氣體鉆井井筒鉆具阻卡若干問題分析及解決對(duì)策

史輝　蘇華　韓志敏　劉淑英

[摘 要]氣體鉆井包括純空氣、惰性氣體和柴油機(jī)尾氣鉆井，屬欠平衡鉆井的分支，主要應(yīng)用于低壓低滲地層的勘探開發(fā)；氣體鉆井實(shí)施前，通常要根據(jù)目標(biāo)井區(qū)域地質(zhì)資料、鄰井實(shí)鉆工程及地質(zhì)資料對(duì)其實(shí)施可行性進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估的內(nèi)容主要包括鉆井井段井壁穩(wěn)定性分析、地層油氣水及有害氣體分布、井筒氣液轉(zhuǎn)換安全性等，而可行性評(píng)價(jià)重點(diǎn)參考的是鄰井常規(guī)鉆井的鉆完井、測錄井資料，因氣體鉆井密度低、粘度低、環(huán)空流速高、對(duì)井筒施加的壓力低等特性有別于常規(guī)鉆井，故通過可行性評(píng)價(jià)具備實(shí)施氣體鉆井條件的井，在實(shí)鉆過程中也易遭遇鉆具阻卡、地層流體侵入等井筒風(fēng)險(xiǎn)，因此根據(jù)實(shí)鉆動(dòng)態(tài)及時(shí)分析判斷井筒狀況并做出相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，才能有效解決井筒復(fù)雜，杜絕事故的發(fā)生，提高氣體鉆井的成功率。

[關(guān)鍵詞]氣體鉆井；井筒復(fù)雜問題；鉆具阻卡；地層流體侵入；技術(shù)對(duì)策

中圖分類號(hào)：TU308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）20-0398-01

氣體鉆井是利用氣體代替鉆井液作為循環(huán)流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行的鉆井作業(yè)，氣體鉆井的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)械鉆速高、有效保護(hù)和發(fā)現(xiàn)油氣層、防止井漏和粘附卡鉆等，同時(shí)，因其具有密度低、粘度低、環(huán)空流速高、對(duì)井筒施加的壓力低等特性，實(shí)施過程中易出現(xiàn)鉆具阻卡、地層流體侵入等復(fù)雜；通過淺析氣體鉆井井筒常見復(fù)雜發(fā)生的原因，提出了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策。

1 鉆具阻卡問題分析及措施

除井口落物掉入井筒形成鉆具硬阻卡外，導(dǎo)致氣體鉆井鉆具阻卡甚至卡死的原因大致可以分為井眼圍巖單純力學(xué)失穩(wěn)、地層出水及鉆井氣量或循環(huán)時(shí)間不足3 類，此3 類鉆具阻卡發(fā)生的原因及地面參數(shù)變化各有差異，及時(shí)準(zhǔn)確地分析判斷阻卡原因，并采取相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，是有效控制、處理鉆具阻卡，防止發(fā)生卡鉆事故的關(guān)鍵。

1.1 井眼圍巖力學(xué)失穩(wěn)

地層鉆開后，巖石的力學(xué)平衡狀態(tài)被打破，最大水平地應(yīng)力、最小水平地應(yīng)力將以外載的方式與上覆地中，由于地層中2個(gè)水平地應(yīng)力大小不等及氣柱壓力很低的原因，隨著時(shí)間的推移，井眼將縮徑并逐步變?yōu)橐粋€(gè)橢圓形；從宏觀上看鉆揭的裸眼井段，當(dāng)井眼圍巖應(yīng)力集中過程中，在地層巖石膠結(jié)較差的破碎帶、層間接觸面及巖石強(qiáng)度相對(duì)較低的鹽膏巖等地層會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，導(dǎo)致井壁掉塊，甚至井眼局部垮塌的風(fēng)險(xiǎn)，造成井眼異常擴(kuò)徑；氣體鉆井時(shí)，地面表現(xiàn)為上提鉆具遇卡、下放鉆具遇阻且下放不到底、立壓波動(dòng)上升、轉(zhuǎn)盤扭矩增加及返出流體束撞擊排砂管線的聲音間歇性減弱或中斷，嚴(yán)重者可致鉆具卡死。

1.2 地層出水

氣體鉆井地層少量出水時(shí)，水沿井壁含泥質(zhì)成分的微裂縫，尤其是泥頁巖的微裂縫侵入，并由于毛管力的存在產(chǎn)生滲析作用，使井眼圍巖吸水膨脹，造成地層的孔隙壓力增大，致使井眼圍巖的應(yīng)力分布改變，從而降低了井壁巖石的強(qiáng)度，導(dǎo)致坍塌應(yīng)力上升，隨著泥質(zhì)掉塊的增加，井眼局部擴(kuò)大，泥質(zhì)成分將與水及巖屑混合形成泥餅環(huán)，造成泥包鉆具，影響環(huán)空通暢，導(dǎo)致攜巖困難；地面表現(xiàn)為活動(dòng)鉆具阻卡、立壓升高、轉(zhuǎn)盤扭矩增大，返出流體束不連續(xù)甚至斷流，可見霧狀、液滴等現(xiàn)象，若不及時(shí)處置，易造成卡鉆事故。地層大流量出水時(shí)，由于井壁沒有泥餅的保護(hù)，侵入的地層水直接浸泡井眼圍巖，易導(dǎo)致井壁垮塌卡鉆，地面最明顯的表現(xiàn)是立壓快速升高、扭矩異常增大、排砂口突然失返。

1.3 氣量或循環(huán)時(shí)間不足

氣體鉆井過程中，由于井眼圍巖重新應(yīng)力集中及高返速環(huán)空流體對(duì)井壁的沖刷作用，鉆揭的裸眼井段將不可避免地出現(xiàn)井壁掉塊現(xiàn)象，鉆進(jìn)時(shí)形成的大顆粒巖屑與井壁掉塊回落至井底重復(fù)破碎后上返，將使環(huán)空巖屑濃度縱向上分布不均；若氣量不足，或劃眼接單根前循環(huán)不充分，巖屑將回落至井底或大尺寸鉆具與井壁接觸處堆積，形成沉砂或橋塞卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)；氣體鉆井時(shí)，地面表現(xiàn)為，相同地層巖性和參數(shù)條件下，機(jī)械鉆速降低、立壓連續(xù)波動(dòng)、返出流體束含砂量不穩(wěn)定，接單根上提鉆具懸重上升、下放不到底等現(xiàn)象。

1.4 鉆具阻卡的預(yù)防處置措施

氣體鉆井施工前，根據(jù)實(shí)施步驟要求首先進(jìn)行可行性評(píng)價(jià)，參考區(qū)域地質(zhì)資料與鄰井鉆完井資料對(duì)擬鉆井井段的井眼穩(wěn)定性、地層水存在可能性及產(chǎn)量進(jìn)行初步評(píng)估，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)高的井段，形成鉆具阻卡的預(yù)防處置措施，并在實(shí)鉆過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，準(zhǔn)確判斷原因并采取相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，避免發(fā)生卡鉆事故。（1）實(shí)施氣體鉆井時(shí)，建議使用牙輪鉆頭，采用光鉆鋌或特制扶正器鉆具組合，低壓吊打，合理控制鉆進(jìn)速度，以方便預(yù)防和處理鉆具阻卡；當(dāng)鉆具發(fā)生阻卡時(shí)，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，保持注氣循環(huán)、上下活動(dòng)鉆具，根據(jù)上述地面反映情況，準(zhǔn)確判斷阻卡原因。（2）若為單純的井眼圍巖力學(xué)失穩(wěn)，則增大注氣量循環(huán)，如果增大注氣量能滿足安全鉆井要求，則繼續(xù)進(jìn)行氣體鉆井；若增大注氣量不能滿足安全鉆井的要求，則立即停止氣體鉆井，關(guān)閉進(jìn)氣閘閥，將鉆柱起至技術(shù)套管內(nèi)靜置2h以上。靜置后下鉆探明井眼狀況，下放鉆具遇阻，則增大氣量注氣劃眼，劃眼采取“進(jìn)一退二”的原則，防止卡鉆；若能安全探至井底，則保持循環(huán)30min以上繼續(xù)實(shí)施鉆進(jìn)作業(yè)，鉆進(jìn)過程始終堅(jiān)持“進(jìn)一退二”的原則；若探底作業(yè)證明井筒狀況不能滿足氣體安全鉆井的要求，則終止氣體鉆井，轉(zhuǎn)換為常規(guī)泥漿鉆井。（3）若地層出水量小導(dǎo)致環(huán)空攜巖困難，則增大注氣量上下活動(dòng)鉆具，循環(huán)觀察；若泥餅環(huán)已導(dǎo)致環(huán)空阻卡，返出流體束流量減小，則上下活動(dòng)鉆具并震擊鉆柱，必要時(shí)可采取環(huán)空憋壓的方式迫使環(huán)空通暢；處理正常后，若判斷地層水產(chǎn)量小于5m3/h，則轉(zhuǎn)換為霧化鉆井，霧化鉆井時(shí)應(yīng)在注入流體中適量加入抑制劑與穩(wěn)定劑，以提升井眼穩(wěn)定性；若地層出水量大于5m3/h，則轉(zhuǎn)換為常規(guī)泥漿鉆井。（4）高機(jī)械鉆速、井壁正常掉塊形成環(huán)空巖屑濃度增加而導(dǎo)致鉆具阻卡時(shí)，應(yīng)適量增大注氣量鉆進(jìn)，降低鉆進(jìn)速度，接單根前充分循環(huán)劃眼，防止井底沉砂。

2 地層氣體

侵入及對(duì)策由于氣體鉆井對(duì)井筒施加的壓力低，鉆揭的地層中一旦含有天然氣、硫化氫等氣體時(shí)，將立即侵入井筒混入返出流體中。空氣鉆井條件下，天然氣與空氣混合后濃度介于5%～15%易發(fā)生井下燃爆事故；硫化氫等有毒有害氣體返出地面后，會(huì)導(dǎo)致人生傷害和環(huán)境污染事件的發(fā)生。預(yù)防處置地層氣體侵入的對(duì)策：（1）采用防爆的綜合錄井儀，綜合錄井儀配備有能連續(xù)檢測全烴含量、烴組分的氣相色譜儀和二氧化碳儀；安裝氣體鉆燃爆氣體監(jiān)控儀，提供CH4、CO、CO2 、H2S、SO2、O2、H2 等氣體監(jiān)測，為井下燃爆監(jiān)控提供有力數(shù)據(jù)支持。（2）空氣鉆井時(shí)，當(dāng)1%≤全烴≤3%，注氣壓力沒有變化，立即停止鉆進(jìn)，上提方鉆桿，在返出口試點(diǎn)火，并加大注氣量循環(huán)觀察。如果全烴含量短暫升高后迅速降低，可恢復(fù)空氣鉆進(jìn)；如果全烴含量降到1%以下，實(shí)施控制鉆時(shí)鉆進(jìn)；如果全烴含量在20min 內(nèi)持續(xù)超過3%，則轉(zhuǎn)為惰性氣體鉆井（如氮?dú)忏@進(jìn)）；如果地層出氣量影響惰性氣體鉆井安全作業(yè)時(shí)，則轉(zhuǎn)為泥漿鉆進(jìn)；若全烴含量迅速上升至燃爆極限，則實(shí)施關(guān)井作業(yè)，并會(huì)同各方商議下步處理方案。

3 結(jié)束語

發(fā)現(xiàn)異常并采取相適應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，均是保證氣體鉆井成功，避免發(fā)生鉆井事故的重要法寶。（1）通過可行性評(píng)價(jià)確定氣體鉆井實(shí)施井段存在的風(fēng)險(xiǎn)，并制定針對(duì)性的指導(dǎo)措施，同時(shí)實(shí)施過程及時(shí)（2）為減少鉆具阻卡，加強(qiáng)井筒遭遇復(fù)雜后的處理能力，本文提出了在氣體鉆進(jìn)時(shí)使用牙輪鉆頭、光鉆鋌或特制扶正器的鉆具組合，以及氣液轉(zhuǎn)換后用牙輪鉆頭探底的對(duì)策。（3）氣體鉆井在巖屑錄井、氣體采集、巖性確定、工程異常預(yù)報(bào)等方面與泥漿鉆井有很大差別，為達(dá)到氣體鉆井準(zhǔn)確判斷地層巖性、地層油氣水及有毒有害氣體分布及含量的目的，建議加大氣體鉆井一體化錄井的研究與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧昌松，練章華，等.九龍山某井氣體鉆井技術(shù)及事故處理實(shí)踐[J].探礦工程，2016，3（10）：23-29.