欠平衡鉆井技術在大56井的應用探討

肖永軍

【摘要】氮氣鉆井能夠提高鉆速、延長鉆頭使用壽命、防止井漏和減少地層傷害等諸多優點，得以大規模推廣應用。本文通過大56井的氮氣鉆井試驗，分析了該井的施工工藝、流程及施工過程，以期為該技術應用推廣提供參考。

【關鍵詞】欠平衡;氮氣鉆井液;工藝技術

目前，欠平衡鉆井技術已經廣泛地用于油田的勘探和開發，氮氣鉆井作為欠平衡鉆井的一種，隨著裝備及控制技術水平的提高，其應用范圍正在逐步擴大。

1氮氣鉆井的優點

氮氣鉆井也是一種欠平衡鉆井方式，因此具備了其它欠平衡鉆井方式的一些優點。業已證實，氮氣鉆井的主要優點有：提高機械鉆速。井底壓差小或呈負壓差，大大降低了巖石中的應力，提高了巖石的可鉆性，從而可大幅度地提高機械鉆速。延長鉆頭使用壽命。井底壓差小或呈負壓差，減小了壓持作用，提高了鉆頭的破巖效率。降低鉆井成本。使用氮氣作為循環介質，大大降低了鉆井液費用;此外，鉆頭壽命的延長，減少了起下鉆次數。減少地層損害。對地層沒有液相侵入問題，而且多用于負壓鉆井，對地層的損害降到了最小，對巖心污染小，有利于地層評價。

2氮氣鉆井作業程序

2.1鉆進

鉆進準備。（1）用基漿替換井內原漿，停泵檢查：循環罐中的基液量：液氣分離器是否正常工作：檢查進、出口的流量計是否正常工作：檢查旋轉控制頭的泄漏情況，確定是否需要換新膠芯。（2）做低泵沖試驗并記錄當時的立壓和對應的排量，便于回壓控制和為后期作業提供依據。（3）先開鉆井泵，后充氣，進行充氣鉆井液的循環。應緩慢開泵，以免產生太高的瞬時壓力，導致過平衡。（4）井內充滿充氣鉆井液，達到設計的氣液量時，測量循環罐中的基液增量，并根據基液增量計算井底壓力的減小值。當與理論計算相比小于10%時，氣液混合與速度是適宜的。（5）如果按基液增量計算出的井底壓力減小偏低，可采取如下的措施：提高流體粘度，但應確保液氣分離效率：增加流體流速，流體的返速應大于0.5m/s，要保證間歇流返出緩慢、平穩，間歇流的間隔不應大于2min;在水基鉆井液中，可加入大分子聚合物降低氣體滑脫速度。

欠平衡壓差控制。（1）通過調節注入氣體流量、注入液體流量和節流的方法控制欠平衡壓差。（2）需要采用多相流軟件計算井底壓力，才能實現對欠平衡壓差的監控。（3）如果充氣鉆井時氣體侵入，立壓下降較大，循環罐鉆井液體積增量明顯，應減少氣體注入量，同時節流保持立壓穩定。（4）如果節流壓力高于充氣所降低的井底壓力值，應停止充氣，并按井底常壓法節流控制。（5）當回壓超過8MPa或井內出氣嚴重，或液氣分離器壓力超過其額定壓力的50%時必須增加鉆井液密度，當井口回壓降至3MPa之內時再繼續鉆進。（6）在欠平衡鉆井井口有回壓的情況下，須有專人負責巡回檢查地層流體在地面流經路線是否有泄漏現象，一經發現立即組織整改。

流量控制。（1）合理控制地層產出流體的流量，確保地層產出流體的流量，特別是初始流量與塞流引起的瞬時流量，小于地面處理設備的處理能力。（2）可采用調節鉆井液密度與性能、液體和氣體的注入量以及節流等方法進行流量控制。（3）當塞流引起瞬時流量過大時，應節流排氣。

2.2接單根

（1）充分循環，待到返出的巖屑明顯減少。（2）先停泵，繼續注入氮氣，直到將充氣鉆井液替到最上面一個止回閥以下停止注氣。鉆井泵可以直接停止運轉，而氣體設備應先打開旁通閥，再關閉立管上的截止閥與鉆柱隔開。（3）提起方鉆桿，并坐放吊卡。（4）關閉液動平板閥，防止兩相流分離。（5）打開泄壓閥，泄放掉鉆具內的氣體或多相流體。（6）緩慢松扣，將鉆具中的流體（包括氣體）泄放掉。（7）正常接單根，液壓大鉗應使用無銳利咬痕的鉗牙，否則應打磨鉆具接頭的鉗牙咬痕。（8）打開環空，先開泵，再充氣恢復循環;（9）在返出口觀察到流體正常返出后，恢復鉆進。

2.3起下鉆

（1）充分洗井，確保井眼干凈。（2）停泵，停氣。（3）將鉆柱內的壓力泄放到零，然后卸下方鉆桿。（4）檢查鉆具止回閥是否失效。（5）通過旋轉控制頭膠芯起下立柱，當起到鉆具止回閥時，應泄放掉鉆具內的壓力，才能卸扣。（6）起鉆時應灌入等同于起出鉆具體積的基漿。（7）起鉆到技套內，用無固相鉆井液基漿替出充氣鉆井液，起出旋轉控制頭軸承總成，進行正常起下鉆。（8）下鉆時，每下10-15柱，向鉆柱內灌一次基漿。

3氮氣鉆井在大56井現場應用

3.1鉆井參數

大56井三開井段進行氮氣（泡沫）鉆井，井段從2154米至2180米，機械鉆速1.3m/h，達到預期的成功試驗效果。

3.2鉆頭選型及鉆具組合

（1）氮氣鉆井的鉆壓低、壓持效應小，氮氣能較好的清潔井底，減少了重復切削，延長了鉆頭壽命。氮氣鉆井鉆頭選型與常規鉆井鉆頭選型基本一致，選擇軸承密封好的鉆頭能取得好的效果。鉆頭：選用江漢產HJ517G單牙輪鉆頭（水眼10mm+11mm）。（2）欠平衡鉆井的鉆具組合需要在鉆頭附近加裝一個浮閥，目的是防止泄放鉆具內壓力時氣體倒流導致巖屑堵塞鉆頭水眼，另外在實施氮氣鉆井前，在連接方鉆桿的鉆桿頂部裝一只單流閥，目的是縮短接單根時間，以免接單根時間過長造成井下復雜，氣體鉆井過程中一般每鉆進100～200m左右加裝一只單流閥。鉆具組合：鉆頭+230*210接頭+回壓閥+Ф105mm鉆鋌*6根+Ф73mm鉆桿+回壓閥+下旋塞+六方鉆桿+上璇塞

3.3欠平衡鉆井壓力控制

欠平衡壓力鉆井至少要設兩道防線控制地層流體。第一道是旋轉防噴器（即旋轉分流器），用以控制產層流體的產出量，實現欠壓鉆進;第二道防線是常規防噴器，在旋轉防噴器出故障時，常規防噴器用來防噴或壓井。

3.4施工難點

2.7寸小鉆桿柔性大，在扭矩大時，易發生鉆具事故;鉆具與技套之間的間隙小，攜帶巖屑不好，易發生卡鉆事故：欠壓鉆進易發生井噴事故，要求井口防噴器組應處于良好的工作狀態，并準確計算井底壓力，才能實現對欠平衡壓差的有效控制：鉆具與技套之間的間隙小，泵壓比較高，易發生鉆具刺漏事故。

4結論及認識

氮氣鉆井屬于欠平衡鉆井的范疇，因此具備欠平衡鉆井的一些優點。氮氣鉆井對于堅硬地層，能大幅度提高機械鉆速、延長鉆頭使用壽命：對于嚴重漏失地層，氮氣鉆井是一種較好的解決方案：由于對水的需求量降到了最低，所以適合于沙漠、高原等嚴重缺水地區：最大限度地減少了對地層的損害，對巖心的污染程度很低，有利于地層評價;鉆井作業清潔衛生，有利于環保。氮氣和烴氣的混合物不易燃燒，可消除井下燃爆的可能性，因此可以采用氮氣鉆井來鉆空氣鉆井不能施工的井段，如存在潛在油氣層的井段和石油鉆探中的目的層段。