气体钻井快速转换为常规钻井的钻井液技术_技术研究

摘要

摘要：气体钻井与常规钻井液钻井相比具有速度快、周期短、综合成本低等优点，但气体钻井结束后井眼在由气体介质转换成液体介质过程中，由于转换的钻井液性能不适应干燥的井下条件

摘要：气体钻井与常规钻井液钻井相比具有速度快、周期短、综合成本低等优点，但气体钻井结束后井眼在由气体介质转换成液体介质过程中，由于转换的钻井液性能不适应干燥的井下条件、转换工艺技术不合理，易出现复杂情况或事故，使得转换时间长，气体钻井优势没有充分体现出来。为解决气体钻井结束后转换成钻井液钻井的井壁稳定、井眼畅通和防塌等问题，在总结多年气体钻井现场实践经验的基础上，提出了气体钻井后转换为钻井液体系和气液转换工艺及井眼清洁的工艺技术措施。

关键词：气体钻井；井漏；钻井液；转换技术；防塌

0 引言

近几年来，气体钻井在国内逐渐得到应用，其优势十分明显，成为目前提高钻井速度的一项关键技术，但在其应用过程中气体钻井也逐渐暴露出一些问题^[1～3]，如气体钻井结束后转换成钻井液钻井时，有些井比较顺利，实现当天转换钻井液，当天见进尺，有些井则所用时间长(最长为15d)，影响了整个钻井工程的进度。从气体钻井结束到替入钻井液后正常钻井所需的时间见表1。

表1 气体钻井结束到替入钻井液后正常钻井所需的时间表

井号	井眼(mm)	地层	介质	井段(m)	转换原因	转换时间(d)
LG1	311.2	沙溪庙组-珍珠冲组	纯空气	791.00～3440.60	井壁失稳	9.0
LG1	215.9	须六段-雷三段	氮气	3589.00～4243.02	出油、H2S	1.0
LG3	311.2	遂宁组-沙一段	空气、氮气	687.00～2875.86	出油	2.0
LG3	215.9	须六段-雷口坡组	氮气	3242.00～3967.17	见膏岩层	2.0
LG11	311.2	遂宁组-沙二段	空气	754.42～2156.33	出气	0.5
LG11	215.9	须六段-雷三段	氮气	3135.00～3967.73	见膏岩层	1.0
LG9	311.2	遂宁组-沙一段	空气	757.50～2929.05	出油	1.0
LG7	311.2	蓬莱镇组-沙一段	空气	1004.00～3316.00	井壁失稳	1.0
LG6	311.2	沙溪庙组-大安寨组	空气	629.30～2065.98	出气	2.4
LG6	215.9	须六段-雷四段	氮气	2415.00～2982.00	见膏岩层	3.5
LG22	311.2	蓬莱镇组-珍珠冲组	空气、氮气	623.00～2902.00	井壁失稳	15.0(含通井)
LG26	311.2	蓬莱镇组-珍珠冲组	空气、氮气	605.00～3142.33	井壁失稳	1.0

为了减少气体钻井转换成钻井液的时间，通过对多口井的总结，对转换钻井液的性能应有严格的要求，转换工艺技术应合理，才能避免井壁垮塌及卡钻情况的发生^[4～5]。

1 转换钻井液的配制

转换钻井液应以“三低”防塌钻井液为主，要求低失水，强抑制性；同时还需要配置前置液、防漏钻井液和举砂液。

1) “三低”防塌钻井液的配制：目前气体钻井所钻井段均为大段的砂泥岩互层，为了使干燥的井壁在替入钻井液后不发生水敏性垮塌，要求钻井液的失水低(小于3mL)，抑制性强。“三低”钻井液的配制为3%～4%土浆+0.2%～0.3%大分子包被剂KPAM或FA367+2%DR-Ⅱ或DJS+8%～10%SMP-Ⅰ或SHE-7+6%RSTF+5%～8%DHD或FRH+8%RLC-101或NRH+0.5%～1%HTX或SMT+5%KCl+0.5%Ca0+5%柴油+1%SP-80+重晶石；性能、密度符合设计要求，漏斗黏度(FV)为50～80s、失水量FL≤3mL、摩擦系数k_f≤0.1。配浆数量一般为井筒容积的1.5～2倍。

2) 前置液的配制：5%KCI+10%SMP-Ⅰ+5%DHD+5%CA-8+10%RLC-101+2%DR-Ⅱ+1%Ca0+10%柴油+2%SP-80+5%RSTF+1%HTX。密度为1.08～1.12g/cm³、漏斗黏度为40～50s。前置液数量一般需要20～40m³。

3) 防漏钻井液的配方：“三低”防塌钻井液+5%SDL+1.25%WSD+0.1%～0.2%BP-F，其性能要求：漏斗黏度FV≥200s，防漏钻井液数量需要80m³。

4) 举砂液的配制配方为：2%土浆+5%RSTF+5%DHD+10%CA-8或ZR-1+10%RLC-101+5%柴油+0.5%SP-80+10%KCl+BaSO₄其密度为2.00～2.20g/cm³、漏斗黏度FV≥120s、失水量FL≤3mL，配备举砂液40m³。

2 转换工艺

2.1 钻井液返出后循环通路的确定

1) 如气体钻井过程中无油气显示或地层产油、气量较小(全烃小于5%)，替入钻井液时井筒气体及钻井液返出通路：钻井液未返出之前，直接经排砂管线返至沉砂池；钻井液即返出前，关井，经放喷管线排气(接好至振动筛软管)，钻井液返出后，开井，钻井液经排砂管线、软管至振动筛。

2) 如地层产气量较大(全烃大于5%)替入钻井液时井筒气体及钻井液返出通路：钻井液未返出之前，关半封封井器，经4号放喷管线返至点火池；钻井液返出后，经液气分离器循环，如无套压，方可开井，经排砂管线、软管至振动筛。

2.2 替入钻井液程序

1) 钻至转换井深后，将钻具提离井底2m左右充分循环，直至排砂管线内无大量岩屑返出后，再将钻具提离井底20m左右后开始替入钻井液。

2) 先注入密度为1.10g/cm³左右的前置液20～40m³。

3) 注入40m³浓度为5%～8%防漏钻井液。

4) 注入“三低”防塌钻井液直至返出地面。

5) 注入重稠钻井液举砂：向井内注入密度为2.0g/cm³以上，黏度为120s以上的钻井液10～20m³，大排量循环带砂，在随后的作业中可进行多次重稠钻井液举砂。循环正常后，短起钻15～20柱，再下钻到底循环带砂。

2.3 替入钻井液时的注意事项

替入钻井液时的排量要求：Ф311.2mm井眼，所替入钻井液量小于钻具内容积时，排量为35L/s，所替入钻井液量大于钻具内容积后，逐渐增大排量为60L/s，钻井液返出后，大排量循环2～3周。Ф215.9mm井眼，所替入钻井液量小于钻具内容积时，排量为20L/s，所替入钻井液量大于钻具内容积时，增大排量至40L/s，钻井液返出后，保持此排量循环2～3周。

替入钻井液过程中活动钻具的要求：钻井液出钻头前钻具可保持不动，钻井液返出钻头后每3min下放钻具0.2m，钻井液返出地面后，可大力活动并转动钻具。在替入钻井液过程中如发生井漏应先进行堵漏，再循环举砂作业。

3 应用实例

LG26井Ф311.2mm井眼从605m开始纯空气钻井，钻至2164.84m(层位为沙一段)转换为氮气钻井，钻至井深3142.33m(珍珠冲组底部，离须家河组顶还有25m左右)，由于上部地层垮塌和钻遇了厚煤层，为了确保井下安全，决定替入钻井液。

替入钻井液情况：先以25L/s的排量替入25m³前置液，接着替入防漏钻井液20m³，然后替入“三低”防漏密度为1.30g/cm³钻井液145m³后，再替入防漏钻井液20m³，继续替入“三低”钻井液至返出，以55L/s的排量循环钻井液3h，短起钻15柱下钻至3098m遇阻，反复在3098～3104m划眼后，替入密度为2.20g/cm³的举砂液20m³，返出垮塌物约1m³，顺利下入3139m遇沉砂仅3.67m。

举砂情况：在短起钻划眼到底后，用密度为2.20g/cm³的钻井液20m³举砂，返出垮塌物约5m³，最大尺寸为60×20×40mm；钻至3162m起钻换钻头，起钻前又替入密度为2.20g/cm³的钻井液20m³举砂，返出岩屑约2m³，最大的为40×20×10mm，循环均匀密度为1.37g/cm³，带扶正器下钻至2493m遇阻，划眼至2504m，下钻至3158m遇阻，划眼到底后用密度为2.20g/cm³的加重钻井液20m³举砂，返出砂子约1.5m³，钻至井深3180m第三次开钻完钻用55L/s的排量循环一周后，再用密度为2.20g/cm³的加重钻井液20m³举砂，返出0.5m³的砂子，最后电测到底。电测完后，用三扶正器通井到底，大排量循环后再替入密度为2.20g/cm³的加重钻井液20m³，返出少量砂子，下套管固井均十分顺利。

4 结论

1) 气体钻井转换钻井液技术是整个气体钻井技术的重要组成部分，气体钻井后井壁干燥，转换钻井液时应引起高度重视，如果钻井液性能适应井下条件，且替入钻井液工艺合理，则转换过程十分顺利，转换时间很短，否则转换时间较长，在随后的钻井中易引起卡钻等复杂情况。

2) 转换钻井液应以“三低”防塌钻井液为主，气体钻井井段主要为砂泥岩和页岩，要求替入的钻井液性能失水要低、抑制性要强，防止引起泥页岩水敏性垮塌。

3) 气体钻井在井壁上可能形成“大肚子”，部分的钻屑残留在“大肚子”内，同时井壁由干燥状态变成钻井液浸泡状态，井壁周围有一部分岩石会剥落下来，残留在井筒的岩屑和剥落下来的岩石可多次使用重稠钻井液带出井筒，否则难以保证井眼畅通。气体钻井转换为钻井液钻井时应考虑井壁对钻井液的适应性，在向井内注入“三低”钻井液之前，应先替入前置液，使井壁有一个适应过程；同时井眼由完全的欠平衡状态变成有钻井液液柱压力作用状态，在替入钻井液过程中应考虑到可能发生井漏以及井漏后的堵漏措施。

参考文献

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(本文作者：许期聪¹ 魏武¹ 叶林祥² 蒲刚¹ 周长虹¹ 许兵² 1.川庆钻探工程公司钻采工艺技术研究院；2.川庆钻探工程公司川西钻探公司)