層,地層出水導致攜巖效果不好,造成注壓高或鉆速慢,如地層出水量過大將被迫終止氣體鉆井施工,轉化為常規(guī)鉆井[2]。經統(tǒng)計有5口井出現(xiàn)這類問題,現(xiàn)場采取轉化為霧化/泡沫鉆井,一定程度上解決了這類問題,但當?shù)貙映鏊吭黾訒r,這些技術手段已不能夠解決這些問題,被迫終止氣體鉆井,未完成氣體鉆井的設計井深,影響了氣體鉆井的應用。

1.2長井段劃眼

氣體鉆井在起鉆更換鉆頭時,由于長時間中斷循環(huán),不能將地層巖屑有效攜帶出井筒,泥頁巖遇水膨脹,導致井眼縮徑,甚至井壁失穩(wěn)垮塌,形成砂橋,造成下鉆遇阻,無法下鉆到井底,只能長井段劃眼下鉆到井底。經統(tǒng)計有6口井8個井段發(fā)生此類問題,劃眼井段最短為95 m,最長為739 m,平均為267.5 m。其中XS141井、XS232井和XS27井一直使用牙輪鉆頭和滿眼鉆具組合;GL1井是使用牙輪鉆頭和塔式鉆具組合;XS31井和GS2井是已鉆成的井眼使用空氣錘頭+光鉆鋌鉆具組合,后改下牙輪鉆頭+滿眼鉆具組合,造成下鉆遇阻,長井段劃眼到底。

1.3卡鉆

氣體鉆井地層出水后轉化為霧化/泡沫鉆井,但其攜巖攜水的能力有限,巖屑不能完全帶出,特別是接單根或起鉆時停止循環(huán),巖屑下沉堆積,易造成沉砂卡鉆或井壁坍塌或造成嚴重卡鉆[1-3]。經統(tǒng)計有7口井發(fā)生過9次卡鉆,有6口井8次卡鉆發(fā)生在地層出水后起下鉆、測斜等停氣狀態(tài)下,其中XS29井、XS141井及GL1井在處理過程中被迫轉成常規(guī)鉆井,氣體鉆井提前終止,影響了氣體鉆井的現(xiàn)場應用。

1.4鉆具失效

由于氣體不能對鉆具進行有效的潤滑作用,特別是地層出水,水與巖屑混成泥餅或泥環(huán),鉆具在轉動時摩阻增大,造成扭矩波動大,鉆具強度薄弱處或疲勞應力集中處在交變應力作用下易發(fā)生鉆具失效[2]。在徐深氣田有4口井發(fā)生過井下鉆具失效,其中兩次減震器芯軸斷(圖1),一次加重鉆桿扣斷,一次鉆鋌倒扣及箭型回壓閥斷裂(圖2),處理時間長達73 d。

圖1　YS2井減震器芯軸斷裂

圖2　XS27井箭型回壓閥斷裂

從4口井斷鉆具的現(xiàn)象來看,一是鉆具失效時,扭矩波動較大,二是或多或少伴有出水現(xiàn)象。分析其原因,由于地層出水,氣體循環(huán)不能完全干燥,水與巖屑混成泥餅或泥環(huán),鉆具在轉動時摩阻增大,造成扭矩波動大,鉆具強度薄弱處或疲勞應力集中處在交變應力作用下致使其失效。

1.5井徑擴大

由于氣體鉆井失去液柱壓力對地層的力學平衡作用,而且不能形成泥餅有效保護井壁,鉆柱旋轉碰撞井壁,再加之大排量氣流沖刷,井壁易造成井徑擴大[1-5]。特別是地層出水或轉化霧化/泡沫鉆井時,泥頁巖吸水或水化容易剝落坍塌,易造成井眼擴大。經統(tǒng)計，XS31井平均井徑擴大率達68.22%,GL1井是單井平均井徑擴大率為12.89%(空井眼測井數(shù)據),14口井平均值也達到了32.98%。從表1可以看出,氣體鉆井各層位與常規(guī)鉆井相比平均井徑均高出較多。

表1　氣體鉆井各層段平均井徑擴大率　%

1.6井斜

針對應用光鉆鋌鉆具易斜、螺扶滿眼鉆具返屑差等問題,XS28井采用滿眼鉆具組合配合合理鉆進參數(shù)或使用空氣錘鉆進等技術措施,并優(yōu)化了方接頭滿眼及塔式2種鉆具組合,同時優(yōu)選了A617HDC氣體鉆井專用鉆頭,優(yōu)化了鉆井參數(shù),制定了井斜監(jiān)控措施,基本形成了控斜打快技術,一定程度上解決了井斜嚴重超標的問題,初步實現(xiàn)了氣體鉆井控斜打快目的。

氣體鉆井井斜的原因之一是井徑擴大,導致滿眼鉆具不能較好起到滿眼防斜的作用,使鉆頭在鉆進時易發(fā)生“漂移”,容易出現(xiàn)井斜,見表2所示。

表2　氣體鉆井井斜增長率與井徑擴大率之間關系

1.7鉆遇產層出氣

徐深氣田氣體鉆井共有3口井打開儲層,YS2井、GS2井點火成功,其中YS2井在產層鉆進20.75 m,排砂口點火長達60 h。氣體鉆井實現(xiàn)儲層繼續(xù)鉆進,需要解決起下鉆壓力控制問題。必須制定有效的鉆進、起下鉆壓力控制技術及井口密封措施,實現(xiàn)儲層氣體鉆井安全作業(yè)。

2　技術對策

針對徐深氣田氣體鉆井存在上述問題,采用以下技術對策:

(1)氣體鉆井地層出水預測技術。徐深氣田深層巖性以泥頁巖為主,鉆遇水層易發(fā)生剝落、垮塌,地層出水是造成氣體鉆井井下復雜與事故的主要根源,是目前最難以解決和棘手的問題,影響了氣體鉆井效率的提高,制約了氣體鉆井在大慶油田的推廣應用[2- 6]。開展基于滲透率、孔隙度、泥質含量、含水飽和度等多參數(shù)地層出水預測技術研究,建立氣體鉆井出水層位判識標準和出水量計算模型,編制出地層出水預測軟件,對出水層進行預測,確定氣體鉆井井段,為氣體鉆井優(yōu)化井身結構和選區(qū)、選井、選層提供理論依據。

(2)合理匹配鉆具組合和優(yōu)化鉆井參數(shù)。大慶鉆井工程技術研究院優(yōu)化了方接頭滿眼及塔式2種鉆具組合,優(yōu)選了A617HDC氣體鉆井專用鉆頭,優(yōu)化鉆井參數(shù)等技術措施,并通過現(xiàn)場試驗不斷優(yōu)化完善。

(3)制定合理的氣體鉆井起下鉆壓力控制措施及裝備。前大慶鉆井工程技術研究院采取技術攻關,通過使用井下套管閥,研制了井口起下鉆鋌鉆具穩(wěn)定器控制裝置及井口負壓引導裝置。

3　現(xiàn)場應用效果

上述技術措施在XS441井、XS904井和XS35井進行現(xiàn)場應用,預測出水層46層,實際觀測到39層,符合率85%,準確提示氣體鉆進井段較小出水層位,確定合理的套管下深,有效封隔上部較大水層,保證氣體鉆井井段最大化,確保氣體鉆井安全經濟作業(yè)。應用3口總進尺2 177.10 m,平均鉆速8.17 m/h,平均機械鉆速提高27.26%,同比常規(guī)鄰井鉆速提高4.84倍,縮短鉆井周期21.05 d,取得較好的應用效果。

4　結束語

地層出水是造成徐深氣田氣體鉆井井下復雜與事故的根源,是大慶油田氣體鉆井最難解決和棘手的問題,影響了氣體鉆井效率,制約了氣體鉆井的推廣應用。建議開展氣體鉆井地層出水問題的機制及防治技術研究;研制氣體鉆井條件下的隨鉆測斜儀器;研制氣體鉆井連續(xù)循環(huán)裝置,在起下鉆工況下保持循環(huán),有效將巖屑、地層水循環(huán)攜帶出井筒,避免井下復雜情況的發(fā)生,減少非生產時間,實現(xiàn)提速、提效,是氣體鉆井技術發(fā)展的趨勢。

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[責任編輯]董燕

2016-03-20

國家科技重大專項 (2011ZX05021-002)

田玉棟(1983—),男,山東濟寧人,大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院工程師,主要從事氣體/欠平衡鉆井技術研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.004

TE249

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1673-5935(2016)02- 0012- 03