氣體鉆井發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景

./20XX鉆井工作研討會(huì)論文氣體鉆井發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景祖軍王波西南分公司工程技術(shù)研究院20XX10月.目錄TOC\o"1-1"\h\z\u1、前言12、氣體鉆井在國(guó)外應(yīng)用情況13、氣體鉆井工藝34、氣體鉆井的特點(diǎn)75、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用96、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用前景137、結(jié)束語(yǔ)16.1、前言近年來(lái),石油行業(yè)面臨的雙重壓力越來(lái)越大：一方面,油氣需求劇增,全球供應(yīng)日趨緊；另一方面,國(guó)油氣勘探新發(fā)現(xiàn)越來(lái)越少,勘探領(lǐng)域越來(lái)越向難采儲(chǔ)層深入,全國(guó)難動(dòng)用儲(chǔ)量高達(dá)60多億噸。長(zhǎng)慶里格氣田探明儲(chǔ)量6000億立方米,但低壓低滲低產(chǎn),開(kāi)發(fā)成本高,至今進(jìn)展緩慢；盆地上三疊系總資源量高達(dá)9000億立方米以上,同樣因?yàn)轭?lèi)似的原因,勘探效果一直不理想,探明率僅5%,探明資源轉(zhuǎn)化率不到20%。與此同時(shí),各油田鉆井工程中處理井漏、井斜、卡鉆、出水、井壁坍塌等井下復(fù)雜情況不但占去大量鉆井時(shí)間,而且成為鉆井成本居高不下的主要因素。在,僅處理井漏或因井漏帶來(lái)的復(fù)雜情況即占鉆井總時(shí)間的8~10%,有的井甚至因井漏而報(bào)廢,一年僅井漏造成的損失就近億元。鉆井工程速度慢、周期長(zhǎng)、成本高,已對(duì)勘探開(kāi)發(fā)形成嚴(yán)重的瓶頸制約。急切需要新的技術(shù)來(lái)破解上述地質(zhì)和工程兩大難題：既能拿儲(chǔ)量拿產(chǎn)量,又能提高鉆井效率、降低勘探開(kāi)發(fā)成本。因此,針對(duì)常規(guī)鉆井工藝開(kāi)采油氣藏存在的諸多問(wèn)題,國(guó)外許多公司,都逐步嘗試采用更先進(jìn)的氣體鉆井、欠平衡鉆井、水平鉆井或多分支鉆井技術(shù)來(lái)提高綜合效益。近年來(lái),隨著其他低壓鉆井技術(shù)的發(fā)展,特別是井口旋轉(zhuǎn)防噴器、高壓注氣系統(tǒng)、地面分離系統(tǒng)、氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)等配套設(shè)備和安全技術(shù)的不斷完善,空氣鉆井逐漸應(yīng)用到了油層保護(hù)和開(kāi)發(fā)方面,并取得了經(jīng)濟(jì)效益,該技術(shù)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展和完善。2、氣體鉆井在國(guó)外應(yīng)用情況2.1國(guó)外氣體鉆井發(fā)展?fàn)顩r作為最先提出空氣鉆井概念的國(guó)家,美國(guó)在空氣鉆井的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備配套上已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平,并得到了廣泛推廣與應(yīng)用。其次是在加拿大、澳大利亞和歐洲的德國(guó)等一些國(guó)家,空氣鉆井技術(shù)得以迅速發(fā)展,并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。并且隨著井底空氣馬達(dá)的研制成功和鉆桿遙測(cè)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn),使得空氣鉆井和定向井、水平井結(jié)合在一起,更適合于部分特殊地質(zhì)狀況的油氣層開(kāi)發(fā),提高油井產(chǎn)量和采收率。1953年,美國(guó)的EIpaso天然氣公司首次利用空氣作鉆井流體在猶他州成功地鉆成了第一口油氣井。自那時(shí)起,利用氣體來(lái)進(jìn)行油氣井鉆探在全球圍發(fā)展起來(lái),現(xiàn)在采用氣體鉆井技術(shù)已能鉆達(dá)近6000m深度。這些技術(shù)通常應(yīng)用在美國(guó)東部的阿巴拉契亞山脈地區(qū)、阿肯色州油氣田、新墨西哥州的山間盆地,以及某些西得克薩斯油氣田。在那些頻繁發(fā)生井漏的鉆井地帶〔例如洛基在加拿大阿爾伯達(dá)的Camrose油田用充氣鉆井液鉆成了一口水平井--Wainwright15B-44-4W4M,水平段長(zhǎng)1800ft<548.64m>。該油藏屬裂縫－孔隙性灰?guī)r低壓油藏,原來(lái)鉆井中出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重井漏。該水平井采用氣體鉆井完鉆后經(jīng)測(cè)試,其產(chǎn)量是該地區(qū)直井產(chǎn)量的2.5至6倍之間。利用氮?dú)馀菽苊饬司轮鸷捅?加拿大成功地把密閉循環(huán)氮?dú)馀菽@井應(yīng)用于水平井中,這也使得加拿大成為了該項(xiàng)技術(shù)的領(lǐng)先者,井?dāng)?shù)也從1992年的30口猛增至1995年的330口。美國(guó)、加拿大等國(guó)在氣體鉆井的井下配套工具的研究上水平比較高,有專(zhuān)用的空氣螺桿鉆具〔AirPositiveDisplacementDrill、空氣錘〔AirHammer、空氣錘配套使用的鉆頭〔AirHammerBit。為了加快鉆井進(jìn)度、提高機(jī)械鉆速,通常將氣體螺桿、空氣錘和與空氣錘配套使用的鉆頭一起使用,機(jī)械鉆速大幅度提高,在同類(lèi)地區(qū)相同井段是泥漿鉆進(jìn)的15~20倍。與空氣增壓設(shè)備配套的還有用惰性氣體設(shè)備,鉆進(jìn)中先用空氣鉆井提高機(jī)械鉆速,并對(duì)環(huán)空返出氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w,立即轉(zhuǎn)為惰性氣體鉆井鉆完產(chǎn)層,即空氣鉆井、惰性氣體鉆井聯(lián)作,此方法主要用于開(kāi)發(fā)井和調(diào)整井,但現(xiàn)在也逐步在勘探井中得到應(yīng)用。另外德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、西班牙、匈牙利、哥倫比亞、俄羅斯、突尼斯、澳大利亞、阿根廷等國(guó)家都有了空氣鉆井的應(yīng)用。從目前國(guó)外氣體鉆井的應(yīng)用情況看,按比例大小順序是:硬地層提高機(jī)械鉆速>油氣田開(kāi)采后期或地層壓力下降>用于易漏地層>低滲地層>水平井。2.2國(guó)氣體鉆井發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)60年代,盆地曾經(jīng)在8口井中使用天然氣鉆井,取得一定效果,但由于井控設(shè)備落后、工藝技術(shù)差、裝備不配套而沒(méi)有進(jìn)行下去。到1988年,克拉瑪依油田從美國(guó)英格索蘭公司引進(jìn)了全套空氣霧化鉆井裝備以后,開(kāi)始利用現(xiàn)代手段開(kāi)展空氣霧化鉆井的試驗(yàn)研究工作。從1989年至1997年先后成功地進(jìn)行了12口井的空氣霧化鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。其在提高機(jī)械鉆速和油氣勘探方面有顯著效果,提高機(jī)械鉆速1.7~10.24倍,并取得較好的油氣成果。長(zhǎng)慶油田于1986年開(kāi)始了空氣鉆井技術(shù)研究的探索,實(shí)施了空氣泡沫鉆井,后來(lái)針對(duì)里格氣田的儲(chǔ)層特征,于20XX、20XX提出以天然氣作為循環(huán)介質(zhì)打開(kāi)儲(chǔ)層,在陜242井和35-18井進(jìn)行了試驗(yàn)；20XX以提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期為目的,在39-14-1井和39-14-4井進(jìn)行全井段天然氣鉆進(jìn)試驗(yàn)；20XX又在33-8井采用空氣、泡沫鉆井,在38-19井采用空氣鉆井進(jìn)行試驗(yàn),均取得了明顯的效果,提高機(jī)械鉆速2.5~9.65倍。、和玉門(mén)油田從1999年起,經(jīng)過(guò)在原有空氣鉆井的設(shè)備基礎(chǔ)上配套,根據(jù)以前所取得了試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)又開(kāi)始了新一輪空氣鉆井試驗(yàn)研究,分別以打開(kāi)油層保護(hù)油氣層、克服惡性井漏和提高油層比較堅(jiān)硬地層的機(jī)械鉆速為目的,共計(jì)在17余口井中實(shí)施了空氣鉆井、泡沫鉆井、霧化鉆井、天然氣鉆井和柴油機(jī)尾氣鉆井,取得了一系列技術(shù)上的突破性進(jìn)展,積累了大量空氣鉆井的經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)入21世紀(jì),為了解決長(zhǎng)段低壓破碎地層的鉆井問(wèn)題,提高低壓、低滲油氣藏的開(kāi)發(fā)效益,提高鉆井進(jìn)度,國(guó)大規(guī)模開(kāi)展了氣體鉆井的研究,積極探索氣體鉆井技術(shù)以提高機(jī)械鉆速。3、氣體鉆井工藝氣體鉆井按介質(zhì)分類(lèi)可以分為空氣鉆井和惰性氣體鉆井兩大類(lèi)。3.1空氣鉆井廣義的空氣鉆井包括有：純空氣鉆井、霧化鉆井、充氣鉆井、泡沫鉆井,如圖3.1所示。依次序巖屑的攜帶能力逐步增強(qiáng),對(duì)環(huán)空返速的要求依次降低。圖3.1空氣鉆井幾種方式1、純空氣〔粉塵鉆井純空氣鉆井是指用空氣壓縮機(jī)向井注入干燥空氣,依靠環(huán)空氣體的沖量,把鉆屑從井底帶回地面的一種鉆井方式,主要應(yīng)用在提高非儲(chǔ)層段的機(jī)械鉆速和對(duì)付非儲(chǔ)集層段井漏上,鉆遇油氣層時(shí)井下著火的可能性極大；要求鉆進(jìn)的層段沒(méi)有水或地層出水量較小,為井壁穩(wěn)定的干地層的最好鉆井方法。主要優(yōu)點(diǎn)：〔1能比常規(guī)泥漿鉆井的機(jī)械鉆速提高2～5倍；〔2單只鉆頭的進(jìn)尺增加,減少鉆頭消耗；〔3更少的起下鉆次數(shù),提高鉆井時(shí)效；〔4對(duì)所鉆地層能進(jìn)行及時(shí)評(píng)價(jià)；〔5減少產(chǎn)層傷害；〔6在低壓漏失帶減小或消除循環(huán)損失。2、霧化鉆井在空氣中加入一定體積包含有水和化學(xué)抑制劑的液體,使液相以非連續(xù)液滴形式存在于連續(xù)氣相之中。這種低液相體積分?jǐn)?shù)的鉆井流體通常稱(chēng)為"霧",以這種流體為循環(huán)介質(zhì)的鉆井就稱(chēng)為"霧化鉆井"。由于液相以非連續(xù)液滴存在,對(duì)循環(huán)氣體的流變性沒(méi)有直接的影響。但是,液滴會(huì)影響井筒壓力,與鉆屑在空氣中的情形相似。霧化鉆井與純空氣鉆井大致相同,在一定程度上,能克服怕地層出水的缺點(diǎn)。當(dāng)在空氣鉆井時(shí)期,地層有流體侵入,并且流體侵入量少于500L/M,空氣鉆井就應(yīng)該轉(zhuǎn)化為霧化鉆井。優(yōu)點(diǎn)：〔1比常規(guī)泥漿體系更高的機(jī)械鉆速；〔2當(dāng)?shù)貙赢a(chǎn)出非烴質(zhì)流體時(shí)還能繼續(xù)鉆進(jìn)；〔3降低井下著火或者爆炸的危險(xiǎn)。3、充氣鉆井充氣流體鉆井是液相中充入氣相〔氮?dú)?、天然氣、空?以?xún)上嗔黧w作為鉆井循環(huán)介質(zhì)以獲得欠壓差的空氣欠平衡鉆井方式。充氣泥漿的密度可以控制在0.45~1.00g/cm3,它不但能大大降低井靜液柱的壓力而且具有良好的攜帶巖屑的能力。常規(guī)的充氣方式包括有地面、寄生管柱和同心管柱充氣方式,如圖3.2、3.3所示。優(yōu)點(diǎn)：〔1可以通過(guò)改變注入氣液比來(lái)改變井底壓力；〔2能在多種鉆井液體系中使用；〔3由于井底壓力降低,能大幅度提高機(jī)械鉆速。4、穩(wěn)定泡沫鉆井泡沫是一種比較復(fù)雜的非牛頓流體,穩(wěn)定泡沫具有良好的攜屑能力。在石油工業(yè)中就是在空氣〔氮?dú)狻⑻烊粴庵幸砸欢ū壤尤氡砻婊钚詣┖退?維持泡沫質(zhì)量指數(shù)在55％～99.5%,形成穩(wěn)定泡沫。泡沫鉆井是所有空氣鉆井中,在能滿(mǎn)足井眼凈化良好條件下,對(duì)環(huán)空返速要求最低的空氣鉆井方式。優(yōu)點(diǎn)：〔1穩(wěn)定泡沫具有卓越的巖屑攜帶能力；〔2相比純空氣或霧化鉆井氣體注入量減少,相應(yīng)的壓縮機(jī)數(shù)量減少?！?在短的循環(huán)中斷時(shí)期,巖屑仍能懸浮在環(huán)空中。圖3.2寄生管柱充氣圖3.3同心管柱充氣3.2惰性氣體鉆井由于空氣中含有氧氣,空氣鉆井鉆遇產(chǎn)層時(shí),由于烴類(lèi)和氧氣混和會(huì)起火燃燒,甚至發(fā)生爆炸等井下復(fù)雜事故。因此人們考慮運(yùn)用惰性氣體鉆井來(lái)獲得空氣鉆井的效果,同時(shí)也避免了井下復(fù)雜事故的發(fā)生,這就產(chǎn)生了惰性氣體鉆井。惰性氣體鉆井包括有氮?dú)忏@井、天然氣鉆井、柴油機(jī)尾氣鉆井等,主要運(yùn)用在油氣層段的鉆進(jìn),目的是為了避免儲(chǔ)層傷害,可及時(shí)、無(wú)遺漏的發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)油氣層,提高單井油氣產(chǎn)量和采收率。1、氮?dú)忏@井氮?dú)忏@井與空氣鉆井不同之處在于氮?dú)庑枰獜目諝庵袡C(jī)械分離。把從空氣中分離出來(lái)的氮?dú)馔ㄟ^(guò)增壓機(jī)注入到立管,用作鉆井循環(huán)介質(zhì),在井底攜帶巖屑返回地面。其工藝流程與空氣鉆井基本一樣。目前國(guó)的增壓機(jī)最大排量為90m3/m。優(yōu)點(diǎn)：〔1達(dá)到空氣鉆井提高機(jī)械鉆速目的〔2最大限度的保護(hù)和發(fā)現(xiàn)油氣層〔3鉆遇油氣層段時(shí),能避免井下燃爆等井下復(fù)雜。2、天然氣鉆井氮?dú)忏@井雖然解決了空氣鉆井過(guò)程中井下易發(fā)生燃爆事故的問(wèn)題,但由于需要專(zhuān)門(mén)的氮?dú)夥蛛x設(shè)備,因此在施工作業(yè)中受到設(shè)備的限制,有些地方的氮?dú)夥蛛x設(shè)備不能滿(mǎn)足氣體鉆井需要的注氣量。人們考慮在井場(chǎng)附近有天然氣氣源的井運(yùn)用天然氣循環(huán)的介質(zhì),以實(shí)現(xiàn)氣體鉆井。優(yōu)點(diǎn)：〔1達(dá)到氣體鉆井提高機(jī)械鉆速的目的；〔2滿(mǎn)足氣體注入量的圍擴(kuò)大；〔3由于井中氣體帶有一定的壓力,減小對(duì)增壓機(jī)的依賴(lài)程度；〔4減小鉆遇油氣層段井下發(fā)生燃爆的危險(xiǎn)。3、柴油機(jī)尾氣鉆井由于柴油機(jī)尾氣也為一種惰性氣體,人們也嘗試運(yùn)用柴油機(jī)尾氣做循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行氣體鉆井,國(guó)在有過(guò)運(yùn)用,但也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：〔1增壓機(jī)組要求進(jìn)口的溫度最高為32℃,但即使是經(jīng)過(guò)處理的柴油機(jī)尾氣溫度仍然高于40〔2柴油機(jī)尾氣供氣量較小,不能滿(mǎn)足對(duì)氣體需求量大的井眼段的氣體鉆井；〔3運(yùn)用柴油機(jī)尾氣發(fā)生裝置相對(duì)成本較高。因此,目前國(guó)對(duì)柴油機(jī)尾氣鉆井的應(yīng)用還處于探索階段,只是可以肯定的是：柴油機(jī)尾氣可以用于氣體鉆井。3.3氣體鉆井主要設(shè)備氣體鉆井中氣體經(jīng)壓縮機(jī)、增壓機(jī)、注氣管線、立管注入到井下,把井下鉆屑帶到地面,通過(guò)排巖管線入地面回收池。氣體鉆井的主要設(shè)備有壓縮機(jī)、增壓機(jī)、管匯系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)防噴器、井下鉆具止回閥、排巖管線以及與管匯系統(tǒng)和工藝相適應(yīng)的閥門(mén)、儀表等<見(jiàn)表3.1>。表3.1鉆井方式及其配套專(zhuān)用設(shè)備鉆井方式需要配備的設(shè)備干空氣鉆井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、連接管匯及其它輔助設(shè)備氮?dú)忏@井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、膜分離制氮設(shè)備、連接管匯及其它輔助設(shè)備空氣霧化〔泡沫鉆井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、霧化泵、泡沫發(fā)生器、化學(xué)藥劑注入泵、連接管匯及其它輔助設(shè)備氮?dú)狻才菽@井空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、膜分離制氮設(shè)備、霧化泵、泡沫發(fā)生器、化學(xué)藥劑注入泵、連接管匯及其它輔助設(shè)備4、氣體鉆井的特點(diǎn)4.1氣體鉆井的優(yōu)點(diǎn)針對(duì)氣體鉆井的特點(diǎn),結(jié)合國(guó)國(guó)際應(yīng)用情況,氣體鉆井相對(duì)于常規(guī)鉆井,其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在保護(hù)和發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層、提高鉆井速度、減少或避免井漏等方面。其主要特點(diǎn)及機(jī)理如下：1、保護(hù)和發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層由于儲(chǔ)層傷害是一不可逆過(guò)程,井筒周?chē)坏┌l(fā)生傷害,這些傷害是不易消除的,空氣鉆井過(guò)程中,循環(huán)介質(zhì)為氣相〔混氣相,井底壓差為負(fù)壓,在這種情況下,驅(qū)使鉆井液中的固相和液相進(jìn)入產(chǎn)層的正壓差消除了,產(chǎn)層流體還可以進(jìn)入環(huán)空,并循環(huán)到地面。因此空氣鉆井能起到保護(hù)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的作用。2、提高機(jī)械鉆速氣體鉆井井筒液柱壓力的大幅度降低,使得井底破巖效率更高,也有助于減少"壓持作用",使鉆頭繼續(xù)切削新巖石而不是碾壓已破碎的巖屑,從而提高機(jī)械鉆速。3、減少或避免井漏井漏可能大大增加鉆井工程的成本,若鉆井液漏進(jìn)裂縫、低壓油層或高滲油藏,就增加了額外的鉆井液成本,同時(shí)堵漏費(fèi)工費(fèi)錢(qián),更不用說(shuō)漏失的鉆井液會(huì)造成嚴(yán)重的地層傷害帶來(lái)的損失。欠平衡工況可以減小或避免井漏問(wèn)題?？諝忏@井體系的當(dāng)量壓力梯度為0.001~0.90g/cm3,密度窗口圍很大,易于在各種地層段實(shí)現(xiàn)欠平衡工況,因此,空氣鉆井能減少或避免井漏。4、延長(zhǎng)鉆頭壽命氣體鉆井過(guò)程井底為負(fù)壓狀態(tài),利于已破碎巖石離開(kāi)井底,避免了鉆頭巖石的重復(fù)切削,減少對(duì)鉆頭的磨損,以延長(zhǎng)鉆頭壽命。5、減少卡鉆等復(fù)雜情況由于氣體鉆井速度快,縮短了鉆井時(shí)間,減少了鉆具和扶正器的磨損；由于鉆壓低使得鉆具負(fù)荷輕,減輕了鉆具磨損和疲勞損壞,延長(zhǎng)了鉆具的使用壽命；再者,氣體鉆井的注氣壓力低,避免了鉆具的刺漏,確保了鉆具使用的安全。因此,減少了井下復(fù)雜事故的發(fā)生。6、減少完井增產(chǎn)措施由于在氣體鉆井過(guò)程中為井底為負(fù)壓值,實(shí)現(xiàn)了欠平衡鉆井,沒(méi)有固相顆粒及液相進(jìn)入地層,達(dá)到了保護(hù)儲(chǔ)層的目的,因而不需要再進(jìn)行進(jìn)一步的增產(chǎn)措施,減少了相關(guān)作業(yè)的費(fèi)用。4.2氣體鉆井的缺點(diǎn)同其他鉆井工藝一樣,氣體鉆井也存在一些不足：1、易引起井下起火和井下爆炸<空氣、廢氣>。2、不適用于含大量地層水的井段。3、不適用于高壓高產(chǎn)油氣層及含硫化氫的地層。4、不適用于深井。5、所需設(shè)備和工藝相對(duì)比較復(fù)雜。6、不適用于易坍塌井段。4.3氣體鉆井的適應(yīng)性雖然氣體鉆井具有許多優(yōu)點(diǎn),但只有在一定圍使用才能產(chǎn)生較大的效益。許多資料表明,氣體鉆井主要適用于：〔1不出水的堅(jiān)硬地層。在硬地層中,采用氣體鉆井可以大幅度地提高機(jī)械鉆速。由于地層水能使粘土顆粒凝結(jié)膨脹,容易造成環(huán)空堵卡,所以出水較多的地層不適合采用于空氣鉆井；〔2嚴(yán)重漏失地層。對(duì)于嚴(yán)重漏失地層,常規(guī)鉆井方式難以實(shí)施,采用氣體鉆井可以解決漏失問(wèn)題；〔3嚴(yán)重缺水地區(qū)。由于氣體鉆井是以氣體作為循環(huán)介質(zhì),對(duì)水的需求量降到了最低,所以特別適合于沙漠、高原等缺水地區(qū)；〔4地層壓力低且分布規(guī)律清楚的地層。氣體鉆井的靜氣柱壓力極小,較高的地層壓力會(huì)加重井控設(shè)備的負(fù)擔(dān)；此外,如果不清楚地層壓力的分布規(guī)律,鉆井施工的安全性就難以得到保證。因此,對(duì)于地層壓力較高和分布規(guī)律不是很清楚的井,不適合使用氣體鉆井技術(shù)；〔5穩(wěn)定地層。考慮到井壁穩(wěn)定問(wèn)題,不穩(wěn)定的地層不適合采用氣體鉆井技術(shù)。主要包括：①流變性不穩(wěn)定地層；②破碎性<包括弱膠結(jié)>不穩(wěn)定地層；③異常地應(yīng)力不穩(wěn)定地層<如復(fù)雜構(gòu)造、高陡構(gòu)造、山前構(gòu)造等>；④深井、超深井的深部地層；〔6當(dāng)?shù)貙由倭砍鏊畷r(shí),可采用霧化鉆井。出于對(duì)井壁穩(wěn)定和井下安全的考慮,如果地層的出水量小于2m3/h,可加大氣量排水；如果出水量在2～5m3/h圍,建議采用霧化鉆井方法；當(dāng)出水量更高時(shí),需要采用泡沫鉆井或充氣鉆井方式〔7高傾角地層,在低鉆壓下可獲得較好的防斜能力和較高的機(jī)械鉆速；〔8適合氣體鉆井井段較長(zhǎng)的井段,提高作業(yè)效率,降低成本；〔9水敏性地層,運(yùn)用氣體做循環(huán)介質(zhì),避免地層水敏以及由此引發(fā)的井下復(fù)雜；〔10儲(chǔ)層傷害嚴(yán)重地層,在欠平衡工況下保護(hù)儲(chǔ)層。5、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用20XX以來(lái)中石油西南油氣田分公司、石油管理局、西南石油學(xué)院合作進(jìn)行了氣體鉆井的研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。在正壩1井、大天9井、核桃1井、礦2井、七北101井進(jìn)行了空氣、空氣泡沫、氮?dú)忏@井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用解決了鉆井液漏失,復(fù)雜時(shí)效減少、機(jī)械鉆速大幅提高,經(jīng)濟(jì)效益顯著。表5.120XX以來(lái)開(kāi)展的空氣鉆井統(tǒng)計(jì)表井號(hào)施工日期井眼尺寸〔mm井段〔m空氣排量〔m3/min機(jī)械鉆速〔m/h泥漿鉆井鉆速〔m/h與泥漿鉆井對(duì)比〔倍正壩12003.1311.2138.46～518110～15015.92.277核桃12003.4444.518.25～76.80852.41.132.12礦22003.5311.21535.27～1901903.211.761.82大天92003.6311.229.88～331.23866.141.963.48表5.220XX以來(lái)天然氣鉆井情況統(tǒng)計(jì)井號(hào)施工日期井眼尺寸<mm>井段<m>天然氣排量<m3/min>機(jī)械鉆速<m/h>獲氣情況<m3/d>井淺22003.2152.41238-153240-604.985.28×104麻淺12003.11152.4799-129057-605.11無(wú)平落192004.5152.43696-760.7152-617.2345.31×104白淺111H2004.7152.41103.10-1325519.766.85×104包淺42004.9152.41630~1960508.131.57×1045.1氣體鉆井在地區(qū)提高機(jī)械鉆速的應(yīng)用從表5.1、5.2可以看出,氣體鉆井在提高機(jī)械鉆速方面效果非常明顯。正壩1井核桃1井礦2井大天9井正壩1井核桃1井礦2井大天9井圖5.1與同構(gòu)造或鄰井機(jī)械鉆速對(duì)比今年5月在宣漢所鉆的七北101井是中國(guó)石油集團(tuán)公司重點(diǎn)科學(xué)試驗(yàn)工程井,所處構(gòu)造上段地層厚、泥質(zhì)含量高、巖層可塑性大、可鉆性差,機(jī)械鉆速難以大幅度提高。在須家河及以下層段,常有氣顯示。為了提高鉆速,經(jīng)過(guò)技術(shù)人員多方調(diào)研,二開(kāi)171/2"井眼采用空氣泡沫鉆井,三開(kāi)121/4"井眼采用干空氣鉆井、干空氣加空氣錘鉆井,四開(kāi)81/2"井眼進(jìn)入須家河層段時(shí),開(kāi)始應(yīng)用氮?dú)忏@井,以攻克須家河地層難打費(fèi)時(shí)還要防氣顯示的難題?？諝馀菽@井最高機(jī)械鉆速達(dá)到22.22m/h,平均機(jī)械鉆速提高了2.7倍；干空氣加空氣錘鉆井平均機(jī)械鉆速提高了6倍；氮?dú)忏@井平均機(jī)械鉆速提高了13倍以上。在川東地區(qū)須家河層位有氣顯示,以砂巖為主,研磨性強(qiáng),一般厚度為500米,如果用常規(guī)鉆井液鉆進(jìn),需要10只鉆頭,鉆井周期在30天以上,現(xiàn)在采用氮?dú)忏@進(jìn),時(shí)間不到3天。該井的成功,被稱(chēng)為"七里北奇跡"。具體情況見(jiàn)表表5.3七北101井與七里北1井鉆速對(duì)比層位鉆頭尺寸mm七北101井〔氣體七里北1井〔鉆井液鉆速提高倍數(shù)井段m介質(zhì)平均鉆速m/h井段m平均鉆速m/h沙溪廟444.5115~274泡沫8.3147~2963.031.74沙溪廟311.21750~2056空氣16.641750~20622.934.68須家河215.92587~2944氮?dú)?2.054061~42820.7814.38雷口坡嘉陵江215.92944~3426氮?dú)?5.734282~44011.698.35.2氣體鉆井在地區(qū)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)儲(chǔ)層方面的應(yīng)用氣體鉆井實(shí)現(xiàn)了井底的欠平衡工況,并且無(wú)固相和液相進(jìn)入儲(chǔ)層,在儲(chǔ)層保護(hù)方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),在地區(qū)運(yùn)用氣體欠平衡鉆井也確實(shí)起到了非常良好的效果<表5.2>。井淺2井為國(guó)第一口純天然氣全過(guò)程欠平衡鉆井的井,該井在1238～1532米采用純天然氣欠平衡鉆進(jìn),實(shí)施不壓井起下鉆和下油管后裸眼完成,發(fā)現(xiàn)2個(gè)氣顯示段,完井測(cè)試產(chǎn)量5.28萬(wàn)立方米/天,而同井場(chǎng)的井淺1井用常規(guī)鉆井方式酸化后僅獲氣1840立方米/平落19井該井在須二段進(jìn)行純天然氣鉆井完井作業(yè),完井測(cè)試日產(chǎn)天然氣47.271萬(wàn)立方米/天,計(jì)算無(wú)阻流量60.042萬(wàn)立方米/天。該井周邊已投入生產(chǎn)4口井平均產(chǎn)量的4.28倍。表5.4平落19井與同一構(gòu)造上生產(chǎn)井產(chǎn)量對(duì)比表井號(hào)套壓〔MPa氣產(chǎn)量〔104平落2井10.7013.05平落8井12.008.27平落17井9.4012.70平落18井16.5012.76平落19井14.8447.27白淺111H井是川渝地區(qū)第一口采用柴油機(jī)尾氣、天然氣鉆成的水平井,把氣體鉆井和水平井技術(shù)相結(jié)合,獲日產(chǎn)天然氣6.8萬(wàn)立方米,比采用常規(guī)鉆井的同井場(chǎng)同產(chǎn)層直井提高產(chǎn)量達(dá)22倍,為勘探開(kāi)發(fā)白馬－松華構(gòu)造打開(kāi)了突破口。5.3氣體鉆井在防漏方面見(jiàn)到好效果西南油氣田分公司在正壩1井、核桃1井、大天9井、礦2井和玉皇1井共5口井上開(kāi)展了欠平衡鉆井治漏試驗(yàn),鉆井總進(jìn)尺1878.73m,對(duì)治理井漏見(jiàn)到明顯效果<表5.5>。表5.5氣體型流體鉆井與常規(guī)鉆井治漏效果對(duì)比井號(hào)時(shí)間井眼尺寸鉆井方法鉆進(jìn)井段m進(jìn)尺m鉆井耗時(shí)d日進(jìn)尺m/d正壩1井～12-1/4"常規(guī)鉆井堵漏30.00～138.46108.46138.34～12-1/4"空氣鉆井138.46～518.00379.54575.91核桃1井～26"常規(guī)鉆井堵漏0.00～18.2518.2592.03～17-1/2"空氣鉆井18.25～76.8058.55319.52～17-1/2"泡沫鉆井76.80～300.00223.20544.64大天9井～17-1/2"清水強(qiáng)鉆0.00～29.8829.8839.96～12-1/4"空氣及泡沫鉆井29.88～370.00340.121326.16礦2井～12-1/4"常規(guī)鉆井堵漏1319～1522203504.06～12-1/4"微泡沫鉆井1423.68～1535.27111.59618.60～12-1/4"充氣鉆井1535.27～1901.00365.73845.72玉皇1井2004.717-1/2"12-1/4"微泡沫0～40040010.538正壩1井氣體鉆井密度低,在惡性井漏層段可以有效的減少甚至避免漏失,減少井下復(fù)雜事故,提高鉆井效率。正壩1井清水強(qiáng)鉆至井深138.46米共發(fā)現(xiàn)四個(gè)漏層,漏速46立方米/小時(shí)至失返,多次發(fā)生阻卡,堵漏六次均未成功,耗時(shí)28天。后采用空氣鉆井,進(jìn)尺379.54米,平均機(jī)械鉆速15.68米/小時(shí),相對(duì)與常規(guī)的泥漿鉆井機(jī)械鉆速提高7倍,至井深518米下套管固井成功。5.4已完成井空氣鉆井經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益分析空氣鉆井能大幅提高機(jī)械鉆速,避免鉆井液的漏失,加快鉆井工程進(jìn)度,提高油氣勘探效益,同時(shí)具有預(yù)防壓差卡鉆、發(fā)現(xiàn)和保護(hù)低壓產(chǎn)層及環(huán)保等效益。其部分應(yīng)用效益匯總見(jiàn)表5.6。表5.6空氣鉆井實(shí)際應(yīng)用效益分析井號(hào)鉆井方法井眼尺寸mm鉆進(jìn)井段m進(jìn)尺m鉆井效率效益正壩1井空氣311138.46～518.00379.5475.91m/d鉆井效率提高9.1倍3口井平均鉆井效率為59.96m/d,比常規(guī)鉆井、堵漏的方法提高8.6倍,節(jié)約鉆井時(shí)間103d,直接效益300萬(wàn)元以上。核桃1井空氣44518.25～76.8058.5519.52m/d鉆井效率提高9.6倍空氣泡沫44576.80～300.00223.210.1m/h鉆井效率提高5倍大天9井空氣31129.88～311.27281.3970.77鉆井效率提高7.1倍礦2井充氣3111535.27～1901.00365.733.21m/h鉆井效率提高21倍節(jié)約費(fèi)用420萬(wàn)元以上TBK-3空氣311959～143047116.24m/h霧化3111430～172329313.16m/h霧化304.81723～18241016.52m/h泡沫304.81824～24646406.34m/hTBK-6泡沫66064～74810.34m/h比TBK-2和TBK-3井提高85%、95%泡沫鉆井液的攜砂能力是常規(guī)鉆井液的10倍三皇2井尾氣充氣215.91000～1500m機(jī)械鉆速提高40%興24井尾氣152.41540～1575m0.81m/h獲業(yè)氣流30000m3東安1井充氣311機(jī)械鉆速平均提高50%由表5.6可以看出,較為成功的空氣鉆井應(yīng)用實(shí)例,機(jī)械鉆速提高9倍以上,最高提高21倍。應(yīng)用空氣鉆井技術(shù)效益前景是很明朗的。6、氣體鉆井在地區(qū)的應(yīng)用前景中石化目前在盆地勘探開(kāi)發(fā)區(qū)塊主要為川西致密砂巖和川東北高含硫碳酸鹽巖區(qū)塊,通過(guò)綜合比較川西致密氣藏的地質(zhì)特征,新場(chǎng)蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組、中江沙溪廟組等儲(chǔ)層基本具有巖性致密、低孔、低滲、低壓〔或壓力開(kāi)采下降、不出水或出水量小、儲(chǔ)層埋藏深度不大、地層不含硫化氫及井壁穩(wěn)定性好等特點(diǎn),這些都是有利于開(kāi)展川西致密儲(chǔ)層氣體欠平衡鉆井技術(shù)研究的有利條件。如果在這些氣藏采用氣體欠平衡鉆井,有可能在儲(chǔ)層保護(hù)、油氣發(fā)現(xiàn)、油氣增產(chǎn)及提高鉆井效率等方面取得新的突破。通過(guò)不斷努力,中石化川東北地區(qū)勘探不斷取得突破,局面逐漸打開(kāi)。在毛壩構(gòu)造、普光構(gòu)造、河壩構(gòu)造、雙廟構(gòu)造先后發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流,已經(jīng)初步形成了勘探良性發(fā)展的態(tài)勢(shì),并將在"十一五"期間投入規(guī)模開(kāi)發(fā)。川東北地區(qū)上部陸相地層以高陡背斜構(gòu)造為主,地層具有卡、漏、斜特點(diǎn),地層流體量較少、不含H2S、地層壓力較低,運(yùn)用氣體鉆井可以避免或減少井漏等復(fù)雜情況和在高陡背斜構(gòu)造起到防斜打快的作用。截至2005年3月1日,共開(kāi)鉆24口,完井15口,進(jìn)尺88963.14m,平均井深4886.32m,平均機(jī)械鉆速1氣體〔霧化鉆井的主要優(yōu)點(diǎn)之一是可以明顯地提高機(jī)械鉆速,因此采用氣體〔霧化鉆井是加快地區(qū)鉆井施工中上部171/2"、121/4"井眼施工速度、降低鉆井成本的有效手段。6.1氣體鉆井在川西氣田勘探開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的必要性由于川區(qū)工程地質(zhì)條件的高度復(fù)雜性決定了川西致密氣的勘探開(kāi)發(fā)歷程不會(huì)一帆風(fēng)順。目前川西勘探開(kāi)發(fā)面臨的主要難題如下：〔1提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度和采收率是川區(qū)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)的重要保證從西南分公司近10年的勘探開(kāi)發(fā)歷程來(lái)看,儲(chǔ)產(chǎn)的持續(xù)增長(zhǎng)實(shí)際上就是一個(gè)難采儲(chǔ)量不斷被開(kāi)發(fā)動(dòng)用的過(guò)程。從過(guò)去幾年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,通過(guò)提高單井產(chǎn)量以達(dá)到儲(chǔ)量動(dòng)用程度是最現(xiàn)實(shí)的途徑,但要在原來(lái)的基礎(chǔ)上再上一個(gè)臺(tái)階其難度顯然更大,必須引進(jìn)新的技術(shù)方法才能實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。由于西南分公司目前已落實(shí)的后備儲(chǔ)量資源嚴(yán)重不足,因而,這部分儲(chǔ)量能否盡快動(dòng)用對(duì)西南分公司的發(fā)展及"十五"規(guī)模能否如期實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要?！?致密砂巖裂縫性?xún)?chǔ)層保護(hù)是世界性難題由于川區(qū)砂巖儲(chǔ)層特征是總體表現(xiàn)為低滲透率、低孔隙度、強(qiáng)親水、孔喉結(jié)構(gòu)特征差異大、束縛水飽和度高,敏感性強(qiáng)等先天不足的特點(diǎn),能承受的損害能力又很差,故鉆井過(guò)程中地層損害對(duì)于致密氣層的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和高效開(kāi)發(fā)是致命性的。所以,必須首先立足于損害的預(yù)防,特別要切實(shí)保護(hù)好那些能夠改善致密氣層滲透性的天然裂縫,在鉆井過(guò)程中做好儲(chǔ)層保護(hù)工作。〔3常壓儲(chǔ)層的高效開(kāi)發(fā)需要更有效的配套鉆井工藝洛帶組為常壓氣藏,在常規(guī)鉆井過(guò)程中易對(duì)氣層造成污染,使得氣層初產(chǎn)量一般較低,無(wú)法達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能,經(jīng)過(guò)水力加砂壓裂后產(chǎn)能成倍增加,取得了顯著成效。但儲(chǔ)層具水敏性特征,有的井壓后產(chǎn)量很低甚至還有不如壓前,這就給人們留下一個(gè)值得深思的課題,水力加砂壓裂技術(shù)對(duì)該區(qū)儲(chǔ)層改造技術(shù)是必要的,但是不是最好的？〔4復(fù)雜地層鉆井應(yīng)該采用新工藝減少鉆井事故率馬井地區(qū)一直存在又噴又漏等復(fù)雜鉆井問(wèn)題,如何有效解決這些問(wèn)題是擺在我們面前的一個(gè)難題。馬井構(gòu)造已完鉆井中,由淺至深均有：惡性漏失、返吐現(xiàn)象；固井漏失等。用常規(guī)鉆井工藝帶來(lái)了極大的困難,如堵漏時(shí)間長(zhǎng)、難度大、費(fèi)用高,甚至使井情況復(fù)雜化,導(dǎo)致惡性事故不斷發(fā)生,井身結(jié)構(gòu)也被迫增加1-2層技術(shù)套管,直接導(dǎo)致了勘探開(kāi)發(fā)成本的上升?！?加快深部?jī)?chǔ)層的勘探步伐急需采用非常規(guī)工藝才能取得有效突破須家河氣藏為超深超致密儲(chǔ)層,過(guò)高的壓力差將泥漿壓入天然裂縫或地層,對(duì)儲(chǔ)層造成較嚴(yán)重的固相物堵塞傷害,要獲得工業(yè)產(chǎn)能更加困難。另外,儲(chǔ)層破裂壓力高,對(duì)其進(jìn)行壓裂改造相當(dāng)困難。同時(shí),川區(qū)巖石結(jié)構(gòu)致密,從淺至深為近常規(guī)——致密——很致密——超致密上部普通含礫,下部局部含礫,多套砂泥巖互層,巖性縱橫變化大,非均質(zhì)性強(qiáng),可鉆性差,地層巖石級(jí)別高,如何提高鉆速是一道久攻不克的難題。這嚴(yán)重阻礙深層須家河組氣藏勘探開(kāi)發(fā)取得突破性進(jìn)展。由于暴露出的這些越來(lái)越難以解決的矛盾,促使我們?cè)诖ㄎ髦旅苌皫r氣藏勘探開(kāi)發(fā)中應(yīng)用欠平衡鉆井新技術(shù)來(lái)解決上述問(wèn)題顯得越來(lái)越重要和迫切。6.2氣體鉆井在川西氣田勘探開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的可行性20XX,美用欠平衡方式占當(dāng)年鉆井總數(shù)的15～20%；20XX,川渝氣田的欠平衡鉆井占鉆井總量的20%以上,在油氣發(fā)現(xiàn)和解決工程難題兩方面所取得的效果在全國(guó)非常突出。氣體鉆井由于人們認(rèn)識(shí)能力和技術(shù)水平的限制,這項(xiàng)技術(shù)的使用長(zhǎng)期以來(lái)被限制在非常狹窄的圍,即便使用,也僅僅是作為常規(guī)鉆井的一種補(bǔ)充。近年來(lái),隨著井控等一系列支撐技術(shù)的成熟,氣體鉆井的能力越來(lái)越多地被發(fā)掘出來(lái),一些以前認(rèn)為不能打欠平衡井的地層也能夠打了、不適合采用的工藝也能夠采用了。在一些地方,氣體鉆井甚至還獲得了眾多意外發(fā)現(xiàn),顯示該技術(shù)越來(lái)越多地發(fā)展成為了一種增產(chǎn)技術(shù),一種提高采收率的重要手段。從發(fā)