气体泡沫钻井在川东北地区的应用

气体泡沫钻井在川东北地区的应用
【摘要】针对川东北地区地层古老、岩石坚硬、研磨性强、岩性多变、地层可钻性极差，钻头磨损严重，常规钻井液钻井钻速低，而气体钻井钻遇地层严重出水无法实施的技术难题，开发出适用于该地区陆相地层的气体泡沫钻井液体系。

结合现场，对该体系的施工参数设计和施工方案提出了要求。

在川东北七口井的成功应用实践表明，该泡沫钻井液体系极大提高了机械钻速，解决了井壁稳定性问题，大幅降低了钻井成本。

【关键词】泡沫钻井；机械钻速；井壁稳定；川东北
川东北上部地层，硬度大、研磨性强、可钻性较差，且地层易出水，常规钻井液钻进平均机械钻速低于1m/h，空气钻井技术可以大幅度提高机械钻速但钻至出水地层后，钻屑遇水易在井壁形成泥环，钻屑无法正常返出，继续下去将会导致井下复杂情况，致使空气钻井无法正常实施。

1 概述
川东北区块的地质情况复杂，需大量的水平和大斜度钻探，钻井周期动辄数百天，严重影响对区块深部地层勘探开发进程。

该区块陆相地层钻进中发现砂泥岩软硬交错变化大，泥页岩或砂泥岩易水化剥蚀掉块、易塌。

如果地层长时间浸泡，很难保证井壁稳定性；砂岩石英含量高，且胶结致密、硬度大、研磨性强，地层可钻性差，跳钻严重，易断钻具。

钻井作业有一定难度。

鉴于本区块陆相地层情况，适合采用气体泡沫钻井技术。

2 气体泡沫钻井工艺
2.1 相关设备和流程
气体泡沫钻井所需要的设备是在气体钻井设备的基础上，增加了液体注入流程，可以借助雾泵或无级变速的钻井泥浆泵实现。

深部泡沫钻井的设备配套应满足深层出水后的气举举水要求。

泡沫钻井循环流程图1所示。

2.2 基液配方
气体泡沫钻井时，泡沫基液性能的好坏直接影响到泡沫钻井的成败，井下流体和所钻岩性的化学性质发生变化时，其相应的泡沫基液性能要求也就不一样，一般泡沫流体要求其热稳定性能好、抗盐性强、低腐蚀性、稳定的流变特性。

根据川东北的地质特性，结合现场实验，在满足井壁稳定性条件下，采用抑制性泡沫钻井液体系基液配方为：清水+0.5～1%Foam-AC发泡剂+0.5～1%YJB-1井壁稳定保护剂+辅助剂。

2.3 设备布置
排屑（燃烧）池距井口距离：100m；总容积：>3500m3，四周用水泥封固，池底部和四周做防渗处理，沉砂池应方便电潜泵回收泡沫液。

排屑管线出口应固定好。

气体钻井设备（雾化泵）距井口的距离大于50m；气体钻井设备集中摆放占地面积为30m×10m=300m2。

井场关键部位和危险点源应有明显的风向标，并按照规定配备干粉、泡沫灭火器。

Φ273.05mm排砂管线上应有取样口、多功能气体监测仪和降尘水管线接口。

燃烧管线方向应为井场下风口方向，井场周围500m内不允许有固定居民。

2.4 施工参数设计原则
泡沫钻井液的泡沫质量控制在55～97%范围内，使泡沫具有较高的粘度，以满足携岩要求。

充气量及液体注入量要以形成稳定泡沫满足携岩携水要求为原则，井眼大可适当增加气量及液量。

大井眼宜采用大气量，小液量；地层出液量越大，注入液量和气量相应增大。

不同尺寸的井眼充气泡沫钻井液的推荐施工参数见表1。

2.5 施工方案
（1）泡沫钻井液的配制
开钻前先把与泥浆泵连接的一个循环罐清理干净，并注入清水50m3，在大循环池注入一定量清水，以满足泡沫液的正常循环。

用潜水泵将返出的泡沫液通过管线泵入清理干净的循环罐，再将循环罐的泡沫液泵入雾泵，雾泵出口端与气体钻井循环系统连接好，构成液体循环通路，以实现泡沫的循环利用。

泡沫钻井施工前按配方要求配制成可循环泡沫液300m3备用。

（2）泡沫钻井液的维护要点
若地层出水，首先将气体钻井流程转化为雾化泡沫钻井流程。

按雾化泡沫钻井施工参数进行，待泡沫循环正常，试钻进1～2m，显示正常后进行钻进。

根据钻进返砂情况，返出的泡沫情况、泵压（正常1～2MPa）及扭矩情况适时调整充气参数，满足携岩要求，保证正常钻进。

每天测定地层的出水量，根据地层出水量大小适时补充泡沫剂及井壁稳定保护剂加量，以保证泡沫浓度能及时将地层出水带离井筒，以利于井壁稳定。

测斜或起钻前充分循环，见排砂口岩屑明显减少，井下正常后方可测斜或起钻。

（3）工艺要求
气体泡沫钻井参数应按设计执行，钻进过程中注意观察立压及扭矩变化情况，保持立压稳定；观察排出口管线油气水返出量、钻屑返出量情况，根据返砂量、油气显示情况适时调整充气参数；地层出水增加应及时增大泡沫液浓度，将地层水转化为泡沫。

加强钻进接单根洗井、划眼措施的落实，以有效预防和减少阻卡的发生；每钻完一个单根，要充分洗井，上下划眼，保证环空循环畅通，尽
量缩短接单根时间，待排出口正常后方可继续钻进。

如起钻发生阻卡，应反复活动钻具，直到畅通无阻后方可继续起钻。

如果不能做到畅通无阻，则下钻时应在遇阻井段进行划眼。

接单根必须做到先停气，泄立压，直到与大气压相等，卸方钻杆，然后接单根，再泵液充气、恢复循环。

每钻进150～200m左右进行一次短起下，可根据井眼畅通情况调整短起下频次。

若井下出现掉块，增加发泡剂加量，进一步提高泡沫的粘度及携岩能力，增加抑制剂的加量，进一步提高其抑制能力。

利用化学剂仍不能保证井壁稳定，出现阻卡等复杂情况应及时转换为常规钻井液。

3 现场应用效果分析
3.1 机械钻速
近几年，在川东北的四个区块实施了多口气体泡沫钻井，机械钻速得到极大提高。

特别是顺利完成了新黑池1井特大井眼（Ф479.42mm）的一开钻进，各种作业均顺利实施；元坝22井一开井段实现日进尺518.94m，施工井段平均钻速高达40.34m/h的纪录。

统计应用气体泡沫钻井液的7口井平均机械钻速达11m/h，较同条件下常规钻井液的平均钻速（一般1m/h）明显提高，见表2。

3.2 井壁稳定性
由表2可知，应用气体泡沫钻井的不同井位，地层都有不同程度的出水。

其中分1井和毛坝8井地层出水11m3/h，大湾101井出水9m3/h，东岳1井出水达15m3/h，出水后，及时调整泡沫剂及井壁保护抑制剂的加量，解决了地层出水问题；同时通过优化基液配方，解决井壁稳定问题。

河飞203井采用抑制性泡沫钻井液体系顺利钻穿同一地层至井深1502m结束二开，泡沫钻井进尺长达1348.5m，创川东北泡沫施工井段最长纪录，做到起下畅通，无坍塌掉块现象。

表明该体系抑制性强，能有效解决出水地层的井壁稳定性问题。

3.3 经济效益
气体泡沫钻井的机械钻速较常规钻井液的钻速提高4～5倍，缩短了上部地层特别是一开大井眼的施工时间。

以分1井为例：泡沫钻井自井深103米钻至井深938.5m纯钻时间186.5h，采用常规钻井液按1m/h计算，纯钻时间835.5h，不考虑其它非钻进时间，仅此一项可节约时间27d。

按表2的7口井计算，累计节约151.22d，可节约费用1694.76万元，经济效益显著。

4 结论
气体泡沫钻井液具有良好的携岩携水能力，该技术解决了气体钻井出水后的岩屑携带问题，同时具有气体钻井的高机械钻速特性，同高密度常规钻井液相比机械钻速提高4倍多，技术优势明显。

采用的泡沫钻井液体系配方能有效满足川东北上部地层的钻进需要，能有效抑制出水地层的水化膨胀，有利于稳定井壁。