LG地區氮氣鉆井實踐與認識

摘 要

摘要：在LG地區高研磨性含氣層段的須家河組實施氮氣鉆井是提高機械鉆速，保護油氣層，有效避免燃爆事故的發生，促進該地區勘探開發進程的關鍵。為此，在多口氮氣鉆井實踐的基礎上，總結
摘要：在LG地區高研磨性含氣層段的須家河組實施氮氣鉆井是提高機械鉆速，保護油氣層，有效避免燃爆事故的發生，促進該地區勘探開發進程的關鍵。為此，在多口氮氣鉆井實踐的基礎上，總結了在該層段運用氮氣鉆井時的設備配套、施工技術難點與處理對策：①在鉆井過程中要控制鉆時鉆進(大于5min/m)，防止沉砂卡鉆；②出現掛卡嚴重時，控制上提鉆具噸位活動鉆具，保持循環，待環空循環通道暢通后再調整鉆具活動范圍，直至解卡。上三疊統須家河組氮氣鉆井的成功實施，表明氮氣鉆井提高了機械鉆速，也解決了含氣層段空氣鉆井的燃爆問題。
關鍵詞：深井；超深井；晚三疊世；氮氣鉆井；地層；損害；機械鉆速
0 引言
　　LG地區的須家河組可劃分為須一段-須六段6個巖性段，該地層具有一定的油氣性和儲集性，屬于整體研磨性高，局部含氣夾煤層等復雜地層。為了提高機械鉆速，解決含氣層段空氣鉆井的燃爆問題，加快開發進程，在該層段采用了氮氣鉆井。
1 現場施工技術難點
1.1 井壁坍塌、卡鉆
    LG地區須家河組地層巖性主要為砂巖，夾頁巖和煤層，在氣體鉆進過程中，煤層質地軟、研磨性弱、膠結疏松、穩定性差，煤氣和天然氣釋放后破壞了原有的壓力體系，井壁容易發生不同程度的坍塌，經常出現扭矩忽高忽低，立壓波動嚴重及卡鉆現象[1～2]。
    經過對LG地區多口井空氣鉆井的實踐，針對井底沉砂掉塊等地層不穩定等，采取的主要措施為[3]：①為了保證順利鉆井，在鉆井過程中要控制鉆時鉆進(大于5min/m)，接單根前保證循環時間為3～5min，保持井底清潔，防止沉砂卡鉆；②當出現蹩鉆、扭矩波動大等現象時，應停止鉆井，加大氣量，上提鉆具劃眼循環觀察，待立管壓力、扭矩等參數恢復正常后，方可繼續鉆進；③出現掛卡嚴重時，控制上提鉆具噸位活動鉆具，保持循環，待環空循環通道暢通后再調整鉆具活動，直至解卡。
現場處理：2008年4月11日，LG地區X井鉆至井深3605.18m(層位為須四段，巖性為灰色巖)，扭矩為5.7～10.2kN·m，轉盤蹩停，上提2050～2158kN，后調整注氣量(140～165m3/min)循環，上下活動鉆具1900～2350kN解卡。
1.2 氣測異常
    LG地區須家河組層段具有一定的油氣儲集性，為了預防H2S或井噴，應實時監控地層出氣，同時根據出氣情況及時切換鉆井方式。
    對于地層出氣，根據現場經驗，一般采取的措施是：如果全烴含量較小時，加大氮氣氣量，在放噴口點火；如果全烴含量達到20%以上，①上提鉆具，關井，觀察套壓和立管壓力的變化，及時打開節流管匯循環，放噴點火；②循環一段時間，如果套壓下降、全烴含量下降，當套壓接近零時進行正常的氮氣鉆進；如果套壓繼續上升，全烴含量繼續升高，應考慮及時采取壓井作業。
    現場處理：2008年5月2日LG地區Y井鉆至井深3516.87m(遲到井深為3513.58m)，氣測異常，全烴含量升高，鉆至井深3518.72m(遲到井深為3518.00m)，全烴含量為8.6440%～22.5725%，點火可燃，火焰呈橘紅色，上提鉆具至井深2504.25m關井，套壓為O～1.7MPa，立壓為0MPa(常閉式止回閥)，放噴點火；通過節流管匯循環(注氣量為120m3/min)，套壓下降，全烴含量降低，繼續鉆至3524.82m，全烴含量升至58.60%，繼續循環，全烴含量不降，起鉆至井深3426.14m，轉換為鉆井液。
1.3 氣體鉆井轉換介質后的井壁失穩
    切換介質后的井壁失穩問題是限制氣體鉆井優勢發揮的重要“瓶頸”問題之一。氣體鉆井完成后，轉換為泡沫鉆井，會因泡沫失水對井壁巖石的水化作用，使得井壁失穩；氣體鉆井完成后轉換鉆井液過程中造成的井壁失穩除了巖石的力學不穩定性外，還由于鉆井液對井壁巖石的水化作用。一般情況下，解決氣體鉆井轉換介質后的井壁失穩問題，常采用在泡沫液或鉆井液中加入防塌劑來抑制井壁坍塌，在氣液轉換過程中，可以在替鉆井液之前首先注入一定量的潤濕反轉劑作為前置隔離液，對井壁進行涂敷預處理，改變地層巖石表面潤濕特性，減小井壁的吸水滲透性，為井眼壓力再次達到平衡贏得了時間。
    現場處理：(借鑒川東P204-2井應用實例)P204-2井第二次開鉆Ø314.1mm井眼采用氮氣鉆井鉆至井深3648m地層出油，巖屑不返出，計算井徑擴大率為10%，決定轉換為鉆井液。下入光鉆桿鉆具離井底10m直接泵入潤濕反轉前置液15t(13m3左右，裸眼容積為139.0m3，環空長度為160.85m)。為防止下部井段漏失，之后泵入堵漏漿(加10%復合堵漏劑和單項壓力封閉劑)60m3，排量為1328L/min。起鉆至井深3148m，一次性泵入密度為1.35g/cm3的鉆井液160m3起鉆至井深1700m，泵入鉆井液40m3起鉆至井深850m進入套管內，頂替40m3鉆井液，井口未返，下鉆探液面，再次泵入20m3鉆井液至節流管匯返出，順利切換至常規
鉆井作業。
2 氮氣鉆井要求與配套設備
2.1 氮氣鉆井工藝
    氮氣鉆井工藝技術流程是以氮氣為工作介質，使用空壓機對空氣先進行輸氣，經過制氮設備產生氮氣，然后經過增壓機再增壓入井，最后完成攜帶巖屑和消除粉塵的任務，具體流程見圖1。
 
2.2 設備能力與設備配套
現以X井為例。X井氮氣鉆井井段為3314.00～4035.26m，Ø215.9mm井眼所需氮氣165m3/min，立管壓力為2.0～2.6MPa。以上面的參數要求，進行如下設備配套(見表1)。
表1 X井設備配套表
設備名稱
設備型號
參數
數量(臺)
增壓機
FY400
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
70.00m3/min
16.00
1
855-62B-2160
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
60.00m3/min
15.00
2
空壓機
SULLAIR1150XH
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
32.50m3/min
2.40
8
XRVS455
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
25.00m3/min
2.50
2
XRVS476
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
27.50m3/min
2.50
1
膜制氮機
NPU3600HP
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
60.00m3/min
2.40
2
UBD-NPU-2700
排量(臺)
最高工作壓力(MPa)
45.00m3/min
2.50
1
2.3 鉆具組合
    氮氣鉆井與常規鉆井液鉆井所要求的鉆具組合基本相似[4]，在鉆頭上安裝兩只強制回壓閥，鉆具上安裝一只下旋塞和一只強制式回壓閥。x井須家河組層段氮氣鉆井采用如下鉆具組合：Ø215.9mmHJT537GK鉆頭+(430×410)+常閉式回壓閥(411×410)+ Ø165mm鉆鋌8柱+ Ø127mm鉆桿+下旋塞+常閉式回壓閥(411×410)+ Ø127mm鉆桿。
3 應用效果分析
3.1 鉆頭使用情況分析(表2)
表2 X、Y井氮氣鉆井鉆頭使用情況表
井號
鉆頭型號
井段(m)
進尺(m)
平均鉆速(m/h)
鉆壓(kN)
轉速(r/min)
X
HJT537GK
3314.00～3613.80
299.80
7.24
50～70
40～50
X
HJT537GK
3613.80～4035.26
421.46
7.74
40～100
40～50
Y
HJ617G
2966.00～3303.84
337.84
8.39
30～80
40～50
Y
HJ617G
3303.84～3524.82
220.98
8.26
10～100
40～50
須家河組層段研磨性高，可鉆性差，使用的鉆頭應具有強化保徑功效。實踐證明，選用HJT537GK和HJ617G型鉆頭較適合該地層的要求。
3.2 氮氣鉆井應用分析(表3)
表3 LG構造氮氣鉆井情況及與鄰井空氣鉆井對比表
井號
井眼尺寸(mm)
井段(m)
純鉆時間(h)
平均鉆速(m/h)
復雜情況
X(氮氣)
Ø215.9
3314.00～4035.26
95.83
7.53
塌、氣
Y(氮氣)
Ø215.9
2966.00～3524.82
67.00
8.34
塌、氣、漏
Z(氮氣)
Ø215.9
3383.00～4010.88
72.00
8.72
塌、氣、漏
W(空氣)
Ø215.9
3244.04～3967.17
52.94
13.66
塌
須家河組層段地層復雜，為了安全鉆井，須控制鉆時鉆進。對該層段井下復雜情況的成功判定與處理是實現安全鉆進，提高鉆速的關鍵。
4 結論與建議
    1) 氮氣鉆井在LG構造須家河組地層的試驗成功，實現了提高機械鉆速、縮短鉆進周期、進行安全鉆進的目的。
    2) 須家河組層段地層復雜，準確的判定井下復雜情況的征兆，及時采取正確的處理方法，是在該層段安全鉆進，提高鉆速的成功經驗。氣體鉆井轉換成鉆井液鉆井，采取化學穩固井壁的方法是解決轉換介質后防止井壁失穩的新方法。
參考文獻
[1] 范興沃，張建斌，張漢林.空氣鉆井井下復雜問題處理方法[J].鉆采工藝，2006，29(3)：6-8.
[2] 許愛.氣體鉆井技術及現場應用[J].石油鉆探技術，2006，34(4)：16-19.
[3] 韓朝輝，張建斌，范興沃.川東北地區空氣鉆井中幾種復雜情況的診斷與處理[J].鉆采工藝，2008，31(6)：24-25.
[4] WILLIAM C LYONS，BOYUN GUO，FRANK A. Seidet. air and gas drilling manual[M]2nd ed. The McGraw-Hill Companies，inc.2001：5-10.
 
(本文作者：韓朝輝 張建斌 賈軍喜 王軍闖 鄧凱 川慶鉆探工程公司長慶工程技術研究院)