譚秀華 趙文韜 謝治國(guó) 張 濤

(重慶礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)有限公司， 重慶 401121)

渝東南地區(qū)頁(yè)巖氣資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大。這里的氣藏上部地層主要是三疊系、二疊系碳酸鹽巖地層，受地表溶蝕的影響，地下暗河、溶洞較為發(fā)育。但鉆井過(guò)程中，存在惡性井漏問(wèn)題[1]。惡性井漏既耗費(fèi)了大量鉆井材料，又延長(zhǎng)了鉆井周期，制約了渝東南地區(qū)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，增加了鉆井勘探成本。如渝東南地區(qū)的ZY1井，在大冶組-長(zhǎng)興組地層(井深41.96 — 486.00 m)鉆遇多個(gè)漏失層位，多次采用橋漿、水泥漿堵漏而不成功，最后采用清水強(qiáng)鉆至井深500 m一開(kāi)完鉆，一開(kāi)鉆進(jìn)期間共漏失鉆井液173 m3，漏失清水16 950 m3，鉆井周期15 d。為了改變這種狀況，在Y2井的大冶組至水車坪組井段進(jìn)行了空氣鉆井試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)方案

Y2井是在酉陽(yáng)東區(qū)塊部署實(shí)施的第2口預(yù)探井，位于重慶市酉陽(yáng)縣龍?zhí)舵?zhèn)，其構(gòu)造位置為渝東南凹陷褶皺帶秀山凸起褶皺帶平陽(yáng)蓋向斜南西翼。該井設(shè)計(jì)井深2 880 m，井型為直井，完鉆層位為上奧陶統(tǒng)寶塔組。

1.1 試驗(yàn)井段及目的

設(shè)計(jì)的空氣鉆井井段，為Y2井大冶組至水車坪組(5 — 1 047 m)。

試驗(yàn)?zāi)康模禾岣遈2井大冶組至水車坪組非儲(chǔ)氣層的鉆井速度；考察空氣鉆井施工中的井身質(zhì)量及井眼穩(wěn)定情況；在固定井眼直徑條件下，優(yōu)化空氣鉆井注氣所需排量；探索提高渝東南地區(qū)頁(yè)巖氣藏表層機(jī)械鉆速的工藝技術(shù)。Y2井的設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備與鉆井流程

Y2井的空氣鉆井主要設(shè)備：7臺(tái)排氣壓力為3.5 MPa、排量為32.5 m3min的空壓機(jī)，4臺(tái)工作壓力為17 MPa、排量為70 m3min的增壓機(jī)，AD194-714型旋轉(zhuǎn)控制頭，66DQ8K5U總成，XK35-35型旋轉(zhuǎn)控制頭殼體，直徑為444.5 mm的空氣錘1套，直徑為311.2 mm的空氣錘2套，液控箱，供氣管線，排砂管線。

空氣鉆井是用空氣作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行的鉆井。用空壓機(jī)先將空氣壓縮，再用增壓機(jī)將空氣增壓至鉆井需要的工作壓力，并將增壓后的空氣通過(guò)注氣管線從立管壓入鉆具。利用壓縮空氣對(duì)空氣錘做功，完成沖擊破碎巖屑、冷卻鉆頭、攜帶巖屑等任務(wù)。通過(guò)井口，空氣和鉆屑進(jìn)入排砂管線，最后到巖屑池[2]。其工藝流程如圖2所示。

2 施工過(guò)程與效果

2.1 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

從井深13.30 m處開(kāi)始使用空氣鉆井。一開(kāi)井眼直徑444.5 mm。

鉆具組合：空氣錘(444.5 mm×TS330)2.60 m+接頭(730×730)0.60 m+常閉式止回閥(731×730)0.51 m+接頭(731×630)0.60 m+接頭(631×410)0.47 m+接頭(411×4A10)0.49 m+鉆鋌(165.1 mm)36.23 m+接頭(4A11×410)0.49 m+鉆桿(127 mm)+頂驅(qū)。施工參數(shù)：鉆壓10～20 kN，轉(zhuǎn)速30 rmin，立壓2.1 MPa，氣量150 m3min。

鉆進(jìn)至15 m，發(fā)現(xiàn)返氣量及返出巖屑量明顯減少，接單根上提下放摩阻增大?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)用空氣錘在14.2 — 15 m段反復(fù)劃眼至順暢，繼續(xù)鉆進(jìn)至 78 m，放空2 m，井口空氣失返，鉆進(jìn)正常。繼續(xù)鉆至一開(kāi)完鉆井深100.5 m。施工井段13.3 — 100.5 m，進(jìn)尺87.2 m，純鉆時(shí)間10.00 h，平均機(jī)械鉆速8.72 mh。

圖1 Y2井的設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)

圖2 空氣鉆井的工藝流程

二開(kāi)井眼直徑313 mm。

第一趟鉆，采用牙輪鉆頭進(jìn)行空氣鉆井。累計(jì)進(jìn)尺3.32 m，累計(jì)純鉆4.50 h，平均機(jī)械鉆速0.74 m/h，達(dá)到舉水、烘干井壁、鉆領(lǐng)眼的目的。

第二趟鉆，接空氣錘下鉆。鉆具組合：空氣錘(313 mm×KQC275)2.31 m+接頭(730×730)0.60 m+常閉式止回閥(731×730)0.51 m+鉆鋌(241.3 mm)18.18 m+接頭(731×630)0.60 m+扶正器(300 mm)1.37 m+無(wú)磁鉆鋌(203.2 mm)8.91 m+鉆鋌(203.2 mm)18.19 m+接頭(631×410)0.47 m+接頭(411×4A10)0.49 m+接頭(4A11×410)0.49 m+加重鉆桿(127 mm)141.57 m+鉆桿(127 mm)+頂驅(qū)。施工參數(shù)：鉆壓10～20 kN，轉(zhuǎn)速30 r/min，立壓2.2 MPa，氣量180 m3/min。

鉆進(jìn)至井深118 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)返出巖屑潤(rùn)濕，表明地層出水。繼續(xù)試鉆進(jìn)，鉆至122 m，出口返水量增加至5 m3/h。調(diào)整注氣量為210 m3/min，并轉(zhuǎn)為空氣霧化鉆進(jìn)至井深637.88 m，由于機(jī)械鉆速降低而起鉆。起鉆后發(fā)現(xiàn)，空氣錘釬頭磨損嚴(yán)重。

此趟鉆采用空氣錘進(jìn)行空氣和空氣霧化鉆進(jìn)，地層為大冶組、吳家坪組、茅口組，鉆遇井段103.82 — 637.88 m，累計(jì)進(jìn)尺534.06 m，累計(jì)純鉆56.50 h，平均機(jī)械鉆速9.45 m/h。

第三趟鉆，更換空氣錘，按第二趟鉆具組合下鉆。施工參數(shù)：鉆壓10～20 kN，轉(zhuǎn)速30 r/min，立壓2.2～2.7 MPa，氣量210 m3/min。

空氣霧化鉆進(jìn)至二開(kāi)固井井深1 032 m結(jié)束。鉆進(jìn)地層為茅口組、棲霞組、梁山組、水車坪組，鉆遇井段637.88 — 1 032 m，累計(jì)進(jìn)尺394.12 m，累計(jì)純鉆35.00 h，平均機(jī)械鉆速11.26 m/h。空氣霧化鉆進(jìn)至固井井深后，短起至1 017 m遇阻，空氣霧化劃眼、循環(huán)、出口返出大量掉塊。通過(guò)劃眼活動(dòng)鉆具后起鉆至1 010 m，阻卡現(xiàn)象解除。上提正常后下放至1 016 m遇阻，反復(fù)活動(dòng)無(wú)法下到井底。起鉆，采用牙輪鉆頭通井，順利下入套管固井。

2.2 試驗(yàn)效果

(1) 治漏效果。一開(kāi)井眼(φ444.5 mm)，在井深15 m發(fā)生井漏、井深78 m放空而空氣失返的情況下，連續(xù)鉆進(jìn)至一開(kāi)完鉆井深。常規(guī)泥漿鉆井往往會(huì)因?yàn)樾枰侣┒ｎD，相比之下，空氣鉆井的治漏效果顯著。

(2) 提速效果。一開(kāi)井眼，相對(duì)于鉆井液鉆進(jìn)方式而言，由于鉆壓不足、井眼尺寸大，鉆速普遍較慢。同區(qū)塊的Y1井，平均鉆速為2.17 mh。Y2井一開(kāi)純鉆10.00 h，平均鉆速8.72 mh，相比Y1井，機(jī)械鉆速提高了3倍。二開(kāi)井眼(φ311.2 mm)，Y2井累計(jì)進(jìn)尺931.5 m，純鉆時(shí)間91.5 h，平均機(jī)械鉆速10.18 mh，相比鄰區(qū)的ZY1井、ZY2井，平均機(jī)械鉆速提高了2.5倍。

(3) 井身質(zhì)量?？諝忏@施工，鉆壓較小，同時(shí)采用鐘擺鉆具組合，有效地控制了井斜。Y2井空氣鉆井井段，井斜角控制在1.2°以內(nèi)(見(jiàn)表1)。

表1 Y2井的測(cè)斜數(shù)據(jù)

(4) 井眼穩(wěn)定。一開(kāi)鉆進(jìn)至15 m，返氣量及返出巖屑量明顯減少，接單根上提下放摩阻增大，通過(guò)劃眼而解除阻卡現(xiàn)象。二開(kāi)鉆進(jìn)至完鉆井深，短起至1 017 m遇阻，通過(guò)劃眼活動(dòng)鉆具后起鉆至1 010 m，阻卡現(xiàn)象解除。上提正常后，下放至1 016 m遇阻。經(jīng)過(guò)對(duì)返出垮塌物的分析，確認(rèn)此現(xiàn)象為梁山組泥巖水敏性失穩(wěn)所造成。

(5) 鉆井周期。Y2井的2開(kāi)井眼，采用空氣鉆進(jìn)至二開(kāi)完鉆井深1 032 m，耗時(shí)9.6 d(含一開(kāi)中完下套管、固井、裝井口時(shí)間)，實(shí)際空氣鉆施工7 d。與同區(qū)塊的Y1井相比，Y2井鉆井周期節(jié)約了11 d。

3 結(jié)論與建議

(1) Y2井在實(shí)施空氣鉆井期間，井壁相對(duì)穩(wěn)定，未鉆遇異常高壓氣層或有毒有害氣體；鉆至大冶組底部地層開(kāi)始出水，但不影響攜砂。由此可見(jiàn)，這里具備實(shí)施氣體鉆井的基本條件，可繼續(xù)在該構(gòu)造實(shí)施空氣鉆井。

(2) 采用空氣錘+扶正器的鐘擺鉆具組合，能夠有效控制井斜，確保井身質(zhì)量，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)井壁的修正能力。

(3) 與常規(guī)鉆井液鉆井相比，空氣或充氣鉆井提速效果明顯，是常規(guī)鉆井速度的2.5～3.0倍。渝東南地區(qū)表層機(jī)械鉆速提速，適合應(yīng)用空氣鉆井技術(shù)。

(4) Y2井實(shí)施空氣鉆井，在井深15 m處出現(xiàn)井漏、78 m處出現(xiàn)失返，在其他井段未出現(xiàn)明顯井漏現(xiàn)象。聯(lián)系渝東南地區(qū)三疊系、二疊系碳酸鹽巖地層地下暗河、溶洞發(fā)育的特性，可繼續(xù)在該區(qū)域通過(guò)實(shí)施空氣鉆井來(lái)治井漏。

(5) Y2井在二開(kāi)空氣鉆井過(guò)程中，梁山組泥巖水敏性失穩(wěn)，以致二開(kāi)底部井段出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象。鑒于此，以后該區(qū)域施工井的二開(kāi)完鉆井深，可調(diào)整為棲霞組底界。

(6) Y2井由于地層出水，未在二開(kāi)井眼進(jìn)行空氣鉆排量?jī)?yōu)化調(diào)整。在以后的空氣鉆施工過(guò)程中，可嘗試適當(dāng)減少空氣鉆井設(shè)備配置，將空氣鉆井設(shè)備氣量略為降低。