空氣鉆井技術(shù)在寧213井的應(yīng)用

涂增文 徐新樂 吳樂平 安偉 李金濤

摘 要：長寧頁巖氣區(qū)塊表層受長期風(fēng)化剝蝕影響嚴(yán)重，孔隙、裂縫、溶洞發(fā)育，普遍存在井漏復(fù)雜甚至出口失返，處理復(fù)雜損失時(shí)間長，且易造成較嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了提高鉆井速度、縮短鉆井周期、加快開發(fā)進(jìn)程，在寧213井17-180m井段使用了空氣鉆井。本文分析了寧213井進(jìn)行空氣鉆井的可行性。詳細(xì)介紹了寧213井空氣鉆井的施工情況。并對(duì)空氣鉆井的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。寧213井空氣鉆井結(jié)果表明，采用空氣鉆井未能在寧213平臺(tái)達(dá)到提高鉆井速度、縮短鉆井周期、加快開發(fā)進(jìn)程的預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：空氣鉆井;長寧區(qū)塊;頁巖氣;寧213井

1 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

我國空氣鉆井技術(shù)幾乎與國外同時(shí)起步，但發(fā)展較慢，經(jīng)歷了早期探索階段（20世紀(jì)50～70年代），起步階段（上世紀(jì)80年代末～2004年），發(fā)展階段（2005～今）。2005年以后四川盆地氣體鉆井的迅速發(fā)展，氣體鉆井顯現(xiàn)了革命性技術(shù)進(jìn)步的特點(diǎn)。通過國家“863”項(xiàng)目的研究，我國氣體鉆井技術(shù)與裝備減縮小了與國外的差距，達(dá)到了世界較先進(jìn)的水平。4項(xiàng)主體技術(shù)、9項(xiàng)配套系列技術(shù)在川渝、新疆、吉林等地區(qū)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。

2 空氣鉆井施工

2.1 空氣鉆井井段

寧213井空氣鉆井使用井段17.0m-180.0m，鉆遇地層為雷口坡組、嘉陵江組（該井地層缺失自流井組、須家河組）。進(jìn)尺166.7m，占全井設(shè)計(jì)井深的5.84%（全井設(shè)計(jì)井深2790m）。

空氣鉆井參數(shù)為：鉆壓40～80kN，轉(zhuǎn)速60～80r/min，排量160～240m3/min，立壓1.9～2.3MPa。二開井段由于地層出水嚴(yán)重，無法實(shí)施空氣鉆井，轉(zhuǎn)換為清水鉆進(jìn)。

2.2 空氣鉆井施工工序

①氣體設(shè)備、管匯及相關(guān)配件到井后現(xiàn)場安裝，所有氣體鉆井設(shè)備及管匯試壓，試壓標(biāo)準(zhǔn)按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，高壓試壓至12MPa，低壓試壓至2.5MPa試壓合格;②組合鉆具。空氣鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井所要求的鉆具組合基本相似。在近鉆頭上安裝一個(gè)止回閥;③氣舉排液?？諝忏@井前，采用充氣排液法把井筒內(nèi)的鉆井液舉升至地面;④吹干井筒。氣舉排液結(jié)束后，開動(dòng)壓縮機(jī)吹干井筒;⑤試鉆。正式鉆進(jìn)前，控制機(jī)械鉆速進(jìn)行試鉆，探索優(yōu)化適合當(dāng)前地層的鉆進(jìn)參數(shù)。試鉆進(jìn)2-3m，必須確定返砂正常、干燥，再進(jìn)行正常鉆進(jìn)。以立壓2.0MPa，扭矩30kN·m作為基準(zhǔn)判斷井下鉆進(jìn)情況;⑥空氣鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時(shí)，要求送鉆均勻，并注意立壓及井下情況，發(fā)現(xiàn)立壓、扭矩變化，整跳鉆嚴(yán)重，上提遇卡等井下異?，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停鉆，活動(dòng)鉆具，循環(huán)觀察，及時(shí)處理;⑦接單根及起鉆。起鉆或接單根前必須進(jìn)行充分循環(huán)，循環(huán)時(shí)間長短取決于井下情況，具體應(yīng)觀察排砂管線出門;⑧每鉆進(jìn)50-100m進(jìn)行測斜，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，保證井身質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。二開完鉆必須測多點(diǎn)。

2.3 鉆頭使用情況

寧213井空氣鉆井井段其地層巖性主要為灰?guī)r，巖石硬度大、研磨性強(qiáng)，地層可鉆性差，跳鉆嚴(yán)重。根據(jù)該井地層特點(diǎn)結(jié)合臨井情況，寧213井選用了江漢26SKG515CGK

鉆頭。該井空氣鉆井共使用鉆頭1只，鉆頭的使用情況見下表1。

2.4 井斜控制

寧213井空氣鉆井的鉆具組合采用大鉆挺塔式防斜鉆具組合：φ660.4mm牙輪鉆頭+浮閥+φ244.5mm無磁鉆鋌x1+φ228.6mm鉆挺x1+φ203.2mm鉆挺x1+減震器+φ165mm螺紋鉆挺x4+φ127mm鉆桿?？諝忏@井過程中，每鉆進(jìn)約100m進(jìn)行測斜，根據(jù)所測井斜情況調(diào)整鉆壓。施工井段最大井斜角出現(xiàn)在井深149m，井斜角為0.34°，其余測點(diǎn)井斜角都在0.4°以下，且變化均勻，井身質(zhì)量合格。

3 空氣鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

空氣鉆井技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①空氣鉆井可以大幅度提高鉆井速度，縮短建井周期，降低鉆井成本。空氣鉆井的沖擊式破碎，更有利于提高硬地層鉆速，因?yàn)閺?qiáng)研磨性硬地層，沖擊式破碎的效率比剪切式高，破巖工具磨損小。在美國、加拿大，更多地采用空氣鉆井的空氣錘和錘擊鉆頭，可以空氣鉆井井底清巖效率高，巖屑不會(huì)水化黏結(jié)而泥包鉆頭或在井底形成滲濾性泥餅而被黏附，因此不會(huì)因?yàn)閹r屑重復(fù)破碎而嚴(yán)重影響鉆速;②空氣鉆井利于高陡易斜構(gòu)造防斜打快。更大幅度提高鉆速;③空氣鉆井在克服嚴(yán)重井漏、惡性井漏方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)已為國外多年的空氣鉆井實(shí)踐所證明;④在油氣勘探開發(fā)中，用空氣鉆井技術(shù)打開產(chǎn)層，可以有效地保護(hù)產(chǎn)層，提高勘探中發(fā)現(xiàn)的成功率和評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，提高開發(fā)中的單井產(chǎn)能和最終采收率，這是近10年國外空氣鉆井發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

4 寧213井概況

寧213井位于長寧背斜構(gòu)造，四川盆地的川南褶皺帶與婁山斷褶帶的交界部位，因此形成了具多組構(gòu)造形跡的復(fù)雜組合。工區(qū)北鄰蓮花寺老翁場構(gòu)造，南接柏楊林--大寨背斜構(gòu)造，西為賈村溪構(gòu)造，東隔鳳凰山向斜與高木頂構(gòu)造相望。長寧背斜核部出露寒武系、志留系地層，兩翼為二疊系--三疊系地層。目的層為龍馬溪組，巖性為灰色、黑色頁巖。

5 空氣鉆井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況

施工過程：

烘干導(dǎo)管、空氣掃塞，氣量120m3/min，氣壓1.9MPa。鉆至井深20m時(shí)（鉆頭出導(dǎo)管，進(jìn)入新地層3m處），氣體漏失，無砂樣返出，少部分氣體返出，氣壓沒有變化。扭矩?zé)o大的波動(dòng)。撈砂口處有少量干灰返出，無明顯大顆粒巖屑。平均鉆時(shí)60min/m。

井深52.25m，扭矩波動(dòng)增大，出灰量變小，壓力無變化。提起鉆具循環(huán)，氣量增至160m3/min，觀察無變化;鉆進(jìn)逐漸正常，出灰量變小。井深52-53m鉆時(shí)較快，6-7min/m，扭矩波動(dòng)較大，憋停頂驅(qū)，但氣壓力無變化，維持在1.9MPa。判斷鉆遇裂縫或溶洞，井壁不規(guī)則，地層漏失。

井深72m，準(zhǔn)備接單根時(shí)上提鉆具58m時(shí)遇阻，開氣200m3/min無氣體返出，氣壓平穩(wěn)1.95MPa。長時(shí)間循環(huán)解卡，至4：00接單根正常鉆進(jìn)。

空氣鉆進(jìn)井深至84m時(shí)，撈砂口返出氣體潮濕，且有不明顯液滴，但氣壓平穩(wěn)，扭矩波動(dòng)不大，井下多處溶洞或裂縫漏失，伴有地表水深入。鉆至井深99-102出現(xiàn)快鉆時(shí)，10-15min/m，撈砂口無水滴出現(xiàn)，上提鉆具遇阻。反復(fù)活動(dòng)鉆具14日15時(shí)起鉆，檢查鉆具和鉆頭出現(xiàn)泥包，地層出水。

井深104m，經(jīng)鉆井公司研究決定，注入水泥，封堵出水層。空氣掃塞井段61-91m，92-104m井段水泥封堵失敗，且空氣掃塞過程中一直伴有水滴返出。

井深128m時(shí)，再次注入水泥封堵漏層與水層。水泥塞段77-128m，掃塞過程無巖屑返出，且返出氣體潮濕。井深至136m時(shí)，鉆具上提遇阻，倒劃上提鉆具，扭矩波動(dòng)較大。經(jīng)鉆井公司研究決定，起鉆下自制打撈沉砂工具打撈沉砂。

136m-180m井段空氣鉆進(jìn)，氣量120m3/min，氣壓1.9MPa，少量氣體返出，但無巖屑返出，且潮濕有水滴。每鉆進(jìn)10-15m下打撈工具，撈沉砂。

6 結(jié)論

①實(shí)鉆證明寧213井表層鉆進(jìn)不適合使用空氣鉆進(jìn)。本井空氣鉆進(jìn)過程中鉆遇溶洞、裂縫繁育地層，大部分氣量漏失，上返氣量較小，且無砂樣返出，對(duì)井下可能出現(xiàn)的復(fù)雜情況無法識(shí)別和判斷;②寧213井井下多處漏失，伴有地層出水。鉆進(jìn)過程中多次發(fā)生鉆頭嚴(yán)重泥包，扭矩大上提下放鉆具困難的情況，鉆進(jìn)難度大。井底巖屑無法返出，只能使用鉆井隊(duì)自制打撈沉砂工具打撈井底沉砂。這體現(xiàn)出空氣鉆井自身的固有缺點(diǎn)，處理地層出水的能力差，是造成此次空氣鉆井施工未能達(dá)到鉆井提速目的的主要原因;③寧213井的空氣鉆井施工，為該地區(qū)高環(huán)保要求、井身質(zhì)量和機(jī)械鉆速之間的矛盾，提供了一種解決方案。一方面保證有效的進(jìn)尺，控制了井斜，另一方面防止污染地下水源。因此，建議在具備條件的情況下，推廣應(yīng)用這一技術(shù)。