【7A文】气体钻井技术及现场应用.ppt

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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2.6—2.94g/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60－70°）、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500－3800m井段储层及其含水情况进行了评价预测。500－2240m：无水层。2240－2740m：存在水层的可能性。2740－2850m：存在水层。2850－3330m：水层发育段。3330－3760m：有发育水层。3760－4940m：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200－4600m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＋HVCMC＋SPS＋烧碱＋泥岩抑制剂一、气体钻井现场试验情况 （二）方案设计Φ339.7mm表套×1356.01mΦ444.5mm钻头×1358mΦ241.3mm钻头×4700m2200m以上井段空气钻井-3800m井段雾化钻井-4700m井段泡沫钻井Φ177.8mm表套×4700mΦ152.4mm钻头×5200mΦ127mm表套×5200m一、气体钻井现场试验情况 1、主要设备序号设备名称数量规格型号使用情况1顶驱1台DQ－60P损坏16次，损失196h2空压机2台LMF-70/150DS高低压一体机1台正常，1台气举后损坏，不能使用3空压机4台英格索兰1070型低压空压机1台不能使用4空压机1台Cooper40X-80高低压分体机低压部分5制氮车1台NIPU-900正常6井口控制系统1套williams7100ep排砂管线23次刺穿7空气锤1支197mm工作寿命9h8空气螺杆1支180mm工作寿命11h9空气震击器1支177.8mm震击后现场不能复位10雾化泵1台排量18-360L／min压力20MPa正常使用（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 Φ339.7mm表套×1356.01mΦ444.5mm钻头×1358mΦ241.3mm钻头×2670.02m（4700m）3、现场应用概况Φ152.4mm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25－30rpm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70－80rpm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φ197mm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2430.19－2670.02m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 序号钻头型号钻进方式钻进井段（m）进尺（m）钻压（t）纯钻时间（h）机械钻速（m/h）0HJ517G转盘1358.00－1392.4034.401－25.056.811空气锤空气锤1392.40－1456.6364.231－27.638.422HJ537G转盘1456.63－1642.00185.372－326.836.913HJ537G转盘1642.00－1977.13335.134－671.924.662HJ537G转盘1977.13－2160.00182.872－334.575.294HJ517G转盘2160.00－2255.8695.861－235.952.675GP536D复合2255.86－2335.8479.981－211.137.195GP536D转盘2335.84－2430.1994.351－232.232.936HJ517G转盘2430.19－2570.42140.231－356.022.507HJ517G转盘2570.42－2670.0299.602－434.432.89合计／（或平均）1358.00－2670.021312.02／202.23／315.76/50.514.164、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 井号钻进井段（m）进尺（m）井眼尺寸（mm）纯钻时间（h）机械钻速（m/h）平均机械钻速（m/h）窿141358－1456.6398.63244.512.687.784.161456.63－1977.13520.50241.378.755.271977.13－2670.02692.89241.3204.333.39窿101406－1515.93109.9337534.833.141.971515.93－1972456.07375261.921.741972－2674.41702.41214.3346.002.03窿1061448.32－1597148.6831135.834.152.301597－287012733115822.19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0.5-2.0×10-3μm2，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 层位预测气层顶深(m)预测气层底深(m)气层厚度(m)钻遇概率(%)油气水层预测Q322472249250气层Q422832290750水层S1223022307550气层S2223222325350气层S2323372342550气层S2423572359250气层S2523782384650气层S3324722478650气层S232508//50水层红台2-15井储层分布情况表一、气体钻井现场试验情况 井号层位有效渗透率（10-3μm2）表皮系数储层中部压力（MPa）平均气产量（m3/d）平均气产量（m3/d）疙8J2s0.6049.000.917310/0.56832.970.9324010/疙9J2s0.65620.530.90//红台2J2s0.0096.540.8958920.42红台6J2s0.06211.860.846988/红台8J2s0.02910.620.86／/0.00137.200.882542/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）MSP／DRILEX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15-180m3／min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25－30m；钻至井深2420m氮气钻井完钻，不压井下入φ73mm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 地层预测气层深度（垂深m）气层厚度(m)储层物性J2s2226-22315以低孔特低渗为主2243-225310以低孔特低渗为主2280-22888以低孔特低渗为主2284-22894以低孔特低渗为主2301-231110以低孔特低渗为主2338-23468以低孔特低渗为主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 井段（m）地层特性－2800水层2934－2944气层2955－2967气层3067－水层井段岩性井段岩性2814煤层2850-2852煤层2816煤层2859-2860煤层2830煤层2872-2873煤层2845-2847煤层合计13(m)（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φ273mm表层套管φ139.7mm油层套管开窗造斜点2900mΦ118mm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φ203mm、φ177.8mm钻铤、“2－1”、“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φ203mm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φ203mm钻铤、“2－1”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