LG地区氮气钻井实践与认识_工程实践

摘要

摘要：在LG地区高研磨性含气层段的须家河组实施氮气钻井是提高机械钻速，保护油气层，有效避免燃爆事故的发生，促进该地区勘探开发进程的关键。为此，在多口氮气钻井实践的基础上，总结

摘要：在LG地区高研磨性含气层段的须家河组实施氮气钻井是提高机械钻速，保护油气层，有效避免燃爆事故的发生，促进该地区勘探开发进程的关键。为此，在多口氮气钻井实践的基础上，总结了在该层段运用氮气钻井时的设备配套、施工技术难点与处理对策：①在钻井过程中要控制钻时钻进(大于5min/m)，防止沉砂卡钻；②出现挂卡严重时，控制上提钻具吨位活动钻具，保持循环，待环空循环通道畅通后再调整钻具活动范围，直至解卡。上三叠统须家河组氮气钻井的成功实施，表明氮气钻井提高了机械钻速，也解决了含气层段空气钻井的燃爆问题。

关键词：深井；超深井；晚三叠世；氮气钻井；地层；损害；机械钻速

0 引言

　　LG地区的须家河组可划分为须一段-须六段6个岩性段，该地层具有一定的油气性和储集性，属于整体研磨性高，局部含气夹煤层等复杂地层。为了提高机械钻速，解决含气层段空气钻井的燃爆问题，加快开发进程，在该层段采用了氮气钻井。

1 现场施工技术难点

1.1 井壁坍塌、卡钻

LG地区须家河组地层岩性主要为砂岩，夹页岩和煤层，在气体钻进过程中，煤层质地软、研磨性弱、胶结疏松、稳定性差，煤气和天然气释放后破坏了原有的压力体系，井壁容易发生不同程度的坍塌，经常出现扭矩忽高忽低，立压波动严重及卡钻现象^[1～2]。

经过对LG地区多口井空气钻井的实践，针对井底沉砂掉块等地层不稳定等，采取的主要措施为^[3]：①为了保证顺利钻井，在钻井过程中要控制钻时钻进(大于5min/m)，接单根前保证循环时间为3～5min，保持井底清洁，防止沉砂卡钻；②当出现蹩钻、扭矩波动大等现象时，应停止钻井，加大气量，上提钻具划眼循环观察，待立管压力、扭矩等参数恢复正常后，方可继续钻进；③出现挂卡严重时，控制上提钻具吨位活动钻具，保持循环，待环空循环通道畅通后再调整钻具活动，直至解卡。

现场处理：2008年4月11日，LG地区X井钻至井深3605.18m(层位为须四段，岩性为灰色岩)，扭矩为5.7～10.2kN·m，转盘蹩停，上提2050～2158kN，后调整注气量(140～165m³/min)循环，上下活动钻具1900～2350kN解卡。

1.2 气测异常

LG地区须家河组层段具有一定的油气储集性，为了预防H₂S或井喷，应实时监控地层出气，同时根据出气情况及时切换钻井方式。

对于地层出气，根据现场经验，一般采取的措施是：如果全烃含量较小时，加大氮气气量，在放喷口点火；如果全烃含量达到20%以上，①上提钻具，关井，观察套压和立管压力的变化，及时打开节流管汇循环，放喷点火；②循环一段时间，如果套压下降、全烃含量下降，当套压接近零时进行正常的氮气钻进；如果套压继续上升，全烃含量继续升高，应考虑及时采取压井作业。

现场处理：2008年5月2日LG地区Y井钻至井深3516.87m(迟到井深为3513.58m)，气测异常，全烃含量升高，钻至井深3518.72m(迟到井深为3518.00m)，全烃含量为8.6440%～22.5725%，点火可燃，火焰呈橘红色，上提钻具至井深2504.25m关井，套压为O～1.7MPa，立压为0MPa(常闭式止回阀)，放喷点火；通过节流管汇循环(注气量为120m³/min)，套压下降，全烃含量降低，继续钻至3524.82m，全烃含量升至58.60%，继续循环，全烃含量不降，起钻至井深3426.14m，转换为钻井液。

1.3 气体钻井转换介质后的井壁失稳

切换介质后的井壁失稳问题是限制气体钻井优势发挥的重要“瓶颈”问题之一。气体钻井完成后，转换为泡沫钻井，会因泡沫失水对井壁岩石的水化作用，使得井壁失稳；气体钻井完成后转换钻井液过程中造成的井壁失稳除了岩石的力学不稳定性外，还由于钻井液对井壁岩石的水化作用。一般情况下，解决气体钻井转换介质后的井壁失稳问题，常采用在泡沫液或钻井液中加入防塌剂来抑制井壁坍塌，在气液转换过程中，可以在替钻井液之前首先注入一定量的润湿反转剂作为前置隔离液，对井壁进行涂敷预处理，改变地层岩石表面润湿特性，减小井壁的吸水渗透性，为井眼压力再次达到平衡赢得了时间。

现场处理：(借鉴川东P204-2井应用实例)P204-2井第二次开钻Ø314.1mm井眼采用氮气钻井钻至井深3648m地层出油，岩屑不返出，计算井径扩大率为10%，决定转换为钻井液。下入光钻杆钻具离井底10m直接泵入润湿反转前置液15t(13m³左右，裸眼容积为139.0m³，环空长度为160.85m)。为防止下部井段漏失，之后泵入堵漏浆(加10%复合堵漏剂和单项压力封闭剂)60m³，排量为1328L/min。起钻至井深3148m，一次性泵入密度为1.35g/cm³的钻井液160m³起钻至井深1700m，泵入钻井液40m³起钻至井深850m进入套管内，顶替40m³钻井液，井口未返，下钻探液面，再次泵入20m³钻井液至节流管汇返出，顺利切换至常规

钻井作业。

2 氮气钻井要求与配套设备

2.1 氮气钻井工艺

氮气钻井工艺技术流程是以氮气为工作介质，使用空压机对空气先进行输气，经过制氮设备产生氮气，然后经过增压机再增压入井，最后完成携带岩屑和消除粉尘的任务，具体流程见图1。

2.2 设备能力与设备配套

现以X井为例。X井氮气钻井井段为3314.00～4035.26m，Ø215.9mm井眼所需氮气165m³/min，立管压力为2.0～2.6MPa。以上面的参数要求，进行如下设备配套(见表1)。

表1 X井设备配套表

设备名称	设备型号	参数		数量(台)
增压机	FY400	排量(台) 最高工作压力(MPa)	70.00m³/min 16.00	1
增压机	855-62B-2160	排量(台) 最高工作压力(MPa)	60.00m³/min 15.00	2
空压机	SULLAIR1150XH	排量(台) 最高工作压力(MPa)	32.50m³/min 2.40	8
	XRVS455	排量(台) 最高工作压力(MPa)	25.00m³/min 2.50	2
	XRVS476	排量(台) 最高工作压力(MPa)	27.50m³/min 2.50	1
膜制氮机	NPU3600HP	排量(台) 最高工作压力(MPa)	60.00m³/min 2.40	2
膜制氮机	UBD-NPU-2700	排量(台) 最高工作压力(MPa)	45.00m³/min 2.50	1

2.3 钻具组合

氮气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合基本相似^[4]，在钻头上安装两只强制回压阀，钻具上安装一只下旋塞和一只强制式回压阀。x井须家河组层段氮气钻井采用如下钻具组合：Ø215.9mmHJT537GK钻头+(430×410)+常闭式回压阀(411×410)+ Ø165mm钻铤8柱+ Ø127mm钻杆+下旋塞+常闭式回压阀(411×410)+ Ø127mm钻杆。

3 应用效果分析

3.1 钻头使用情况分析(表2)

表2 X、Y井氮气钻井钻头使用情况表

井号	钻头型号	井段(m)	进尺(m)	平均钻速(m/h)	钻压(kN)	转速(r/min)
X	HJT537GK	3314.00～3613.80	299.80	7.24	50～70	40～50
X	HJT537GK	3613.80～4035.26	421.46	7.74	40～100	40～50
Y	HJ617G	2966.00～3303.84	337.84	8.39	30～80	40～50
Y	HJ617G	3303.84～3524.82	220.98	8.26	10～100	40～50

须家河组层段研磨性高，可钻性差，使用的钻头应具有强化保径功效。实践证明，选用HJT537GK和HJ617G型钻头较适合该地层的要求。

3.2 氮气钻井应用分析(表3)

表3 LG构造氮气钻井情况及与邻井空气钻井对比表

井号	井眼尺寸(mm)	井段(m)	纯钻时间(h)	平均钻速(m/h)	复杂情况
X(氮气)	Ø215.9	3314.00～4035.26	95.83	7.53	塌、气
Y(氮气)	Ø215.9	2966.00～3524.82	67.00	8.34	塌、气、漏
Z(氮气)	Ø215.9	3383.00～4010.88	72.00	8.72	塌、气、漏
W(空气)	Ø215.9	3244.04～3967.17	52.94	13.66	塌

须家河组层段地层复杂，为了安全钻井，须控制钻时钻进。对该层段井下复杂情况的成功判定与处理是实现安全钻进，提高钻速的关键。

4 结论与建议

1) 氮气钻井在LG构造须家河组地层的试验成功，实现了提高机械钻速、缩短钻进周期、进行安全钻进的目的。

2) 须家河组层段地层复杂，准确的判定井下复杂情况的征兆，及时采取正确的处理方法，是在该层段安全钻进，提高钻速的成功经验。气体钻井转换成钻井液钻井，采取化学稳固井壁的方法是解决转换介质后防止井壁失稳的新方法。

参考文献

[1] 范兴沃，张建斌，张汉林.空气钻井井下复杂问题处理方法[J].钻采工艺，2006，29(3)：6-8.

[2] 许爱.气体钻井技术及现场应用[J].石油钻探技术，2006，34(4)：16-19.

[3] 韩朝辉，张建斌，范兴沃.川东北地区空气钻井中几种复杂情况的诊断与处理[J].钻采工艺，2008，31(6)：24-25.

[4] WILLIAM C LYONS，BOYUN GUO，FRANK A. Seidet. air and gas drilling manual[M]2nd ed. The McGraw-Hill Companies，inc.2001：5-10.

(本文作者：韩朝辉张建斌贾军喜王军闯邓凯川庆钻探工程公司长庆工程技术研究院)