霧化空氣鉆井技術(shù)在普光氣田的應(yīng)用

1、 摘要隨著普光氣田大規(guī)模成功應(yīng)用空氣鉆井技術(shù),其在機(jī)械鉆速的提高、井斜控制等方面都取得了較大成效,但由于上部陸相地層存在水層,如果繼續(xù)使用空氣鉆井會(huì)導(dǎo)致井下復(fù)雜及事故的發(fā)生,從而制約空氣鉆井 技術(shù)的應(yīng)用。如若過早轉(zhuǎn)為鉆井液鉆井,由于地層具有傾角高和裂縫發(fā)育的特點(diǎn),將導(dǎo)致機(jī)械鉆速低、井斜不易 控制、井斜過大、地層漏失嚴(yán)重等問題的出現(xiàn)。近兩年在空氣鉆井的基礎(chǔ)上通過使用霧化空氣鉆井技術(shù)解決了這 些難題,并在應(yīng)用中結(jié)合普光地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)采取了一些新的技術(shù)措施,取得了一些經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞霧化鉆井 空氣鉆井 普光氣田機(jī)械鉆速井漏井斜霧化空氣鉆井技術(shù)在普光氣田的應(yīng)用王允偉(中國(guó)石化中原油田普光分公司,四川

2、達(dá)州636156收稿日期:2009-03-10修訂日期:2009-11-11作者簡(jiǎn)介 :王允偉 (1974- ,工程師, 從事鉆井監(jiān)督工作。 E-mail:wyw32168。中圖分類號(hào):TE242.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AVol.3,No.6Dec.2009文章編號(hào):1673-9035(2009 06-0031-03天 然 氣 技 術(shù)2009年 第 3卷 ·第 6期1霧化空氣鉆井的機(jī)理及工藝流程霧化空氣鉆井是將空氣、水、泥頁(yè)巖抑制劑和添加劑混合,利用在高速流動(dòng)下形成霧狀的循環(huán)介 質(zhì)進(jìn)行鉆進(jìn)的欠平衡鉆井技術(shù),是最早發(fā)展的一種 欠平衡鉆井技術(shù) 1。霧化空氣鉆井的工藝流程為:以空氣為工作對(duì) 象,利

3、用空壓機(jī)對(duì)空氣先進(jìn)行初級(jí)加壓,然后再增 壓入井,同時(shí)用一臺(tái)水泥車在立管處泵入基液與空 氣混合,其他設(shè)備則與空氣鉆井時(shí)采用的設(shè)備相 同。根據(jù)空氣鉆井總體流程方案,對(duì)設(shè)備進(jìn)行方案 設(shè)計(jì)及優(yōu)選,最后完成攜帶巖屑、取得砂樣和消除 粉塵的任務(wù)。2霧化空氣鉆井主體設(shè)備與參數(shù)要求霧化空氣鉆井主體設(shè)備包括供氣及注入系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、返出物排放處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)及其他設(shè)備工具。其鉆井參數(shù)為:鉆壓 1020kN ; 空氣排量 120150m 3;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù) 2030r /min 2?？諝忏@井轉(zhuǎn)化為霧化空氣鉆井的條件見表 1。3霧化空氣鉆井對(duì)鉆頭選型和鉆具組合的選擇霧化空氣鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井的鉆頭選型一致,

4、只是鉆頭無(wú)須裝噴嘴,通過實(shí)踐,從鉆頭使用 時(shí)間和起出鉆頭的新度,將其與鉆井液鉆井進(jìn)行對(duì) 比,霧化空氣鉆井的鉆頭使用時(shí)間較常規(guī)鉆井液鉆 井的鉆頭使用時(shí)間長(zhǎng)約 25%40%。出現(xiàn)這一結(jié)果 的主要原因有兩點(diǎn):一是霧化空氣鉆井的鉆壓較鉆 井液鉆井鉆壓低,使得牙輪鉆頭軸承磨損變小,延 長(zhǎng)了牙輪鉆頭軸承和合金齒的使用壽命;二是采用 霧化空氣鉆井時(shí)巖屑的壓持效應(yīng)比鉆井液鉆井時(shí)小 得多,空氣便能較好地清潔井底鉆屑,減少鉆屑的 重復(fù)切削,從而延長(zhǎng)合金齒的使用壽命。霧化空氣鉆井與常規(guī)鉆井液鉆井鉆具組合的選 擇原則基本一致 3,只有兩點(diǎn)不同:一是需要在鉆頭 附近加裝一個(gè)浮閥,以防止鉆桿泄壓時(shí)環(huán)空的空氣 倒流導(dǎo)致鉆屑

5、堵塞鉆頭水眼;二是在進(jìn)行霧化空氣 鉆井前的最后 1根鉆桿頂部裝 1只單流閥 4,以后霧 化空氣鉆井每鉆進(jìn) 100m 左右裝 1只單流閥,其目的 在于既能縮短接單根時(shí)間,又防止沙子倒灌進(jìn)入水 眼造成堵塞,從而避免造成井下復(fù)雜情況。4霧化空氣鉆井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐4.1普光地區(qū)表層和常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)情況普光地區(qū)表層為遂寧組至沙溪廟組的陸相地 層,地層不均質(zhì),砂泥巖互層頻繁,膠結(jié)致密,夾 層多硬,巖石硬度為硬到極硬,可鉆性級(jí)值總平均 約為 6級(jí) (見表 2 。因此, 導(dǎo)致鉆進(jìn)中憋跳鉆嚴(yán)重,表 1空氣鉆井轉(zhuǎn)化為霧化空氣鉆井條件表鉆井方式 空氣鉆井 霧化空氣鉆井允許最大出水量 (m /d 不超過 27不超過 763

6、1鉆頭工作極不平穩(wěn)且失效快。第一次開鉆鉆進(jìn)深度 一般為 7001000m ,使用 Ø444.5mm 鉆頭,若采用 鉆井液鉆井,機(jī)械鉆速一般在 1.50m /h 左右。普光 1井第一次開井在井深 89m 處出現(xiàn)井漏, 漏失鉆井液共計(jì) 164m 3。普光 2井在第一次開井鉆進(jìn) 過程中,從井深 43.3m 鉆進(jìn)到 764m 有不同程度的漏 失,主要表現(xiàn)為滲透性漏失,平均漏速為 4.43m 3/h , 共計(jì)漏失鉆井液 220.2m 3。在普光 102-2井的作業(yè) 中,總共漏失鉆井液 1400m 3。普光地區(qū)鉆表層共花 了 41d ,同時(shí)也出現(xiàn)了嚴(yán)重的井斜問題。在普光 1井的鉆井施工中,雖然積

7、極與勝利鉆井 研究院進(jìn)行了溝通,引進(jìn)新技術(shù)、新工藝,并針對(duì) 井下復(fù)雜情況組織了一系列技術(shù)攻關(guān),采用 Ø228mm×25mm 偏軸接頭組合與防斜打直措施,但對(duì)于 傾角為 54°的陸相地層來說,其井斜角始終在 3.5°左右。 為了防止地表漏失可能造成的環(huán)境污染,加快 普光氣田開發(fā)建設(shè)速度,高質(zhì)量地完成其產(chǎn)能建設(shè) 任務(wù),組織有關(guān)人員對(duì)霧化空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行分析 和研究,決定在普光氣田與威德福公司合作進(jìn)行霧 化空氣鉆井試驗(yàn),通過幾口井的試驗(yàn)取得了一些經(jīng) 驗(yàn)。4.2霧化空氣鉆井情況霧化空氣鉆井在普光氣田先后應(yīng)用于 6口井,在 這 6口井的表層作業(yè)當(dāng)中有 4口井成功地

8、利用霧化空 氣鉆進(jìn),但其余兩口井在空氣轉(zhuǎn)霧化空氣鉆進(jìn)時(shí)發(fā) 生了卡鉆事故。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)霧化空氣鉆井技術(shù), 在普光 102-3井的施工中組織了有關(guān)技術(shù)人員研究 制定出一套霧化空氣鉆井方案,同時(shí)派技術(shù)人員駐 現(xiàn)場(chǎng)并收集資料。4.3普光 102-3井霧化空氣鉆井技術(shù)應(yīng)用情況 2007年 2月 21日 至 2007年 2月 27日 , 普 光 102-3井使用霧化空氣鉆井技術(shù)從井深 94.64m 鉆進(jìn) 到 703m ,進(jìn)尺為 608.36m ,純鉆進(jìn)時(shí)間為 80h ,平 均機(jī)械鉆速為 7.6m /h ,使用鉆頭 4只 (其中牙輪鉆 頭兩只 。鉆具結(jié)構(gòu)采用 Ø444.5mm MP2+浮閥 (73

9、0×730 +Ø279.4mm 鉆鋌 ×3根 +Ø139.7mm DP 。霧化空 氣鉆井施工過程如下:1 使用空氣鉆井鉆進(jìn)情況2007年 2月 21日 17 00開始使用空氣鉆鉆井 (Ø444.5mm 牙輪鉆頭 ,鉆進(jìn)到井深 43m ,至當(dāng)日 20 00起鉆更換一個(gè)新的牙輪鉆頭,起鉆時(shí)發(fā)現(xiàn)在 鉆具外壁上有少許濕巖屑,從而判斷地層有少量出 水。 2007年 2月 23日 8 00使用第二只鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn) 到井深 94.64m ,此時(shí)發(fā)現(xiàn)地層出水增大。根據(jù)前面 幾口井的作業(yè)經(jīng)驗(yàn),如果繼續(xù)采用空氣鉆進(jìn)將導(dǎo)致 井下復(fù)雜情況的出現(xiàn)。因此,決定換成霧化空氣鉆

10、 進(jìn)。2 使用霧化空氣鉆井鉆進(jìn)情況起 出 牙 輪 鉆 具 組 合 并 下 入 空 氣 錘 鉆 具 組 合 。 2007年 2月 24日 9 30開始進(jìn)行空氣錘霧化鉆進(jìn),至 2月 26日 12 00鉆進(jìn)到井深 425.57m 。由于出現(xiàn)扭 矩異常現(xiàn)象,起鉆檢查空氣錘及鉆頭,發(fā)現(xiàn)空氣錘 里有大量巖屑,空氣錘單流閥彈簧斷裂,空氣錘鉆 頭排氣管被沖蝕斷。究其原因是井場(chǎng)缺乏清潔水, 而不得不長(zhǎng)期循環(huán)利用未經(jīng)處理的水,造成第一只 空氣錘鉆頭失效,更換一只空氣錘鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)。 于 2007年 2月 27日 22 00鉆至下套管井深 703m , 第一次開井完鉆。3 鉆井液轉(zhuǎn)換2007年 2月 27日 220

11、0鉆進(jìn)至井深 703m 后,循 環(huán)干凈井筒起鉆轉(zhuǎn)換鉆井液,起完鉆下入光鉆桿至 距井底 60m 處。 2007年 2月 28日 6 30按照轉(zhuǎn)換鉆 井液方案開始鉆井液轉(zhuǎn)換,至當(dāng)日 8 00共泵入 113 m 3鉆井液從返出口返出,說明井筒內(nèi)已充滿鉆井 液。并且根據(jù)井眼容積計(jì)算,證明不存在井漏,由 此霧化空氣鉆井成功轉(zhuǎn)換為鉆井液鉆井。4.4霧化空氣鉆進(jìn)與常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)對(duì)比普光 102-3井與普光 102-2井的井眼間距只有 10m ,屬于一個(gè)鉆井平臺(tái),地層巖性無(wú)變化,有很 強(qiáng)的對(duì)比性。普光 102-3井使用霧化空氣鉆井和普 光 102-2井使用鉆井液鉆井施工情況對(duì)比如表 3。表 2普光地區(qū)表層地質(zhì)

12、情況表 地 層界中 生 界 系侏羅系統(tǒng)上統(tǒng)中統(tǒng)組遂寧組沙溪廟組地層底界 (m 底深1391厚度752地層描述紫紅色泥巖、砂巖紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與 灰色、綠灰色細(xì)砂巖、粉 砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉 砂巖呈不等厚互層第 3卷 第 6期 王允偉:霧化空氣鉆井技術(shù)在普光氣田的應(yīng)用32/NaturalGas Technology普光 102-3井在表層鉆進(jìn)中共使用 4只鉆頭,見 表 4,通過對(duì)比可看出霧化空氣鉆井的機(jī)械鉆速得到 了明顯提高。4.5存在的問題普光氣田表層在 6口井進(jìn)行霧化空氣鉆進(jìn)試驗(yàn), 順利完成了表層鉆進(jìn)任務(wù),但是在施工中有 3口井出 現(xiàn)了不同的復(fù)雜情況: 普光 303-2井在鉆至井深10

13、0m 時(shí)地層出水且出水量很大,約為 50m 3/h ,用 水泥塞封堵后繼續(xù)采用霧化空氣鉆進(jìn),鉆至井深 561m 時(shí)出水量達(dá)到 30m 3/h 左右,從而轉(zhuǎn)換為鉆井 液鉆進(jìn); 普光 302-3井采用空氣錘及空氣鉆井鉆 至井深 39m 時(shí),上提鉆柱遇卡被迫改用鉆井液鉆 進(jìn); 普光 304-3井在鉆至井深 79.87m 處時(shí),沒有 及時(shí)發(fā)現(xiàn)排砂口的濕巖屑,上提準(zhǔn)備接單根時(shí)發(fā)生 卡鉆事故。產(chǎn)生上述問題的原因在于對(duì)霧化空氣鉆井技術(shù) 和工藝認(rèn)識(shí)不夠,沒有掌握好地層情況,對(duì)空氣鉆 井轉(zhuǎn)化為霧化空氣鉆井的條件和時(shí)機(jī)未把握好。通 過對(duì)幾口井的探索和總結(jié),霧化空氣鉆井技術(shù)和工 藝得到提高。5結(jié)論普光氣田表層井段遂

14、寧組和沙溪廟組屬于陸相地層,這一地層泥巖的水敏性較強(qiáng),黏土礦物的水 化可能會(huì)造成巖石強(qiáng)度降低而引起井眼不穩(wěn)定。普 光 102-3井經(jīng)過 7d 時(shí)間完成了上部地層 608.36m 的 霧化空氣鉆井工作,證明該工藝在川東北地區(qū)是可 行的。1 當(dāng)?shù)貙訄?jiān)硬、地層壓力分布情況清楚、出水 量不超過 70m 3/h 時(shí),使用霧化空氣鉆井技術(shù)對(duì)于 陸相地層是可行的。2 為了降低地層水敏性所帶來的卡鉆風(fēng)險(xiǎn),需 在霧化液里加入 0.5%的頁(yè)巖抑制劑。3 川東北地區(qū)表層第一次開鉆便直接使用霧化 空氣鉆井是不利于及時(shí)判斷地層出水情況的,井下 巖屑吸附易形成小井眼而造成卡鉆事故。因此要加 強(qiáng)對(duì)排砂口返砂情況的觀察,若發(fā)

15、現(xiàn)返砂量變小要 及時(shí)查找原因起鉆觀察。鉆進(jìn)時(shí)要注意觀察注氣壓 力、扭矩變化和井下情況,發(fā)現(xiàn)立壓突然上升、扭 矩變化、憋跳鉆嚴(yán)重、上提遇卡等井下異常情況 時(shí),應(yīng)立即停鉆、活動(dòng)鉆具、循環(huán)觀察并查明原 因,及時(shí)處理后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。4 由于霧化空氣鉆井是以空氣為介質(zhì)進(jìn)行循 環(huán),而空氣密度比鉆井液小得多,因此霧化空氣鉆 井能解決鉆井液鉆井井漏的問題,減輕地層損害, 有利于環(huán)境保護(hù)。同時(shí)能夠進(jìn)行正常的巖屑地質(zhì)錄 井,克服了鉆井液鉆井井漏時(shí)不能進(jìn)行巖屑地質(zhì)錄 井的缺陷。5 使用空氣錘鉆進(jìn),鉆壓小,可有效控制井 斜,從而保證井身質(zhì)量。6 鉆進(jìn)過程中不得循環(huán)利用未經(jīng)處理的水進(jìn)行 霧化,因?yàn)檠h(huán)水中帶有巖屑,易造

16、成空氣錘鉆頭 密封失效,從而降低生產(chǎn)時(shí)效,增加鉆井周期及費(fèi) 用。參考文獻(xiàn)1姜仁 . 鉆井工程 M . 北京:石油工業(yè)出版社, 1987. 2大慶油田鉆井指揮部 . 優(yōu)質(zhì)快速鉆井 M . 北京:石油化 學(xué)工業(yè)出版社, 1977.3肖義昭 . 鉆井技術(shù) M . 北京:石油工業(yè)出版社, 1991. 4姜仁 . 鉆井工程 (修訂本 M . 北京:石油大學(xué)出版社, 1993.(編輯:盧櫟羽 表 4普光 102-3井鉆表層鉆頭機(jī)械鉆速對(duì)比表鉆頭 類型 牙輪鉆頭 (MP2 牙輪鉆頭 (ST537GK 空氣錘 空氣錘井段 (m 40.6243.0043.0094.6494.64425.57進(jìn)尺(m 2.385

17、1.64330.93純鉆時(shí)間(h 1.529.029.5鉆壓(kN 40408020機(jī)械鉆速(m /h 1.591.7811.22備注空氣鉆井空氣鉆井霧化空氣鉆井霧化空氣鉆井天然氣技術(shù) ·鉆井工程總第 18期 2009年 表 3普光 102-3井使用霧化空氣鉆井和普光 102-2井使用鉆井液鉆井施工情況對(duì)比表井號(hào)普光 102-2普光井段 (m 20.78649.6041.00703.00進(jìn)尺(m 628.82662.00純鉆時(shí)間 (h 553.6780.00機(jī)械鉆速(m /h 1.148.28鉆壓(kN 408020最大井斜角 (°2.130.8133 criterion

18、of reservoir fluid property in Luliang area. KEY WORDS :Luliang, Ciying Formation, fluid, distinguishing criterionNew Application of Material Balance Method to Water-encroached Gas Reser voirBy YANG Lin, LI Xiao-ping, TANG Ling, YANG Xia and LIU Lan ABSTRACT :At present, the reserves and influx rate

19、 of the water-encroached gas reservoir are often calculated by mathematical model, which concerns so many uncertain parameters and has a complicated computing process. In this paper, based on the material balance equation, a new method is put forward to calculate the reserves and influx rate. It s e

20、asy to obtain the required parameters through a simple computation. The computed result is identical with that from the conventional method. Therefore, the new method is feasible.KEY WORDS:material balance equation, reserves of gas reservoir, cumulative gas productionDrainage Gas Recovery Technique

21、of Combing ESP and Gas Lift for Gas Wells with Large Water ProductionBy CHEN Wei and LI Ying-chuanABSTRACT :When electric submersible pump (ESP is adopted alone in forced drainage recovery for gas wells with large volume of produced water, a gas separator should be fixed to prevent ESP from gas ente

22、ring. But the produced-gas energy can not do work on drainage system resulting in higher energy consumption and startup pressure of lifting system. To solve these problems, a drainage gas recovery technique of combining ESP and gas lift was designed. This paper presents its theory:through gas-liftin

23、g valve, the produced gas is led into oil pipe; this gas energy can be utilized to decrease the fluid density of upper oil pipe and reduce the pressure of lifting pipe string in order to reduce the pump stage and power, achieve large displacement and cut down investment and operational cost. On the

24、basis of that, the method and step of combinational lifting technique are put forward. Taking a well with 4716m deep as an example, only ESP and the combinational project have been compared. Results show that adopting the combinational project, the pump numbers are 47.2%whereas the operational power

25、 is 46.9%of those used in only ESP project.KEY WORDS:electric submersible pump, continuous gas lift, ESP, combinational liftField Application Effects of Gas Recovery Technique in Daniudi GasfieldBy ZHANG Wen-hong, GONG Cai-xi and LI Ke-zhi ABSTRACT :Daniudi Gasfield is of a tight sandstone gas reser

26、voir. Its single wells are featured by low productivity and high water production. It is easy to form accumulated liquids in wellbore. During recovery, gas hydrate often blocks flow strings and gas-gathering pipelines, therefore has a negative effect on normal production. Through application researc

27、h and continuous improvement for years, a blocking removal and prevention technique based on alcohol injection and a foam drainage gas recovery technique have been formed. Those techniques can successfully raise the comprehensive utilization rate and stabilize the production of gas wells.KEY WORDS:D

28、aniudi Gasfield, gas recovery technique, alcohol injection, blocking removal and prevention, foam drainage Application of Baker Hughes Vertical Drill ing System to Dawan 1WellBy LI Jie, ZHAI Fang-fang and YUAN Qi-jiABSTRACT :When Dawan 1well was drilled into Qianfoya Formation to Xujiahe Formation,

29、it was hard to control well deviation due to high formation dip and strong natural deviation. Conventional straightened drilling tool also could not effectively control the deviation. As a result, it made the deviation control very difficult and the drilling rate extremely low. In order to solve the

30、se problems, a new vertical drilling technology was applied. From the depth of 1828.96m of Qianfoya Formation, the well was drilled with VertiTrak vertical drilling system manufactured by Baker Hughes Inc. In this paper, the in-situ application is presented; the application effects of VertiTrak syst

31、em are analyzed; the problems that need to be noticed are pointed out. It is indicates that there is a conflict between well deviation and bit weight during increasing drilling rate. But this conflict can better be solved by VertiTrak system. Thus, the penetration rate is increased and the drilling

32、cycle is shortened.KEY WORDS:VertiTrak, vertical drilling system, deviation control, penetration rateApplication of Misted Air Drilling to Pu guang GasfieldBy WANG Yun-weiABSTRACT :With a successful and large-scale application of air drilling to Puguang Gasfield, some achievements in both penetratio

33、n-rate enhancement and well-deviation control have been made. Since aquifer exists in the upper terrigenous formation, it will result in downhole complexity and accident if continuing to use air drilling. But, if switching to use mud drilling too early, it will lead to problems such as low penetration rate, uneasy well-deviation control, large well deviation and serious circulation loss just because the formation is characterized by high dip and develope