充氮氣欠平衡鉆完井技術研究與應用

林強LIN Qiang；王云華WANG Yun-hua；李偉LI Wei

（①克拉瑪依職業技術學院，獨山子 833600；②西部鉆探青海鉆井公司，海西州 816400；③長慶油田分公司第七采油廠，西安 710200）

（①Karamay Vocational &Technical College，Dushanzi 833600，China；②Western Drilling Qinghai Drilling Company，Haixizhou 816400，China；③Changqing Oilfield Branch No.7 Production Plant，Xi'an 710200，China）

1 井口設備

氮氣欠平衡鉆井需要專門的井控設備和循環設備，建立正常的循環，及時排除巖屑、控制井口壓力、旋轉分流、以及流體處理等多項功能，以保證安全、高效、快速鉆井。主要設備有：井控設備、供氮氣系統、內防噴設備、地面管匯及附屬設備等設備。

2 井身結構優化

我們針對氮氣鉆井問題，不難看出欠平衡的井段主要是在油氣層段，因此我們需要從以下三個方面對井身結構進行優化，一是要充分保證氣體鉆井施工安全，為了能夠安全鉆井，就需要將技術套管下至油層頂部；二是氣體鉆井成本問題；三是后期油氣開采的安全問題，一般氮氣鉆井不采用固完井，因此我們在進行鉆井的時候需要避開水層，這樣能夠降低鉆穿水層的危險。因此，在實施氮氣鉆井時采用二層套管的井身結構，即φ177.8mm 的技套下至油氣層頂部，然后用φ152.4mm 的鉆頭三開進行氣體鉆井，鉆至設計后就根據現場出油的情況及鄰井儲層底水分布情況，在繼續加深或者提前完井。

3 充氮氣鉆井注入參數和鉆井參數優化

主要考慮攜帶巖屑要求。因此就需要我們在鉆井過程中對鉆井參數和注入參數進行優化，一方面滿足攜帶要求，另一方面也能對氮氣注入量進行成本控制。目前，由于欠平衡鉆井注入的參數優化和模擬方面的軟件已經較為成熟，因此利用軟件進行現場的鉆井模式，這樣得到的各項參數的優化也是最基本、最合理的方法。建議選用了HUBS 進行參數優化。

4 油氣層充氮氣欠平衡完井技術

為了及時有效的保護油氣層，在無不壓井起下鉆裝置或套管閥的條件下為了避免鉆井全過程出現的欠平衡情況，就需要在起下井內管串的時候使井筒內的壓力與地層壓力平衡，使地層流體在作業過程中不再進入井筒。在此我們用原油與凍膠封隔井筒技術。

4.1 凍膠閥完井原理 利用在鉆井自產原油不會對本井儲層造成污染的特點，采用該井自產原油平衡井底壓力后，在沒有不壓井起下鉆裝置和套管閥的條件下進行起下鉆、下篩管和下油管等鉆井完井作業。省去不壓井起下鉆裝置或套管閥，達到降低氮氣鉆井成本的目的。

4.2 施工工藝 氮氣鉆井起下鉆或鉆完進尺→起鉆至套管內靜止觀察，等待原油上返至鉆頭處→注入凍膠100～200m→上提鉆具100→注入設計好的重漿→靜止觀察1 個作業周期→循環重漿2 周→起下鉆或下篩管等作業。為使施工安全，施工作業時，重漿頂部應在井口處，以利于重漿循環。

5 現場應用及效果分析

5.1 施工概況 XX 井采用φ375mm 鉆頭常規鉆井一開，鉆至井深410m 下入φ273mm 表層套管固井。用φ241mm 鉆頭二開，鉆至井深2300m，下入φ177.8mm 技術套管使用低密高強水泥漿固井，水泥反至地面。隨后進行了三開氮氣鉆井的設備到位、安裝、調試等，使用φ152.4mm鉆頭開始進行三開氮氣欠平衡鉆井試驗，順利鉆至井深2460m，整個欠平衡段長160m。

自2300m 三開氮氣鉆進,鉆壓40KN，轉速65rpm，注氣排量50m3/min 左右，立壓4MPa。順利鉆至井深2310m排砂口返出天然氣，自動點火成功，火焰呈藍色、橘紅色，火焰高達3.5m；繼續鉆進至井深2360m,不壓井起鉆至井深2272m 進行第一次環空中途測試。鉆至井深2375m 火焰頂部出現濃烈的黑煙，判斷地層出油；隨著井深增加火焰不斷增高，最高可達25-30m；鉆至井深2460m 完鉆。

5.2 完井情況 完井組合如下：油管串結構：73mm 油管接頭（帶內倒角）+73mm×1 根油管+單向定壓閥+73mm×1 根油管+至過短接+73mm 油管+懸掛頭，下深2298.06m。

懸掛頭坐封后，試壓8min,套壓1.8MPa,確定密封后拆卸油管頭以上井口裝置、安裝完采氣樹，接好氮氣車管線進行憋壓：壓力升至5.25MPa 時，憋通單向定壓閥，壓力降至3MPa 后穩壓，油管頭出口管線火焰逐步出現較濃的黑煙。

6 結論及建議

①本井利用充氮氣欠平衡鉆進目的層，成功地實現了全過程氣體欠平衡鉆井及完井工藝技術，準確及時的發現油氣層產能。為今后的開發部署提供準確的依據；②三開φ152.4mm 井眼氮氣欠平衡鉆井平均機械鉆速11.88m/h，是該井二開φ241mm 平均機械鉆速的7 倍以上。③在完井過程中，由于原油浸泡裸眼段時間較長，井壁出現部分坍塌，后期采用氣體循環劃眼，劃眼時間長，由于采用注入氮氣劃眼，成本耗費大，如何解決地層出油后，縮短完井周期，將是下一步需解決的問題。

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