注气控压钻井技术在塔里木油田的应用

　 [收稿日期 ] 2008205212 　 [作者简介 ] 张利生 (19752) , 男 , 1996 年大学毕业 , 工程师 , 现主要从事钻井技术方面的研究工作。 注气控压钻井技术在塔里木油田的应用 　　张利生 , 宋周成 , 白登相　 (塔里木油田公司 , 新疆 库尔勒 8410000) 　　孟英峰　 (西南石油大学 , 四川 成都 610500) [摘要 ] 控压钻井技术是欠平衡钻井技术的发展应用 , 主要是针对窄安全压力窗口、高压高产井等钻井 , 注气控压钻井则是控压钻井的一种形式。塔里木油田在塔中 I号坡折构造带碳酸盐岩油气藏使用了注氮气 控压钻井 , 取得了较好的使用效果 , 对于此类压力敏感、高风险油气田的勘探开发具有较好的推广价值。 [关键词 ] 控压 ; 循环动压 ; 近平衡 ; 注气 [中图分类号 ] TE249 [文献标识码 ] A 　　 [文章编号 ] 167321409 (2008) 032N168203 　　 控压钻井是在欠平衡钻井基础上发展起来的特殊技术 , 它利用了欠平衡钻井的思想、方法和装备 , 专用于提高窄安全压力窗口、高压高产气井、高风险气井等复杂条件下的钻井安全性和钻井效益 , 是欠 平衡钻井技术的非欠平衡应用。常规控压技术通过改变泥浆密度、泥浆流变性、返速、节流阀回压 , 实 现调节井底压力 , 以适应复杂漏喷窄窗口的安全钻井。注气控压技术是在常规控压技术之上发展起来 的。它采用注气的方法减少循环压耗 , 从而能更好地适用于漏喷窄窗口、甚至零窗口的安全钻井。 在塔里木盆地塔中 I 号断裂坡折构造带 62 圈闭上 , 油藏为碳酸盐岩裂缝性油气藏[ 1 ] , 储层地层压 力敏感 , 安全密度窗口窄 , 易发生喷、漏事故 , 并且井内含有 H2 S 会对钻井施工造成很大风险 , 因此 , 针对这种情况 , 为了能够在保护储层的前提下 , 同时又能够安全的实施钻井作业 , 油田引入了注气控压 钻井技术 , 取得了较好的使用效果。 　　　图 1 　控压钻井确定地层压力的示意图 1 　注气控压钻井原理 与常规控压钻井相比 , 注气控压钻井则是在钻达 储层后 , 利用调节注气量改变井底压力 , 使井底处于 不同的欠压差 , 根据产气量和井底压力的关系 , 采用 作图的方法来实测储层压力 (见图 1) 。得到储层压力 后 , 调节钻井液密度 , 设计合理注气量。循环时注 气 , 利用注气减轻液柱压力抵消循环动压 ( ECD) , 从而实现动 ECD 近似到等于静 ESD , 使井底压力变 化窗口缩窄为一条线 , 以适应漏喷一条线的特窄窗口。 钻井液循环时 , 使钻井液密度减小 , 从而液柱压力减少以抵消循环动压 ( ECD) 的增加。停止循环 则环空的动压和静压基本相同 , 使井底压力始终维持在稳定的所需值 , 以便灵活地大幅度地调整泥浆液 柱压力。注气2循环时注气 , 减少液柱压力以抵消循环压耗。停止注气则压力恢复。注气多少决定着液 柱压力减少的程度。 在实施注气控压钻井作业时 , 对含有 H2 S 气体的压力敏感地区的井 , 根据井内 H2 S 气体浓度高低 来决定注气控压钻井的作业模式。如果 H2 S 气体浓度低或没有 , 则可以采用良好保护储层的“微欠近 平衡模式”: 即在钻进中控制为微欠平衡 , 起下钻过程中控制为平衡 , 以满足安全条件下实现良好保护 储层 ; 如果有严重的 H2 S 气体的风险 , 为防止高浓度 H2 S 对人员安全和钻具腐蚀的影响 , 则应采用确 保安全的“微过近平衡模式”: 即在钻进中控制为微过平衡 , 起下钻过程中也控制为微过平衡 , 以使高 含 H2 S 的天然气不进入井筒 , 确保安全。 ·861· 长江大学学报 (自然科学版) 　2008 年 9 月 第 5 卷 第 3 期 : 理工 Journal of Yangtze University ( Nat Sci Edit) 　Sep12008 , Vol15 No13 : Sci & Eng 2 　现场应用 自 2006 至 2008 年 , 塔里木油田在塔中 I 号断裂坡折构造带 62 圈闭上的 2 口井实施了注气控压钻 井技术 , 分别是塔中 62227 井和塔中 62213 H 井。根据邻井 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 , 在已经完钻的塔中 62 井区及邻井中有 些井中已发现 H2 S , 主要集中在奥陶系[2 ,3 ] 。 211 　注气控压钻井设备 根据注气控压钻井的需要 , 现场配备了以下一些设备 : ①欠平衡作业设备。欠平衡作业井口装置为 美国 williams 旋转控制头及配套设备 , 所用钻具为斜坡钻杆 , 地面节流管汇则采取了 2 套并联 , 其中 1 套为正常钻井用 , 另 1 套为注气控压钻井使用 , 并在井下 500m 处放入 1 只 7 套管阀。②注气设备。出 于安全角度的考虑 , 井内注入气体介质采用的是氮气 , 根据注气量的需要 , 准备了 2 套 35MPa～15m3 / min 制氮车和增压车组 , 其中一套作为备用 , 注气管线采用 227/ 8 油管 , 并在现场试压 28MPa 不漏为 合格 , 在注气管线上安装有流量计以便随时 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 氮气流量 , 氮气与钻井液通过混合器进行混合后注入井 内 (该混合器为自制 115mm 孔径 ×1800 混合器) 。另外 , 配备了硫化氢监测仪和正压式呼吸器等 , 并 且为了便于钻井液除气 , 使用了真空除气器。同时 , 在满足常规钻井的基础上增加了钻具内防喷阀、斜 坡钻杆等以便能够满足控压钻井要求。 212 　现场作业情况 塔中 62227 井自井深 4876m 钻至井深 5017120m 完钻 , 共进尺 141120m , 其中常规钻井 99120m , 注气控压钻井 42m ; 塔中 62213 H 井自 4719m 钻至 5370m 完钻 , 进尺 651m , 水平段 4818 至 5370m , 水平段长 552m , 其中注气控压钻进 6 段 , 累计 137138m。 正式进行注气控压钻井之前 , 先进行试运转作业 , 目的在确定控压钻井的钻井参数以及各控压钻井 设备的工作状态等 , 试运转过程在钻水泥塞时进行。若全部满足要求 , 则正式开始注气控压作业。钻水 泥塞完 , 不起钻直接进入控压钻进。钻入新地层时加强油气显示监测。控压钻井主要作业步骤如下 : 1) 正式钻进前按设计参数进行试钻井 , 观察扭矩、立压和钻屑的返出是否正常。如不正常 , 应及 时调节钻井参数。 2) 控压钻进中严格控制井口回压小于 3MPa , 当回压大于 3MPa 时应分级减少注气量 , 使回压降 到 3MPa 以内。如通过减少注气量的方法 , 也无法控制回压在 3MPa 之内 , 则转入气侵复杂处理应急预 案。 3) 控压钻进过程中应保持钻进和注气参数基本稳定。并做好时间、压力、排量等施工记录。 4) 控压钻进过程中应保持综合录井的监测、观察。 5) 钻入储层 , 实测地层压力 , 步骤如下 : ①返出气明确监测到甲烷浓度后 , 停止钻进 , 继续循环 , 直至甲烷浓度稳定。确定钻开储层厚度、计算产气量、计算井底动压。②调整注气量为 8m3 / min , 继续 循环 , 直至甲烷浓度变化稳定。计算产气量、计算井底动压。③调整注气量为 4m3 / min , 继续循环 , 直 至甲烷浓度变化稳定。计算产气量、计算井底动压。④将上述 3 点绘制于“产气量2井底动压”坐标内 , 3 点联线与井底动压坐标的交点即地层压力。 6) 根据地层压力以及监测到的 H2 S 浓度 , 调整控压钻井参数 , 以期最大限度的保护油气层 , 并能 实现安全钻井。 7) 控压钻井完毕后转入完井作业。 213 　使用效果分析 在控压钻井过程中 , 所选择的参数基本不变 , 由于钻进时分为常规钻井和注气控压钻井 , 因此 , 将 这两者的数据进行了统计 , 并作出了一些比较 , 具体数据如表 1 所示。 从表 1 中不难看出 , 不论是三牙轮钻头还是 PDC 钻头 , 注气控压钻进与常规钻进相比 , 钻时均有 有明显加快 , 即注气控压钻井可以有效提高钻速 ; 在向钻井液中注入氮气后 , 气泡颗粒很小 , 并且混合 比较均匀 , 携岩能力也并没有降低 , 因此 , 气液混合是成功的 ; 钻井作业过程中 , 塔中 62227 井曾经在 泥浆罐附近监测到 20pp m 的 H2 S , 而塔中 62213 H 井因没有钻遇裂缝 , 所以在钻进、测后效等作业过程 ·961·第 5 卷 第 3 期 : 理工 张利生等 : 注气控压钻井技术在塔里木油田的应用 　 中没有检测到 H2 S 气体 , 但塔中 62 井区奥陶系储层普遍含硫化氢气体 , 因此在该地区今后的钻井中仍 然要注意防硫。 表 1 　控压钻井与常规钻井对比情况表 井　　号 钻头类型 作业类型 平均钻时/ min ·m - 1 最大钻时/ min ·m - 1 最小钻时/ min ·m - 1 塔中 62227 井 三牙轮钻头 常规钻进 7116 118 27三牙轮钻头 充气 300m3/ h 4415 5016 3418三牙轮钻头 充气 600m3/ h 7317 8317 6415 PDC 钻头 常规钻进 35 46 1814 PDC 钻头 充气 600m3/ h 25 3916 1916 PDC 钻头 充气 900m3/ h 3412 4611 2614 塔中 62213 H 井 PDC 钻头 常规钻进 1818 4214 91 2 PDC 钻头 充气 600m3/ h 1411 3816 61 9 3 　结　　论 1) 由于控压钻井是基于欠平衡钻井技术基础之上的 , 是一种近平衡钻井技术 , 所以可以有效地提 高机械钻速。 2) 钻井过程中井内液柱压力和地层压力的差值很小 , 因此可以有效地保护储层。 3) 注气钻井作业过程中 , 可以通过气测值来计算出相应的地层压力 , 然后再反算出注气量的大小 , 在现场应用中很灵活 , 可以很方便的调节钻井液的密度。 4) 针对含有 H2 S 的井 , 则可以有效地控制井内液柱压力从而防止 H2 S 溢出至井场 , 降低了钻井 风险。 5) 针对这种高风险压力敏感性碳酸盐岩地层的勘探开发开辟了一条新的途径 , 具有很大的推广价 值。 [参考文献 ] [ 1 ] 杨海军 , 邬光辉1 塔里木盆地中央隆起带奥陶系碳酸盐岩台缘带油气富集特征 [J ] 1 石油学报 , 2007 , 28 (4) : 26～291 [ 2 ] 曾义金1 塔北地区碳酸盐岩储层欠平衡压力钻井技术 [J ] 1 石油钻探技术 , 2001 , 29 (2) : 7～91 [ 3 ] 俞新永 , 周建东1 塔里木轮南奥陶系碳酸盐岩高压油气藏水平井及大斜度井欠平衡钻井技术 [J ] 1 天然气工业 , 1999 , 319 (2) : 63～671 [编辑 ] 　易国华 ·071· 　 长江大学学报 (自然科学版) 2008 年 9 月