用正反循環(huán)鉆井方式在鹽穴儲氣庫腔底堆積物上成孔思路淺析

付瀟，陳新勇，張婭楠，張亞輝，李毅

（渤海鉆探工程技術(shù)研究院，河北任丘062550）

我國東部的鹽穴儲氣庫，鹽層呈層狀分布，含多套泥質(zhì)夾層。溶腔后不溶雜質(zhì)含量高，腔底沉積較厚不溶物，導(dǎo)致鹵水不能排完，損失了大量庫容?？稍诓蝗芪镏秀@出一個孔眼，將排鹵管柱下至井底排出殘留鹵水，以減小庫容損失。由于腔體體積較大，常規(guī)正循環(huán)鉆孔眼時井底堆積物不易帶出井口，且停止循環(huán)后，巖屑沉降，易將鉆出的井眼埋掉，本文提出一種通過將正循環(huán)鉆井和反循環(huán)攜砂相結(jié)合的方式在腔底沉積物上形成一個穩(wěn)定孔眼的新思路。

1 工作原理

通過壓縮機將空氣通過氣水龍頭注入雙層鉆桿內(nèi)外管之間的環(huán)空，氣體經(jīng)雙層鉆桿底部的混合器噴入內(nèi)管水眼形成氣泡，氣泡沿內(nèi)管水眼上升，同時膨脹，在雙層鉆桿水眼內(nèi)形成低密度的氣水混合液。鉆柱與井壁環(huán)空的鉆井液密度相對較高，鉆柱與井壁環(huán)空的鉆井液液柱壓力大于鉆柱內(nèi)水眼的鉆井液液柱壓力，環(huán)空鉆井液從鉆頭水眼處進入鉆柱內(nèi)水眼，形成反循環(huán)流動，同時把井底巖屑帶出地表，沉淀后的鉆井液再注入鉆柱與井壁環(huán)空內(nèi)，不斷循環(huán)形成連續(xù)鉆進，這個過程就是反循環(huán)鉆進過程。

2 不溶物上成孔技術(shù)思路

2.1 井概況

以某鹽穴儲氣庫井為例，該井注氣排鹵期間，注氣壓力13～14.6MPa，注氣溫度20～30℃，后由于發(fā)現(xiàn)中心管漏氣，停止注氣排鹵作業(yè)。共注入298.87×104m3天然氣，排出鹵水17010m3。

2.1.1 井筒情況，見表1 和表2。

表1 井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表

表2 完井管柱數(shù)據(jù)表

2.1.2 腔體情況

該井經(jīng)10 次造腔后，目前井眼軸線上腔頂1028m，腔底1164m，井眼軸線上不溶物頂面深度1120m，腔頂?shù)匠练e物頂面高度約92m，沉積物厚度約44m，見圖1。

2.1.3 造腔段巖性

該井的鹽層段為995.8 ～1198m，厚度為202.2m，其中共存在13 層泥質(zhì)夾層，累計厚度22.6m，泥質(zhì)夾層所占比例11.2%，其中最大夾層厚度3.0m，最小夾層厚度0.8m，泥質(zhì)含量變化為2.9%～99.8%，造腔段1028～1164m 井段。

溶腔后腔底不溶物主要成分為：表層泥巖和鹽結(jié)晶混合形成的一層絮狀物，下部泥巖、鹽結(jié)晶和未溶解的鹽巖。

2.2 技術(shù)難點

1）空腔段長度92m，成孔過程中鉆具重入難；2）飽和鹽水下鉆具腐蝕嚴重；3）成孔過程中井壁可能容易垮塌、蠕動等；4）后期排鹵過程中孔眼易垮塌埋管柱。

2.3 技術(shù)方案

2.3.1 鉆機選型

根據(jù)沉沒度計算和其它反循環(huán)施工井情況，本井推薦雙壁鉆桿下深250m 能滿足施工要求。

圖1 最后1 次聲吶測腔形體力

鉆具組合：215.9mm 專用鉆頭+158.75mm 鉆鋌×3 根+127mm 鉆桿+雙壁單流閥+127mm 混氣器+139.7mm ×127mm 雙壁鉆桿轉(zhuǎn)換短節(jié)+139.7mm 雙壁鉆桿×250m+139.7mm 方保接頭+六方雙壁鉆桿+雙壁氣盒子。

1）鉆柱懸重：139.7mm 雙壁鉆桿按550kg/根計算：（59kg/m×250m+29.03kg/m×890m+111.8kg/m×27.3m)×0.00981=428.1kN；2）下排鹵管柱時：177.8mm套管下深1000m，114.3 油管下深1163m。懸重：38.692kg/m×1000m×0.00981=379.6kN；18.75kg/m×1163m×0.00981=213.9kN；3）ZJ20鉆機大鉤載荷為：1350kN，鉆機安全系數(shù)：1350/428.1=3.15＞1.25。

2.3.2 設(shè)備配套及連接

在扣除管路沿程損失的情況下，通常按每0.1MPa 壓力氣舉7～9m 來計算混合器的下入深度。當混合器需下入250～400m 時，空壓機的壓力級別約為4 ～7MPa。雙壁鉆具下深在200 ～250m 時，選用WF5/40B 型空氣壓縮機較好，若用大氣量且環(huán)空液位較低的情況下S10/150 型壓縮機較好。在實施反循環(huán)成孔過程中配套設(shè)備為：空氣壓縮機2 臺（備用1 臺），儲氣罐、雙壁注氣接頭，雙壁方鉆桿，雙壁鉆桿，混氣器，35MPa 高壓軟管?，F(xiàn)場設(shè)備按鉆具一次入井既能進行正循環(huán)又能進行反循環(huán)連接。

2.3.3 拆井口、起管柱

依次拆除采氣樹，解封井內(nèi)封隔器，拆除注采套管頭，起出114.3mm 排鹵管和177.8mm 注采管。每起出3 柱114.3mm 造腔內(nèi)管或177.8mm 造腔外管時向井內(nèi)灌滿一次飽和鹽水。

2.3.4 安裝井口防噴器

井口安裝一個雙閘板：2FZ35-21，一個為全封閘板，另一個為變徑閘板（可封127mm 鉆桿和139.7mm 雙壁鉆桿環(huán)空）。

2.3.5 試運轉(zhuǎn)

成孔施工過程中使用原井飽和鹵水作為鉆井液。

1）正循環(huán)試運轉(zhuǎn)：組合好鉆具下鉆至沉積物頂部5～8m，地面管匯按正循環(huán)連接，開泵試運轉(zhuǎn)，頂替井筒內(nèi)柴油。

2）反循環(huán)試運轉(zhuǎn)：地面管匯按反循環(huán)連接，開動空氣壓縮機往井內(nèi)注入壓縮空氣，產(chǎn)生氣舉反循環(huán)流動，根據(jù)井深調(diào)整供氣量，使之達到最大排液量，充分發(fā)揮反循環(huán)的效率。

2.3.6 鉆引導(dǎo)孔眼

循環(huán)系統(tǒng)按正循環(huán)連接，鉆頭不安裝噴嘴，開泵，開轉(zhuǎn)盤，輕壓慢鉆，每鉆進1～2m 起鉆，通井重入原井眼，反復(fù)沖洗，使孔眼形成V 型。鉆進參數(shù)：鉆壓5～10kN，轉(zhuǎn)速40～50r/min，排量20～28L/s，泵壓≤6MPa。

2.3.7 成孔

1）循環(huán)系統(tǒng)按正循環(huán)連接，每鉆進2～3m 后起鉆至上方空腔內(nèi)，反復(fù)起下2～3 次；

2）若每次起下都能重入至原井眼井底深度，則說明原井眼無巖屑堆積，可重復(fù)步驟1）完成成孔作業(yè)；

3）若重入時不能重入至原井眼井底深度，則說明井底有巖屑堆積，僅采用正循環(huán)工藝無法完成在井底堆積物上成孔作業(yè)，需轉(zhuǎn)換為反循環(huán)攜砂作業(yè)。觀察振動篩處返漿情況，返漿逐漸從渾濁變清澈后再次短起下若能重入到原井眼井底，表明此時井底攜砂干凈，轉(zhuǎn)換成正循環(huán)，重復(fù)以上步驟，直至形成穩(wěn)定孔眼。

3 結(jié)論

1）鹽穴儲氣庫因其鹽層泥質(zhì)夾層較多、不溶雜質(zhì)含量較高，溶腔時大量不溶物沉淀后堆積在腔底，大量鹵水聚集在不溶物孔隙中無法排出，庫容損失較多；2）氣舉反循環(huán)技術(shù)在地?zé)峋袘?yīng)用較多，但國內(nèi)外尚未見應(yīng)用于鹽穴儲氣庫中的報道；3）本方案為增加鹽穴儲氣庫庫容提供了一種新的思路方法，但尚未進行現(xiàn)場試驗論證，可能存在許多考慮不足之處；4）由于反循環(huán)時鉆桿外部的鹵水是自上而下經(jīng)鉆頭流入鉆桿內(nèi)，可能造成孔眼井壁垮塌，無法形成穩(wěn)定的孔眼；5）即使無法形成較深的穩(wěn)定孔眼，但該方案也能增加排鹵管下入深度，排出部分沉積物頂部殘留的鹵水，增加部分庫容。