氣體鉆井快速轉換為常規鉆井的鉆井液技術

摘 要

摘要：氣體鉆井與常規鉆井液鉆井相比具有速度快、周期短、綜合成本低等優點，但氣體鉆井結束后井眼在由氣體介質轉換成液體介質過程中，由于轉換的鉆井液性能不適應干燥的井下條件
摘要：氣體鉆井與常規鉆井液鉆井相比具有速度快、周期短、綜合成本低等優點，但氣體鉆井結束后井眼在由氣體介質轉換成液體介質過程中，由于轉換的鉆井液性能不適應干燥的井下條件、轉換工藝技術不合理，易出現復雜情況或事故，使得轉換時間長，氣體鉆井優勢沒有充分體現出來。為解決氣體鉆井結束后轉換成鉆井液鉆井的井壁穩定、井眼暢通和防塌等問題，在總結多年氣體鉆井現場實踐經驗的基礎上，提出了氣體鉆井后轉換為鉆井液體系和氣液轉換工藝及井眼清潔的工藝技術措施。
關鍵詞：氣體鉆井；井漏；鉆井液；轉換技術；防塌
0 引言
近幾年來，氣體鉆井在國內逐漸得到應用，其優勢十分明顯，成為目前提高鉆井速度的一項關鍵技術，但在其應用過程中氣體鉆井也逐漸暴露出一些問題[1～3]，如氣體鉆井結束后轉換成鉆井液鉆井時，有些井比較順利，實現當天轉換鉆井液，當天見進尺，有些井則所用時間長(最長為15d)，影響了整個鉆井工程的進度。從氣體鉆井結束到替入鉆井液后正常鉆井所需的時間見表1。
表1 氣體鉆井結束到替入鉆井液后正常鉆井所需的時間表
井號
井眼(mm)
地層
介質
井段(m)
轉換原因
轉換時間(d)
LG1
311.2
沙溪廟組-珍珠沖組
純空氣
791.00～3440.60
井壁失穩
9.0
215.9
須六段-雷三段
氮氣
3589.00～4243.02
出油、H2S
1.0
LG3
311.2
遂寧組-沙一段
空氣、氮氣
687.00～2875.86
出油
2.0
215.9
須六段-雷口坡組
氮氣
3242.00～3967.17
見膏巖層
2.0
LG11
311.2
遂寧組-沙二段
空氣
754.42～2156.33
出氣
0.5
215.9
須六段-雷三段
氮氣
3135.00～3967.73
見膏巖層
1.0
LG9
311.2
遂寧組-沙一段
空氣
757.50～2929.05
出油
1.0
LG7
311.2
蓬萊鎮組-沙一段
空氣
1004.00～3316.00
井壁失穩
1.0
LG6
311.2
沙溪廟組-大安寨組
空氣
629.30～2065.98
出氣
2.4
215.9
須六段-雷四段
氮氣
2415.00～2982.00
見膏巖層
3.5
LG22
311.2
蓬萊鎮組-珍珠沖組
空氣、氮氣
623.00～2902.00
井壁失穩
15.0(含通井)
LG26
311.2
蓬萊鎮組-珍珠沖組
空氣、氮氣
605.00～3142.33
井壁失穩
1.0
為了減少氣體鉆井轉換成鉆井液的時間，通過對多口井的總結，對轉換鉆井液的性能應有嚴格的要求，轉換工藝技術應合理，才能避免井壁垮塌及卡鉆情況的發生[4～5]。
1 轉換鉆井液的配制
轉換鉆井液應以“三低”防塌鉆井液為主，要求低失水，強抑制性；同時還需要配置前置液、防漏鉆井液和舉砂液。
1) “三低”防塌鉆井液的配制：目前氣體鉆井所鉆井段均為大段的砂泥巖互層，為了使干燥的井壁在替入鉆井液后不發生水敏性垮塌，要求鉆井液的失水低(小于3mL)，抑制性強。“三低”鉆井液的配制為3%～4%土漿+0.2%～0.3%大分子包被劑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、密度符合設計要求，漏斗黏度(FV)為50～80s、失水量FL≤3mL、摩擦系數kf≤0.1。配漿數量一般為井筒容積的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。密度為1.08～1.12g/cm3、漏斗黏度為40～50s。前置液數量一般需要20～40m3。
3) 防漏鉆井液的配方：“三低”防塌鉆井液+5%SDL+1.25%WSD+0.1%～0.2%BP-F，其性能要求：漏斗黏度FV≥200s，防漏鉆井液數量需要80m3。
4) 舉砂液的配制配方為：2%土漿+5%RSTF+5%DHD+10%CA-8或ZR-1+10%RLC-101+5%柴油+0.5%SP-80+10%KCl+BaSO4其密度為2.00～2.20g/cm3、漏斗黏度FV≥120s、失水量FL≤3mL，配備舉砂液40m3。
2 轉換工藝
2.1 鉆井液返出后循環通路的確定
1) 如氣體鉆井過程中無油氣顯示或地層產油、氣量較小(全烴小于5%)，替入鉆井液時井筒氣體及鉆井液返出通路：鉆井液未返出之前，直接經排砂管線返至沉砂池；鉆井液即返出前，關井，經放噴管線排氣(接好至振動篩軟管)，鉆井液返出后，開井，鉆井液經排砂管線、軟管至振動篩。
2) 如地層產氣量較大(全烴大于5%)替入鉆井液時井筒氣體及鉆井液返出通路：鉆井液未返出之前，關半封封井器，經4號放噴管線返至點火池；鉆井液返出后，經液氣分離器循環，如無套壓，方可開井，經排砂管線、軟管至振動篩。
2.2 替入鉆井液程序
1) 鉆至轉換井深后，將鉆具提離井底2m左右充分循環，直至排砂管線內無大量巖屑返出后，再將鉆具提離井底20m左右后開始替入鉆井液。
2) 先注入密度為1.10g/cm3左右的前置液20～40m3。
3) 注入40m3濃度為5%～8%防漏鉆井液。
4) 注入“三低”防塌鉆井液直至返出地面。
5) 注入重稠鉆井液舉砂：向井內注入密度為2.0g/cm3以上，黏度為120s以上的鉆井液10～20m3，大排量循環帶砂，在隨后的作業中可進行多次重稠鉆井液舉砂。循環正常后，短起鉆15～20柱，再下鉆到底循環帶砂。
2.3 替入鉆井液時的注意事項
替入鉆井液時的排量要求：Ф311.2mm井眼，所替入鉆井液量小于鉆具內容積時，排量為35L/s，所替入鉆井液量大于鉆具內容積后，逐漸增大排量為60L/s，鉆井液返出后，大排量循環2～3周。Ф215.9mm井眼，所替入鉆井液量小于鉆具內容積時，排量為20L/s，所替入鉆井液量大于鉆具內容積時，增大排量至40L/s，鉆井液返出后，保持此排量循環2～3周。
替入鉆井液過程中活動鉆具的要求：鉆井液出鉆頭前鉆具可保持不動，鉆井液返出鉆頭后每3min下放鉆具0.2m，鉆井液返出地面后，可大力活動并轉動鉆具。在替入鉆井液過程中如發生井漏應先進行堵漏，再循環舉砂作業。
3 應用實例
LG26井Ф311.2mm井眼從605m開始純空氣鉆井，鉆至2164.84m(層位為沙一段)轉換為氮氣鉆井，鉆至井深3142.33m(珍珠沖組底部，離須家河組頂還有25m左右)，由于上部地層垮塌和鉆遇了厚煤層，為了確保井下安全，決定替入鉆井液。
替入鉆井液情況：先以25L/s的排量替入25m3前置液，接著替入防漏鉆井液20m3，然后替入“三低”防漏密度為1.30g/cm3鉆井液145m3后，再替入防漏鉆井液20m3，繼續替入“三低”鉆井液至返出，以55L/s的排量循環鉆井液3h，短起鉆15柱下鉆至3098m遇阻，反復在3098～3104m劃眼后，替入密度為2.20g/cm3的舉砂液20m3，返出垮塌物約1m3，順利下入3139m遇沉砂僅3.67m。
舉砂情況：在短起鉆劃眼到底后，用密度為2.20g/cm3的鉆井液20m3舉砂，返出垮塌物約5m3，最大尺寸為60×20×40mm；鉆至3162m起鉆換鉆頭，起鉆前又替入密度為2.20g/cm3的鉆井液20m3舉砂，返出巖屑約2m3，最大的為40×20×10mm，循環均勻密度為1.37g/cm3，帶扶正器下鉆至2493m遇阻，劃眼至2504m，下鉆至3158m遇阻，劃眼到底后用密度為2.20g/cm3的加重鉆井液20m3舉砂，返出砂子約1.5m3，鉆至井深3180m第三次開鉆完鉆用55L/s的排量循環一周后，再用密度為2.20g/cm3的加重鉆井液20m3舉砂，返出0.5m3的砂子，最后電測到底。電測完后，用三扶正器通井到底，大排量循環后再替入密度為2.20g/cm3的加重鉆井液20m3，返出少量砂子，下套管固井均十分順利。
4 結論
1) 氣體鉆井轉換鉆井液技術是整個氣體鉆井技術的重要組成部分，氣體鉆井后井壁干燥，轉換鉆井液時應引起高度重視，如果鉆井液性能適應井下條件，且替入鉆井液工藝合理，則轉換過程十分順利，轉換時間很短，否則轉換時間較長，在隨后的鉆井中易引起卡鉆等復雜情況。
2) 轉換鉆井液應以“三低”防塌鉆井液為主，氣體鉆井井段主要為砂泥巖和頁巖，要求替入的鉆井液性能失水要低、抑制性要強，防止引起泥頁巖水敏性垮塌。
3) 氣體鉆井在井壁上可能形成“大肚子”，部分的鉆屑殘留在“大肚子”內，同時井壁由干燥狀態變成鉆井液浸泡狀態，井壁周圍有一部分巖石會剝落下來，殘留在井筒的巖屑和剝落下來的巖石可多次使用重稠鉆井液帶出井筒，否則難以保證井眼暢通。氣體鉆井轉換為鉆井液鉆井時應考慮井壁對鉆井液的適應性，在向井內注入“三低”鉆井液之前，應先替入前置液，使井壁有一個適應過程；同時井眼由完全的欠平衡狀態變成有鉆井液液柱壓力作用狀態，在替入鉆井液過程中應考慮到可能發生井漏以及井漏后的堵漏措施。
參考文獻
[1] 魏武，許期聰，余梁，等.利用空氣鉆井技術提高鉆井速度研究[J].天然氣工業，2006，26(7)：57-58.
[2] 王霞，鐘水清，馬發明，等.含硫氣井鉆井過程中的腐蝕因素與防護研究[J].天然氣工業，2006，26(9)：80-84.
[3] 周鵬高，熊繼有，鐘水清，等.噴嘴射流結構數值模擬研究[J].天然氣工業，2006，26(增刊A)：74-76.
[4] 許期聰，劉奇林，侯偉，等.四川油氣田氣體鉆井技術[J].天然氣工業，2007，27(3)：60-62.
[5] 平立秋，汪志明，魏建光.欠平衡鉆井多相流模型評價分析[J].西南石油大學學報，2007，29(1)：75-78.
　
(本文作者：許期聰1 魏武1 葉林祥2 蒲剛1 周長虹1 許兵2 1.川慶鉆探工程公司鉆采工藝技術研究院；2.川慶鉆探工程公司川西鉆探公司)