气体钻井技术在川东北地区应用难点研究

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1、气体钻井技术在川东北地区应用难点研究【摘要】川东北地区井身结构复杂，上部井眼尺寸大，岩石可钻性差，常规钻井液钻井机械钻速低，钻井周期长，为了解决这一问题，在川东北地区推广应用了气体钻井技术。本文对在川东北地区应用气体钻井技术中遇到的难点进行了分析。【关键词】气体钻井技术；川东北；机械钻速；应用；难点分析川东北地区天然气资源丰富，已获重大突破，勘探、开发规模随之迅速扩大。其地质条件十分复杂：目的层埋藏深;岩石可钻性差；地层倾角大并存在各向异性的高地应力；孔隙、裂缝、溶洞发育；井下存在多个压力体系且差异悬殊。钻井施工难度大、风险大、周期

2、长、成本高，作业中经常出现井漏、井喷、井塌、卡阻和硫化氢、二氧化碳气侵污染等问题。面对复杂的地质环境和工程技术难题，积极推广应用先进的工艺技术，尤其是为了提高川东北地区钻井速度，积极推广应用了气体钻井技术。1气体钻井技术根据川东北具体情况，在川东北应用了空气钻井、空气（雾化）泡沫钻井、氮气钻井技术。1.1空气钻井：利用空气压缩机从大气中吸入空气,经压缩后通过立管注入井内（根据注入压力的情况和空气压缩机的额定压力，必要时需要通过增压机注入），将钻头破碎地层产生的钻屑循环出来，经过排砂管线到岩屑排放池。主要设备有井口导流的旋转控制头，空

3、气压缩机，增压机，燃爆监测装置。1.2空气（雾化）泡沫钻井：将空气压缩机注入的空气和雾化泵注入的泡沫液（或水）在地面管汇混合后经立管注入井内，将钻头破碎地层产生的钻屑循环出来，经过排砂管线到岩屑排放池，泡沫液经过除尘、消泡后可循环使用。主要设备有井口导流的旋转控制头，空气压缩机，增压机，雾化泵。1.3氮气钻井：空气压缩机从大气中吸入空气，经过膜分离制氮设备将空气中的氧气、水蒸汽等分离掉以后，进入增压机增压后注入井内，将钻头破碎地层产生的钻屑循环出来，经过排砂管线到岩屑排放池。主要的设备有井口导流的旋转控制头，空气压缩机，膜分离制氮设

4、备，增压机。1.4气体钻井的优点：1.4.1由于气体的密度低，因此对地层的回压小，可有效保护油气层，对流体敏感的产层损害最小，原先使用常规钻井液钻井见不到油气的一些低压地层，使用气体钻井发现了工业性油流和天然气；1.4.2使用气体为流体钻井时，气（液）柱静压力低于常规钻井液的流体静压力。由于井内气（液）柱压力对地层孔隙压力小，降低了压持效应。因此能大幅度提高钻井速度；1.4.3用气体还能在溶洞性或裂缝性地层和漏失性地层钻进，解决钻井液的漏失问题；1.4.4在少量水（或钻井液）中加入表面活性剂注入高速气体气流可形成雾状流体，它在井底与

5、地层水相混合，增加了高速气流的携带能力，有利于清洗井底，叫雾状流体钻井；1.4.5钻头寿命长，比泥浆可提高寿命10%-20%；1.4.6由于负压作用，井底的岩石破碎所需的钻压小,可以轻压吊打达到防斜打快的目的。1.5气体钻井的缺点：1.5.1需要的气体的排量大，设备庞大，成本高；1.5.2井径扩大率大，最大可达到100%；1.5.3用空气钻井钻遇高压油气层、含硫化氢地层及煤层，可能引起井下爆炸，导致钻井事故；1.5.4井壁的稳定性差；1.5.5空气钻井钻具腐蚀和冲蚀比较严重。2气体钻井技术应用中难点分析根据川东北地区复杂的地质环境，

6、在推广应用气体钻井技术过程中遇到的难点有:2.1地层出水问题：地层出水问题是制约气体钻井技术应用的一个重要因素。气体钻井时，如果地层出水会产生许多问题，加之地层的水敏性，所以预计地层在哪一深度出水是非常重要的。从川东北已施工井的情况来看，一开钻井过程中大多都钻遇水层，只有少数井采取措施后钻完了一开设计井段。针对这一问题加强气体钻井出水层识别技术及出水量计算方法研究，为气体钻井方式转换提供依据。2.2井壁稳定问题：井壁稳定问题是制约气体钻井技术应用的另一个重要因素。从中石化集团公司在川东北巴中低缓构造带元坝岩性圈闭几口井的施工情况来看

7、，钻至沙溪庙组便遇到井壁失稳的问题，出现接单根困难，钻具活动有阻卡，提前转换为钻井液钻井。普光地区一些井的施工中也遇到了井壁稳定问题。针对这一问题加大气体钻井井壁坍塌破坏机理的模拟试验研究，建立气体钻井井壁稳定预测模型，对变换钻井循环介质后气体钻井井段坍塌层位进行预测，形成气体钻井井壁稳定性预测软件。2.3泡沫流体转换问题：为了解决气体钻井转换为泡沫钻井过程中可能出现的问题，要做好泡沫钻井液流变模式优选；在前人的研究结果基础上，分析建立泡沫钻井液流型预测模型和过渡准则。2.4井下燃爆问题：空气钻井在钻下沙溪庙、千佛崖以及自流井地层时

8、，可能会碰到一些潜在的小气层，在须家河地层可能会遇到较大气层。在温度、压力、天然气浓度达到一定范围时会发生井下燃爆。为了解决这一问题：一方面加强氮气钻井施工工艺技术研究，在钻遇天然气含量较髙的层段时采用氮气钻井技术。另一方面要配备燃爆