欠平衡钻井技术在四川的应用

欠平衡钻井技术在四川的应用

一、气体钻井技术的发展阶段四川气体开采技术的发展经历了以下三个阶段。(1)早期探索阶段(20世纪50～70年代),为了提高钻井速度、及时发现和保护油气层,60年代四川盆地曾经在8口井中使用天然气钻开产层,对气体钻井进行了早期的探索,但由于当时装备不配套、技术不完善,停止了气体钻井技术的继续发展和应用。(2)起步阶段(1999～2004年)。随着常规欠平衡技术及装备的发展,为气体钻井技术的发展及推广应用奠定了基础。1999年在兴24井进行了柴油机尾气钻井试验,2002年初到2004年底,气体钻井技术分别在四川的泉西1井、三皇2井等多口井、伊朗项目的8口井及玉门、长庆油田进行了试验和应用,取得了较好的效果,极大地丰富了四川纯气体钻井技术及泡沫钻井技术的经验。(3)发展阶段(2005～2006年)。四川油气田在多口井空气及泡沫钻井试验的基础上,继续对气体钻井技术进行攻关,对气体钻井区块选择、层位选择,地层出水的预测,井壁稳定性的分析、浅层气存在的可能性分析等有关气体钻井的诸多问题进行了论证和研究。自2005年以来,四川油气田共进行了40多井次的空气、氮气、空气泡沫及充气钻井现场作业,无论是提高钻井速度、对于井漏、还是用于储层勘探开发等方面发挥了具大作用。二、四川气体钻孔技术的应用1.空气钻井速度(1)2005年四川纯空气钻井技术应用情况见表1。(2)2006年四川纯空气钻井技术应用情况见表2。纯空气钻井技术的应用大幅度地提高了钻井速度,大大地缩短了钻井周期,加快了资源勘探开发的步伐。如七北101井纯空气钻井机械钻速达到了13.94m/h,而同构造的七里北1井同井段的机械钻速仅为1.69m/h,2004年整个川渝地区钻井平均机械钻速为2.12m/h;龙岗1井从2006年4月20日第一次开钻,充分利用纯空气和氮气钻井技术,至2006年8月17日(不到4个月)就钻达井深5861m,这种钻井速度在川渝地区以前是不可能达到的。空气锤的使用使纯空气钻井速度明显提高,且具有防斜作用见表3。目前纯空气钻井在川渝地区所钻达的最大井深为3440m(龙岗1井),最高机械钻速达36.60m/h(龙17井),Ø311mm井眼纯空气钻井所钻井段最长为2687m(七北103井)。对于不产流体(油、气、水)、不发生应力坍塌的地层均有条件进行纯空气钻井作业。2.泡沫钻井的设备气体钻井过程中,泡沫钻井主要用于气体钻井中地层出水的处理及大尺寸井眼井漏的处理,泡沫钻井对气量要求较少(一般为45～80m3/min),较少的供气设备便能满足泡沫钻井的要求,既降低了作业成本,又解决了出水及井漏的问题。2005年至2006年5月四川油气田泡沫钻井应用情况见表4。四川泡沫钻井技术在伊朗的TBK地区应用情况见表5。四川石油管理局空气钻井公司参与的长城公司伊朗项目成功地利用纯空气钻井和泡沫钻井技术使该地区完井周期缩短到70d以内,伊朗国家钻井公司曾在TBK地区所钻的TBK1井由于漏失、垮塌严重建井周期达到402d。3.须家河组储层勘探该项技术主要应用在四川盆地的低压、低渗产层的勘探开发中,2005年以来在广安、荷包场及安岳等地区的须家河组储层勘探过程中共进行了20多井次的天然气、氮气钻井。该项技术的应用获得了以下成果。(1)天然气钻井产量未使用气体钻井技术前,该区块没有获得工业性气流,包浅4-X2通过天然气钻井后,获测试产量为4.6×104m3/d,包浅201井通过氮气钻井测试天然气产量为3.77×104m3/d,并且首次在区块发现原油,产量为18m3/d。(2)须家河组层天然气钻井技术平落19井是平落坝潜伏构造上一口开采后期的开发井,目的层须家河组层压力梯度仅为0.7MPa/100m,在须二段运用天然气钻井获产量为47×104m3/d,与邻井(使用钻井液钻井)相比产能提高3倍。(3)通过四川东北部徐家河群地层的勘探，速度显著加快须家河组层采用常规钻井液钻井机械钻速不到1m/h,而采用氮气钻井其机械钻速成达到4～12m/h以上见表6。4.尾气除尘技术四川油气田曾在兴24井、泉西1、白浅111井等井进行过尾气钻井试验,由于目前柴油机尾气的除湿、除尘问题尚未得到有效解决,柴油机尾气中的酸性物质对设备、钻具的腐蚀很大,所以此后暂时没有推广应用该项技术。5.多口煤气井四川石油管理局空气钻井公司在威寒101井、山西的多口煤层气井中使用了充气钻井技术,成功地解决了长段井漏、孔隙压力低于1的地层中钻进时井漏及产层污染难题。6.地层水分散井四川石油管理局对该项技术在理论上做过一些探索,对地层出水量较小的井可采用该项技术,使地层所产的水分散呈雾状带出井筒,所需气量较纯气体钻井大。由于受到地层水量和供气设备的限制,目前该项技术在四川还未得到推广应用。三、四川气田气体开采1.气体钻井井斜气体钻井由于其钻压较常规钻井液钻井小,造成井斜的可能性稍小些。但是气体钻井钻速高,一旦发生井斜则发展很快,如黄金1井Ø311mm井眼的空气钻井井斜数据见表7。据分析在气体钻井中造成井斜的主要原因(与常规泥浆钻井相比)有:①气体钻井造斜规律不清楚,空气锤、空气螺杆等工具的造斜规律只有定性的认识,尚未有较系统的研究;②在井斜存在的情况下,钻具靠在下井壁上,造成下井壁的空气流动速度减慢,下井壁的钻屑无法及时被带走,将钻头“垫”向上井壁,造成井斜越来越大;③高流速气体冲刷井壁,井径扩大较大,造成井斜。2.井壁坍定井壁气体钻井时一旦地层出水,会导致裸眼井段的泥页岩水化膨胀,造成井壁坍塌;岩屑水化成团,在环空形成滤饼环,难以返出地面,从而堵塞环空通道;粉状的岩屑和水混合,黏附在井壁、套管壁及钻具上,造成井眼缩径,起下钻困难。3.次钻具事故和断钻具断钻具安全从2005年以后实钻的42口井的资料统计,有30口井未发生一次钻具事故(七北101、七里北2井、东升1井等),发生一次断钻具的有5口井,发生两次断钻具的有3口井,发生两次以上断钻具的有4口井(七北102、普光101等)。4.空气钻井井地层垮塌分为地层构造应力造成的垮塌和水敏性垮塌。对水敏性垮塌地层,因空气钻井没有水进入到井筒内,不存在引起垮塌的因素,因而适合进行空气钻井,如川东北地区上部地层就属此类。对构造应力引起的垮塌,如果垮塌程度严重,不适合进行空气钻井(如四川的九龙山构造);如果垮塌程度不严重(只是零星的、暂时的、小范围的),通过增大注气量、反复划眼等措施也同样可以进行气体钻井(如四川的元坝岩性圈闭构造)。四、川渝地区常规钻井技术与常规钻井液钻井相