川東北地區氣體鉆井復雜情況分析與對策

楊李博，李瑞琨，田寶振，李清潔

（中國石油集團渤海鉆探第一固井公司，河北任丘 062552）

川東北地區氣體鉆井復雜情況分析與對策

楊李博，李瑞琨，田寶振，李清潔

（中國石油集團渤海鉆探第一固井公司，河北任丘 062552）

氣體鉆井技術在提高鉆井速度、縮短鉆井周期等方面起到了十分重要的作用，但氣體鉆井技術仍有許多問題需要進一步探索研究。

氣體鉆井；應用；復雜情況；措施；鉆速

1 概述

氣體鉆井技術在提高鉆井速度、縮短鉆井周期等方面起到了十分重要的作用，但氣體鉆井技術仍有許多問題需要進一步探索研究，主要表現在地層出水產生泥餅環和井壁坍塌、地層出氣引起井下失火與爆炸、井斜及具事故頻繁等方面。

2 地層出水復雜情況分析與對策

2.1 地層出水引起的復雜情況

空氣鉆井的循環介質是干空氣。在鉆井過程中如果井筒內沒有地層水進入，就不會出現環空中的鉆屑相互結塊的情況，并且排砂口始終呈粉塵狀。若空氣量足夠，可輕易攜帶環空鉆屑出井筒。正常情況下的地面表現主要為以下幾種：返出的粉塵干燥且不黏結、扭矩較小和立管壓力穩定等。而當鉆遇地層水時，會造成井眼垮塌、形成泥餅環和垮塌物瞬時堆積等復雜情況。

2.1.1 井眼垮塌

地層水在環空上返時，因為泥頁巖中的孔隙毛細管張力作用發生滲析，使之滲入地層，造成泥頁巖吸水膨脹進而產生水化應力，導致一部分粘土礦物呈分散狀，大部分未分散的則出現裂縫增多縫擴展，巖石強度下降，井壁穩定性遭到不同程度的破壞，甚至發生井垮。

2.1.2 垮塌物堆積

井眼長期處于不穩定狀態，關鍵在于氣流對井壁的嚴重沖蝕和地層水等對泥頁巖的持續破壞。在某一瞬間井壁垮塌掉塊產生的巖屑突增，堆積在某處環空。如若不能及時研碎或循環出地面，就會發生井眼堵塞、卡鉆等現象。

2.1.3 泥餅環形成

在鋌和鉆桿連接處頂部，環空面積突然增大，上返速度相對減小，粉塵遇到少量地層水時相互結塊，并黏附堆積在環空兩側，形成泥餅環，造成環空面積減小甚至徹底堵死，發生卡鉆。可在地面上觀察到排砂口出現段塞、粉塵多呈潮濕、黏結狀，甚至無粉塵排出，較為明顯的表現為立管壓力的升高。

地層出水造成的問題主要是兩方面，一是形成扼流，影響環空暢通造成攜巖困難，二是影響井壁的穩定性。根據普光氣田已鉆井測井資料分析，在遂寧組、上沙溪廟組地層上部井段有地層水出現，而上沙溪廟組地層中下部至須家河組地層基本沒有水層（由于裂縫比較發育，距離河床近的井有水層）。

2.2 地層出水的技術對策

對付出水主要有兩種方法：一是排、二是堵。在排水方法中采用增大注氣量、霧化、加入干燥劑以及泡沫舉水，最常用的是霧化和泡沫舉水。在堵水方法中有泡沫封堵、化學膠凝物封堵、快速凝膠封堵、擠水泥、工具封堵、冷凍法封堵和套管封堵。具體做法如下：

（1）在排砂管線上設置專用觀察口，專人值班觀察。

（2）發現地層出水，停鉆上提鉆具，循環觀察摩阻、巖屑返出情況、注氣壓力等是否正常。

（3）若正常，出水量較小，則用低鉆壓、低鉆速試鉆，控制鉆速在5m/h以內，同時增加注氣量滿足井眼凈化的需要。

（4）試鉆過程中密切注意井內情況，試鉆5～10m后若井下正常，則逐漸加大鉆壓、轉速，并控制鉆速為8～10m/h。

（5）根據出水量大小及井內情況重新確定合理的鉆井參數，恢復正常鉆進。

（6）若出水量較大（取樣口呈水滴或未返出巖屑），通過調節鉆速和加大注氣量等措施不能滿足井內安全，轉換為泡沫或泥漿鉆進。

3 井斜的原因分析及技術對策

3.1 原因分析

（1）引起空氣鉆井井眼易斜的主要原因之一：鉆具組合在泥漿的阻力只能以較低的渦動速度運動，在此作用下，空氣鉆井時鉆頭上的降斜力較常規鉆井明顯下降，容易造成井斜較大。

（2）引起空氣鉆井井眼易斜的另一個原因：類似于單彎螺桿全力造斜狀況鉆柱在相同等效堆積高度下，鉆壓增加，使鉆具組合無法渦動，貼死在殘留堆積物上只作自轉。因此引起空氣鉆井井斜的一個重要因素是地層出水。

（3）高流速氣體沖刷井壁，井徑擴大嚴重，穩定器不起作用。

3.2 井斜的技術對策

（1）增加鉆具上提下放次數，勤劃眼，消除巖屑的等效堆積墊層。

（2）在易斜井段采用適當降低鉆壓的方法降低鉆頭的側向力。

（3）避免在同一位置循環時間過長，造成井徑擴大，形成大肚子井眼。

（4）推廣使用低鉆壓要求的空氣錘，配合氣體鉆井扶正器的使用，實現防斜打直。

4 川東北地區氣體鉆井應用成果

氣體鉆井單只鉆頭最高進尺1 644.79m，單一開次應用空氣鉆井最長井段3 337m。在陸相地層氣體鉆井平均6～7m/h的鉆速遠高于普通泥漿鉆井機械鉆速1.0m/h，使得鉆井機械鉆速大幅度提高。

5 認識和建議

1）地層出水是決定空氣鉆井能否成功的關鍵，建議應用測井資料進行地層出水預測分析，為設計合理的井身結構，提高空氣鉆井效率提供理論依據。對于地層出水量較大的井，空氣泡沫鉆井工藝能夠很好地攜帶地層水和巖屑，機械鉆速與空氣鉆井相差不大。

2）加強氣體鉆井監測，一旦發現地層出氣滿足氣體鉆井轉換原則，應立即進行常規泥漿轉換，確保井控安全。

[1] 侯樹剛，劉新義，楊玉坤.氣體鉆井技術在川東北地區的應用[J].石油鉆探技術，2008，36（3）：24-28.

Analysis and Countermeasure of Gas Drilling Complex in Northeast

Yang Li-bo，Li Rui-kun，Tian Bao-zhen，Li Qing-jie

Gas drilling technology plays an important role in improving the drilling speed and shortening the drilling cycle.However，there are still many problems in gas drilling technology that need further study.

gas drilling；application；complex situation；measures；drilling speed

TE242.6

A

1003-6490（2017）12-0223-02

2017-10-20

楊李博（1994—），陜西西安人，助理工程師，主要從事固井現場技術服務工作。