九龍山某井氣體鉆井技術(shù)及事故處理實(shí)踐

鄧昌松，練章華，鄭建翔，林鐵軍，王 磊

(西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500)

九龍山某井氣體鉆井技術(shù)及事故處理實(shí)踐

鄧昌松，練章華，鄭建翔，林鐵軍，王 磊

(西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610500)

九龍山地區(qū)上部地層存在井漏、垮塌的可能，中部地層研磨性強(qiáng)、可鉆性極差，下部地層存在多產(chǎn)層多壓力系統(tǒng)并可能會(huì)鉆遇異常高壓。為了應(yīng)對(duì)異常情況、縮短鉆井周期、節(jié)約處理成本，龍某井設(shè)計(jì)從350～2000 m使用氣體鉆井?？諝忏@井鉆至1170.28 m后地層出氣，甲烷濃度超過(guò)6%，后改用氮?dú)忏@進(jìn)，鉆至1868 m時(shí)出現(xiàn)井壁垮塌和鉆具阻卡，隨后停止氣體鉆進(jìn)。記錄了鉆進(jìn)過(guò)程中返出主要?dú)怏w的濃度變化情況和異常情況處理措施，實(shí)踐表明，氣體鉆井在防止井漏、鉆遇地層出氣(不含H2S)、異常壓力等復(fù)雜情況具有常規(guī)鉆井無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

氣體鉆井;地層出氣;井漏;異常壓力

氣體鉆井是指用氣體代替泥漿作為循環(huán)介質(zhì)，冷卻鉆頭并把鉆屑從井底帶回地面的一種鉆井方式，主要應(yīng)用在提高非儲(chǔ)層段的機(jī)械鉆速和對(duì)付非儲(chǔ)集層段惡性井漏問(wèn)題［1～6］。九龍山構(gòu)造從地面到地腹震旦系均有構(gòu)造圈閉存在，深大斷層不發(fā)育，縱向上具多套烴源層與儲(chǔ)層組成的多個(gè)成氣系統(tǒng)，各層段流體均以天然氣為主，天然氣品質(zhì)優(yōu)良，組分基本一致，不含H2S及其它有毒、有害氣體。近幾年鉆探的數(shù)10口井均獲得工業(yè)氣流，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，目前還有幾十口井正在或者將要鉆采。

1 龍某井基本情況

龍某井是同井場(chǎng)叢式井第一口，也是一口兩靶點(diǎn)、定向、開發(fā)井，位于四川盆地九龍山構(gòu)造須二段頂界構(gòu)造軸線附近，海拔751.8 m，設(shè)計(jì)井深3325 m，目的層是珍珠沖組、須三段、須二段上亞段，完井層位須二中亞段。

一、二、三開均采用直井段，四開采用“直—增—穩(wěn)”三段式鉆進(jìn)，其中直井段0～2500 m;增斜段2500～2700 m，“狗腿”度 4.35°/30 m，井斜 0 ～29°，彎螺桿增斜;穩(wěn)斜段 2700 ～3424 m，井斜 29°，轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)。井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 龍某井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

2 鉆井難點(diǎn)分析及對(duì)策

2.1 龍某井的鉆井難點(diǎn)

(1)本井為同井場(chǎng)叢式井第一口，要降低后期同場(chǎng)井鉆井井眼相碰的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)有2個(gè)靶點(diǎn)(珍珠沖Ⅰ旋回頂和須二頂)，鉆進(jìn)中要兼顧2個(gè)靶點(diǎn)，保證都中靶。

(3)三開采用空氣鉆井，可能鉆遇淺地下水層，空氣鉆井后的氣液轉(zhuǎn)換易發(fā)生嚴(yán)重漏失甚至卡鉆等事故。

(4)沙二中下部地層井壁穩(wěn)定性差，氣體鉆進(jìn)極易垮塌，影響空氣鉆井的有效發(fā)揮，限制了空氣鉆井進(jìn)尺。

(5)地層出油氣，鄰井證實(shí)其縱向上存在多產(chǎn)層(珍珠沖、須家河)、多壓力系統(tǒng)(珍珠沖、須家河可能鉆遇異常高壓)，地層易有油氣溢出。

(6)千佛巖至珍珠沖地層含有礫巖層，其礫石成分有石英、燧石和黃鐵礦等，研磨性強(qiáng)，可鉆性極差，嚴(yán)重影響鉆井周期。

(7)井場(chǎng)附近是耕地，100～300 m范圍內(nèi)有民房9戶，300～500 m范圍內(nèi)有民房32戶，對(duì)安全、環(huán)境要求高。

2.2 技術(shù)對(duì)策

(1)為防止井眼相碰，首先預(yù)測(cè)在哪些井段可能存在相碰的風(fēng)險(xiǎn)，做好技術(shù)交底使工作人員保持高度警覺(jué)和規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作?？諝忏@井采用空氣錘防斜打直，若用牙輪鉆頭必須嚴(yán)格控制鉆壓，且鉆壓不超過(guò)規(guī)定值。合理控制氣體鉆井速度，加強(qiáng)井眼軌跡監(jiān)測(cè)，每鉆進(jìn)100～150 m單點(diǎn)測(cè)斜一次，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加強(qiáng)分析及時(shí)調(diào)整鉆井措施，防止井斜增加過(guò)快。錄井工作人員做好井眼相碰的報(bào)告工作，在撈砂筒附加放置磁鐵，觀察巖屑是否有金屬光澤并及時(shí)匯報(bào)。

(2)空氣鉆井過(guò)程中地層出氣且天然氣濃度達(dá)到一定濃度后，可能發(fā)生井下燃爆，嚴(yán)重時(shí)可能炸斷鉆具或炸塌井壁，造成卡鉆埋鉆，危及井下安全。應(yīng)做好空氣鉆井期間氣測(cè)監(jiān)測(cè)工作，防止空氣鉆井期間井下燃爆。

(3)井壁垮塌、出水情況下，空氣鉆井要控制井斜、降低機(jī)械鉆速，將空氣錘改用牙輪鉆頭鉆進(jìn)。為防止在扶正器處發(fā)生卡鉆，及時(shí)倒出扶正器，待處理完恢復(fù)正常鉆進(jìn)后再加入扶正器。如果有掛卡發(fā)生應(yīng)間斷拔活塞，倒劃眼;掛卡嚴(yán)重，上提下放活動(dòng)無(wú)效，鉆具卡死，替入解卡液浸泡、振擊解卡。

(4)空氣鉆井易發(fā)生井壁坍塌，首先要清楚坍塌的類型是應(yīng)力性垮塌，是地層破碎、膠結(jié)差引起的掉塊還是泥巖水敏性失穩(wěn)。空氣鉆井能很好地解決水敏性地層的失穩(wěn)。

(5)空氣鉆井過(guò)程中需要利用上段井的剩余鉆井液加入添加劑配制成一定體積和密度的壓井液以備不時(shí)之需。在氣液轉(zhuǎn)換時(shí)鉆井液中的防塌劑FRH、RSTF的加量達(dá)3%以上。

3 氣體鉆井施工方案

3.1 氣體鉆井施工參數(shù)

三開時(shí)使用氣體鉆井，鉆井段從300～2000 m，先用牙輪鉆頭(不裝水眼)鉆完水泥塞后用氣體舉出井內(nèi)鉆井液并徹底干燥井筒，然后繼續(xù)用牙輪鉆頭鉆領(lǐng)眼試鉆，試鉆進(jìn)正常后，起用空氣錘鉆進(jìn)?？諝忮N鉆進(jìn)鉆壓≯60 kN，轉(zhuǎn)速≯40 r/min。具體參數(shù)參見(jiàn)表2。

表2 氣體鉆井參數(shù)表

3.2 氣體鉆井鉆具組合

φ311.2 mm空氣錘(或牙輪鉆頭)+常閉式止回閥1只(+減震器)+φ228.6 mm無(wú)磁鉆鋌1根+φ228.6 mm鉆鋌 2根 +φ300 mm穩(wěn)定器 +φ228.6 mm鉆鋌3根 +φ203.6 mm鉆鋌6根 +φ203 mm隨鉆震擊器 +φ177.8 mm鉆鋌6根 +φ127 mm斜坡鉆桿+下旋塞1只+常閉式止回閥1只+φ127 mm斜坡鉆桿+方保+方鉆桿下旋塞+六方鉆桿(采用空氣錘時(shí)不帶減震器，牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)使用減震器)。

3.3 氣體鉆井設(shè)備

3.3.1 特殊鉆井設(shè)備

KQC275空氣錘2個(gè)、φ313 mm錘頭1個(gè)、φ312 mm錘頭1個(gè)、XK35－35旋轉(zhuǎn)防噴器殼體1個(gè)、AD200－3.5/7旋轉(zhuǎn)防噴器控制頭2個(gè)、φ127 mm膠芯10個(gè)、YKX旋轉(zhuǎn)控制頭液控箱1個(gè)、133 mm六棱方鉆桿1根、133 mm六棱方補(bǔ)心1個(gè)、5 in鉆具止回閥4個(gè)、φ228.6 mm強(qiáng)制式止回閥4個(gè)。

3.3.2 氣體注入設(shè)備

900XHH/1150XH型空壓機(jī)6臺(tái)、CKY500型增壓機(jī)2臺(tái)、C5551－3600－95型制氮機(jī)4臺(tái)(正?？諝忏@進(jìn)1臺(tái)備用，出氣改用氮?dú)忏@進(jìn)增加到4臺(tái))、注入管匯等。

3.3.3 氣體處理裝置

φ254 mm排砂管線、防回火裝置、自動(dòng)點(diǎn)火裝置、火炬、取砂樣裝置、降塵噴淋裝置、電潛泵、沉沙池等。

3.3.4 其它

隨鉆燃爆監(jiān)測(cè)裝置及儀表等。

4 氣體鉆井隨鉆燃爆監(jiān)測(cè)情況

本井采用西南石油大學(xué)研制的UBD氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［7］對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從350 m開始使用空氣鉆井，從355 m開始記錄數(shù)據(jù)?？諝忏@井地層未出氣，排砂管線的各氣體體積分?jǐn)?shù)和大氣中的相當(dāng)，氧氣濃度21.1%，二氧化碳濃度400 ppm。地層淺有地下水層和井筒未完全干燥等原因，濕度達(dá)到了81.83%，正常鉆進(jìn)時(shí)鉆速達(dá)到19 m/h。鉆至井深1170.28 m后，甲烷濃度從原來(lái)的0.03%漲到0.27%，隨鉆燃爆監(jiān)測(cè)人員立即報(bào)告司鉆地層開始出氣。繼續(xù)鉆至1178.4 m后，甲烷濃度上升到7.8%，停止鉆進(jìn)，增大空氣排量循環(huán)，甲烷濃度未明顯下降，上提鉆具至井深1173.66 m繼續(xù)大排量循環(huán)一段時(shí)間后仍未下降。停止注入空氣，啟用1臺(tái)備用的制氮機(jī)和1臺(tái)空氣壓縮機(jī)工作，其中空氣壓縮機(jī)輪流工作。轉(zhuǎn)換氣體過(guò)程中甲烷濃度的峰值達(dá)到了93%，氮?dú)庋h(huán)后，甲烷濃度下降到2%。試鉆至1180.22 m后甲烷濃度再次上升至6.2%，停止鉆進(jìn)，氮?dú)庋h(huán)，甲烷一直在6.5% ～8%跳動(dòng)。經(jīng)上級(jí)部門同意，起鉆至344 m，放噴管線點(diǎn)火，火焰高2～3 m，等待調(diào)運(yùn)其它3臺(tái)制氮機(jī)。制氮機(jī)安裝好后進(jìn)行氮?dú)忏@井，設(shè)備為6臺(tái)空氣壓縮機(jī)、4臺(tái)制氮機(jī)、2臺(tái)增壓機(jī)一起工作，甲烷濃度在6% ～7%間，氧氣濃度4.99%，二氧化碳濃度340 ppm，接單根的甲烷后效濃度30%～35%。氮?dú)忏@井1.5天后，發(fā)電機(jī)維修以及更換旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯作業(yè)，在排砂管線口點(diǎn)火，火焰高2 m左右。鉆至1868 m后出現(xiàn)井壁垮塌和阻卡等現(xiàn)象，地層已不適應(yīng)氣體鉆進(jìn)，經(jīng)甲方同意停止氣體鉆井。隨后氮?dú)庋h(huán)起鉆、電測(cè)、通井、下套管固井，四開采用欠平衡鉆井。

5 異常情況處理措施

5.1 空氣鉆井地層出氣采取的措施

(1)當(dāng)1%≤全烴≤3%時(shí)，注氣壓力沒(méi)有變化，立即停止轉(zhuǎn)進(jìn)，上提方鉆桿。加大注氣量，如果全烴含量降到1%以下，實(shí)施控制鉆時(shí)鉆進(jìn)。

(2)如果全烴含量短暫升高后，迅速降低，可恢復(fù)空氣鉆進(jìn)。

(3)如果全烴含量在20 min內(nèi)持續(xù)超過(guò)3%，請(qǐng)示甲方轉(zhuǎn)為氮?dú)忏@進(jìn);如果地層出氣影響氮?dú)忏@井正常作業(yè)，則轉(zhuǎn)為泥漿鉆進(jìn)。

(4)如果全烴含量迅速上漲，且高于爆炸極限時(shí)，立即通知司鉆人員進(jìn)入關(guān)井程序?？諝忏@井人員迅速打開泄壓閥，關(guān)閉注氣閥，將所有供氣設(shè)備緊急停車，到緊急集合點(diǎn)待命。

5.2 井壁失穩(wěn)的措施

(1)停止鉆進(jìn)，繼續(xù)注氣循環(huán)，分析井壁失穩(wěn)類型。

(2)井壁失穩(wěn)為垮塌，則增大注氣量循環(huán)，如果增大注氣量能滿足安全鉆井要求，則繼續(xù)進(jìn)行氣體鉆井。

(3)增大注氣量不能滿足安全鉆井的要求，則立即停止氣體鉆井，關(guān)閉進(jìn)氣閘閥，將鉆柱起至中間套管內(nèi)。

(4)井壁失穩(wěn)為軟地層縮徑，則進(jìn)行劃眼處理，如果反復(fù)劃眼后能消除縮徑影響，可以減慢鉆井速度鉆進(jìn)，要堅(jiān)持“進(jìn)一退二”的原則，防止卡鉆，同時(shí)加大氣體注入速度，提高攜帶效率，滿足井眼清潔的需要。如果反復(fù)劃眼不能消除縮徑影響，空氣設(shè)備停止工作，關(guān)閉進(jìn)氣閘閥，將鉆柱起至中間套管內(nèi)。

5.3 井壁失穩(wěn)導(dǎo)致的環(huán)空堵塞、鉆具遇卡的措施

(1)返出氣體流量變化不大時(shí)采用增加氣體注入量，上下活動(dòng)鉆具并震擊鉆柱。

(2)返出氣體流量減少，立壓上升大于4 MPa，開放噴管線、點(diǎn)火→關(guān)井→注氣憋壓。

(3)憋壓達(dá)到增壓機(jī)的試壓壓力時(shí)還未通，則開泄壓閥，關(guān)注氣閥，保持立壓。

5.4 更換旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯的措施

旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯為橡膠材料在低溫條件下變脆變硬易被磨蝕，井口出現(xiàn)漏氣時(shí)應(yīng)及時(shí)更換膠芯。在含可燃?xì)怏w且超標(biāo)的條件下作業(yè)程序?yàn)?停止鉆進(jìn)→開啟井口的防爆排風(fēng)扇→關(guān)閉環(huán)形防噴器→放噴管線點(diǎn)火→開放噴閥→停止注氣→卸鉆桿內(nèi)氣壓→上提鉆具至安全井段→打開旋轉(zhuǎn)控制頭卡箍→將旋轉(zhuǎn)防噴器控制頭提到轉(zhuǎn)盤面→坐吊卡、卸扣→更換膠芯→上扣→下放鉆具→卡緊控制頭卡箍→關(guān)防爆風(fēng)扇、開防噴器→恢復(fù)注氣→數(shù)據(jù)正常后開始鉆進(jìn)。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)本次鉆進(jìn)遭遇了地層大量出氣、井壁坍塌、環(huán)空堵塞、防噴器膠芯多次磨損、降塵泵損壞等多種鉆井事故，采用氣體鉆井技術(shù)，克服了在易漏易塌地層的鉆井問(wèn)題，避免了地層出氣可能引發(fā)的井噴、燃爆等事故，大大提高了機(jī)械鉆速，縮短了建井周期，提高了井的開發(fā)效益。

(2)氣體鉆井適用于地層不出液或出液量小、井壁穩(wěn)定不易坍塌、硫化氫濃度低于50 ppm的非產(chǎn)層地段。

(3)氣體鉆井能很好的解決地層的“上漏下噴”問(wèn)題，使用時(shí)優(yōu)選空氣鉆井，氮?dú)忏@井能解決地下燃爆問(wèn)題，適用于甲烷濃度大于3%的地層鉆進(jìn)但使用成本較高。

(4)氣體鉆井沒(méi)有鉆井液對(duì)環(huán)境的污染，但噪聲、粉塵、振動(dòng)等影響突出，周圍500 m內(nèi)不宜有居民。

［1］王建艷.大慶油田古龍1井氣體鉆井應(yīng)用實(shí)踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(5):14 －16.

［2］王昌利，劉永貴，楊淑靜.大慶徐深28井氣體鉆井實(shí)踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(8):24 －26.

［3］馬光長(zhǎng)，杜良民.空氣鉆井技術(shù)及其應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2004，27(3):4－8.

［4］羅昭素，等.空氣欠平衡鉆井技術(shù)在徐深21井的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2006，28(5):16 －18.

［5］任雙雙，劉剛，沈飛.空氣鉆井的應(yīng)用發(fā)展［J］.斷塊油氣田，2006，13(6):62 －64.

［6］王鳳屏，等.空氣鉆井技術(shù)在滴北1井石炭系地層的應(yīng)用［J］.新疆石油科技，2008，3(18):5 －8.

［7］馮靚，等.空氣鉆井井下燃爆監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.石油機(jī)械，2007，35(5):35－40.

Gas Drilling Technology in a Well and the Practice of Accident Treatment

DENG Chang-song，LIAN Zhang-hua，ZHENG Jian-xiang，LIN Tie-jun，WANG Lei(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China)

There is possibility of circulation loss and collapse in the upper stratum of Jiulongshan region，strong abrasivity and extremely poor drillability in the middle stratum，and multiple field and pressure system in the lower stratum.In order to cope with the abnormal situation，this well is designed to use gas drilling.The stratum is gassing when air drilling was dilled to 1170.28m.Then switch to nitrogen drilling，but when drilled to 1868m，it is wellface collapsed and drill stem blocked and sticking.At last it must finish the gas drilling.The paper records a main gas concentration changes and the handing measures of the abnormal condition during the drilling process，and provides some experiences to gas drilling crews dealing with abnormal condition.In conclusion，gas drilling have more advantage than conventional drilling in preventing circulation loss，stratum gassing without H2S，and abnormal pressure.

gas drilling;accident processing;stratum gassing

TE242

A

1672－7428(2011)10－0023－03

2011－02－23;

2011－07－07

鄧昌松(1981－)，男(漢族)，湖南新寧人，西南石油大學(xué)碩士研究生，油氣井工程專業(yè)，從事油氣井管柱力學(xué)和石油鉆探HSE(健康、安全、環(huán)境)風(fēng)險(xiǎn)管理的研究工作，四川省成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A301，dcs023@163.com。