徐深气田气体钻井问题分析及技术对策

田 玉 栋

(大庆钻探工程公司 钻井工程技术研究院,黑龙江 大庆 163413)



徐深气田气体钻井问题分析及技术对策

田 玉 栋

(大庆钻探工程公司 钻井工程技术研究院,黑龙江 大庆 163413)

针对大庆油田徐深气田应用气体钻井过程中存在的地层出水、卡钻、钻具失效、井径扩大等问题,选取了徐深气田具有代表性的18口气体钻井进行了详细统计与分析,给出解决问题相应的技术对策和措施及下步攻关方向,并在现场应用4口井,应用过程中取得较好的效果,预测出水层符合率达85%,有效避免井下复杂情况的发生,减少非生产时间,提高了气体钻井效率,对大庆油田气体钻井技术发展具有借鉴和指导意义，有利于气体钻井的推广应用。

气体钻井;地层出水;技术对策

大庆油田经过多年的科研攻关和现场实践,基本形成了一套气体钻井配套技术,但在现场施工过程中还存在着地层出水后井壁失稳、卡钻、钻具失效、产层出气等一系列技术难题[1-2]。目前,尚未有人对徐深气田气体钻井存在问题进行全面深入分析。为今后更好地推广应用气体钻井技术,对现存的问题进行分类统计与分析是极其必要的。

1　气体钻井存在的问题

1.1地层出水

当气体钻井钻遇水层,地层出水导致携岩效果不好,造成注压高或钻速慢,如地层出水量过大将被迫终止气体钻井施工,转化为常规钻井[2]。经统计有5口井出现这类问题,现场采取转化为雾化/泡沫钻井,一定程度上解决了这类问题,但当地层出水量增加时,这些技术手段已不能够解决这些问题,被迫终止气体钻井,未完成气体钻井的设计井深,影响了气体钻井的应用。

1.2长井段划眼

气体钻井在起钻更换钻头时,由于长时间中断循环,不能将地层岩屑有效携带出井筒,泥页岩遇水膨胀,导致井眼缩径,甚至井壁失稳垮塌,形成砂桥,造成下钻遇阻,无法下钻到井底,只能长井段划眼下钻到井底。经统计有6口井8个井段发生此类问题,划眼井段最短为95 m,最长为739 m,平均为267.5 m。其中XS141井、XS232井和XS27井一直使用牙轮钻头和满眼钻具组合;GL1井是使用牙轮钻头和塔式钻具组合;XS31井和GS2井是已钻成的井眼使用空气锤头+光钻铤钻具组合,后改下牙轮钻头+满眼钻具组合,造成下钻遇阻,长井段划眼到底。

1.3卡钻

气体钻井地层出水后转化为雾化/泡沫钻井,但其携岩携水的能力有限,岩屑不能完全带出,特别是接单根或起钻时停止循环,岩屑下沉堆积,易造成沉砂卡钻或井壁坍塌或造成严重卡钻[1-3]。经统计有7口井发生过9次卡钻,有6口井8次卡钻发生在地层出水后起下钻、测斜等停气状态下,其中XS29井、XS141井及GL1井在处理过程中被迫转成常规钻井,气体钻井提前终止,影响了气体钻井的现场应用。

1.4钻具失效

由于气体不能对钻具进行有效的润滑作用,特别是地层出水,水与岩屑混成泥饼或泥环,钻具在转动时摩阻增大,造成扭矩波动大,钻具强度薄弱处或疲劳应力集中处在交变应力作用下易发生钻具失效[2]。在徐深气田有4口井发生过井下钻具失效,其中两次减震器芯轴断(图1),一次加重钻杆扣断,一次钻铤倒扣及箭型回压阀断裂(图2),处理时间长达73 d。

图1　YS2井减震器芯轴断裂

图2　XS27井箭型回压阀断裂

从4口井断钻具的现象来看,一是钻具失效时,扭矩波动较大,二是或多或少伴有出水现象。分析其原因,由于地层出水,气体循环不能完全干燥,水与岩屑混成泥饼或泥环,钻具在转动时摩阻增大,造成扭矩波动大,钻具强度薄弱处或疲劳应力集中处在交变应力作用下致使其失效。

1.5井径扩大

由于气体钻井失去液柱压力对地层的力学平衡作用,而且不能形成泥饼有效保护井壁,钻柱旋转碰撞井壁,再加之大排量气流冲刷,井壁易造成井径扩大[1-5]。特别是地层出水或转化雾化/泡沫钻井时,泥页岩吸水或水化容易剥落坍塌,易造成井眼扩大。经统计，XS31井平均井径扩大率达68.22%,GL1井是单井平均井径扩大率为12.89%(空井眼测井数据),14口井平均值也达到了32.98%。从表1可以看出,气体钻井各层位与常规钻井相比平均井径均高出较多。

表1　气体钻井各层段平均井径扩大率　%

1.6井斜

针对应用光钻铤钻具易斜、螺扶满眼钻具返屑差等问题,XS28井采用满眼钻具组合配合合理钻进参数或使用空气锤钻进等技术措施,并优化了方接头满眼及塔式2种钻具组合,同时优选了A617HDC气体钻井专用钻头,优化了钻井参数,制定了井斜监控措施,基本形成了控斜打快技术,一定程度上解决了井斜严重超标的问题,初步实现了气体钻井控斜打快目的。

气体钻井井斜的原因之一是井径扩大,导致满眼钻具不能较好起到满眼防斜的作用,使钻头在钻进时易发生“漂移”,容易出现井斜,见表2所示。

表2　气体钻井井斜增长率与井径扩大率之间关系

1.7钻遇产层出气

徐深气田气体钻井共有3口井打开储层,YS2井、GS2井点火成功,其中YS2井在产层钻进20.75 m,排砂口点火长达60 h。气体钻井实现储层继续钻进,需要解决起下钻压力控制问题。必须制定有效的钻进、起下钻压力控制技术及井口密封措施,实现储层气体钻井安全作业。

2　技术对策

针对徐深气田气体钻井存在上述问题,采用以下技术对策:

(1)气体钻井地层出水预测技术。徐深气田深层岩性以泥页岩为主,钻遇水层易发生剥落、垮塌,地层出水是造成气体钻井井下复杂与事故的主要根源,是目前最难以解决和棘手的问题,影响了气体钻井效率的提高,制约了气体钻井在大庆油田的推广应用[2- 6]。开展基于渗透率、孔隙度、泥质含量、含水饱和度等多参数地层出水预测技术研究,建立气体钻井出水层位判识标准和出水量计算模型,编制出地层出水预测软件,对出水层进行预测,确定气体钻井井段,为气体钻井优化井身结构和选区、选井、选层提供理论依据。

(2)合理匹配钻具组合和优化钻井参数。大庆钻井工程技术研究院优化了方接头满眼及塔式2种钻具组合,优选了A617HDC气体钻井专用钻头,优化钻井参数等技术措施,并通过现场试验不断优化完善。

(3)制定合理的气体钻井起下钻压力控制措施及装备。前大庆钻井工程技术研究院采取技术攻关,通过使用井下套管阀,研制了井口起下钻铤钻具稳定器控制装置及井口负压引导装置。

3　现场应用效果

上述技术措施在XS441井、XS904井和XS35井进行现场应用,预测出水层46层,实际观测到39层,符合率85%,准确提示气体钻进井段较小出水层位,确定合理的套管下深,有效封隔上部较大水层,保证气体钻井井段最大化,确保气体钻井安全经济作业。应用3口总进尺2 177.10 m,平均钻速8.17 m/h,平均机械钻速提高27.26%,同比常规邻井钻速提高4.84倍,缩短钻井周期21.05 d,取得较好的应用效果。

4　结束语

地层出水是造成徐深气田气体钻井井下复杂与事故的根源,是大庆油田气体钻井最难解决和棘手的问题,影响了气体钻井效率,制约了气体钻井的推广应用。建议开展气体钻井地层出水问题的机制及防治技术研究;研制气体钻井条件下的随钻测斜仪器;研制气体钻井连续循环装置,在起下钻工况下保持循环,有效将岩屑、地层水循环携带出井筒,避免井下复杂情况的发生,减少非生产时间,实现提速、提效,是气体钻井技术发展的趋势。

[1]练章华,林铁军,孟英峰.气体钻井基础理论及其应用[M].北京:石油工业出版社,2012:24-27.

[2]吴志均,唐红君.浅谈气体钻井需要关注的问题[J].钻采工艺,2008,31(3):28-31.

[3]杨智光,赵德云,刘永贵,等.大庆外围深层实施气体钻井的可行性分析[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2005,32(9):55-58.

[4]田玉栋.气体钻井节能减排装置的研制及应用[J].石油石化节能,2016,6(2):21-23.

[5]胡靖,郑双进,曾勇.气体钻井注气参数优化设计及软件开发[J].长江大学学报(自然科学版),2011,8(9):51-53.

[6]肖洲,吴俊,颜小兵,等.气体钻井技术的发展趋势与新技术探讨[J].钻采工艺,2014,37(5):5-7.

[责任编辑]董燕

2016-03-20

国家科技重大专项 (2011ZX05021-002)

田玉栋(1983—),男,山东济宁人,大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院工程师,主要从事气体/欠平衡钻井技术研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.004

TE249

A

1673-5935(2016)02- 0012- 03