雾化空气钻井技术在普光气田的应用

1、 摘要随着普光气田大规模成功应用空气钻井技术,其在机械钻速的提高、井斜控制等方面都取得了较大成效,但由于上部陆相地层存在水层,如果继续使用空气钻井会导致井下复杂及事故的发生,从而制约空气钻井 技术的应用。如若过早转为钻井液钻井,由于地层具有倾角高和裂缝发育的特点,将导致机械钻速低、井斜不易 控制、井斜过大、地层漏失严重等问题的出现。近两年在空气钻井的基础上通过使用雾化空气钻井技术解决了这 些难题,并在应用中结合普光地区的地质构造特点采取了一些新的技术措施,取得了一些经验。关键词雾化钻井 空气钻井 普光气田机械钻速井漏井斜雾化空气钻井技术在普光气田的应用王允伟(中国石化中原油田普光分公司,四川

2、达州636156收稿日期:2009-03-10修订日期:2009-11-11作者简介 :王允伟 (1974- ,工程师, 从事钻井监督工作。 E-mail:wyw32168。中图分类号:TE242.7文献标识码:AVol.3,No.6Dec.2009文章编号:1673-9035(2009 06-0031-03天 然 气 技 术2009年 第 3卷 ·第 6期1雾化空气钻井的机理及工艺流程雾化空气钻井是将空气、水、泥页岩抑制剂和添加剂混合,利用在高速流动下形成雾状的循环介 质进行钻进的欠平衡钻井技术,是最早发展的一种 欠平衡钻井技术 1。雾化空气钻井的工艺流程为:以空气为工作对 象,利

3、用空压机对空气先进行初级加压,然后再增 压入井,同时用一台水泥车在立管处泵入基液与空 气混合,其他设备则与空气钻井时采用的设备相 同。根据空气钻井总体流程方案,对设备进行方案 设计及优选,最后完成携带岩屑、取得砂样和消除 粉尘的任务。2雾化空气钻井主体设备与参数要求雾化空气钻井主体设备包括供气及注入系统、旋转控制系统、返出物排放处理系统、数据采集系 统及其他设备工具。其钻井参数为:钻压 1020kN ; 空气排量 120150m 3;转盘转数 2030r /min 2。空气钻井转化为雾化空气钻井的条件见表 1。3雾化空气钻井对钻头选型和钻具组合的选择雾化空气钻井与常规钻井液钻井的钻头选型一致,

4、只是钻头无须装喷嘴,通过实践,从钻头使用 时间和起出钻头的新度,将其与钻井液钻井进行对 比,雾化空气钻井的钻头使用时间较常规钻井液钻 井的钻头使用时间长约 25%40%。出现这一结果 的主要原因有两点:一是雾化空气钻井的钻压较钻 井液钻井钻压低,使得牙轮钻头轴承磨损变小,延 长了牙轮钻头轴承和合金齿的使用寿命;二是采用 雾化空气钻井时岩屑的压持效应比钻井液钻井时小 得多,空气便能较好地清洁井底钻屑,减少钻屑的 重复切削,从而延长合金齿的使用寿命。雾化空气钻井与常规钻井液钻井钻具组合的选 择原则基本一致 3,只有两点不同:一是需要在钻头 附近加装一个浮阀,以防止钻杆泄压时环空的空气 倒流导致钻屑

5、堵塞钻头水眼;二是在进行雾化空气 钻井前的最后 1根钻杆顶部装 1只单流阀 4,以后雾 化空气钻井每钻进 100m 左右装 1只单流阀,其目的 在于既能缩短接单根时间,又防止沙子倒灌进入水 眼造成堵塞,从而避免造成井下复杂情况。4雾化空气钻井现场实践4.1普光地区表层和常规钻井液钻进情况普光地区表层为遂宁组至沙溪庙组的陆相地 层,地层不均质,砂泥岩互层频繁,胶结致密,夹 层多硬,岩石硬度为硬到极硬,可钻性级值总平均 约为 6级 (见表 2 。因此, 导致钻进中憋跳钻严重,表 1空气钻井转化为雾化空气钻井条件表钻井方式 空气钻井 雾化空气钻井允许最大出水量 (m /d 不超过 27不超过 763

6、1钻头工作极不平稳且失效快。第一次开钻钻进深度 一般为 7001000m ,使用 Ø444.5mm 钻头,若采用 钻井液钻井,机械钻速一般在 1.50m /h 左右。普光 1井第一次开井在井深 89m 处出现井漏, 漏失钻井液共计 164m 3。普光 2井在第一次开井钻进 过程中,从井深 43.3m 钻进到 764m 有不同程度的漏 失,主要表现为渗透性漏失,平均漏速为 4.43m 3/h , 共计漏失钻井液 220.2m 3。在普光 102-2井的作业 中,总共漏失钻井液 1400m 3。普光地区钻表层共花 了 41d ,同时也出现了严重的井斜问题。在普光 1井的钻井施工中,虽然积

7、极与胜利钻井 研究院进行了沟通,引进新技术、新工艺,并针对 井下复杂情况组织了一系列技术攻关,采用 Ø228mm×25mm 偏轴接头组合与防斜打直措施,但对于 倾角为 54°的陆相地层来说,其井斜角始终在 3.5°左右。 为了防止地表漏失可能造成的环境污染,加快 普光气田开发建设速度,高质量地完成其产能建设 任务,组织有关人员对雾化空气钻井技术进行分析 和研究,决定在普光气田与威德福公司合作进行雾 化空气钻井试验,通过几口井的试验取得了一些经 验。4.2雾化空气钻井情况雾化空气钻井在普光气田先后应用于 6口井,在 这 6口井的表层作业当中有 4口井成功地

8、利用雾化空 气钻进,但其余两口井在空气转雾化空气钻进时发 生了卡钻事故。为进一步学习雾化空气钻井技术, 在普光 102-3井的施工中组织了有关技术人员研究 制定出一套雾化空气钻井方案,同时派技术人员驻 现场并收集资料。4.3普光 102-3井雾化空气钻井技术应用情况 2007年 2月 21日 至 2007年 2月 27日 , 普 光 102-3井使用雾化空气钻井技术从井深 94.64m 钻进 到 703m ,进尺为 608.36m ,纯钻进时间为 80h ,平 均机械钻速为 7.6m /h ,使用钻头 4只 (其中牙轮钻 头两只 。钻具结构采用 Ø444.5mm MP2+浮阀 (73

9、0×730 +Ø279.4mm 钻铤 ×3根 +Ø139.7mm DP 。雾化空 气钻井施工过程如下:1 使用空气钻井钻进情况2007年 2月 21日 17 00开始使用空气钻钻井 (Ø444.5mm 牙轮钻头 ,钻进到井深 43m ,至当日 20 00起钻更换一个新的牙轮钻头,起钻时发现在 钻具外壁上有少许湿岩屑,从而判断地层有少量出 水。 2007年 2月 23日 8 00使用第二只钻头继续钻进 到井深 94.64m ,此时发现地层出水增大。根据前面 几口井的作业经验,如果继续采用空气钻进将导致 井下复杂情况的出现。因此,决定换成雾化空气钻

10、 进。2 使用雾化空气钻井钻进情况起 出 牙 轮 钻 具 组 合 并 下 入 空 气 锤 钻 具 组 合 。 2007年 2月 24日 9 30开始进行空气锤雾化钻进,至 2月 26日 12 00钻进到井深 425.57m 。由于出现扭 矩异常现象,起钻检查空气锤及钻头,发现空气锤 里有大量岩屑,空气锤单流阀弹簧断裂,空气锤钻 头排气管被冲蚀断。究其原因是井场缺乏清洁水, 而不得不长期循环利用未经处理的水,造成第一只 空气锤钻头失效,更换一只空气锤钻头继续钻进。 于 2007年 2月 27日 22 00钻至下套管井深 703m , 第一次开井完钻。3 钻井液转换2007年 2月 27日 220

11、0钻进至井深 703m 后,循 环干净井筒起钻转换钻井液,起完钻下入光钻杆至 距井底 60m 处。 2007年 2月 28日 6 30按照转换钻 井液方案开始钻井液转换,至当日 8 00共泵入 113 m 3钻井液从返出口返出,说明井筒内已充满钻井 液。并且根据井眼容积计算,证明不存在井漏,由 此雾化空气钻井成功转换为钻井液钻井。4.4雾化空气钻进与常规钻井液钻进对比普光 102-3井与普光 102-2井的井眼间距只有 10m ,属于一个钻井平台,地层岩性无变化,有很 强的对比性。普光 102-3井使用雾化空气钻井和普 光 102-2井使用钻井液钻井施工情况对比如表 3。表 2普光地区表层地质

12、情况表 地 层界中 生 界 系侏罗系统上统中统组遂宁组沙溪庙组地层底界 (m 底深1391厚度752地层描述紫红色泥岩、砂岩红色泥岩、粉砂质泥岩与 灰色、绿灰色细砂岩、粉 砂岩、泥质砂岩、泥质粉 砂岩呈不等厚互层第 3卷 第 6期 王允伟:雾化空气钻井技术在普光气田的应用32/NaturalGas Technology普光 102-3井在表层钻进中共使用 4只钻头,见 表 4,通过对比可看出雾化空气钻井的机械钻速得到 了明显提高。4.5存在的问题普光气田表层在 6口井进行雾化空气钻进试验, 顺利完成了表层钻进任务,但是在施工中有 3口井出 现了不同的复杂情况: 普光 303-2井在钻至井深10

13、0m 时地层出水且出水量很大,约为 50m 3/h ,用 水泥塞封堵后继续采用雾化空气钻进,钻至井深 561m 时出水量达到 30m 3/h 左右,从而转换为钻井 液钻进; 普光 302-3井采用空气锤及空气钻井钻 至井深 39m 时,上提钻柱遇卡被迫改用钻井液钻 进; 普光 304-3井在钻至井深 79.87m 处时,没有 及时发现排砂口的湿岩屑,上提准备接单根时发生 卡钻事故。产生上述问题的原因在于对雾化空气钻井技术 和工艺认识不够,没有掌握好地层情况,对空气钻 井转化为雾化空气钻井的条件和时机未把握好。通 过对几口井的探索和总结,雾化空气钻井技术和工 艺得到提高。5结论普光气田表层井段遂

14、宁组和沙溪庙组属于陆相地层,这一地层泥岩的水敏性较强,黏土矿物的水 化可能会造成岩石强度降低而引起井眼不稳定。普 光 102-3井经过 7d 时间完成了上部地层 608.36m 的 雾化空气钻井工作,证明该工艺在川东北地区是可 行的。1 当地层坚硬、地层压力分布情况清楚、出水 量不超过 70m 3/h 时,使用雾化空气钻井技术对于 陆相地层是可行的。2 为了降低地层水敏性所带来的卡钻风险,需 在雾化液里加入 0.5%的页岩抑制剂。3 川东北地区表层第一次开钻便直接使用雾化 空气钻井是不利于及时判断地层出水情况的,井下 岩屑吸附易形成小井眼而造成卡钻事故。因此要加 强对排砂口返砂情况的观察,若发

15、现返砂量变小要 及时查找原因起钻观察。钻进时要注意观察注气压 力、扭矩变化和井下情况,发现立压突然上升、扭 矩变化、憋跳钻严重、上提遇卡等井下异常情况 时,应立即停钻、活动钻具、循环观察并查明原 因,及时处理后方可继续钻进。4 由于雾化空气钻井是以空气为介质进行循 环,而空气密度比钻井液小得多,因此雾化空气钻 井能解决钻井液钻井井漏的问题,减轻地层损害, 有利于环境保护。同时能够进行正常的岩屑地质录 井,克服了钻井液钻井井漏时不能进行岩屑地质录 井的缺陷。5 使用空气锤钻进,钻压小,可有效控制井 斜,从而保证井身质量。6 钻进过程中不得循环利用未经处理的水进行 雾化,因为循环水中带有岩屑,易造

16、成空气锤钻头 密封失效,从而降低生产时效,增加钻井周期及费 用。参考文献1姜仁 . 钻井工程 M . 北京:石油工业出版社, 1987. 2大庆油田钻井指挥部 . 优质快速钻井 M . 北京:石油化 学工业出版社, 1977.3肖义昭 . 钻井技术 M . 北京:石油工业出版社, 1991. 4姜仁 . 钻井工程 (修订本 M . 北京:石油大学出版社, 1993.(编辑:卢栎羽 表 4普光 102-3井钻表层钻头机械钻速对比表钻头 类型 牙轮钻头 (MP2 牙轮钻头 (ST537GK 空气锤 空气锤井段 (m 40.6243.0043.0094.6494.64425.57进尺(m 2.385

17、1.64330.93纯钻时间(h 1.529.029.5钻压(kN 40408020机械钻速(m /h 1.591.7811.22备注空气钻井空气钻井雾化空气钻井雾化空气钻井天然气技术 ·钻井工程总第 18期 2009年 表 3普光 102-3井使用雾化空气钻井和普光 102-2井使用钻井液钻井施工情况对比表井号普光 102-2普光井段 (m 20.78649.6041.00703.00进尺(m 628.82662.00纯钻时间 (h 553.6780.00机械钻速(m /h 1.148.28钻压(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