周尊鵬

（勝利鉆井工程技術(shù)公司定向井公司,山東 東營(yíng) 257000）

1 氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用的前期準(zhǔn)備工作

面對(duì)低壓、低滲、低豐度、低產(chǎn)的“四低”油氣田開(kāi)發(fā)，在工程技術(shù)應(yīng)用上需要采用“非常規(guī)”方式，一是采用欠平衡方式打開(kāi)氣層，最大限度的保護(hù)儲(chǔ)層；二是采用氣體鉆井方式提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。勝利油田鉆井工程技術(shù)公司開(kāi)展了以天然氣為循環(huán)介質(zhì)打開(kāi)儲(chǔ)層的鉆井技術(shù)研究與實(shí)踐，取得了初步成果，進(jìn)而又開(kāi)展了提高機(jī)械鉆速的氣體鉆井實(shí)踐，通過(guò)研究與試驗(yàn)，驗(yàn)證了氣體鉆井是常規(guī)鉆井機(jī)械鉆速提高3-9倍，并初步形成了地層出水、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、井眼凈化技術(shù)以及天然氣鉆井HSE文件。

實(shí)施氣體鉆井技術(shù)要首先需要開(kāi)展氣體鉆井地區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)層敏感性傷害評(píng)價(jià)，主要對(duì)其酸敏、速敏、鹽敏、水敏以及水鎖進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果的特點(diǎn)是：

（1）具有強(qiáng)水鎖、中偏弱速敏、弱水敏、無(wú)酸敏特征。

（2）巖心實(shí)驗(yàn)證明：儲(chǔ)層遇水后，使得氣相滲透率急劇下降，當(dāng)含水飽和度超過(guò)60%時(shí)，天然氣的滲透率降到原來(lái)的1/6～1/8,甚至為0，且很難恢復(fù)。

2 氣體欠平衡鉆井技術(shù)應(yīng)用研究

2.1 井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究

國(guó)外氣體鉆井實(shí)踐表明，當(dāng)?shù)貙映鏊看?、地層不穩(wěn)定都會(huì)造成施工無(wú)法完成，究竟是那些地層出水、出水量多大，那些地層不穩(wěn)定，井下是否安全這些都是實(shí)施天然氣鉆井需要考慮的問(wèn)題。當(dāng)?shù)貙映鏊啃?、井壁穩(wěn)定或有輕微坍塌可以用加大注氣量、霧化／泡沫鉆井解決。如果某段地層出水量大或井壁坍塌嚴(yán)重，解決的辦法就是改變井身結(jié)構(gòu)，共該井段用水泥封固。因此，需要對(duì)地層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)。

2.1.1 地層出水量和氣體攜水能力研究

（1）地層出水量的計(jì)算：根據(jù)不同井深的孔隙度、滲透率、地層壓力、密度以及地層流體的性質(zhì)，計(jì)算出水量大小。經(jīng)預(yù)測(cè)計(jì)算延長(zhǎng)組的出水量達(dá)到33.8m3/h，如此大的出水量應(yīng)用氣體鉆井在經(jīng)濟(jì)上是不合算，而且地層水對(duì)泥巖的水化作用使得井下復(fù)雜。

（2）氣體攜水能力研究：純氣體有效攜水的流態(tài)是環(huán)霧流，其沉降速度為8m/s。當(dāng)注氣量很大時(shí)，氣體上移，水被氣體繼續(xù)分割，即可帶出，當(dāng)注氣量小時(shí)，液體會(huì)發(fā)生聚并，聚并大于分散，形成積液（塊狀攪動(dòng)流），這為攜水極限。

（3）泡沫攜水能力：當(dāng)氣體不能有效攜帶地層水時(shí)，就應(yīng)轉(zhuǎn)換為霧化或泡沫鉆井。根據(jù)實(shí)驗(yàn)初步估算，良好泡沫流體攜水量可達(dá)基液流入量的5～6倍(15-18 L/s),要求泡沫質(zhì)量穩(wěn)定、良好。

2.2 井眼穩(wěn)定性研究

從鉆井液鉆井壁失穩(wěn)原因可知，泥巖被水化降低巖石本身強(qiáng)度是井壁失穩(wěn)的關(guān)鍵。增強(qiáng)泥頁(yè)巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵點(diǎn)是如何減少泥頁(yè)巖與水的接觸機(jī)會(huì)，或減弱水對(duì)頁(yè)巖的水化作用。采用氣體做為循環(huán)介質(zhì)，徹底解決了外來(lái)水對(duì)頁(yè)巖的“入侵”，由于沒(méi)有液相，頁(yè)巖中無(wú)任何液相侵入，無(wú)任何內(nèi)部破壞應(yīng)力增加，泥頁(yè)巖強(qiáng)度無(wú)任何降低，此時(shí)泥頁(yè)巖內(nèi)的微裂隙也處于擠壓，閉合狀態(tài)，此時(shí)的井壁穩(wěn)定變成是純力學(xué)問(wèn)題。

根據(jù)井壁穩(wěn)定理論及井壁失穩(wěn)原因分析，建立了氣體鉆井條件下，井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析模型，并利用測(cè)井資料對(duì)油氣田的地層穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。當(dāng)井壁上巖石受地應(yīng)力作用產(chǎn)生的臨界崩落壓力大于或接近巖石本身的內(nèi)聚力時(shí)，井壁有坍塌的趨勢(shì)。

2.3 井身結(jié)構(gòu)的確定

根據(jù)地層出水、井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，以及井控安全等研究結(jié)果，確定合理的井身結(jié)構(gòu)。從地層出水、井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果得到如下結(jié)論及井身結(jié)構(gòu)：

（1）干氣鉆井條件下，二開(kāi)井段最薄弱地段（井深約3220m）的安全余量為5%；地層垮塌的可能性比較大，不適宜氣體欠平衡鉆井；其它井段墓本安全。

（2）地層出水量大時(shí)，不適宜氣體鉆井；延長(zhǎng)組出水量不容忽視，要采用泡沫鉆井技術(shù)解決。

（3）如果考慮到泥頁(yè)巖水化對(duì)巖體的影響，泥巖地層可能會(huì)有輕微失穩(wěn)，要采取泡沫鉆井技術(shù)解決。

2.4 井眼凈化的試驗(yàn)分析

（1）鉆桿內(nèi)壓力隨井深增加、氣體受壓壓力隨之增加；環(huán)空內(nèi)氣體在上返過(guò)程中不斷膨脹，壓力隨之減小。

（2）氣體在井底上返速度最低，巖屑運(yùn)移速度也最低，氣體在上返過(guò)程中不斷膨脹，返速也不斷增大，巖屑運(yùn)移速度也不斷增大，到達(dá)井口二者均增至最大。

（3）井底處巖屑濃度較高，是井眼凈化的重點(diǎn)區(qū)域，故必須有足夠大的傳輸比，較小的巖屑濃度，一般認(rèn)為井眼良好凈化的標(biāo)準(zhǔn)是：巖屑傳輸比大于70-80%，環(huán)空巖屑濃度小于3‰。

（4）如果巖屑在地層水的作用下粘結(jié)，則巖屑團(tuán)粒尺寸加大，巖屑滑沉速度增大，傳輸比降低，攜巖能力就會(huì)變差。

3 氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用效果

2011年～2013年，先后在勝利油田16口井上進(jìn)行了氣體鉆井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

3.1 在保護(hù)儲(chǔ)層中的應(yīng)用

新疆油田是以保護(hù)儲(chǔ)層為目的，因此，主要鉆進(jìn)儲(chǔ)層段，鉆進(jìn)過(guò)程中儲(chǔ)層有少量天然氣（850～1000m3/d)進(jìn)入井筒，如此小的產(chǎn)氣量用鉆井液鉆井根本無(wú)顯示。由此可見(jiàn)，在天然氣鉆井條件下，能夠真實(shí)的反應(yīng)儲(chǔ)層物性及產(chǎn)能，為正確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層，提高勘探精度及勘探開(kāi)發(fā)方案部署提供決策依據(jù)。

3.2 提高鉆井速度

新疆油田勘探開(kāi)發(fā)中，由于儲(chǔ)層具有“低壓、低滲、低產(chǎn)”特點(diǎn)，用常規(guī)鉆井液相對(duì)鉆井成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。主要原因是下部井段（約2170(3450m）機(jī)械鉆速比較慢，純鉆時(shí)間占全井的70%左右。

3.3 技術(shù)成果

通過(guò)3年來(lái)對(duì)氣體鉆井技術(shù)的系統(tǒng)研究及16口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了以下技術(shù)成果：

（1）形成了一套適用勝利油田特征的儲(chǔ)層保護(hù)、提高鉆井速度、提高勘探開(kāi)發(fā)效率的配套的工藝方法，初步形成了氣體鉆井配套技術(shù)，成為開(kāi)發(fā)低壓、低滲、低豐度、低產(chǎn)的“四低”油氣田的重要技術(shù)之一。

（2）通過(guò)對(duì)氣體鉆井鉆頭冷卻機(jī)理、鉆頭破巖機(jī)理、鉆頭壽命分析研究，形成了鉆頭選型的理論基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選出了氣體鉆井鉆頭。

（3）建立了地層出水、井眼穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)、天然氣鉆井注入?yún)?shù)數(shù)學(xué)模型，并形成了計(jì)算軟件。

（4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不僅最大限度的保護(hù)了儲(chǔ)層，而且大幅度提高了機(jī)械鉆速，創(chuàng)造了全國(guó)氣體鉆井連續(xù)進(jìn)尺1091.91m最高記錄。

（5）形成了防塌霧化液／泡沫液及優(yōu)質(zhì)壓井液體系，對(duì)井壁穩(wěn)定起到了良好作用。

（6）形成了適合天然氣欠平衡鉆井、空氣鉆井的HSE文件及鉆井操作規(guī)程。

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）首次以天然氣為循環(huán)介質(zhì)鉆開(kāi)儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)了正確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層物性及真實(shí)產(chǎn)能，達(dá)到了保護(hù)儲(chǔ)層的目的。

（2）首次全井段應(yīng)用天然氣鉆井技術(shù)提高鉆井速度，創(chuàng)造了氣體鉆井連續(xù)進(jìn)尺1091.91m的全國(guó)記錄，機(jī)械鉆速提高3～9倍。

（3）首次系統(tǒng)地對(duì)地層出水預(yù)測(cè)、氣體鉆井井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、注氣參數(shù)計(jì)算進(jìn)行了研究，并建立了數(shù)學(xué)模型。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）應(yīng)用天然氣鉆井技術(shù)能夠最大限度地保護(hù)儲(chǔ)層，真實(shí)的反應(yīng)儲(chǔ)層物性，正確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的真實(shí)產(chǎn)能，探明儲(chǔ)量，為部署勘探開(kāi)發(fā)方案提供決策依據(jù)。

（2）應(yīng)用氣體欠平衡鉆井技術(shù)可有效降低油氣田勘探開(kāi)發(fā)綜合成本。

（3）應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)取得的成功，為高效開(kāi)發(fā)油氣田提供了技術(shù)支撐，也為國(guó)內(nèi)“低壓、低滲、低產(chǎn)”油氣田的勘探開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新的途徑。

（4）實(shí)踐證明，采用氣體鉆井技術(shù)既可以達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層，又可以提高鉆井速度降低綜合開(kāi)發(fā)成本，其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益都是巨大的，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

[1]王京龍.氣體鉆井安全監(jiān)控系統(tǒng)在勝利油田的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技,2011(06).

[2]劉合,楊智光,張書瑞,孔凡軍,姜玉芳,劉志煥.大慶油田氣體鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā),2009(05).