氣體鉆井發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景

./20XX鉆井工作研討會論文氣體鉆井發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景祖軍王波西南分公司工程技術(shù)研究院20XX10月.目錄TOC\o"1-1"\h\z\u1、前言12、氣體鉆井在國外應(yīng)用情況13、氣體鉆井工藝34、氣體鉆井的特點75、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用96、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用前景137、結(jié)束語16.1、前言近年來,石油行業(yè)面臨的雙重壓力越來越大：一方面,油氣需求劇增,全球供應(yīng)日趨緊；另一方面,國油氣勘探新發(fā)現(xiàn)越來越少,勘探領(lǐng)域越來越向難采儲層深入,全國難動用儲量高達(dá)60多億噸。長慶里格氣田探明儲量6000億立方米,但低壓低滲低產(chǎn),開發(fā)成本高,至今進(jìn)展緩慢；盆地上三疊系總資源量高達(dá)9000億立方米以上,同樣因為類似的原因,勘探效果一直不理想,探明率僅5%,探明資源轉(zhuǎn)化率不到20%。與此同時,各油田鉆井工程中處理井漏、井斜、卡鉆、出水、井壁坍塌等井下復(fù)雜情況不但占去大量鉆井時間,而且成為鉆井成本居高不下的主要因素。在,僅處理井漏或因井漏帶來的復(fù)雜情況即占鉆井總時間的8~10%,有的井甚至因井漏而報廢,一年僅井漏造成的損失就近億元。鉆井工程速度慢、周期長、成本高,已對勘探開發(fā)形成嚴(yán)重的瓶頸制約。急切需要新的技術(shù)來破解上述地質(zhì)和工程兩大難題：既能拿儲量拿產(chǎn)量,又能提高鉆井效率、降低勘探開發(fā)成本。因此,針對常規(guī)鉆井工藝開采油氣藏存在的諸多問題,國外許多公司,都逐步嘗試采用更先進(jìn)的氣體鉆井、欠平衡鉆井、水平鉆井或多分支鉆井技術(shù)來提高綜合效益。近年來,隨著其他低壓鉆井技術(shù)的發(fā)展,特別是井口旋轉(zhuǎn)防噴器、高壓注氣系統(tǒng)、地面分離系統(tǒng)、氣體監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)等配套設(shè)備和安全技術(shù)的不斷完善,空氣鉆井逐漸應(yīng)用到了油層保護(hù)和開發(fā)方面,并取得了經(jīng)濟(jì)效益,該技術(shù)也得到了長足發(fā)展和完善。2、氣體鉆井在國外應(yīng)用情況2.1國外氣體鉆井發(fā)展?fàn)顩r作為最先提出空氣鉆井概念的國家,美國在空氣鉆井的各項關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備配套上已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平,并得到了廣泛推廣與應(yīng)用。其次是在加拿大、澳大利亞和歐洲的德國等一些國家,空氣鉆井技術(shù)得以迅速發(fā)展,并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。并且隨著井底空氣馬達(dá)的研制成功和鉆桿遙測等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn),使得空氣鉆井和定向井、水平井結(jié)合在一起,更適合于部分特殊地質(zhì)狀況的油氣層開發(fā),提高油井產(chǎn)量和采收率。1953年,美國的EIpaso天然氣公司首次利用空氣作鉆井流體在猶他州成功地鉆成了第一口油氣井。自那時起,利用氣體來進(jìn)行油氣井鉆探在全球圍發(fā)展起來,現(xiàn)在采用氣體鉆井技術(shù)已能鉆達(dá)近6000m深度。這些技術(shù)通常應(yīng)用在美國東部的阿巴拉契亞山脈地區(qū)、阿肯色州油氣田、新墨西哥州的山間盆地,以及某些西得克薩斯油氣田。在那些頻繁發(fā)生井漏的鉆井地帶〔例如洛基在加拿大阿爾伯達(dá)的Camrose油田用充氣鉆井液鉆成了一口水平井--Wainwright15B-44-4W4M,水平段長1800ft<548.64m>。該油藏屬裂縫－孔隙性灰?guī)r低壓油藏,原來鉆井中出現(xiàn)過嚴(yán)重井漏。該水平井采用氣體鉆井完鉆后經(jīng)測試,其產(chǎn)量是該地區(qū)直井產(chǎn)量的2.5至6倍之間。利用氮?dú)馀菽苊饬司轮鸷捅?加拿大成功地把密閉循環(huán)氮?dú)馀菽@井應(yīng)用于水平井中,這也使得加拿大成為了該項技術(shù)的領(lǐng)先者,井?dāng)?shù)也從1992年的30口猛增至1995年的330口。美國、加拿大等國在氣體鉆井的井下配套工具的研究上水平比較高,有專用的空氣螺桿鉆具〔AirPositiveDisplacementDrill、空氣錘〔AirHammer、空氣錘配套使用的鉆頭〔AirHammerBit。為了加快鉆井進(jìn)度、提高機(jī)械鉆速,通常將氣體螺桿、空氣錘和與空氣錘配套使用的鉆頭一起使用,機(jī)械鉆速大幅度提高,在同類地區(qū)相同井段是泥漿鉆進(jìn)的15~20倍。與空氣增壓設(shè)備配套的還有用惰性氣體設(shè)備,鉆進(jìn)中先用空氣鉆井提高機(jī)械鉆速,并對環(huán)空返出氣體進(jìn)行實時監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w,立即轉(zhuǎn)為惰性氣體鉆井鉆完產(chǎn)層,即空氣鉆井、惰性氣體鉆井聯(lián)作,此方法主要用于開發(fā)井和調(diào)整井,但現(xiàn)在也逐步在勘探井中得到應(yīng)用。另外德國、法國、英國、西班牙、匈牙利、哥倫比亞、俄羅斯、突尼斯、澳大利亞、阿根廷等國家都有了空氣鉆井的應(yīng)用。從目前國外氣體鉆井的應(yīng)用情況看,按比例大小順序是:硬地層提高機(jī)械鉆速>油氣田開采后期或地層壓力下降>用于易漏地層>低滲地層>水平井。2.2國氣體鉆井發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)60年代,盆地曾經(jīng)在8口井中使用天然氣鉆井,取得一定效果,但由于井控設(shè)備落后、工藝技術(shù)差、裝備不配套而沒有進(jìn)行下去。到1988年,克拉瑪依油田從美國英格索蘭公司引進(jìn)了全套空氣霧化鉆井裝備以后,開始利用現(xiàn)代手段開展空氣霧化鉆井的試驗研究工作。從1989年至1997年先后成功地進(jìn)行了12口井的空氣霧化鉆井現(xiàn)場試驗工作。其在提高機(jī)械鉆速和油氣勘探方面有顯著效果,提高機(jī)械鉆速1.7~10.24倍,并取得較好的油氣成果。長慶油田于1986年開始了空氣鉆井技術(shù)研究的探索,實施了空氣泡沫鉆井,后來針對里格氣田的儲層特征,于20XX、20XX提出以天然氣作為循環(huán)介質(zhì)打開儲層,在陜242井和35-18井進(jìn)行了試驗；20XX以提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期為目的,在39-14-1井和39-14-4井進(jìn)行全井段天然氣鉆進(jìn)試驗；20XX又在33-8井采用空氣、泡沫鉆井,在38-19井采用空氣鉆井進(jìn)行試驗,均取得了明顯的效果,提高機(jī)械鉆速2.5~9.65倍。、和玉門油田從1999年起,經(jīng)過在原有空氣鉆井的設(shè)備基礎(chǔ)上配套,根據(jù)以前所取得了試驗經(jīng)驗又開始了新一輪空氣鉆井試驗研究,分別以打開油層保護(hù)油氣層、克服惡性井漏和提高油層比較堅硬地層的機(jī)械鉆速為目的,共計在17余口井中實施了空氣鉆井、泡沫鉆井、霧化鉆井、天然氣鉆井和柴油機(jī)尾氣鉆井,取得了一系列技術(shù)上的突破性進(jìn)展,積累了大量空氣鉆井的經(jīng)驗。進(jìn)入21世紀(jì),為了解決長段低壓破碎地層的鉆井問題,提高低壓、低滲油氣藏的開發(fā)效益,提高鉆井進(jìn)度,國大規(guī)模開展了氣體鉆井的研究,積極探索氣體鉆井技術(shù)以提高機(jī)械鉆速。3、氣體鉆井工藝氣體鉆井按介質(zhì)分類可以分為空氣鉆井和惰性氣體鉆井兩大類。3.1空氣鉆井廣義的空氣鉆井包括有：純空氣鉆井、霧化鉆井、充氣鉆井、泡沫鉆井,如圖3.1所示。依次序巖屑的攜帶能力逐步增強(qiáng),對環(huán)空返速的要求依次降低。圖3.1空氣鉆井幾種方式1、純空氣〔粉塵鉆井純空氣鉆井是指用空氣壓縮機(jī)向井注入干燥空氣,依靠環(huán)空氣體的沖量,把鉆屑從井底帶回地面的一種鉆井方式,主要應(yīng)用在提高非儲層段的機(jī)械鉆速和對付非儲集層段井漏上,鉆遇油氣層時井下著火的可能性極大；要求鉆進(jìn)的層段沒有水或地層出水量較小,為井壁穩(wěn)定的干地層的最好鉆井方法。主要優(yōu)點：〔1能比常規(guī)泥漿鉆井的機(jī)械鉆速提高2～5倍；〔2單只鉆頭的進(jìn)尺增加,減少鉆頭消耗；〔3更少的起下鉆次數(shù),提高鉆井時效；〔4對所鉆地層能進(jìn)行及時評價；〔5減少產(chǎn)層傷害；〔6在低壓漏失帶減小或消除循環(huán)損失。2、霧化鉆井在空氣中加入一定體積包含有水和化學(xué)抑制劑的液體,使液相以非連續(xù)液滴形式存在于連續(xù)氣相之中。這種低液相體積分?jǐn)?shù)的鉆井流體通常稱為"霧",以這種流體為循環(huán)介質(zhì)的鉆井就稱為"霧化鉆井"。由于液相以非連續(xù)液滴存在,對循環(huán)氣體的流變性沒有直接的影響。但是,液滴會影響井筒壓力,與鉆屑在空氣中的情形相似。霧化鉆井與純空氣鉆井大致相同,在一定程度上,能克服怕地層出水的缺點。當(dāng)在空氣鉆井時期,地層有流體侵入,并且流體侵入量少于500L/M,空氣鉆井就應(yīng)該轉(zhuǎn)化為霧化鉆井。優(yōu)點：〔1比常規(guī)泥漿體系更高的機(jī)械鉆速；〔2當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)出非烴質(zhì)流體時還能繼續(xù)鉆進(jìn)；〔3降低井下著火或者爆炸的危險。3、充氣鉆井充氣流體鉆井是液相中充入氣相〔氮?dú)?、天然氣、空?以兩相流體作為鉆井循環(huán)介質(zhì)以獲得欠壓差的空氣欠平衡鉆井方式。充氣泥漿的密度可以控制在0.45~1.00g/cm3,它不但能大大降低井靜液柱的壓力而且具有良好的攜帶巖屑的能力。常規(guī)的充氣方式包括有地面、寄生管柱和同心管柱充氣方式,如圖3.2、3.3所示。優(yōu)點：〔1可以通過改變注入氣液比來改變井底壓力；〔2能在多種鉆井液體系中使用；〔3由于井底壓力降低,能大幅度提高機(jī)械鉆速。4、穩(wěn)定泡沫鉆井泡沫是一種比較復(fù)雜的非牛頓流體,穩(wěn)定泡沫具有良好的攜屑能力。在石油工業(yè)中就是在空氣〔氮?dú)?、天然氣中以一定比例加入表面活性劑和?維持泡沫質(zhì)量指數(shù)在55％～99.5%,形成穩(wěn)定泡沫。泡沫鉆井是所有空氣鉆井中,在能滿足井眼凈化良好條件下,對環(huán)空返速要求最低的空氣鉆井方式。優(yōu)點：〔1穩(wěn)定泡沫具有卓越的巖屑攜帶能力；〔2相比純空氣或霧化鉆井氣體注入量減少,相應(yīng)的壓縮機(jī)數(shù)量減少?！?在短的循環(huán)中斷時期,巖屑仍能懸浮在環(huán)空中。圖3.2寄生管柱充氣圖3.3同心管柱充氣3.2惰性氣體鉆井由于空氣中含有氧氣,空氣鉆井鉆遇產(chǎn)層時,由于烴類和氧氣混和會起火燃燒,甚至發(fā)生爆炸等井下復(fù)雜事故。因此人們考慮運(yùn)用惰性氣體鉆井來獲得空氣鉆井的效果,同時也避免了井下復(fù)雜事故的發(fā)生,這就產(chǎn)生了惰性氣體鉆井。惰性氣體鉆井包括有氮?dú)忏@井、天然氣鉆井、柴油機(jī)尾氣鉆井等,主要運(yùn)用在油氣層段的鉆進(jìn),目的是為了避免儲層傷害,可及時、無遺漏的發(fā)現(xiàn)和評價油氣層,提高單井油氣產(chǎn)量和采收率。1、氮?dú)忏@井氮?dú)忏@井與空氣鉆井不同之處在于氮?dú)庑枰獜目諝庵袡C(jī)械分離。把從空氣中分離出來的氮?dú)馔ㄟ^增壓機(jī)注入到立管,用作鉆井循環(huán)介質(zhì),在井底攜帶巖屑返回地面。其工藝流程與空氣鉆井基本一樣。目前國的增壓機(jī)最大排量為90m3/m。優(yōu)點：〔1達(dá)到空氣鉆井提高機(jī)械鉆速目的〔2最大限度的保護(hù)和發(fā)現(xiàn)油氣層〔3鉆遇油氣層段時,能避免井下燃爆等井下復(fù)雜。2、天然氣鉆井氮?dú)忏@井雖然解決了空氣鉆井過程中井下易發(fā)生燃爆事故的問題,但由于需要專門的氮?dú)夥蛛x設(shè)備,因此在施工作業(yè)中受到設(shè)備的限制,有些地方的氮?dú)夥蛛x設(shè)備不能滿足氣體鉆井需要的注氣量。人們考慮在井場附近有天然氣氣源的井運(yùn)用天然氣循環(huán)的介質(zhì),以實現(xiàn)氣體鉆井。優(yōu)點：〔1達(dá)到氣體鉆井提高機(jī)械鉆速的目的；〔2滿足氣體注入量的圍擴(kuò)大；〔3由于井中氣體帶有一定的壓力,減小對增壓機(jī)的依賴程度；〔4減小鉆遇油氣層段井下發(fā)生燃爆的危險。3、柴油機(jī)尾氣鉆井由于柴油機(jī)尾氣也為一種惰性氣體,人們也嘗試運(yùn)用柴油機(jī)尾氣做循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行氣體鉆井,國在有過運(yùn)用,但也發(fā)現(xiàn)了一些問題：〔1增壓機(jī)組要求進(jìn)口的溫度最高為32℃,但即使是經(jīng)過處理的柴油機(jī)尾氣溫度仍然高于40〔2柴油機(jī)尾氣供氣量較小,不能滿足對氣體需求量大的井眼段的氣體鉆井；〔3運(yùn)用柴油機(jī)尾氣發(fā)生裝置相對成本較高。因此,目前國對柴油機(jī)尾氣鉆井的應(yīng)用還處于探索階段,只是可以肯定的是：柴油機(jī)尾氣可以用于氣體鉆井。3.3氣體鉆井主要設(shè)備氣體鉆井中氣體經(jīng)壓縮機(jī)、增壓機(jī)、注氣管線、立管注入到井下,把井下鉆屑帶到地面,通過排巖管線入地面回收池。氣體鉆井的主要設(shè)備有壓縮機(jī)、增壓機(jī)、管匯系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)防噴器、井下鉆具止回閥、排巖管線以及與管匯系統(tǒng)和工藝相適應(yīng)的閥門、儀表等<見表3.1>。表3.1鉆井方式及其配套專用設(shè)備鉆井方式需要配備的設(shè)備干空氣鉆井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、連接管匯及其它輔助設(shè)備氮?dú)忏@井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、膜分離制氮設(shè)備、連接管匯及其它輔助設(shè)備空氣霧化〔泡沫鉆井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、霧化泵、泡沫發(fā)生器、化學(xué)藥劑注入泵、連接管匯及其它輔助設(shè)備氮?dú)狻才菽@井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、膜分離制氮設(shè)備、霧化泵、泡沫發(fā)生器、化學(xué)藥劑注入泵、連接管匯及其它輔助設(shè)備4、氣體鉆井的特點4.1氣體鉆井的優(yōu)點針對氣體鉆井的特點,結(jié)合國國際應(yīng)用情況,氣體鉆井相對于常規(guī)鉆井,其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在保護(hù)和發(fā)現(xiàn)儲層、提高鉆井速度、減少或避免井漏等方面。其主要特點及機(jī)理如下：1、保護(hù)和發(fā)現(xiàn)儲層由于儲層傷害是一不可逆過程,井筒周圍一旦發(fā)生傷害,這些傷害是不易消除的,空氣鉆井過程中,循環(huán)介質(zhì)為氣相〔混氣相,井底壓差為負(fù)壓,在這種情況下,驅(qū)使鉆井液中的固相和液相進(jìn)入產(chǎn)層的正壓差消除了,產(chǎn)層流體還可以進(jìn)入環(huán)空,并循環(huán)到地面。因此空氣鉆井能起到保護(hù)和及時發(fā)現(xiàn)儲層的作用。2、提高機(jī)械鉆速氣體鉆井井筒液柱壓力的大幅度降低,使得井底破巖效率更高,也有助于減少"壓持作用",使鉆頭繼續(xù)切削新巖石而不是碾壓已破碎的巖屑,從而提高機(jī)械鉆速。3、減少或避免井漏井漏可能大大增加鉆井工程的成本,若鉆井液漏進(jìn)裂縫、低壓油層或高滲油藏,就增加了額外的鉆井液成本,同時堵漏費(fèi)工費(fèi)錢,更不用說漏失的鉆井液會造成嚴(yán)重的地層傷害帶來的損失。欠平衡工況可以減小或避免井漏問題?？諝忏@井體系的當(dāng)量壓力梯度為0.001~0.90g/cm3,密度窗口圍很大,易于在各種地層段實現(xiàn)欠平衡工況,因此,空氣鉆井能減少或避免井漏。4、延長鉆頭壽命氣體鉆井過程井底為負(fù)壓狀態(tài),利于已破碎巖石離開井底,避免了鉆頭巖石的重復(fù)切削,減少對鉆頭的磨損,以延長鉆頭壽命。5、減少卡鉆等復(fù)雜情況由于氣體鉆井速度快,縮短了鉆井時間,減少了鉆具和扶正器的磨損；由于鉆壓低使得鉆具負(fù)荷輕,減輕了鉆具磨損和疲勞損壞,延長了鉆具的使用壽命；再者,氣體鉆井的注氣壓力低,避免了鉆具的刺漏,確保了鉆具使用的安全。因此,減少了井下復(fù)雜事故的發(fā)生。6、減少完井增產(chǎn)措施由于在氣體鉆井過程中為井底為負(fù)壓值,實現(xiàn)了欠平衡鉆井,沒有固相顆粒及液相進(jìn)入地層,達(dá)到了保護(hù)儲層的目的,因而不需要再進(jìn)行進(jìn)一步的增產(chǎn)措施,減少了相關(guān)作業(yè)的費(fèi)用。4.2氣體鉆井的缺點同其他鉆井工藝一樣,氣體鉆井也存在一些不足：1、易引起井下起火和井下爆炸<空氣、廢氣>。2、不適用于含大量地層水的井段。3、不適用于高壓高產(chǎn)油氣層及含硫化氫的地層。4、不適用于深井。5、所需設(shè)備和工藝相對比較復(fù)雜。6、不適用于易坍塌井段。4.3氣體鉆井的適應(yīng)性雖然氣體鉆井具有許多優(yōu)點,但只有在一定圍使用才能產(chǎn)生較大的效益。許多資料表明,氣體鉆井主要適用于：〔1不出水的堅硬地層。在硬地層中,采用氣體鉆井可以大幅度地提高機(jī)械鉆速。由于地層水能使粘土顆粒凝結(jié)膨脹,容易造成環(huán)空堵卡,所以出水較多的地層不適合采用于空氣鉆井；〔2嚴(yán)重漏失地層。對于嚴(yán)重漏失地層,常規(guī)鉆井方式難以實施,采用氣體鉆井可以解決漏失問題；〔3嚴(yán)重缺水地區(qū)。由于氣體鉆井是以氣體作為循環(huán)介質(zhì),對水的需求量降到了最低,所以特別適合于沙漠、高原等缺水地區(qū)；〔4地層壓力低且分布規(guī)律清楚的地層。氣體鉆井的靜氣柱壓力極小,較高的地層壓力會加重井控設(shè)備的負(fù)擔(dān)；此外,如果不清楚地層壓力的分布規(guī)律,鉆井施工的安全性就難以得到保證。因此,對于地層壓力較高和分布規(guī)律不是很清楚的井,不適合使用氣體鉆井技術(shù)；〔5穩(wěn)定地層?？紤]到井壁穩(wěn)定問題,不穩(wěn)定的地層不適合采用氣體鉆井技術(shù)。主要包括：①流變性不穩(wěn)定地層；②破碎性<包括弱膠結(jié)>不穩(wěn)定地層；③異常地應(yīng)力不穩(wěn)定地層<如復(fù)雜構(gòu)造、高陡構(gòu)造、山前構(gòu)造等>；④深井、超深井的深部地層；〔6當(dāng)?shù)貙由倭砍鏊畷r,可采用霧化鉆井。出于對井壁穩(wěn)定和井下安全的考慮,如果地層的出水量小于2m3/h,可加大氣量排水；如果出水量在2～5m3/h圍,建議采用霧化鉆井方法；當(dāng)出水量更高時,需要采用泡沫鉆井或充氣鉆井方式〔7高傾角地層,在低鉆壓下可獲得較好的防斜能力和較高的機(jī)械鉆速；〔8適合氣體鉆井井段較長的井段,提高作業(yè)效率,降低成本；〔9水敏性地層,運(yùn)用氣體做循環(huán)介質(zhì),避免地層水敏以及由此引發(fā)的井下復(fù)雜；〔10儲層傷害嚴(yán)重地層,在欠平衡工況下保護(hù)儲層。5、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用20XX以來中石油西南油氣田分公司、石油管理局、西南石油學(xué)院合作進(jìn)行了氣體鉆井的研究與現(xiàn)場應(yīng)用。在正壩1井、大天9井、核桃1井、礦2井、七北101井進(jìn)行了空氣、空氣泡沫、氮?dú)忏@井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用解決了鉆井液漏失,復(fù)雜時效減少、機(jī)械鉆速大幅提高,經(jīng)濟(jì)效益顯著。表5.120XX以來開展的空氣鉆井統(tǒng)計表井號施工日期井眼尺寸〔mm井段〔m空氣排量〔m3/min機(jī)械鉆速〔m/h泥漿鉆井鉆速〔m/h與泥漿鉆井對比〔倍正壩12003.1311.2138.46～518110～15015.92.277核桃12003.4444.518.25～76.80852.41.132.12礦22003.5311.21535.27～1901903.211.761.82大天92003.6311.229.88～331.23866.141.963.48表5.220XX以來天然氣鉆井情況統(tǒng)計井號施工日期井眼尺寸<mm>井段<m>天然氣排量<m3/min>機(jī)械鉆速<m/h>獲氣情況<m3/d>井淺22003.2152.41238-153240-604.985.28×104麻淺12003.11152.4799-129057-605.11無平落192004.5152.43696-760.7152-617.2345.31×104白淺111H2004.7152.41103.10-1325519.766.85×104包淺42004.9152.41630~1960508.131.57×1045.1氣體鉆井在地區(qū)提高機(jī)械鉆速的應(yīng)用從表5.1、5.2可以看出,氣體鉆井在提高機(jī)械鉆速方面效果非常明顯。正壩1井核桃1井礦2井大天9井正壩1井核桃1井礦2井大天9井圖5.1與同構(gòu)造或鄰井機(jī)械鉆速對比今年5月在宣漢所鉆的七北101井是中國石油集團(tuán)公司重點科學(xué)試驗工程井,所處構(gòu)造上段地層厚、泥質(zhì)含量高、巖層可塑性大、可鉆性差,機(jī)械鉆速難以大幅度提高。在須家河及以下層段,常有氣顯示。為了提高鉆速,經(jīng)過技術(shù)人員多方調(diào)研,二開171/2"井眼采用空氣泡沫鉆井,三開121/4"井眼采用干空氣鉆井、干空氣加空氣錘鉆井,四開81/2"井眼進(jìn)入須家河層段時,開始應(yīng)用氮?dú)忏@井,以攻克須家河地層難打費(fèi)時還要防氣顯示的難題?？諝馀菽@井最高機(jī)械鉆速達(dá)到22.22m/h,平均機(jī)械鉆速提高了2.7倍；干空氣加空氣錘鉆井平均機(jī)械鉆速提高了6倍；氮?dú)忏@井平均機(jī)械鉆速提高了13倍以上。在川東地區(qū)須家河層位有氣顯示,以砂巖為主,研磨性強(qiáng),一般厚度為500米,如果用常規(guī)鉆井液鉆進(jìn),需要10只鉆頭,鉆井周期在30天以上,現(xiàn)在采用氮?dú)忏@進(jìn),時間不到3天。該井的成功,被稱為"七里北奇跡"。具體情況見表表5.3七北101井與七里北1井鉆速對比層位鉆頭尺寸mm七北101井〔氣體七里北1井〔鉆井液鉆速提高倍數(shù)井段m介質(zhì)平均鉆速m/h井段m平均鉆速m/h沙溪廟444.5115~274泡沫8.3147~2963.031.74沙溪廟311.21750~2056空氣16.641750~20622.934.68須家河215.92587~2944氮?dú)?2.054061~42820.7814.38雷口坡嘉陵江215.92944~3426氮?dú)?5.734282~44011.698.35.2氣體鉆井在地區(qū)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)儲層方面的應(yīng)用氣體鉆井實現(xiàn)了井底的欠平衡工況,并且無固相和液相進(jìn)入儲層,在儲層保護(hù)方面具有無可比擬的優(yōu)勢,在地區(qū)運(yùn)用氣體欠平衡鉆井也確實起到了非常良好的效果<表5.2>。井淺2井為國第一口純天然氣全過程欠平衡鉆井的井,該井在1238～1532米采用純天然氣欠平衡鉆進(jìn),實施不壓井起下鉆和下油管后裸眼完成,發(fā)現(xiàn)2個氣顯示段,完井測試產(chǎn)量5.28萬立方米/天,而同井場的井淺1井用常規(guī)鉆井方式酸化后僅獲氣1840立方米/平落19井該井在須二段進(jìn)行純天然氣鉆井完井作業(yè),完井測試日產(chǎn)天然氣47.271萬立方米/天,計算無阻流量60.042萬立方米/天。該井周邊已投入生產(chǎn)4口井平均產(chǎn)量的4.28倍。表5.4平落19井與同一構(gòu)造上生產(chǎn)井產(chǎn)量對比表井號套壓〔MPa氣產(chǎn)量〔104平落2井10.7013.05平落8井12.008.27平落17井9.4012.70平落18井16.5012.76平落19井14.8447.27白淺111H井是川渝地區(qū)第一口采用柴油機(jī)尾氣、天然氣鉆成的水平井,把氣體鉆井和水平井技術(shù)相結(jié)合,獲日產(chǎn)天然氣6.8萬立方米,比采用常規(guī)鉆井的同井場同產(chǎn)層直井提高產(chǎn)量達(dá)22倍,為勘探開發(fā)白馬－松華構(gòu)造打開了突破口。5.3氣體鉆井在防漏方面見到好效果西南油氣田分公司在正壩1井、核桃1井、大天9井、礦2井和玉皇1井共5口井上開展了欠平衡鉆井治漏試驗,鉆井總進(jìn)尺1878.73m,對治理井漏見到明顯效果<表5.5>。表5.5氣體型流體鉆井與常規(guī)鉆井治漏效果對比井號時間井眼尺寸鉆井方法鉆進(jìn)井段m進(jìn)尺m鉆井耗時d日進(jìn)尺m/d正壩1井～12-1/4"常規(guī)鉆井堵漏30.00～138.46108.46138.34～12-1/4"空氣鉆井138.46～518.00379.54575.91核桃1井～26"常規(guī)鉆井堵漏0.00～18.2518.2592.03～17-1/2"空氣鉆井18.25～76.8058.55319.52～17-1/2"泡沫鉆井76.80～300.00223.20544.64大天9井～17-1/2"清水強(qiáng)鉆0.00～29.8829.8839.96～12-1/4"空氣及泡沫鉆井29.88～370.00340.121326.16礦2井～12-1/4"常規(guī)鉆井堵漏1319～1522203504.06～12-1/4"微泡沫鉆井1423.68～1535.27111.59618.60～12-1/4"充氣鉆井1535.27～1901.00365.73845.72玉皇1井2004.717-1/2"12-1/4"微泡沫0～40040010.538正壩1井氣體鉆井密度低,在惡性井漏層段可以有效的減少甚至避免漏失,減少井下復(fù)雜事故,提高鉆井效率。正壩1井清水強(qiáng)鉆至井深138.46米共發(fā)現(xiàn)四個漏層,漏速46立方米/小時至失返,多次發(fā)生阻卡,堵漏六次均未成功,耗時28天。后采用空氣鉆井,進(jìn)尺379.54米,平均機(jī)械鉆速15.68米/小時,相對與常規(guī)的泥漿鉆井機(jī)械鉆速提高7倍,至井深518米下套管固井成功。5.4已完成井空氣鉆井經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益分析空氣鉆井能大幅提高機(jī)械鉆速,避免鉆井液的漏失,加快鉆井工程進(jìn)度,提高油氣勘探效益,同時具有預(yù)防壓差卡鉆、發(fā)現(xiàn)和保護(hù)低壓產(chǎn)層及環(huán)保等效益。其部分應(yīng)用效益匯總見表5.6。表5.6空氣鉆井實際應(yīng)用效益分析井號鉆井方法井眼尺寸mm鉆進(jìn)井段m進(jìn)尺m鉆井效率效益正壩1井空氣311138.46～518.00379.5475.91m/d鉆井效率提高9.1倍3口井平均鉆井效率為59.96m/d,比常規(guī)鉆井、堵漏的方法提高8.6倍,節(jié)約鉆井時間103d,直接效益300萬元以上。核桃1井空氣44518.25～76.8058.5519.52m/d鉆井效率提高9.6倍空氣泡沫44576.80～300.00223.210.1m/h鉆井效率提高5倍大天9井空氣31129.88～311.27281.3970.77鉆井效率提高7.1倍礦2井充氣3111535.27～1901.00365.733.21m/h鉆井效率提高21倍節(jié)約費(fèi)用420萬元以上TBK-3空氣311959～143047116.24m/h霧化3111430～172329313.16m/h霧化304.81723～18241016.52m/h泡沫304.81824～24646406.34m/hTBK-6泡沫66064～74810.34m/h比TBK-2和TBK-3井提高85%、95%泡沫鉆井液的攜砂能力是常規(guī)鉆井液的10倍三皇2井尾氣充氣215.91000～1500m機(jī)械鉆速提高40%興24井尾氣152.41540～1575m0.81m/h獲業(yè)氣流30000m3東安1井充氣311機(jī)械鉆速平均提高50%由表5.6可以看出,較為成功的空氣鉆井應(yīng)用實例,機(jī)械鉆速提高9倍以上,最高提高21倍。應(yīng)用空氣鉆井技術(shù)效益前景是很明朗的。6、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用前景中石化目前在盆地勘探開發(fā)區(qū)塊主要為川西致密砂巖和川東北高含硫碳酸鹽巖區(qū)塊,通過綜合比較川西致密氣藏的地質(zhì)特征,新場蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組、中江沙溪廟組等儲層基本具有巖性致密、低孔、低滲、低壓〔或壓力開采下降、不出水或出水量小、儲層埋藏深度不大、地層不含硫化氫及井壁穩(wěn)定性好等特點,這些都是有利于開展川西致密儲層氣體欠平衡鉆井技術(shù)研究的有利條件。如果在這些氣藏采用氣體欠平衡鉆井,有可能在儲層保護(hù)、油氣發(fā)現(xiàn)、油氣增產(chǎn)及提高鉆井效率等方面取得新的突破。通過不斷努力,中石化川東北地區(qū)勘探不斷取得突破,局面逐漸打開。在毛壩構(gòu)造、普光構(gòu)造、河壩構(gòu)造、雙廟構(gòu)造先后發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流,已經(jīng)初步形成了勘探良性發(fā)展的態(tài)勢,并將在"十一五"期間投入規(guī)模開發(fā)。川東北地區(qū)上部陸相地層以高陡背斜構(gòu)造為主,地層具有卡、漏、斜特點,地層流體量較少、不含H2S、地層壓力較低,運(yùn)用氣體鉆井可以避免或減少井漏等復(fù)雜情況和在高陡背斜構(gòu)造起到防斜打快的作用。截至2005年3月1日,共開鉆24口,完井15口,進(jìn)尺88963.14m,平均井深4886.32m,平均機(jī)械鉆速1氣體〔霧化鉆井的主要優(yōu)點之一是可以明顯地提高機(jī)械鉆速,因此采用氣體〔霧化鉆井是加快地區(qū)鉆井施工中上部171/2"、121/4"井眼施工速度、降低鉆井成本的有效手段。6.1氣體鉆井在川西氣田勘探開發(fā)中應(yīng)用的必要性由于川區(qū)工程地質(zhì)條件的高度復(fù)雜性決定了川西致密氣的勘探開發(fā)歷程不會一帆風(fēng)順。目前川西勘探開發(fā)面臨的主要難題如下：〔1提高儲量動用程度和采收率是川區(qū)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的重要保證從西南分公司近10年的勘探開發(fā)歷程來看,儲產(chǎn)的持續(xù)增長實際上就是一個難采儲量不斷被開發(fā)動用的過程。從過去幾年的經(jīng)驗來看,通過提高單井產(chǎn)量以達(dá)到儲量動用程度是最現(xiàn)實的途徑,但要在原來的基礎(chǔ)上再上一個臺階其難度顯然更大,必須引進(jìn)新的技術(shù)方法才能實現(xiàn)高效開發(fā)。由于西南分公司目前已落實的后備儲量資源嚴(yán)重不足,因而,這部分儲量能否盡快動用對西南分公司的發(fā)展及"十五"規(guī)模能否如期實現(xiàn)至關(guān)重要?！?致密砂巖裂縫性儲層保護(hù)是世界性難題由于川區(qū)砂巖儲層特征是總體表現(xiàn)為低滲透率、低孔隙度、強(qiáng)親水、孔喉結(jié)構(gòu)特征差異大、束縛水飽和度高,敏感性強(qiáng)等先天不足的特點,能承受的損害能力又很差,故鉆井過程中地層損害對于致密氣層的及時發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確評價和高效開發(fā)是致命性的。所以,必須首先立足于損害的預(yù)防,特別要切實保護(hù)好那些能夠改善致密氣層滲透性的天然裂縫,在鉆井過程中做好儲層保護(hù)工作?！?常壓儲層的高效開發(fā)需要更有效的配套鉆井工藝洛帶組為常壓氣藏,在常規(guī)鉆井過程中易對氣層造成污染,使得氣層初產(chǎn)量一般較低,無法達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能,經(jīng)過水力加砂壓裂后產(chǎn)能成倍增加,取得了顯著成效。但儲層具水敏性特征,有的井壓后產(chǎn)量很低甚至還有不如壓前,這就給人們留下一個值得深思的課題,水力加砂壓裂技術(shù)對該區(qū)儲層改造技術(shù)是必要的,但是不是最好的？〔4復(fù)雜地層鉆井應(yīng)該采用新工藝減少鉆井事故率馬井地區(qū)一直存在又噴又漏等復(fù)雜鉆井問題,如何有效解決這些問題是擺在我們面前的一個難題。馬井構(gòu)造已完鉆井中,由淺至深均有：惡性漏失、返吐現(xiàn)象；固井漏失等。用常規(guī)鉆井工藝帶來了極大的困難,如堵漏時間長、難度大、費(fèi)用高,甚至使井情況復(fù)雜化,導(dǎo)致惡性事故不斷發(fā)生,井身結(jié)構(gòu)也被迫增加1-2層技術(shù)套管,直接導(dǎo)致了勘探開發(fā)成本的上升。〔4加快深部儲層的勘探步伐急需采用非常規(guī)工藝才能取得有效突破須家河氣藏為超深超致密儲層,過高的壓力差將泥漿壓入天然裂縫或地層,對儲層造成較嚴(yán)重的固相物堵塞傷害,要獲得工業(yè)產(chǎn)能更加困難。另外,儲層破裂壓力高,對其進(jìn)行壓裂改造相當(dāng)困難。同時,川區(qū)巖石結(jié)構(gòu)致密,從淺至深為近常規(guī)——致密——很致密——超致密上部普通含礫,下部局部含礫,多套砂泥巖互層,巖性縱橫變化大,非均質(zhì)性強(qiáng),可鉆性差,地層巖石級別高,如何提高鉆速是一道久攻不克的難題。這嚴(yán)重阻礙深層須家河組氣藏勘探開發(fā)取得突破性進(jìn)展。由于暴露出的這些越來越難以解決的矛盾,促使我們在川西致密砂巖氣藏勘探開發(fā)中應(yīng)用欠平衡鉆井新技術(shù)來解決上述問題顯得越來越重要和迫切。6.2氣體鉆井在川西氣田勘探開發(fā)中應(yīng)用的可行性20XX,美用欠平衡方式占當(dāng)年鉆井總數(shù)的15～20%；20XX,川渝氣田的欠平衡鉆井占鉆井總量的20%以上,在油氣發(fā)現(xiàn)和解決工程難題兩方面所取得的效果在全國非常突出。氣體鉆井由于人們認(rèn)識能力和技術(shù)水平的限制,這項技術(shù)的使用長期以來被限制在非常狹窄的圍,即便使用,也僅僅是作為常規(guī)鉆井的一種補(bǔ)充。近年來,隨著井控等一系列支撐技術(shù)的成熟,氣體鉆井的能力越來越多地被發(fā)掘出來,一些以前認(rèn)為不能打欠平衡井的地層也能夠打了、不適合采用的工藝也能夠采用了。在一些地方,氣體鉆井甚至還獲得了眾多意外發(fā)現(xiàn),顯示該技術(shù)越來越多地發(fā)展成為了一種增產(chǎn)技術(shù),一種提高采收率的重要手段。從發(fā)