SDM儀器在欠平衡井中的應(yīng)用

李明

摘要：欠平衡壓力鉆井作為能提高油氣產(chǎn)量的一項(xiàng)重要技術(shù)，已在世界20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)4500多口井上應(yīng)用。國(guó)內(nèi)從九十年代中后期，開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的井口控制設(shè)備進(jìn)行探索性試驗(yàn)，主要是勝利、中原、新疆、塔里木等油田，通過(guò)試驗(yàn)，取得了一些認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。柳平1井是玉門油田地區(qū)首次采用欠平衡充氮?dú)舛ㄏ蜚@進(jìn)的井。由于MWD儀器信號(hào)傳輸會(huì)受欠平衡充氮?dú)庥绊?，所以定向鉆進(jìn)和測(cè)斜時(shí)，停止充氮?dú)?；?fù)合鉆進(jìn)時(shí)，充氮?dú)狻?/p>

關(guān)鍵字：欠平衡、定向井、MWD、充氮?dú)?/p>

國(guó)外從30年代開始發(fā)展欠平衡壓力鉆井技術(shù)，當(dāng)時(shí)用空氣作為鉆井液，鉆速提高了2-3倍，同時(shí)還避免了許多井漏和卡鉆事故。70-80年代發(fā)展了泡沫技術(shù)，有效地解決了攜巖問題，進(jìn)一步推進(jìn)了欠平衡壓力鉆井技術(shù)的發(fā)展，但由于成本和安全原因，這項(xiàng)技術(shù)在80年代停滯。80年代末以來(lái)，由于專用設(shè)備和工具的配套，以及相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，欠平衡壓力鉆井技術(shù)才又迅速發(fā)展起來(lái)。

國(guó)內(nèi)從九十年代中后期，開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的井口控制設(shè)備進(jìn)行探索性試驗(yàn)，主要是勝利、中原、新疆、塔里木等油田，通過(guò)試驗(yàn)，取得了一些認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

一、欠平衡壓力鉆井的關(guān)鍵技術(shù)

1.壓差的合理確定（地層條件）

2.井筒內(nèi)壓力分布特征及計(jì)算

3.欠平衡條件的產(chǎn)生

4.欠平衡鉆井的井控技術(shù)

5.產(chǎn)出流體的地面處理技術(shù)

人工方式產(chǎn)生欠平衡條件有兩種方法：

（1）直接采用低密度鉆井液，如氣化的水基或油基鉆井液，氣霧或泡沫鉆井液等。

（2）向鉆井液基液中注入一種或多種非凝氣，以降低鉆井液基液密度。非凝氣的選擇應(yīng)以安全和經(jīng)濟(jì)為原則。

二、柳平1井欠平衡儀器使用情況

柳平1井位于甘肅省玉門市玉門油田，海拔2300m左右，坐落于崇山峻嶺之中。該井屬于三段制水平井，三開采用欠平衡充氮?dú)忏@進(jìn)，設(shè)計(jì)井段4200m-4775m，設(shè)計(jì)井斜63°、方位318°。使用SDM-350儀器。柳平1井是玉門油田地區(qū)首次采用欠平衡充氮?dú)舛ㄏ蜚@進(jìn)的井。由于MWD儀器信號(hào)傳輸會(huì)受欠平衡充氮?dú)庥绊懀远ㄏ蜚@進(jìn)和測(cè)斜時(shí)，停止充氮?dú)?；?fù)合鉆進(jìn)時(shí)，充氮?dú)狻?/p>

柳平1井三開欠平衡充氮?dú)庖还泊蛄怂奶算@，沒有因?yàn)閮x器信號(hào)原因耽誤正常鉆進(jìn)。但是每趟鉆都同樣出現(xiàn)兩種情況：（1）、欠平衡充氮?dú)鈺r(shí)儀器無(wú)法正常解碼；（2）、脈沖靴子鼓起。每趟鉆一根脈沖，對(duì)儀器損耗太大。

1、欠平衡充氮?dú)鈺r(shí)儀器無(wú)法正常解碼

在MWD無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，除了儀器本身的故障，外部環(huán)境對(duì)儀器能否正常工作往往起著非常重要的作用，因此在MWD無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，必須保證儀器出于正常的工作條件，特別是滿足泥漿脈沖信號(hào)的傳輸條件，這樣才能保證儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性。而在柳平1井欠平衡充氮?dú)忏@進(jìn)過(guò)程中，泥漿里充滿了以氮?dú)鉃橹黧w的空氣包。眾所周知，壓力波在傳輸?shù)倪^(guò)程中是有能量損失的，這種能量損失體現(xiàn)在壓力脈沖幅度的衰減上，隨著深度的增加，能量損失增多，泥漿壓力脈沖信號(hào)幅度就會(huì)降低?？諝獍芊浅Ｓ行У膶⒛酀{泵引起的尖峰壓力平滑掉，同樣MWD泥漿壓力脈沖也將減少，立管壓力傳感器就檢測(cè)不到信號(hào)或者信號(hào)很弱，所以儀器就無(wú)法正常解碼。只有停止充氮?dú)馓幚砟酀{循環(huán)一周以上，將泥漿中空氣包排除，儀器才能正常解碼工作。

2、脈沖靴子鼓起

脈沖靴子的材料是合成橡膠，而橡膠鼓起說(shuō)明橡膠老化。橡膠及其制品在加工，貯存和使用過(guò)程中，由于受內(nèi)外因素的綜合作用而引起橡膠物理化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能的逐步變壞，最后喪失使用價(jià)值，這種變化叫做橡膠老化。

正常情況下脈沖靴子鼓起至少使用五、六百小時(shí)以上。而在柳平1井欠平衡充氮?dú)馑奶算@施工中，最短工作49h靴子就鼓起。這樣的情況是不正常的，說(shuō)明存在某種因素促使脈沖靴子迅速老化。結(jié)合上述橡膠老化因素，井底溫度90℃，正常的機(jī)械應(yīng)力作用下，泥漿性能也正常，所以唯一能使脈沖靴子在這么短時(shí)間內(nèi)鼓起的因素就是第一個(gè)因素：氧。

柳平1井欠平衡充氮?dú)忏@進(jìn)中，氮?dú)馐峭ㄟ^(guò)制氮車生產(chǎn)出來(lái)，其純度并不是百分百，而是以含量90%氮?dú)鉃橹黧w的氣體。剩下10%的氣體，以氧氣為主體。根據(jù)橡膠試樣在不同的溫度的空氣中和不同的氧氣壓力下的老化試驗(yàn)，其結(jié)果表明，試樣的拉伸強(qiáng)度隨氧氣壓力增大而減少，引發(fā)階段的反應(yīng)機(jī)理相同。在相同溫度條件下，試樣在2.1MPa氧氣壓力下的臨界壽命接近熱空氣中的2.5倍。

裝配儀器時(shí)，在滿足儀器信號(hào)正常的前提下，盡量選擇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低的定轉(zhuǎn)子組合，以使儀器本身的工作發(fā)熱降到最小。定子度數(shù)：30°+轉(zhuǎn)子35°+孔板尺寸：1.650"

三、結(jié)論和建議

1、欠平衡鉆井對(duì)無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器性能要求高，需解決施工井信號(hào)干擾問題，同時(shí)也要考慮高溫環(huán)境對(duì)儀器造成的影響。

2、優(yōu)選配件組合（特別是定子和孔板的選擇），保持鉆井液和鉆井泵的性能穩(wěn)定，制定合理的抗高溫措施等是解決SDM儀器在川東北深井施工難點(diǎn)的關(guān)鍵。

3、SDM無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器在柳平1井施工應(yīng)用說(shuō)明其性能穩(wěn)定，信號(hào)較強(qiáng)，測(cè)量精度高，具有良好的抗高溫能力，在欠平衡井施工中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

1、《欠平衡壓力鉆井 》石油大學(xué)石油工程學(xué)院-周廣陳

2、四川欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

3、欠平衡服務(wù)操作規(guī)程修改版