庫(kù)車坳陷X井致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

張曉東　汪　凱　王延民　陶赟　蔡光林　何　石（.西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，四川成都　60500；.塔里木油田公司，新疆庫(kù)爾勒　84000；.西南油氣公司川東北采氣廠，四川閬中　67400）

庫(kù)車坳陷X井致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

張曉東1汪凱1王延民2陶赟2蔡光林2何石3
（1.西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，四川成都610500；2.塔里木油田公司，新疆庫(kù)爾勒841000；3.西南油氣公司川東北采氣廠，四川閬中637400）

通過(guò)欠平衡鉆井技術(shù)的理論研究和室內(nèi)試驗(yàn)，形成了一套較完善的適用于高壓高產(chǎn)致密砂巖儲(chǔ)層的氮?dú)忏@井方案，具有合理的注氣設(shè)備配套方案、鉆具組合、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整套工藝流程。以庫(kù)車坳陷東部的X井為例，通過(guò)與多口鄰近致密砂巖儲(chǔ)層的常規(guī)鉆井液鉆井技術(shù)相比，X井的機(jī)械轉(zhuǎn)速最大提高了24.3倍，鉆井周期最多縮短了62 d，單井產(chǎn)量是鄰井的4.2倍。致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井在X井的成功應(yīng)用，再次證明了在致密砂巖儲(chǔ)層使用氮?dú)忏@井技術(shù)可以提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期、提高單井產(chǎn)量的目的。同時(shí)驗(yàn)證了氮?dú)忏@井技術(shù)和裝備的安全可行性，為庫(kù)車地區(qū)乃至全國(guó)推廣高壓高產(chǎn)致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

致密砂巖儲(chǔ)層；氮?dú)忏@井；機(jī)械鉆速；鉆井周期；單井產(chǎn)量；應(yīng)用前景

近年來(lái)，致密砂巖儲(chǔ)層的鉆井技術(shù)逐漸成為我國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，致密油氣資源具有含油氣多、油氣藏類型多、分布區(qū)域廣的特點(diǎn)，其產(chǎn)量已超過(guò)油氣總產(chǎn)量的1/3［1］。我國(guó)現(xiàn)在低滲透油氣產(chǎn)量為 21.07×109t，占總量的22.41%［2］。在中國(guó)眾多的含油氣盆地例如準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地，以及四川盆地西部發(fā)現(xiàn)了致密砂巖儲(chǔ)層，另外在松遼、塔里木、江漢、吐哈等盆地均發(fā)現(xiàn)致密砂巖天然氣儲(chǔ)層的分布［3-7］。X井位于庫(kù)車坳陷東部，是探索致密砂巖、深盆氣勘探潛力的一口重點(diǎn)預(yù)探井。在鄰井中使用常規(guī)的鉆井液鉆井技術(shù)，多次發(fā)生卡鉆事故，不僅沒(méi)有獲得預(yù)期的產(chǎn)量，還對(duì)儲(chǔ)層造成了不同程度的損害，甚至導(dǎo)致井眼報(bào)廢。通過(guò)對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)理論的分析和室內(nèi)試驗(yàn)，形成了適用于致密砂巖儲(chǔ)層的氮?dú)忏@井方案，并成功的應(yīng)用于X井。

1　X井儲(chǔ)層特征

對(duì)于X井總體評(píng)價(jià)為低孔低滲-特低孔低滲儲(chǔ)層，含少量中孔中滲儲(chǔ)層，滲透率主要為0.01～41.2 mD，平均滲透率1.42 mD。儲(chǔ)層類型為裂縫-孔隙型，孔隙型儲(chǔ)層以原生粒間孔、粒間溶孔為主，粒內(nèi)溶孔少量。地層壓力68.59～81.47 MPa，壓力系數(shù)1.73～1.84。在X井的鄰近幾口井，采用的是常規(guī)鉆井液鉆井，機(jī)械鉆速慢，鉆井周期長(zhǎng)，沒(méi)得到相應(yīng)的預(yù)期產(chǎn)量。結(jié)合X井的儲(chǔ)層類型和地層壓力采用氮?dú)忏@井技術(shù)來(lái)鉆開(kāi)儲(chǔ)層。

2　致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)難點(diǎn)

對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@開(kāi)儲(chǔ)層的X井，燃爆是鉆進(jìn)過(guò)程中最大難題。高壓儲(chǔ)層氣體鉆井的燃爆是由于儲(chǔ)層與井筒間的壓力差造成近井底附近巖石的突然爆破。燃爆主要導(dǎo)致以下鉆井技術(shù)難題：（1）井壁坍塌與卡鉆［4］。天然氣釋放后破壞了原有的壓力體系，井壁就會(huì)出現(xiàn)不同程度的坍塌，扭矩和立壓波動(dòng)嚴(yán)重，嚴(yán)重的會(huì)引起卡鉆事故；（2）鉆柱內(nèi)防噴系統(tǒng)失效。鉆遇到高壓產(chǎn)層時(shí)，燃爆引起的大量高壓氣體攜帶大量坍塌物顆粒和粉塵通過(guò)鉆頭水眼涌入鉆柱內(nèi)，造成近鉆頭的箭型止回閥及其他鉆柱內(nèi)防噴系統(tǒng)的流道堵塞而導(dǎo)致井控失效，嚴(yán)重的會(huì)造成重大的井噴井涌事故。

3　庫(kù)車坳陷X井工藝措施

3.1氮?dú)忏@井工藝

氮?dú)忏@井工藝流程是以氮?dú)鉃殂@井介質(zhì)，使用空壓機(jī)把空氣輸送到制氮設(shè)備產(chǎn)生氮?dú)?，然后?jīng)過(guò)增壓機(jī)將氮?dú)庠鰤汉笞⑷刖畠?nèi)。鉆井介質(zhì)具有攜帶巖屑和消除粉塵的功能，氮?dú)夂凸腆w顆粒通過(guò)井口進(jìn)入排砂管線，最后到燃燒池，在排砂管線上安裝1個(gè)巖屑取樣器便于取樣分析。場(chǎng)地布置見(jiàn)圖1。

圖1　氮?dú)忏@井現(xiàn)場(chǎng)布置

3.2致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井配套設(shè)備

3.2.1注氣設(shè)備配置方案

以X井為例，氮?dú)忏@井井段為4 708～4 811.38 m，層位是侏羅系阿合組，?204 mm生產(chǎn)套管固井，?165.1 mm井眼氮?dú)忏@進(jìn)。按鉆井參數(shù)要求，現(xiàn)場(chǎng)配套設(shè)備見(jiàn)表1。

表1　注氣設(shè)備配置方案

3.2.2鉆具組合

與常規(guī)鉆井液鉆井相比，主要在于加強(qiáng)鉆柱內(nèi)防噴系統(tǒng)。由于鉆開(kāi)高壓氣層時(shí)，氣固兩相流在高壓作用下會(huì)進(jìn)入鉆具水眼，導(dǎo)致內(nèi)防噴工具失效和鉆頭堵塞。針對(duì)X井，在鉆鋌上部安裝箭形閥，避免密封沖蝕失效。備用投入式止回閥或遙控旋塞，在近鉆頭內(nèi)防噴工具全部失效后，為完井射孔創(chuàng)造條件。同時(shí)在接頭上使用了HT型扣型，提高抗扭強(qiáng)度和密封性能。具體鉆具組合如下：斜坡鉆桿×S135I+箭形止回閥 HT40（母）×NC40（公）+旋塞閥 HT40（公）×NC40（母）+斜坡鉆桿×S135I+轉(zhuǎn)換接頭×DS38（公）×HT40（母）+斜坡鉆桿×S135I+轉(zhuǎn)換接頭×NC35（公）×DS38（母）+鉆具旁通閥NC35+投入式止回閥NC35+箭型止回閥NC35+鉆鋌+箭型止回閥NC35+箭型止回閥NC35+鉆鋌+雙母箭型止回閥×330×NC35（母）+鉆頭。

3.3防堵方案

內(nèi)防噴工具是氮?dú)忏@井中重要的井控工具，能迅速起到鉆柱內(nèi)防噴的目的。在X井使用了一種新型雙密封箭形止回閥，這種箭形止回閥是專門(mén)針對(duì)氣體鉆井提出的，采用了金屬和橡膠雙密封結(jié)構(gòu)，解決了密封失效和通道堵塞的問(wèn)題，確保了氮?dú)忏@井的井控安全。此外，針對(duì)氣體鉆井防堵問(wèn)題，還設(shè)計(jì)出了一種防堵接頭，這種防堵接頭接在近鉆頭上防止溢流或井涌等現(xiàn)象發(fā)生時(shí)固相顆粒的上返而引起鉆柱內(nèi)通道堵塞的問(wèn)題。這些工具的結(jié)構(gòu)在對(duì)應(yīng)專利中有具體的介紹。

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)也是一個(gè)重要的有效途徑，針對(duì)高壓儲(chǔ)層氮?dú)忏@井的X井在常規(guī)檢測(cè)的基礎(chǔ)上增加了對(duì)注氣量和地層巖性的檢測(cè)，分析地層性質(zhì)，掌握燃爆的發(fā)生時(shí)間和強(qiáng)度，保證了氮?dú)忏@井的井控安全。

4　致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

X井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：井深4 878 m，層位阿合組，?250.83 mm套管下深4 708 m，4 708～4 811.38 m氮?dú)忏@進(jìn)儲(chǔ)層，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2　井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第1趟鉆在4 766.5 m鉆遇第1個(gè)產(chǎn)層，注氣壓力上漲，立壓最高上漲至20 MPa，扭矩增大、上提鉆具多提31.4 t。測(cè)試：?10 mm油嘴，產(chǎn)氣量45 204 m3/d。第2趟鉆在4 878 m鉆遇主力產(chǎn)層，鉆遇高產(chǎn)氣層后，及時(shí)關(guān)井，帶壓起鉆至套管鞋。環(huán)空測(cè)試?10 mm油嘴，環(huán)空壓力45.32 MPa，產(chǎn)氣量589 861 m3/d，產(chǎn)油量69.6 m3/d。

5　應(yīng)用效果分析

從表2可見(jiàn)，X井氮?dú)忏@井平均機(jī)械鉆速6.81 m/h，是鄰井3井鉆井液鉆進(jìn)的24.3倍，鄰井4井的18.9倍。X井氮?dú)忏@井鉆井周期比鄰井3縮短了85 d，比鄰井4井縮短了62 d。X井測(cè)試層位：侏羅系阿合組，測(cè)試井段4 708～4 811.38 m。測(cè)試產(chǎn)量：?10 mm油嘴，套壓45.32 MPa，天然氣589 861 m3/ d，油69.6 m3/d，為鄰井的4.2倍（鄰井1井同層段為141 531 m3/d）。X井氮?dú)忏@井試驗(yàn)取得重大突破，證實(shí)氮?dú)忏@井是保護(hù)低滲致密砂巖氣藏、最大限度提高單井產(chǎn)能的有效途徑。

表2　機(jī)械鉆速、鉆井周期與鄰井比較

6　結(jié)論

（1）使用全新理念的鉆柱內(nèi)防噴系統(tǒng)，提高低滲透高壓高產(chǎn)儲(chǔ)層的井控安全，確保井場(chǎng)安全。

（2）隨著致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)的進(jìn)一步的試驗(yàn)，再次驗(yàn)證氮?dú)忏@井具有最大限度地減少鉆井施工中與壓力有關(guān)的問(wèn)題；減少油層傷害，提高產(chǎn)能，邊鉆進(jìn)邊進(jìn)行油氣藏描述的優(yōu)勢(shì)。

（3）初步證明氮?dú)忏@井工藝技術(shù)和裝備的安全可行性，為庫(kù)車地區(qū)乃至全國(guó)推廣高壓高產(chǎn)儲(chǔ)層氮?dú)忏@井工藝技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

［1］張曉峰，侯明才，陳安清. 鄂爾多斯盆地東北部下石盒子組致密砂巖儲(chǔ)層特征及主控因素［J］. 天然氣工業(yè)，2010，30（11）：34-38.

［2］蔣凌志，顧家裕，郭彬程. 中國(guó)含油氣盆地碎屑巖低滲透儲(chǔ)層的特征及形成機(jī)理［J］. 沉積學(xué)報(bào)，2004，22（1）：13-19.

［3］胡宗全. 致密裂縫性碎屑巖儲(chǔ)層描述、評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005：1-7.

［4］王金琪. 中國(guó)大型致密砂巖含氣區(qū)展望［J］. 天然氣工業(yè)，2000，30（1）：10-26.

［5］王素兵，葉登勝，尹叢彬，等. 非常規(guī)氣藏增產(chǎn)改造與監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐［J］. 天然氣工業(yè)，2012，32（7）：38-42.

［6］王樹(shù)江，曹強(qiáng)，陳彥彪. 氮?dú)忏@井技術(shù)在普光202-1井的應(yīng)用［J］. 石油鉆采工藝，2007，29（5）：23-25.

［7］何世明，安文華，唐繼平，等. 滿東2井氮?dú)忏@井實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［J］. 石油鉆采工藝，2008，30（3）：15-18.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯薛改珍〕

Practice and understanding on nitrogen drilling of tight sandstone reservoir in Kuqa Depression Well X

ZHANG Xiaodong1, WANG Kai1, WANG Yanmin2, TAO Yun2, CAI Guanglin2, HE Shi3
（1. Mechanical and Electrical Engineering College, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China; 3. Northeast Sichuan Gas Production Plant, Southwest Oil & Gas Company, SINOPEC, Langzhong 637400, China）

Through theoretical research and inhouse test on under-balanced (UBD) drilling technology, a set of complete nitrogen drilling programs applicable to high pressure and high production tight sandstone reservoir has been formulated, which includes reasonable gas injection equipment supporting program, bottom hole assembly, well configuration design as well as the whole technological process. Take X-Well in the east of Kuqa Depression as an example, compared with the conventional drilling fluid drilling technology used in drilling of tight sandstone reservoirs in a number of adjacent wells, the penetration rate of X Well was improved by 24.3 times as a maximum, and the drilling cycle was shortened by 62 d to the most extent, and the single well production was 4.2 times that of offset well. The success of nitrogen drilling in tight sandstone reservoir in X Well shows again that the use of nitrogen drilling technology in tight sandstone reservoir can increase the ROP, shorten the drilling cycle and increase the single well productions. It also verifies the safe practicability of nitrogen drilling technology and equipment, laying out a foundation for promoting this nitrogen drilling technology in tight sandstone reservoir of high pressure and high production in Kuqa region and even nationawide.

tight sandstone reservoir; nitrogen drilling; penetration rate; drilling cycle; single well production; application prospect

TE348

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0024 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.007

國(guó)家重大科技專項(xiàng)大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“塔里木盆地庫(kù)車前陸沖斷帶油氣開(kāi)發(fā)示范工程”（編號(hào)：2011ZX05046）。

張曉東，1959年生。1995年畢業(yè)于北京科技大學(xué)礦山機(jī)械專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)從事石油鉆采設(shè)備新技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的教學(xué)和井下動(dòng)力鉆具及井下工具的研發(fā)工作，教授、博士生導(dǎo)師。電話：028-83037223。E-mail：zxd123420@126. com。

引用格式：張曉東，汪凱，王延民，等.庫(kù)車坳陷X井致密砂巖儲(chǔ)層氮?dú)忏@井實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）:24-26.