空氣鉆井技術(shù)在YB27—2井的應(yīng)用

楊東偉

[摘 要]川東北地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況復(fù)雜、巖石硬度高、可鉆性差、地層傾角大， 上部大井眼井段長， 采用常規(guī)泥漿鉆井技術(shù)機(jī)械鉆速極低， 不僅鉆井周期長而且極易發(fā)生井下復(fù)雜事故， 嚴(yán)重影響勘探開發(fā)進(jìn)程?？諝忏@井技術(shù)在川東北探區(qū)的成功運(yùn)用大大提高了機(jī)械鉆速。

[關(guān)鍵詞]川東北 空氣鉆井 周期

中圖分類號：TE242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0263-02

0 引 言

中石化西南油氣分公司YB27-2井位于四川省蒼溪縣浙水鄉(xiāng)紅旗村1組，是四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造元壩區(qū)塊長興組④號礁帶布置的一口大斜度井，設(shè)計井深6917米，鉆井中不可預(yù)見的因素較多，地層可鉆級別V-VIII的硬地層占地層總體的82%以上，屬于硬到極硬地層，本地區(qū)特殊的陸相地層巖性，嚴(yán)重制約著鉆井速度的提高，因而采用氣體鉆井技術(shù)的優(yōu)勢解決鉆井速度慢、鉆井周期長，即成為十分迫切的實(shí)際需求。

1 空氣鉆井技術(shù)破巖機(jī)理和提速機(jī)理

空氣鉆井技術(shù)始于20世紀(jì)20年代，以空氣為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行破巖，由于鉆井流體密度低，地層巖石應(yīng)力更容易釋放而產(chǎn)生向井內(nèi)的推力，該推力可以促使井底巖石破碎，該現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是原始地層孔隙壓力向井內(nèi)壓力過渡的“壓力梯度”。對于有可動流體的層位，該壓降梯度由流體在多孔介質(zhì)中的流動阻力所產(chǎn)生，對于束縛流體的層位，該壓降梯度則由液固界面張力和流體黏度產(chǎn)生。該流動阻力產(chǎn)生的流固耦合應(yīng)力使井底巖石有脫離井底的趨勢，使巖石強(qiáng)度大大降低，從而在鉆頭前方的地層內(nèi)產(chǎn)生很大范圍的低應(yīng)力區(qū)，便于巖石破碎。

空氣鉆井的提速機(jī)理：氣體鉆井時，極低的井底壓力，降低了巖石的強(qiáng)度和塑性，同時由于地層孔隙壓力的作用，使井底巖石處于抗拉應(yīng)力狀態(tài)或產(chǎn)生向井內(nèi)的“推力”，使井底巖石易破碎、易開裂、裂紋易擴(kuò)展；氣體鉆井消除了液柱壓力對井底巖石的“壓持效應(yīng)”。巖屑清除充分，減少了重復(fù)破碎。

2 YB27-2井氣體鉆井施工工藝

2.1 YB27-2井空氣鉆井設(shè)備

空氣鉆井設(shè)備一般由井口控制與導(dǎo)流系統(tǒng)、氣體發(fā)生與注入系統(tǒng)、地面回流處理系統(tǒng)。其循環(huán)流程為空氣壓縮機(jī)→增壓機(jī)→主供氣管匯→立管→方鉆桿→鉆具內(nèi)→鉆頭→環(huán)形空間→旋轉(zhuǎn)控制頭旁通口→排砂管線→巖屑排放池。

2.2 YB27-2井空氣鉆井鉆頭、鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù)

2.2.1鉆頭選型

元壩氣田地層古老，巖層膠結(jié)性好，可鉆性差，且砂、泥、頁巖互層頻繁，由于純空氣鉆井的要求鉆壓是常規(guī)鉆井液鉆井鉆壓的 1/3～1/2，二是巖屑的壓持效應(yīng)在空氣鉆井時比鉆井液鉆井時小的多，空氣能較好的清潔井底的鉆屑，減少了鉆屑重復(fù)切削，并根據(jù)川東地區(qū)及元壩區(qū)塊所鉆井資料以及空氣鉆井的特點(diǎn)和優(yōu)勢，選用空氣錘和具有保徑好、牙輪軸承壽命長的 537 型寬齒牙輪鉆頭，通過實(shí)踐證實(shí)，較常規(guī)鉆井液鉆井所用鉆頭的使用時間延長了約40%。

2.2.2 YB27-2井空氣鉆井鉆具組合和鉆井參數(shù)

氣體鉆井在常規(guī)鉆井的鉆具組合的基礎(chǔ)上需要增加多個鉆具內(nèi)防噴工具，在鉆頭附近需要接一只止回閥，其目的是防止鉆具在泄壓時造成環(huán)空的氣體倒流將巖屑帶入鉆頭，而導(dǎo)致巖屑堵塞鉆頭或鉆具水眼，影響正常的氣體鉆井；在實(shí)施氣體鉆井前，在鉆桿頂部裝一只鉆具止回閥，目的是縮短接單根時間，以免接單根時間過長造成井下復(fù)雜。

Φ444.5mm鉆頭+浮閥+Φ279.4mm鉆鋌×3根+Φ228.6mm鉆鋌×3根+旁通閥+Φ203.2mm鉆鋌×2根+Φ177.8mm鉆鋌×3根 +Φ139.7mmG105斜坡鉆桿+旋塞+鉆具止回閥

鉆井參數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)械鉆速、井下情況和井身質(zhì)量及設(shè)備要求進(jìn)行及時調(diào)整和優(yōu)選。排氣量應(yīng)滿足清潔井底、攜帶巖屑和冷卻鉆頭的要求；鉆壓既要滿足井身質(zhì)量要求和井下安全，又要保證機(jī)械鉆速；轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足井身質(zhì)量要求和井下安全、保證機(jī)械鉆速，還應(yīng)考慮旋轉(zhuǎn)防噴器旋轉(zhuǎn)總成的轉(zhuǎn)速要求。根據(jù)本井實(shí)際情況采用以下鉆井參數(shù)：

鉆進(jìn)參數(shù)：氣量為170-250m3/h，鉆壓4-6t，轉(zhuǎn)速為30rpm，立壓2.5-3.3MPa。

2.3 YB27-2井空氣鉆井施工工藝

2.3.1 氣舉排液

排液實(shí)在氣體鉆井前用氣體替換井內(nèi)液體的作業(yè)，石砌體鉆井作業(yè)的開始，施工準(zhǔn)備完成之后，用井內(nèi)鉆井液鉆完套管附件和水泥塞，關(guān)閘板防噴器，開空壓機(jī)和增壓機(jī)從立管注氣，當(dāng)氣體循環(huán)過鉆頭時，立管壓力開始下降，氣體流量可以增加，當(dāng)排屑管返出物大多是氣體時，停止注氣，并泄放鉆柱中的氣體。

2.3.2干燥井眼

氣舉完成后，繼續(xù)循環(huán)氣體干燥井眼，直到排屑管出口無水，試鉆進(jìn)1.5～3m，循環(huán)5min，并上下活動鉆柱，確保無泥環(huán)形成，有粉塵返出，說明井眼干燥完全，如無粉塵的返出，說明井眼未干燥完全或地層出水，根據(jù)具體情況及時采取措施。

2.3.3 鉆進(jìn)

井眼完全干燥后，開始?xì)怏w鉆進(jìn)，先按設(shè)計的最小氣體流量鉆進(jìn)，以減少井眼和鉆具的沖蝕，若不能滿足攜巖需要，再提高氣體流量。注意觀測排屑管的返出物和取砂器的巖屑情況，及時判斷可能出現(xiàn)的井下復(fù)雜問題。均勻送鉆，并注意立管壓力及井下情況，發(fā)現(xiàn)立壓升高、扭矩變化、蹩跳鉆嚴(yán)重、上提遇卡等井下異?，F(xiàn)象時，應(yīng)立即停鉆，活動鉆具，循環(huán)觀察，及時處理。

2.3.4接單根

接單根之前至少循環(huán)3min，停止循環(huán)時應(yīng)先打開壓縮機(jī)旁通閥、在關(guān)閉截止閥停止注氣，卸扣前需通過立管泄壓閥放掉鉆具內(nèi)的氣體，接單根后恢復(fù)循環(huán)，通常在排屑口觀察到流體正產(chǎn)返出后再恢復(fù)鉆井，防止沉砂卡鉆。

2.3.5起下鉆

鉆進(jìn)到設(shè)計地層或需要更換鉆頭起下鉆時應(yīng)遵循下列原則：如果地層無油氣產(chǎn)出，提出旋轉(zhuǎn)控制頭軸承總成，進(jìn)行常規(guī)起下鉆；如果地層有油氣產(chǎn)出，應(yīng)采用過膠芯起下鉆或用主噴管配合起下鉆。

3 YB27-2井氣體鉆井應(yīng)用效果

3.1 機(jī)械鉆速和鉆井時效

空氣鉆井是用壓縮空氣代替常規(guī)鉆進(jìn)時用水或泥漿循環(huán)，起冷卻鉆頭、排除巖屑和保護(hù)井壁的作用，其通過沖擊加旋轉(zhuǎn)、靜壓及動載、斜沖擊聯(lián)合作用進(jìn)行破巖。因此，空氣鉆井最顯著的優(yōu)勢是機(jī)械鉆速較鉆井液鉆井有大幅提高。

YB27-2井空氣鉆井井段 506.8-2952 米，進(jìn)尺2445.2m均高于鄰井對比井段，平均機(jī)械鉆速 16.04m/h米/小時，是鄰井的2.82倍 ；單只鉆頭最高機(jī)械鉆速18.24 米/小時，是鄰井的3.2 倍。其純鉆進(jìn)時間152.42h，是鄰井相同井段的25.01%-31.38% 。

3.2井身質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效果

空氣鉆井由于鉆壓小、鉆速快，具有比常規(guī)鉆井技術(shù)更好的防斜打快效果， YB27-2井空氣鉆井井段506.8-2952 米，井身質(zhì)量良好，最大井斜1.5度。

作為循環(huán)介質(zhì)空氣通道的鉆桿承受較小的壓應(yīng)力和扭矩，降低了井下鉆具的損壞程度，延長了鉆頭使用壽命，YB27-2井空氣鉆進(jìn)井段共使用鉆頭3 只，比鄰井相同井段少使用9 只，是鄰井單只鉆頭最高進(jìn)尺的3 .5倍，既縮短了鉆井周期，又減少了不必要的開支。

以空氣為介質(zhì)不存在液相侵入問題，油氣層得以很好保護(hù)且儲層傷害減小到了最低程度，返出的巖屑未受到污染，真實(shí)地反應(yīng)了地層情況，有利于發(fā)現(xiàn)和正確評價油氣層，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 YB27-2井氣體鉆井鉆頭及鉆速統(tǒng)計

4 結(jié)論和建議

1）空氣鉆井相比常規(guī)鉆井，大幅度提高了機(jī)械鉆速，減少了鉆井成本，縮短了鉆井周期，綜合成本降低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯提高。

2）空氣鉆井鉆頭配合塔式鉆具組合具有較好的防斜糾斜效果，最大井斜角可以控制在3度以內(nèi)，能夠很好地保持井眼軌跡。

3）鉆頭優(yōu)先選擇空氣錘，如使用牙輪鉆頭應(yīng)特別加強(qiáng)保徑，從而增加單只鉆頭進(jìn)尺，減少起下鉆時間，縮短鉆井周期，節(jié)約成本。

4）空氣鉆井由于不存在液相侵入問題，對巖心污染小，有利于及時發(fā)現(xiàn)和正確評價油氣層。

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