用正反循環鉆井方式在鹽穴儲氣庫腔底堆積物上成孔思路淺析

付瀟，陳新勇，張婭楠，張亞輝，李毅

（渤海鉆探工程技術研究院，河北任丘062550）

我國東部的鹽穴儲氣庫，鹽層呈層狀分布，含多套泥質夾層。溶腔后不溶雜質含量高，腔底沉積較厚不溶物，導致鹵水不能排完，損失了大量庫容。可在不溶物中鉆出一個孔眼，將排鹵管柱下至井底排出殘留鹵水，以減小庫容損失。由于腔體體積較大，常規正循環鉆孔眼時井底堆積物不易帶出井口，且停止循環后，巖屑沉降，易將鉆出的井眼埋掉，本文提出一種通過將正循環鉆井和反循環攜砂相結合的方式在腔底沉積物上形成一個穩定孔眼的新思路。

1 工作原理

通過壓縮機將空氣通過氣水龍頭注入雙層鉆桿內外管之間的環空，氣體經雙層鉆桿底部的混合器噴入內管水眼形成氣泡，氣泡沿內管水眼上升，同時膨脹，在雙層鉆桿水眼內形成低密度的氣水混合液。鉆柱與井壁環空的鉆井液密度相對較高，鉆柱與井壁環空的鉆井液液柱壓力大于鉆柱內水眼的鉆井液液柱壓力，環空鉆井液從鉆頭水眼處進入鉆柱內水眼，形成反循環流動，同時把井底巖屑帶出地表，沉淀后的鉆井液再注入鉆柱與井壁環空內，不斷循環形成連續鉆進，這個過程就是反循環鉆進過程。

2 不溶物上成孔技術思路

2.1 井概況

以某鹽穴儲氣庫井為例，該井注氣排鹵期間，注氣壓力13～14.6MPa，注氣溫度20～30℃，后由于發現中心管漏氣，停止注氣排鹵作業。共注入298.87×104m3天然氣，排出鹵水17010m3。

2.1.1 井筒情況，見表1 和表2。

表1 井身結構數據表

表2 完井管柱數據表

2.1.2 腔體情況

該井經10 次造腔后，目前井眼軸線上腔頂1028m，腔底1164m，井眼軸線上不溶物頂面深度1120m，腔頂到沉積物頂面高度約92m，沉積物厚度約44m，見圖1。

2.1.3 造腔段巖性

該井的鹽層段為995.8 ～1198m，厚度為202.2m，其中共存在13 層泥質夾層，累計厚度22.6m，泥質夾層所占比例11.2%，其中最大夾層厚度3.0m，最小夾層厚度0.8m，泥質含量變化為2.9%～99.8%，造腔段1028～1164m 井段。

溶腔后腔底不溶物主要成分為：表層泥巖和鹽結晶混合形成的一層絮狀物，下部泥巖、鹽結晶和未溶解的鹽巖。

2.2 技術難點

1）空腔段長度92m，成孔過程中鉆具重入難；2）飽和鹽水下鉆具腐蝕嚴重；3）成孔過程中井壁可能容易垮塌、蠕動等；4）后期排鹵過程中孔眼易垮塌埋管柱。

2.3 技術方案

2.3.1 鉆機選型

根據沉沒度計算和其它反循環施工井情況，本井推薦雙壁鉆桿下深250m 能滿足施工要求。

圖1 最后1 次聲吶測腔形體力

鉆具組合：215.9mm 專用鉆頭+158.75mm 鉆鋌×3 根+127mm 鉆桿+雙壁單流閥+127mm 混氣器+139.7mm ×127mm 雙壁鉆桿轉換短節+139.7mm 雙壁鉆桿×250m+139.7mm 方保接頭+六方雙壁鉆桿+雙壁氣盒子。

1）鉆柱懸重：139.7mm 雙壁鉆桿按550kg/根計算：（59kg/m×250m+29.03kg/m×890m+111.8kg/m×27.3m)×0.00981=428.1kN；2）下排鹵管柱時：177.8mm套管下深1000m，114.3 油管下深1163m。懸重：38.692kg/m×1000m×0.00981=379.6kN；18.75kg/m×1163m×0.00981=213.9kN；3）ZJ20鉆機大鉤載荷為：1350kN，鉆機安全系數：1350/428.1=3.15＞1.25。

2.3.2 設備配套及連接

在扣除管路沿程損失的情況下，通常按每0.1MPa 壓力氣舉7～9m 來計算混合器的下入深度。當混合器需下入250～400m 時，空壓機的壓力級別約為4 ～7MPa。雙壁鉆具下深在200 ～250m 時，選用WF5/40B 型空氣壓縮機較好，若用大氣量且環空液位較低的情況下S10/150 型壓縮機較好。在實施反循環成孔過程中配套設備為：空氣壓縮機2 臺（備用1 臺），儲氣罐、雙壁注氣接頭，雙壁方鉆桿，雙壁鉆桿，混氣器，35MPa 高壓軟管。現場設備按鉆具一次入井既能進行正循環又能進行反循環連接。

2.3.3 拆井口、起管柱

依次拆除采氣樹，解封井內封隔器，拆除注采套管頭，起出114.3mm 排鹵管和177.8mm 注采管。每起出3 柱114.3mm 造腔內管或177.8mm 造腔外管時向井內灌滿一次飽和鹽水。

2.3.4 安裝井口防噴器

井口安裝一個雙閘板：2FZ35-21，一個為全封閘板，另一個為變徑閘板（可封127mm 鉆桿和139.7mm 雙壁鉆桿環空）。

2.3.5 試運轉

成孔施工過程中使用原井飽和鹵水作為鉆井液。

1）正循環試運轉：組合好鉆具下鉆至沉積物頂部5～8m，地面管匯按正循環連接，開泵試運轉，頂替井筒內柴油。

2）反循環試運轉：地面管匯按反循環連接，開動空氣壓縮機往井內注入壓縮空氣，產生氣舉反循環流動，根據井深調整供氣量，使之達到最大排液量，充分發揮反循環的效率。

2.3.6 鉆引導孔眼

循環系統按正循環連接，鉆頭不安裝噴嘴，開泵，開轉盤，輕壓慢鉆，每鉆進1～2m 起鉆，通井重入原井眼，反復沖洗，使孔眼形成V 型。鉆進參數：鉆壓5～10kN，轉速40～50r/min，排量20～28L/s，泵壓≤6MPa。

2.3.7 成孔

1）循環系統按正循環連接，每鉆進2～3m 后起鉆至上方空腔內，反復起下2～3 次；

2）若每次起下都能重入至原井眼井底深度，則說明原井眼無巖屑堆積，可重復步驟1）完成成孔作業；

3）若重入時不能重入至原井眼井底深度，則說明井底有巖屑堆積，僅采用正循環工藝無法完成在井底堆積物上成孔作業，需轉換為反循環攜砂作業。觀察振動篩處返漿情況，返漿逐漸從渾濁變清澈后再次短起下若能重入到原井眼井底，表明此時井底攜砂干凈，轉換成正循環，重復以上步驟，直至形成穩定孔眼。

3 結論

1）鹽穴儲氣庫因其鹽層泥質夾層較多、不溶雜質含量較高，溶腔時大量不溶物沉淀后堆積在腔底，大量鹵水聚集在不溶物孔隙中無法排出，庫容損失較多；2）氣舉反循環技術在地熱井中應用較多，但國內外尚未見應用于鹽穴儲氣庫中的報道；3）本方案為增加鹽穴儲氣庫庫容提供了一種新的思路方法，但尚未進行現場試驗論證，可能存在許多考慮不足之處；4）由于反循環時鉆桿外部的鹵水是自上而下經鉆頭流入鉆桿內，可能造成孔眼井壁垮塌，無法形成穩定的孔眼；5）即使無法形成較深的穩定孔眼，但該方案也能增加排鹵管下入深度，排出部分沉積物頂部殘留的鹵水，增加部分庫容。