提高氣體鉆井效率方法與對策探討

申 衡

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶16300）

1 概述

大慶油田氣體鉆井技術(shù)自2005年現(xiàn)場試驗(yàn)以來，因在提高鉆井速度上實(shí)現(xiàn)“革命性”的突破和在深部地層應(yīng)用中所表現(xiàn)出的井眼穩(wěn)定性，推動了氣體鉆井技術(shù)在天然氣探井中的應(yīng)用發(fā)展，在2007年氣體鉆井11口，占深井年鉆井口數(shù)的58%，平均機(jī)械鉆速達(dá)到6.95m/h，是常規(guī)鉆井的4.34倍，是復(fù)合鉆井的2.44倍；氣體鉆井平均單只鉆頭進(jìn)尺是常規(guī)鉆井的1.56倍，單井鉆頭用量比常規(guī)鉆井減少4.8只，氣體鉆井的平均鉆井周期縮短6.78d，有5口井鉆井周期縮短25d，氣體鉆井介質(zhì)由單一的空氣鉆井發(fā)展到空氣/霧化/泡沫、氮?dú)?、氮?dú)?霧化/泡沫鉆井的復(fù)合氣體鉆井，并形成了氣體鉆井設(shè)計(jì)、控斜打快、井壁保護(hù)、高溫霧化/泡沫鉆井液和氣體鉆井組分監(jiān)測技術(shù)，初步解決了大慶探井氣體鉆井施工中的難題。氣體鉆井極低的循環(huán)介質(zhì)當(dāng)量密度使該項(xiàng)技術(shù)在提高機(jī)械鉆速、發(fā)現(xiàn)與保護(hù)儲層和提高油氣井具有十分突出的作用，從而使該項(xiàng)技術(shù)得到了應(yīng)用發(fā)展。但應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)隨之帶來的是對地層流體壓力和井眼穩(wěn)定性控制能力較低、攜巖性差、應(yīng)用地層條件苛刻等問題，存在氣體鉆井應(yīng)用井段較短、處理井下復(fù)雜時間長、鉆井周期縮短效果不明顯等問題，嚴(yán)重影響了氣體鉆井綜合效率。為此，本文就如何提高大慶油田氣體鉆井效率的方法與對策進(jìn)行探討。

2 影響氣體鉆井效率因素分析

2.1 氣體鉆井應(yīng)用井段較短

對大慶油田2007年所鉆的11口氣體鉆井井段、層位及進(jìn)尺的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

從表1可知，11口氣體鉆井的總進(jìn)尺為6672.13m，平均為606.56m，占實(shí)際三開進(jìn)尺45.56%。最長的井段為1100.0m，最短的只有175.96m。鉆井井段大于1000m的只有1口井，占總井?dāng)?shù)的9.09%，鉆井井段大于700m的有4口井，占總井?dāng)?shù)的36.36%；鉆井井段大于500m的有8口井，占總井?dāng)?shù)的27.27%；由此可見，達(dá)到氣體鉆井井段大于1000m的要求還有較大的差距。氣體鉆井層位主要集中在泉一段至登四段，還沒有在營城組含氣層段進(jìn)行鉆進(jìn)，提高氣體鉆井井段還有較大的空間。

2.2 純鉆進(jìn)時間率低，處理復(fù)雜時間長

對2007年11口氣體鉆井時效進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。生產(chǎn)時間3627.99h，生產(chǎn)時間率71.13%，其中生產(chǎn)時間率在80%以上有8口井，占總井?dāng)?shù)72.27%，有2口井因?yàn)榫聫?fù)雜處理時間長，導(dǎo)致生產(chǎn)時間率在40%以下。純鉆進(jìn)時間1072.21h，純鉆進(jìn)時間率21.03%，其中有4口井純鉆進(jìn)時間率在30%以上，占總井?dāng)?shù)36.36%，處理復(fù)雜1205.7h，占總時間23.64%，設(shè)備安裝調(diào)試1152h，占總時間22.58%。

對2007年所鉆的11口氣體鉆井進(jìn)行鉆具失效統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。有3口井發(fā)生過鉆具失效，占總井?dāng)?shù)27.27%，處理時間共計(jì)1160.1h，占?xì)怏w鉆井總時間的22.74%，占?xì)怏w鉆井處理復(fù)雜時間96.22%。其中XS27井處理事故時間占本井氣體鉆井時間58.74%，XS213井處理事故時間占本井氣體鉆井時間69%。這3口井鉆具失效均發(fā)生在地層出水后空氣鉆進(jìn)過程中，地層出水，井壁失穩(wěn)，另外采用滿眼鉆具組合，加大了處理難度。氣體鉆井雖然提高機(jī)械鉆速明顯，但是由于事故發(fā)生機(jī)率高，處理時間長，導(dǎo)致鉆進(jìn)周期縮短不明顯。

表1 2007年氣體鉆井井段、層位及進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)

表2 2007年氣體鉆井失效統(tǒng)計(jì)

2.3 配套技術(shù)措施不完善

對2007年所鉆11口氣體鉆井循環(huán)介質(zhì)和轉(zhuǎn)換原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。由于配套技術(shù)不完善，無1口氣體鉆井鉆至設(shè)計(jì)井深，其中有2口井因?yàn)殂@具失效轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井，占總井?dāng)?shù)18.18%，4口井因?yàn)檫M(jìn)入產(chǎn)層轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井，占總井?dāng)?shù)36.36%，3口井因?yàn)榈貙映鏊ㄣ@轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井，占總井?dāng)?shù)27.27%，2口井因?yàn)榈貙映鏊畽C(jī)械鉆速慢轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井，占總井?dāng)?shù)18.18%?？諝忏@井實(shí)際井段占設(shè)計(jì)井段43.92%，其中XS29井實(shí)際氣體鉆井井段只占設(shè)計(jì)井段12.22%為最小，最大的XS271井實(shí)際氣體鉆井井段占設(shè)計(jì)井段88.35%為最大。從表4可以看出，由于配套技術(shù)不完善，中途被迫轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井，導(dǎo)致氣體鉆井井段短，綜合效益不明顯。

3 提高氣體鉆井效率的方法與對策

3.1 提高氣體鉆井進(jìn)尺

實(shí)施氣體鉆井對所鉆遇的地層巖性特征、層位、井段進(jìn)行基本條件的優(yōu)選很有必要。XS氣田泉頭組以下巖性雖然成巖作用較好、巖石的強(qiáng)度、可鉆性級別較高，但由于沒有統(tǒng)一的氣、水界面，具體到每一口井的設(shè)計(jì)還應(yīng)該根據(jù)具體情況給出合理的選區(qū)、選層、選井、選段的方案，從而降低復(fù)雜情況和事故的發(fā)生，真正提高氣體鉆井井段長度，體現(xiàn)氣體鉆井在深層提速價(jià)值。

表3 2007年氣體鉆井鉆具失效統(tǒng)計(jì)

表4 2007年氣體鉆井循環(huán)介質(zhì)及轉(zhuǎn)換原因統(tǒng)計(jì)

在XS271井區(qū)附近，泉二段至營城組的可鉆井段長度在1444m；在XS10井區(qū)附近，泉二段至營城組的可鉆井段長度在1415m；在XS14井區(qū)附近，泉二段至營城組的可鉆井段長度在1360m；在XS43井區(qū)附近，泉二段至營城組的井段長度在1284m；在XS301井區(qū)附近，泉二段至營城組的可鉆井段長度在1424.5m，XS地區(qū)底層厚度詳細(xì)見表5。

表5 XS地區(qū)泉二段至營城組厚度統(tǒng)計(jì)

通過綜合分析，氣體鉆井狀態(tài)下，由于地層出水引發(fā)了井筒內(nèi)復(fù)雜事件的發(fā)生，井段長度超過1000m的井段只有XS271井，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還沒有充分發(fā)揮高效鉆井技術(shù)的潛能。因此，強(qiáng)化選區(qū)選層選井方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步依靠科研攻關(guān)來減少井下復(fù)雜事件發(fā)生頻率是提高氣體鉆井井段長度可行之路，才能真正達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益顯著的目的。

3.2 提高純鉆進(jìn)時間率，減小事故發(fā)生幾率

從表2中可以看出，處理復(fù)雜占總時間23.64%，設(shè)備安裝調(diào)試占總時間22.58%。為了提高純鉆進(jìn)時間率，可以減少空氣鉆進(jìn)設(shè)備安裝調(diào)試時間和井下事故處理時間。11口井設(shè)備安裝調(diào)試平均用時104.73h，如果組織協(xié)調(diào)合理，安裝調(diào)試時間可以控制在76h以內(nèi)。從處理鉆具失效時間占復(fù)雜處理時間96.22%來看，如何預(yù)防井下鉆具失效是提高純鉆進(jìn)時間率的關(guān)鍵。

從表3可以看出，鉆具失效一般發(fā)生在加重鉆桿、鉆鋌、接頭以及減震器。可以采取下列方法預(yù)防鉆具失效：①氣體鉆井盡量使用降扭鉆具組合，降低鉆具失效風(fēng)險(xiǎn)；②當(dāng)?shù)貙映鏊?，井壁不穩(wěn)，及時轉(zhuǎn)換成霧化泡沫鉆井；③每次起下鉆對加重鉆桿、鉆鋌、接頭以及減震器進(jìn)行錯扣探傷，及時更換探傷不合格鉆具。對于接頭和減震器，使用一定時間后，及時更換新的。

3.3 完善氣體鉆井配套技術(shù)

從表4分析來看，限制氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用主要是地層出水和產(chǎn)層，如何解決地層出水后氣體鉆進(jìn)和產(chǎn)層鉆進(jìn)是目前必須解決的難題。

在2007年所鉆的11口氣體鉆井中，地層不同程度均有出水，有5口井進(jìn)行了霧化鉆井試驗(yàn)。在這5口井中有2口井因?yàn)檫M(jìn)入產(chǎn)層終止氣體鉆井，有2口井因?yàn)殂@速慢終止氣體鉆井，1口井在起鉆過程中卡鉆終止氣體鉆井。在未進(jìn)行霧化泡沫鉆井的6口井中，有2口井發(fā)生過鉆具失效，2口井發(fā)生過卡鉆，并直接導(dǎo)致氣體鉆井結(jié)束。由此可見，霧化泡沫鉆井是解決地層出水的有效途徑。不斷完善霧化泡沫液性能，增加其攜屑攜水能力和保護(hù)井壁能力，是今后發(fā)展的方向。

在2007年所鉆的11口井中，有4口井因?yàn)檫M(jìn)入產(chǎn)層，缺乏氮?dú)獯虍a(chǎn)層技術(shù)，被迫轉(zhuǎn)換成常規(guī)鉆井，不但制約了氣體鉆井應(yīng)用井段，而且起不到氣體鉆井及時發(fā)現(xiàn)保護(hù)產(chǎn)層的目的。氮?dú)獯虍a(chǎn)層難點(diǎn)在于無法完成起下鉆，可以引進(jìn)套管閥技術(shù)，并輔以井口起下鉆導(dǎo)引頭和排砂管線導(dǎo)引裝置，可以完成產(chǎn)層起下鉆。

4 結(jié)論

通過對2007年11口氣體鉆井情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出氣體鉆井效率低主要表現(xiàn)在氣體鉆井井段短和純鉆進(jìn)時間率低，提高氣體鉆井效率就是要加大氣體鉆井井段和提高純鉆井時間率，氣體鉆井技術(shù)特別是霧化泡沫技術(shù)和氮?dú)獯騼蛹夹g(shù)是加大氣體鉆井井段，減少井下事故，提高純鉆進(jìn)時間率的保障。

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