柴油-氮?dú)忪F化鉆井技術(shù)在Y195-X67井應(yīng)用

謝從輝，劉林紅，宋瑞宏

(1.大慶鉆探工程公司 a.鉆井工程技術(shù)研究院；b.工程技術(shù)處，黑龍江 大慶 163413；2.大慶油田 礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部，黑龍江 大慶 163413)①

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柴油-氮?dú)忪F化鉆井技術(shù)在Y195-X67井應(yīng)用

謝從輝1a，劉林紅2，宋瑞宏1b

(1.大慶鉆探工程公司 a.鉆井工程技術(shù)研究院；b.工程技術(shù)處，黑龍江 大慶 163413；2.大慶油田 礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部，黑龍江 大慶 163413)①

摘要：常規(guī)氮?dú)忏@井技術(shù)主要用于氣井儲(chǔ)層鉆進(jìn)，以防止由于空氣鉆井帶來(lái)的高風(fēng)險(xiǎn)，但不適用于淺層氣藏。為了提高葡萄花油層勘探開(kāi)發(fā)效果，保護(hù)儲(chǔ)層，防止由于泥漿鉆井帶來(lái)的儲(chǔ)層污染，大慶油田開(kāi)展了柴油-氮?dú)忪F化工藝技術(shù)研究。該技術(shù)利用霧化鉆井液攜巖效率高，柴油可有效稀釋原油等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)自主研制小型旋轉(zhuǎn)防噴器、專用安全丟手工具等，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層的安全、高效施工，減少了后期開(kāi)發(fā)成本。相比鄰井提高了產(chǎn)量，達(dá)到了很好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)防噴器；霧化鉆井；丟手工具；氣井

與其他欠平衡手段一樣，氣體鉆井技術(shù)是通過(guò)建立“井底負(fù)壓”的方式，實(shí)現(xiàn)保護(hù)油氣藏，提高機(jī)械鉆速。特別是對(duì)于強(qiáng)水敏性地層、堅(jiān)硬難鉆以及嚴(yán)重漏失等地層，可以充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為了防止井下燃爆等事故，在氣層鉆進(jìn)時(shí)通常應(yīng)用氮?dú)庾鳛檠h(huán)介質(zhì)，達(dá)到安全鉆進(jìn)的目的。大慶油田自2005年開(kāi)始進(jìn)行氣體鉆井技術(shù)及裝備的研究及應(yīng)用，截止目前，共完成了32口深層鉆井施工，相比常規(guī)鉆井方式，平均機(jī)械鉆速提高約3.2倍，取得了很好的應(yīng)用效果。

但是，氣體鉆井主要針對(duì)深層氣體儲(chǔ)藏，而對(duì)于地層較淺的油層，一般采用泡沫、霧化的鉆井方式。葡萄花油層是大慶油田的主力油藏，該區(qū)塊存在低壓、低滲等地質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)難度大。隨著欠平衡鉆井技術(shù)的不斷成熟與應(yīng)用，為了滿足該區(qū)塊的開(kāi)發(fā)要求，防止鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的傷害，在常規(guī)霧化鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了加入柴油的方式，充分利用柴油對(duì)原油的稀釋及清洗作用，開(kāi)展了柴油-氮?dú)忪F化技術(shù)的相關(guān)研究，并在Y195-X67井完成了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1鉆井設(shè)計(jì)

Y195-X67井位于大慶油田頭臺(tái)區(qū)塊，開(kāi)發(fā)目的層是葡萄花油層，埋深1 300～1 500 m，主要巖性為泥巖及砂質(zhì)泥巖，平均孔隙度為0.14%，裂縫發(fā)育差，儲(chǔ)層豐度低，具有低孔、低滲特性，應(yīng)用傳統(tǒng)的鉆井液鉆進(jìn)方式易造成儲(chǔ)層的傷害。因此，開(kāi)展了柴油-氮?dú)忪F化鉆井技術(shù)試驗(yàn)。

1.1井身結(jié)構(gòu)

該井是一口定向井，首先下一層導(dǎo)管，替換原先的表層，一開(kāi)鉆進(jìn)至葡萄花油層頂部，采用套管完井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為?273.1 mm導(dǎo)管×20 m+?139.7 mm套管×1 453.5 m(?215.9 mm鉆頭)。二開(kāi)采用柴油-氮?dú)忪F化鉆進(jìn)，井眼尺寸為?118 mm，鉆進(jìn)至1 504 m，選用?88.9 mm管柱完井。Y195-X67井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1。

圖1　Y195-X67井井身結(jié)構(gòu)

1.2鉆具組合

?118 mm鉆頭+?105 mm強(qiáng)制箭型止回閥×2+?89 mm MWD+?89 mm鉆鋌×5+?73 mm 18°斜坡鉆桿。

1.3鉆進(jìn)參數(shù)(如表1)

表1　鉆進(jìn)參數(shù)

1.4主要設(shè)備及工藝流程

由于該井采用ZJ-30D型鉆機(jī)施工，底座低，且井場(chǎng)面積小，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)條件，提高施工效率，進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備的研究，引進(jìn)了空壓-制氮一體化設(shè)備，開(kāi)展了小型旋轉(zhuǎn)防噴器的研制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的小型化、集成化。設(shè)備及參數(shù)如表2。

表2　主要設(shè)備統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

在施工過(guò)程中，柴油泵入與氮?dú)庾⑷氩捎貌⒙?lián)的方式，待監(jiān)測(cè)到井下排液后，立即啟動(dòng)霧化泵轉(zhuǎn)化為柴油-氮?dú)忪F化鉆進(jìn)。如圖2所示。

圖2　柴油-氮?dú)忪F化鉆井工藝流程

2施工情況

該井自2013-04-15進(jìn)行設(shè)備安裝，完成井口設(shè)備及注入裝置試壓后，17日12∶00開(kāi)始?xì)馀e，注氣壓力最大達(dá)到11.88 MPa(如圖3)，18∶30全井干燥完畢，倒換鉆具。18日07∶00開(kāi)始首先應(yīng)用純氮?dú)忏@進(jìn)，注氣排量50～60 m3/min，返砂正常，鉆至井深1 463 m時(shí)，井口壓力升高，返砂減少，巖屑附有黑色原油，立即停止鉆進(jìn)，增大注氣排量至80 m3/min，啟動(dòng)霧化泵，保持柴油注入排量為0.5 L/s，壓力逐漸升高，最高達(dá)到4.82 MPa，井口大量返出巖屑，伴有大量原油(如圖4)，之后壓力迅速下降，逐漸平穩(wěn)，最后穩(wěn)定在2.08 MPa。18日08∶45采用柴油氮?dú)忪F化方式恢復(fù)鉆進(jìn)，11∶00完鉆，為保證井眼清潔，繼續(xù)霧化循環(huán)，13∶00井口無(wú)巖屑返出，起鉆通井、測(cè)井。20日完成下套管作業(yè)，通過(guò)泵車憋壓成功實(shí)現(xiàn)安全丟手，起出全部鉆具，完成施工。全井柴油-氮?dú)忪F化施工進(jìn)尺50 m，累計(jì)注入柴油4 m3，平均機(jī)械鉆速21.68 m/h，安全丟手工具一次性脫開(kāi)。

圖3　氣舉壓力和注氣量曲線

圖4　返出含原油巖屑

3關(guān)鍵技術(shù)

基于該井的地質(zhì)特性，采用柴油-氮?dú)忪F化鉆井能有效避免儲(chǔ)層污染，提高攜巖性，保障油藏開(kāi)發(fā)效果，為此在施工過(guò)程對(duì)設(shè)備及工藝等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新。

3.1DQX-Ⅳ型旋轉(zhuǎn)防噴器

為了更好地滿足地底座、小尺寸鉆具的使用要求，實(shí)現(xiàn)淺層柴油-氮?dú)忪F化技術(shù)的應(yīng)用，降低鉆井成本，研制了一種小型旋轉(zhuǎn)防噴器。該防噴器主要由驅(qū)動(dòng)器、總成、殼體及膠芯組成，利用膠芯與鉆具之間的過(guò)盈配合進(jìn)行密封，整體采用風(fēng)冷的方式。結(jié)構(gòu)如圖5。技術(shù)參數(shù)如表3。

圖5　DQX-Ⅳ型旋轉(zhuǎn)防噴器

總高/mm中心管通徑/mm可封鉆具/mm最高動(dòng)壓/MPa最高靜壓/MPa最高轉(zhuǎn)速/(r·min-1)698117?733.57120

3.2柴油-氮?dú)忪F化工藝

傳統(tǒng)的氮?dú)忏@井主要是針對(duì)氣層，防止井下由于氧氣與天然氣結(jié)合發(fā)生燃爆，而對(duì)于油層，當(dāng)?shù)貙釉瓦M(jìn)入井眼后與巖屑混合，易粘附于鉆桿及井壁，泥包鉆頭，造成井口不返甚至憋壓，因此，單一的氮?dú)忏@進(jìn)無(wú)法滿足攜巖要求，為此開(kāi)展了工藝措施的創(chuàng)新研究。

根據(jù)油層厚度相對(duì)較薄的特點(diǎn)，結(jié)合霧化鉆井?dāng)y屑效果好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用柴油對(duì)原油的清洗作用，提出了柴油-氮?dú)忪F化的鉆井工藝，實(shí)現(xiàn)了原油的順利返出，有效杜絕了井下阻卡等復(fù)雜，極大地提高了返屑效率。在施工前應(yīng)用HUBS軟件對(duì)柴油、氮?dú)庾⑷肱帕?、注入壓力等進(jìn)行精確計(jì)算，為鉆井作業(yè)提供了理論依據(jù)，保證了井下安全。

3.3安全丟手工具

為了提高采油效率，充分發(fā)揮欠平衡技術(shù)的應(yīng)用效果，避免壓裂改造，節(jié)約完井成本，該井油層采用篩管封隔，如圖6所示。為此特別設(shè)計(jì)了安全丟手工具。

該工具主要由上接頭、下接頭、活塞、懸掛鋼球和限位銷釘組成，如圖7所示。其上接頭連接送入鉆桿，下接頭連接完井管串，當(dāng)全部管柱下到井底后，向管柱內(nèi)投球憋壓，使壓力到升高到20 MPa，剪斷限位銷釘，活塞下行，懸掛鋼球脫落，上、下接頭分離，起出鉆桿，同時(shí)需保證完井管串頂部處于技術(shù)套管內(nèi)，以便后期的打撈或改造。

圖6　完井管串組成

圖7　安全丟手工具

4結(jié)論

1)淺層油藏應(yīng)用柴油-氮?dú)忪F化技術(shù)能提高儲(chǔ)藏的開(kāi)發(fā)效率，節(jié)約成本，投產(chǎn)后該井日產(chǎn)油3.5 t，是鄰井的2.6倍。

2)自主研制的DQX-Ⅳ型旋轉(zhuǎn)防噴器及安全丟手工具完全滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，解決了低井架、小鉆具及篩管完井的技術(shù)瓶頸。

3)根據(jù)柴油對(duì)原油的稀釋作用，創(chuàng)造性地提出了柴油-氮?dú)忪F化工藝技術(shù)，達(dá)到了保護(hù)油層、提高機(jī)械鉆速的目的，更好地保障了井下安全，也為井底攜巖返排提出了新的思路。

4)下一步需要開(kāi)展柴油的回收研究，以節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境。進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高整體油藏的開(kāi)發(fā)效率。

文章編號(hào)：1001-3482(2016)07-0064-05

收稿日期：①2015-12-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”子課題“碳酸鹽巖火成巖及酸性氣藏高效安全鉆完井技術(shù)”(2011ZX05021002)

作者簡(jiǎn)介：謝從輝(1983-)，男，湖北洪湖人，工程師，2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事欠平衡鉆井技術(shù)研究，E-mail：daqing5306@sina.cn。

中圖分類號(hào)：TE921.203

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.07.014

Application of Diesel-Nitrogen Atomization Technology in Well Y195-X67

XIE Conghui1a，LIU Linhong2，SONG Ruihong1b

(1.a.DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute；b.Engineering&TechnologyDepartment，DaqingDrillingEngineeringCorporation，Daqing163413，China；2.MiningServicesDivision，DaqingOilfield，Daqing163413，China)

Abstract：The conventional nitrogen drilling technology is mainly used in gas reservoir，for preventing the high risk brought air drilling.In order to improve the development effect of Putaohua formation，protect the reservoir and prevent the reservoir pollution caused by mud，Daqing oilfield carried out the technology of the diesel-nitrogen atomization，using the technical advantages of the atomized drilling fluid’s carrying rock better and diesel oil can dilute crude oil effectively，through developing a small RBOP and a special safety releasing tool independently，which built safely and efficiently，reduced the cost，increased the output compared to the adjacent wells，and achieved a great effect.

Keywords：RBOP；atomization drilling；releasing tool；gas well