空气钻井技术在宁213井的应用

涂增文 徐新乐 吴乐平 安伟 李金涛

摘 要：长宁页岩气区块表层受长期风化剥蚀影响严重，孔隙、裂缝、溶洞发育，普遍存在井漏复杂甚至出口失返，处理复杂损失时间长，且易造成较严重的环境污染。为了提高钻井速度、缩短钻井周期、加快开发进程，在宁213井17-180m井段使用了空气钻井。本文分析了宁213井进行空气钻井的可行性。详细介绍了宁213井空气钻井的施工情况。并对空气钻井的效果进行了评价。宁213井空气钻井结果表明，采用空气钻井未能在宁213平台达到提高钻井速度、缩短钻井周期、加快开发进程的预期目的。

关键词：空气钻井;长宁区块;页岩气;宁213井

1 国内技术现状

我国空气钻井技术几乎与国外同时起步，但发展较慢，经历了早期探索阶段（20世纪50～70年代），起步阶段（上世纪80年代末～2004年），发展阶段（2005～今）。2005年以后四川盆地气体钻井的迅速发展，气体钻井显现了革命性技术进步的特点。通过国家“863”项目的研究，我国气体钻井技术与装备减缩小了与国外的差距，达到了世界较先进的水平。4项主体技术、9项配套系列技术在川渝、新疆、吉林等地区实现了规模化应用。

2 空气钻井施工

2.1 空气钻井井段

宁213井空气钻井使用井段17.0m-180.0m，钻遇地层为雷口坡组、嘉陵江组（该井地层缺失自流井组、须家河组）。进尺166.7m，占全井设计井深的5.84%（全井设计井深2790m）。

空气钻井参数为：钻压40～80kN，转速60～80r/min，排量160～240m3/min，立压1.9～2.3MPa。二开井段由于地层出水严重，无法实施空气钻井，转换为清水钻进。

2.2 空气钻井施工工序

①气体设备、管汇及相关配件到井后现场安装，所有气体钻井设备及管汇试压，试压标准按照设计进行，高压试压至12MPa，低压试压至2.5MPa试压合格;②组合钻具。空气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合基本相似。在近钻头上安装一个止回阀;③气举排液。空气钻井前，采用充气排液法把井筒内的钻井液举升至地面;④吹干井筒。气举排液结束后，开动压缩机吹干井筒;⑤试钻。正式钻进前，控制机械钻速进行试钻，探索优化适合当前地层的钻进参数。试钻进2-3m，必须确定返砂正常、干燥，再进行正常钻进。以立压2.0MPa，扭矩30kN·m作为基准判断井下钻进情况;⑥空气钻进。钻进时，要求送钻均匀，并注意立压及井下情况，发现立压、扭矩变化，整跳钻严重，上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具，循环观察，及时处理;⑦接单根及起钻。起钻或接单根前必须进行充分循环，循环时间长短取决于井下情况，具体应观察排砂管线出门;⑧每钻进50-100m进行测斜，及时调整钻井参数，保证井身质量符合设计要求。二开完钻必须测多点。

2.3 钻头使用情况

宁213井空气钻井井段其地层岩性主要为灰岩，岩石硬度大、研磨性强，地层可钻性差，跳钻严重。根据该井地层特点结合临井情况，宁213井选用了江汉26SKG515CGK

钻头。该井空气钻井共使用钻头1只，钻头的使用情况见下表1。

2.4 井斜控制

宁213井空气钻井的钻具组合采用大钻挺塔式防斜钻具组合：φ660.4mm牙轮钻头+浮阀+φ244.5mm无磁钻铤x1+φ228.6mm钻挺x1+φ203.2mm钻挺x1+减震器+φ165mm螺纹钻挺x4+φ127mm钻杆。空气钻井过程中，每钻进约100m进行测斜，根据所测井斜情况调整钻压。施工井段最大井斜角出现在井深149m，井斜角为0.34°，其余测点井斜角都在0.4°以下，且变化均匀，井身质量合格。

3 空气钻井技术的优点

空气钻井技术作为一项新技术，具有以下优点：①空气钻井可以大幅度提高钻井速度，缩短建井周期，降低钻井成本。空气钻井的冲击式破碎，更有利于提高硬地层钻速，因为强研磨性硬地层，冲击式破碎的效率比剪切式高，破岩工具磨损小。在美国、加拿大，更多地采用空气钻井的空气锤和锤击钻头，可以空气钻井井底清岩效率高，岩屑不会水化黏结而泥包钻头或在井底形成渗滤性泥饼而被黏附，因此不会因为岩屑重复破碎而严重影响钻速;②空气钻井利于高陡易斜构造防斜打快。更大幅度提高钻速;③空气钻井在克服严重井漏、恶性井漏方面有着不可替代的优势，这一点已为国外多年的空气钻井实践所证明;④在油气勘探开发中，用空气钻井技术打开产层，可以有效地保护产层，提高勘探中发现的成功率和评价的准确性，提高开发中的单井产能和最终采收率，这是近10年国外空气钻井发展的热点之一。

4 宁213井概况

宁213井位于长宁背斜构造，四川盆地的川南褶皱带与娄山断褶带的交界部位，因此形成了具多组构造形迹的复杂组合。工区北邻莲花寺老翁场构造，南接柏杨林--大寨背斜构造，西为贾村溪构造，东隔凤凰山向斜与高木顶构造相望。长宁背斜核部出露寒武系、志留系地层，两翼为二叠系--三叠系地层。目的层为龙马溪组，岩性为灰色、黑色页岩。

5 空气钻井技术现场应用情况

施工过程：

烘干导管、空气扫塞，气量120m3/min，气压1.9MPa。钻至井深20m时（钻头出导管，进入新地层3m处），气体漏失，无砂样返出，少部分气体返出，气压没有变化。扭矩无大的波动。捞砂口处有少量干灰返出，无明显大颗粒岩屑。平均钻时60min/m。

井深52.25m，扭矩波动增大，出灰量变小，压力无变化。提起钻具循环，气量增至160m3/min，观察无变化;钻进逐渐正常，出灰量变小。井深52-53m钻时较快，6-7min/m，扭矩波动较大，憋停顶驱，但气压力无变化，维持在1.9MPa。判断钻遇裂缝或溶洞，井壁不规则，地层漏失。

井深72m，准备接单根时上提钻具58m时遇阻，开气200m3/min无气体返出，气压平稳1.95MPa。长时间循环解卡，至4：00接单根正常钻进。

空气钻进井深至84m时，捞砂口返出气体潮湿，且有不明显液滴，但气压平稳，扭矩波动不大，井下多处溶洞或裂缝漏失，伴有地表水深入。钻至井深99-102出现快钻时，10-15min/m，捞砂口无水滴出现，上提钻具遇阻。反复活动钻具14日15时起钻，检查钻具和钻头出现泥包，地层出水。

井深104m，经钻井公司研究决定，注入水泥，封堵出水层。空气扫塞井段61-91m，92-104m井段水泥封堵失败，且空气扫塞过程中一直伴有水滴返出。

井深128m时，再次注入水泥封堵漏层与水层。水泥塞段77-128m，扫塞过程无岩屑返出，且返出气体潮湿。井深至136m时，钻具上提遇阻，倒划上提钻具，扭矩波动较大。经钻井公司研究决定，起钻下自制打捞沉砂工具打捞沉砂。

136m-180m井段空气钻进，气量120m3/min，气压1.9MPa，少量气体返出，但无岩屑返出，且潮湿有水滴。每钻进10-15m下打捞工具，捞沉砂。

6 结论

①实钻证明宁213井表层钻进不适合使用空气钻进。本井空气钻进过程中钻遇溶洞、裂缝繁育地层，大部分气量漏失，上返气量较小，且无砂样返出，对井下可能出现的复杂情况无法识别和判断;②宁213井井下多处漏失，伴有地层出水。钻进过程中多次发生钻头严重泥包，扭矩大上提下放钻具困难的情况，钻进难度大。井底岩屑无法返出，只能使用钻井队自制打捞沉砂工具打捞井底沉砂。这体现出空气钻井自身的固有缺點，处理地层出水的能力差，是造成此次空气钻井施工未能达到钻井提速目的的主要原因;③宁213井的空气钻井施工，为该地区高环保要求、井身质量和机械钻速之间的矛盾，提供了一种解决方案。一方面保证有效的进尺，控制了井斜，另一方面防止污染地下水源。因此，建议在具备条件的情况下，推广应用这一技术。