气体钻井技术及现场应用.ppt
气体钻井技术及现场应用,汇报提纲,一、气体钻井现场试验情况二、出现的问题及对策三、认识和建议,2003年以来，吐哈钻采工艺研究院承担了多项集团公司气体钻井方面的研究和现场试验项目，进行了大量气体钻井技术的室内研究，并进行了玉门青西地区窿14井空气雾化泡沫钻井、吐哈红台地区红台2-15井纯氮气全过程欠平衡钻井、吐哈三塘湖地区马14井充空气钻井等多口井的现场应用，取得了良好的应用效果，体现了该技术良好的应用前景，促进了该技术的进一步推广应用。,一、气体钻井现场试验情况,（一）窿14井基本情况 玉门青西地区窟窿山构造属山前构造，钻井速度非常慢，如2000年平均井深4599m，平均周期204天，2001年平均井深4641m，平均周期199天，2003年完钻的窿9井，完钻井深4500m，钻井周期长达708.35天。近年，进行了井身结构优化、钻头选型、复合钻井、高陡地区井身质量控制等多方面的技术研究和应用，在一定程度上提高了钻井速度，但钻井速慢、钻井周期长等问题仍然很突出，严重制约勘探开发速度。为探索提高该地区钻井速度的新途径进行窿14井气体钻井研究与现场试验。,一、玉门青西地区窿14井气体钻井,1、钻井速度慢的两个原因分析（1）逆掩推覆体钻井难度大，速度慢。地层硬度大。实钻资料显示，逆掩推覆体地层岩石密度为2.62.94g/cm3，有些已经超过3g/cm3，与花岗岩相同。可钻性差。玉门青西地区窿9井逆掩推覆体地层志留系、白垩系取心资料显示，可钻性在6-8级之间。研磨性强。窿9井在逆掩推覆体地层1254.78-1255.55m井段用NC623取心钻头工程取心，取心进尺0.77m，心长0.21m，收获率27.3%，取心钻头报废。,一、气体钻井现场试验情况,蹩跳钻严重。地层含砾、破碎，钻压超过50-80KN后减震器不能有效缓解蹩、跳钻，使得钻具损伤严重。井斜控制困难。地层倾角大（高达6070）、倾向变化小，采用常规的井斜控制方法收效甚微。（2）深部白垩系泥云岩地层钻速慢 中、下沟组地层胶结比较致密，主要为致密的白云质泥岩、泥质白云岩及砾岩，富含线状黄铁矿，裂缝发育，地层均质性差，且非常致密，不仅硬度和密度增加，机械性能也向塑-脆性或塑性转化，高围压下的岩石可钻性很差。可钻性在6-9级之间，最高达9.73，在该层段采用160-180KN大钻压钻进日进尺只有10-20m。,一、气体钻井现场试验情况,2、可行性论证 在前期区域可行性论证的基础上进行了水层预测和井壁稳定评估。（1）窿14井水层预测 利用窿14井邻井窿14井和隆106井测井资料、地质分层及其对比、岩性特征等，对窿14井井深5003800m井段储层及其含水情况进行了评价预测。5002240m：无水层。22402740m：存在水层的可能性。27402850m：存在水层。28503330m：水层发育段。33303760m：有发育水层。37604940m：裂缝较发育，未进行储层划分。,一、气体钻井现场试验情况,（2）井壁稳定评估 对邻井窿10井2004600m井段岩屑进行了室内水化膨胀实验。200m取一个岩屑样品，利用玉门青西地区地层水对22个岩样进行了岩屑水化实验。,低膨胀区,高膨胀区,低膨胀区,一、气体钻井现场试验情况,针对高膨胀区，利用泡沫胶液作膨胀液进行了膨胀实验，膨胀率大幅度降低至5以下，具有较好的抑制作用，确定了泡沫胶液的配方：水HVCMCSPS烧碱泥岩抑制剂,一、气体钻井现场试验情况,（二）方案设计,339.7mm表套1356.01m,444.5mm钻头1358m,241.3mm钻头4700m,2200m以上井段空气钻井,-3800m井段雾化钻井,-4700m井段泡沫钻井,177.8mm表套4700m,152.4mm钻头5200m,127mm表套5200m,一、气体钻井现场试验情况,1、主要设备,（三）现场应用情况,一、气体钻井现场试验情况,2、工艺流程,一、气体钻井现场试验情况,339.7mm表套1356.01m,444.5mm钻头1358m,241.3mm钻头2670.02m（4700m）,3、现场应用概况,152.4mm钻头5200m,一、气体钻井现场试验情况,（1）空气钻井（1358-1392.43m,进尺34.40m，平均机械钻速6.81m/h）钻井参数：钻压30KN,转速60rpm 空气注入参数：气量90m3/min,注入压力0.7MPa 为试验空气锤钻井技术，井深1392.43m起钻更换为空气锤钻井（2）空气锤钻井（1392.43-1456.63m,进尺64.23m，平均机械钻速8.42m/h，最快机械钻速达98m/h）钻井参数：钻压30KN,转速2530rpm 空气注入参数：气量90m3/min,注入压力0.9-2.8MPa 钻至井深1453m后机械钻速明显下降，井深1456.63m起钻发现不工作，空气锤使用寿命7h。,一、气体钻井现场试验情况,（3）牙轮钻头空气/雾化钻井 空气锤钻井后，下入牙轮钻头进行空气钻井，由于地层出水，钻进过程始终不见岩屑返出，钻进10m后转化为雾化钻井，岩屑返出正常。钻进井段1456.63-2430.19m，进尺973.56m，平均机械钻速4.58m/h。钻井参数：钻压10-30KN,转速7080rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注入压力2.8MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min,一、气体钻井现场试验情况,（4）空气螺杆试验 在雾化钻井过程中，在2255.86-2335.84m井段试验了197mm的空气螺杆，钻进79.98m起钻后检测发现空气螺杆不转动，空气螺杆使用寿命10h。钻井参数：钻压10-20KN，转速30-40rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注入压力3.0MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min 平均机械钻速7.19m/h,最快机械钻速60m/h。钻至井深2331m以后机械钻速基本在1.0m/h左右。,一、气体钻井现场试验情况,（5）泡沫钻井 由于地层出水越来越大，现场预测已超过5m3/h，故在2430.192670.02m转化成泡沫钻井。钻井参数：钻压10-30KN,转速80rpm 空气注入参数：注入量60m3/min,注入压力2.8MPa 胶液注入参数：注入量100L/min 发泡胶液配方及性能 配方：水+0.6%HV-CMC+0.6%SPS+适量烧碱+1%泥岩抑制剂 性能：半衰期45min，膨胀率400%泡沫钻井进尺90.45m，平均机械钻速2.65m/h。,一、气体钻井现场试验情况,4、应用效果,窿14井气体钻井钻头使用指标,一、气体钻井现场试验情况,与邻井机械钻速对比,一、气体钻井现场试验情况,（一）红台地区基本情况 红台疙瘩台构造主力气层在侏罗系三间房组，地质条件复杂，地层压力普遍在0.8-0.9g/cm3之间，岩性主要为浅灰色粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，储层有效孔隙度为3-11，渗透率为0.5-2.010-3m2，属中低孔低渗型储层。储层以泥质胶结为主，水敏性强，孔隙间连通性差，属低压、低产储层。,二、吐哈地区红台2-15井氮气钻井,一、气体钻井现场试验情况,红台2-15井储层分布情况表,一、气体钻井现场试验情况,红台地区储层产能情况,钻井过程中大部分井油气显示良好，但完钻后未发现工业油气流，为了确切了解该地区的储层产能情况，决定在储层段采用纯氮气钻井。,一、气体钻井现场试验情况,1、井身结构,氮气钻井段长：126m,（二）现场应用情况,一、气体钻井现场试验情况,2、使用设备（1）MSPDRILEX旋转防喷器及控制系统 动密封压力17.5MPa 静密封压力35MPa,（2）S-15不压井起下钻装置 举升压力70吨 下压压力70吨 液缸行程3.5m,（3）制氮拖车4台套额定总排量55m3/min额定压力35MPa,（4）备用液氮泵车1套，液氮60m3额定排量15-180m3min额定压力105MPa,一、气体钻井现场试验情况,3、工艺流程,一、气体钻井现场试验情况,4、施工简况 采用HA517三牙轮钻头，自2294m三开开始氮气钻进（钻压40KN，转速65rpm，注气排量50m3/min左右，立压4MPa）钻至井深2320m排砂口返出天然气，自动点火成功，火焰呈蓝色、橘红色，火焰高达3.5m；,一、气体钻井现场试验情况,钻至井深2375m火焰顶部出现浓烈的黑烟，注入压力升高到5-6MPa，判断地层出油；为有效携岩，将排量增加至70-80m3/min,随着井深增加火焰不断增高，最高可达2530m；钻至井深2420m氮气钻井完钻，不压井下入73mm油管至井深2288m，安装采油树完井。,一、气体钻井现场试验情况,5、取得的效果（1）第一次环空中途测试，关井40min后压力升至4MPa，10mm油嘴求产，测算日产天然气5.8万方，无阻流量8万方/天。（2）第二次环空中途测试，关井90分钟后压力升至4MPa，10mm油嘴求产，测算日产天然气6-8万方，日产油50-80方左右。（3）完井测试，6mm油嘴求产，套压14MPa，油压12MPa，日产天然气4-5万方，日产油35方 邻井红台204井、红台2-13井、红台2-10井相距均500m左右，大型压裂后日产油均不足5方,一、气体钻井现场试验情况,为了气体钻井技术的进一步成熟和完善，吐哈油田将于2005年9月初在红台地区进行红台2-17井和红台7井两口井的纯氮气钻井。（一）储层分布,三、吐哈地区红台2-17井氮气钻井,一、气体钻井现场试验情况,（二）方案设计1、井身结构,一、气体钻井现场试验情况,2、井眼轨迹,一、气体钻井现场试验情况,3、工艺流程及设备,一、气体钻井现场试验情况,（一）储层分布情况,四、红台7井氮气钻井,一、气体钻井现场试验情况,（二）方案设计1、井身结构,273mm表层套管,139.7mm油层套管,开窗造斜点2900m,118mm钻头2977.65m（垂深2977m）裸眼完井,一、气体钻井现场试验情况,（二）方案设计2、工艺流程和设备,一、气体钻井现场试验情况,二、出现的问题及对策,（一）地层出水问题 窿14井从刚开始空气钻井就发现地层出水，随着井深的增加，出水量逐渐增大，每次下钻到底均要进行长时间的举水作业，造成了岩屑粘附在钻具和井壁上形成泥饼环，泥页岩水化膨胀井眼缩径，井壁坍塌掉块等井下复杂。采取的主要对策：1、及时转化成雾化钻井或泡沫钻井。2、优化泡沫胶液配方，提高泡沫质量，并在其中加入粘土抑制剂防止井眼缩径和井壁坍塌。3、及时进行短拉，破坏已形成的泥饼环和缩径井眼。,二、出现的问题及对策,（二）井斜控制问题 窿14井二开空气雾化钻井井斜控制难度非常大。钻井过程中使用203mm、177.8mm钻铤、“21”、“单2”和“单3”等8种钻具组合、轻钻压、高转速钻进，但井斜仍增加较快，空气雾化钻井井段最大井斜10.3，对应井深2308m。,二、出现的问题及对策,井斜控制对策1、及时分析发生井斜的原因。2、发生严重井斜后，采用203mm钻铤、“单3”钟摆强稳斜钻具组合，配合轻压吊打，提高转盘转速，获得了一定的效果。3、在使用强稳斜钻具组合井斜仍然有增加的情况下，采用203mm钻铤、“21”结构双稳定器降斜钻具组合，配合轻压吊打，起到了较好的稳斜效果。,二、出现的问题及对策,（三）井口偏斜问题 窿14井井口、转盘、大钩偏离12cm，造成了更换旋转控制头胶芯频繁，共使用胶芯8只 红台2-15井偏离8cm，导致不压井起下钻装置上下卡瓦难以卡紧，使用非常困难。,二、出现的问题及对策,（四）气体钻井后续工艺技术 窿14井气体钻井完钻后，在新地层钻进200多米发生了断钻具事故，导致了粘卡事故发生，解卡后上提过程再次发生键槽卡钻，最后填井侧钻。分析原因：1、替钻井液发生井漏，气体钻井井段对新配制的钻井液适应能力差。2、井径过大，钻具疲劳。3、井斜大、产生键槽。,（一）认识 1、气体钻井在小钻压下能有效地提高机械钻速，为难钻地层提高钻井速度提供了一条有效的新途径。2、气体钻井技术对储层伤害小，非常有利于提高低压、低渗储层的油气层发现和成倍的增加单井产量。3、气体钻井前的论证和区域、井位的选择、储层特征分析、设备配套等至关重要，直接影响气体钻井施工的成败及其优势的发挥。特别是气体钻井对出水地层适应性差，应结合井身结构、地层优选等手段尽量避开水层。,三、认识和建议,（二）建议 1、在没有新的井身质量控制方法之前，高陡构造气体钻井控制井斜与提高钻速矛盾突出，建议立专项进行深入研究。2、气体钻井技术可进一步与水平井、大斜度井、套管开窗侧钻井等技术结合，在裂缝性储层、稠油油藏、浅层气、煤层气等的勘探开发中推广应用。3、气体钻井成本较高，主要表现在进口的气体发生设备和井口压力控制系统等气体钻井专用设备上，应进一步将其国产化、产业化，以利于气体钻井的进一步推广应用。,三、结论和认识,欢迎批评指正,
