气体钻井技术及现场应用
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1406－1515.93 1515.93－1972 1972－2674.41 1448.32－1597
1597－2870
98.63 520.50 692.89 109.93 456.07 702.41 148.68 1273
244.5 241.3 241.3 375 375 214.3 311 311
了该技术良好的应用前景，促进了该技术的进一步推广应用。
一、气体钻井现场试验情况
一、玉门青西地区窿14井气体钻井
（一）窿14井基本情况 玉门青西地区窟窿山构造属山前构造，钻井速度非常慢，如 2000年平均井深4599m，平均周期204天，2001年平均井深4641m， 平均周期199天，2003年完钻的窿9井，完钻井深4500m，钻井周期 长达708.35天。近年，进行了井身结构优化、钻头选型、复合钻井、 高陡地区井身质量控制等多方面的技术研究和应用，在一定程度上 提高了钻井速度，但钻井速慢、钻井周期长等问题仍然很突出，严 重制约勘探开发速度。为探索提高该地区钻井速度的新途径进行窿 14井气体钻井研究与现场试验。
一、气体钻井现场试验情况
2、工艺流程
一、气体钻井现场试验情况
3、现场应用概况
Φ444.5mm钻头×1358m Φ339.7mm表套×1356.01m Φ241.3mm钻头×2670.02m （4700m）
Φ152Hale Waihona Puke Baidu4mm钻头×5200m
一、气体钻井现场试验情况
（1）空气钻井
（1358-1392.43m,进尺34.40m，平均机械钻速6.81m/h）
转盘
合计／（或平均）
钻进井段 （m）
1358.00－1392.40
1392.40－1456.63
1456.63－1642.00 1642.00－1977.13 1977.13－2160.00 2160.00－2255.86 2255.86－2335.84 2335.84－2430.19 2430.19－2570.42 2570.42－2670.02 1358.00－2670.02
一、气体钻井现场试验情况
（4）空气螺杆试验 在雾化钻井过程中，在2255.86-2335.84m井段试验了φ197mm 的空气螺杆，钻进79.98m起钻后检测发现空气螺杆不转动，空气 螺杆使用寿命10h。 钻井参数：钻压10-20KN，转速30-40rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注入压力3.0MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min 平均机械钻速7.19m/h,最快机械钻速60m/h。钻至井深2331m 以后机械钻速基本在1.0m/h左右。
一、气体钻井现场试验情况
4、应用效果 窿14井气体钻井钻头使用指标
序号
钻头 型号
钻进 方式
0 HJ517G
转盘
1 空气锤
空气锤
2 HJ537G
转盘
3 HJ537G
转盘
2 HJ537G 4 HJ517G 5 GP536D 5 GP536D 6 HJ517G
转盘 转盘 复合 转盘 转盘
7 HJ517G
LMF-70/150DS高低压一体机
英格索兰1070型低压空压机 Cooper40X-80高低压分体机
NIPU-900 williams7100ep
197mm 180mm 177.8mm 排量18-360L／min 压力20MPa
使用情况
损坏16次，损失196h 1台正常，1台气举后损坏， 不能使用 1台不能使用 低压部分 正常 排砂管线23次刺穿 工作寿命9h 工作寿命11h 震击后现场不能复位 正常使用
机械钻速 （m/h）
6.81
8.42
6.91 4.66 5.29 2.67 7.19 2.93 2.50 2.89 4.16
一、气体钻井现场试验情况
与邻井机械钻速对比
井号
钻进井段 （m）
进尺 井眼尺寸 纯钻时间 （m） （mm） （h）
窿14 窿10 窿106
1358－1456.63 1456.63－1977.13 1977.13－2670.02
4
6
8
10
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
一、气体钻井现场试验情况
（二）方案设计
2200m以上井段空气钻井 -3800m井段雾化钻井 -4700m井段泡沫钻井
Φ444.5mm钻头×1358m Φ339.7mm表套×1356.01m
Φ241.3mm钻头×4700m Φ177.8mm表套×4700m
进尺 （m）
钻压 （t）
34.40
1－2
64.23
185.37
335.13 182.87 95.86 79.98 94.35 140.23 99.60 1312.02／202.23
1－2
2－3
4－6 2－3 1－2 1－2 1－2 1－3 2－4 ／
纯钻时间 （h）
5.05
7.63
26.83 71.92 34.57 35.95 11.13 32.23 56.02 34.43 315.76/50.51
12.68 78.75 204.33 34.83 261.92 346.00 35.83 582
机械钻速 （m/h）
7.78 5.27 3.39 3.14 1.74 2.03 4.15 2.19
平均机械 钻速
（m/h） 4.16
1.97
2.30
一、气体钻井现场试验情况
二、吐哈地区红台2-15井氮气钻井
有效渗透率 （10-3μm2）
0.604 0.568 0.656 0.009 0.062 0.029 0.0013
表皮系数
9.00 32.97 20.53 6.54 11.86 10.62 7.20
储层中部压力 平均气产量
（MPa）
（m3/d）
0.91
7310
0.93
24010
0.90
/
0.89
5892
一、气体钻井现场试验情况
（2）井壁稳定评估 对邻井窿10井200－ 4600m井段岩屑进行了室内 水化膨胀实验。200m取一 个岩屑样品，利用玉门青西 地区地层水对22个岩样进行 了岩屑水化实验。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000
钻井参数：钻压30KN,转速60rpm 空气注入参数： 气量90m3/min,注入压力0.7MPa
为试验空气锤钻井技术，井深1392.43m起钻更换为空气锤钻井 （2）空气锤钻井 （1392.43-1456.63m,进尺64.23m，平均机械钻速8.42m/h， 最快机械钻速达98m/h） 钻井参数：钻压30KN,转速25－30rpm 空气注入参数：气量90m3/min,注入压力0.9-2.8MPa 钻至井深1453m后机械钻速明显下降，井深1456.63m起钻发 现不工作，空气锤使用寿命7h。
一、气体钻井现场试验情况
2、可行性论证 在前期区域可行性论证的基础上进行了水层预测和井壁稳定评 估。 （1）窿14井水层预测 利用窿14井邻井窿14井和隆106井测井资料、地质分层及其对 比、岩性特征等，对窿14井井深500－3800m井段储层及其含水情况 进行了评价预测。 500－2240m：无水层。 2240－2740m：存在水层的可能性。 2740－2850m：存在水层。 2850－3330m：水层发育段。 3330－3760m：有发育水层。 3760－4940m：裂缝较发育，未进行储层划分。
一、气体钻井现场试验情况
蹩跳钻严重。地层含砾、破碎，钻压超过50-80KN后减震器不 能有效缓解蹩、跳钻，使得钻具损伤严重。
井斜控制困难。地层倾角大（高达60－70°） 、倾向变化小， 采用常规的井斜控制方法收效甚微。
（2）深部白垩系泥云岩地层钻速慢 中、下沟组地层胶结比较致密，主要为致密的白云质泥岩、泥 质白云岩及砾岩，富含线状黄铁矿，裂缝发育，地层均质性差，且 非常致密，不仅硬度和密度增加，机械性能也向塑--脆性或塑性转 化，高围压下的岩石可钻性很差。可钻性在6-9级之间，最高达 9.73，在该层段采用160-180KN大钻压钻进日进尺只有10-20m。
一、气体钻井现场试验情况
（5）泡沫钻井 由于地层出水越来越大，现场预测已超过 5m3/h，故在2430.19－2670.02m转化成泡沫钻井。 钻井参数：钻压10-30KN,转速80rpm 空气注入参数：注入量60m3/min,注入压力 2.8MPa 胶液注入参数：注入量100L/min 发泡胶液配方及性能 配方：水+0.6%HV-CMC+0.6%SPS+适量烧碱 +1%泥岩抑制剂 性能：半衰期45min，膨胀率400% 泡沫钻井进尺90.45m，平均机械钻速2.65m/h。
一、气体钻井现场试验情况
（3）牙轮钻头空气/雾化钻井 空气锤钻井后，下入牙轮钻头进行空 气钻井，由于地层出水，钻进过程始终不 见岩屑返出，钻进10m后转化为雾化钻井， 岩屑返出正常。钻进井段1456.632430.19m，进尺973.56m，平均机械钻速 4.58m/h。 钻井参数：钻压10-30KN,转速70－ 80rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注 入压力2.8MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min
Φ152.4mm钻头×5200m Φ127mm表套×5200m
一、气体钻井现场试验情况
（三）现场应用情况
1、主要设备
序号 1
设备名称 顶驱
2
空压机
3
空压机
4
空压机
5
制氮车
6 井口控制系统
7
空气锤
8
空气螺杆
9 空气震击器
10
雾化泵
数量 1台
2台
4台 1台 1台 1套 1支 1支 1支 1台
规格型号 DQ－60P
0.84
6988
0.86
／
0.88
2542
平均气产量 （m3/d）
/ / / 0.42 / / /
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
低 膨 胀 区
高 膨 胀 区 低 膨 胀 区
一、气体钻井现场试验情况
针对高膨胀区，利用泡 沫胶液作膨胀液进行了膨胀 实验，膨胀率大幅度降低至5 ％以下，具有较好的抑制作 用，确定了泡沫胶液的配方：
水＋HVCMC＋SPS＋烧碱 ＋泥岩抑制剂
0
2
一、气体钻井现场试验情况
1、钻井速度慢的两个原因分析 （1）逆掩推覆体钻井难度大，速度慢。 地层硬度大。实钻资料显示，逆掩推覆体地层岩石密度为 2.6—2.94g/cm3，有些已经超过3g/cm3 ，与花岗岩相同。 可钻性差。玉门青西地区窿9井逆掩推覆体地层志留系、白垩 系取心资料显示，可钻性在6-8级之间。 研磨性强。窿9井在逆掩推覆体地层1254.78-1255.55m井段用 NC623取心钻头工程取心，取心进尺0.77m，心长0.21m，收获率 27.3%，取心钻头报废。
（一）红台地区基本情况 红台－疙瘩台构造主力气层在侏罗系三间房组，地质条件
复杂，地层压力普遍在0.8-0.9g/cm3之间，岩性主要为浅灰色 粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，储层有效孔隙度为3-11％，渗透率 为0.5-2.0×10-3μm2，属中低孔低渗型储层。储层以泥质胶 结为主，水敏性强，孔隙间连通性差，属低压、低产储层。
一、气体钻井现场试验情况
红台2-15井储层分布情况表
层 位 预测气层顶深(m)
Q3
2247
Q4
2283
S12
2302
S22
2322
S23
2337
S24
2357
S25
2378
S33
2472
S23
2508
预测气层底深(m)
2249 2290 2307 2325 2342 2359 2384 2478
/
气层厚度(m)
2 7 5 3 5 2 6 6 /
钻遇概率 (%) 50 50 50 50 50 50 50 50 50
油气水层预测
气层 水层 气层 气层 气层 气层 气层 气层 水层
一、气体钻井现场试验情况
红台地区储层产能情况
井号
疙8 疙9 红台2 红台6 红台8
层位
J2s J2s J2s J2s J2s
气体钻井技术及现场应用
汇报提纲
一、气体钻井现场试验情况 二、出现的问题及对策 三、认识和建议
2003年以来，吐哈钻采工艺研究院承担了多项集团公司气体钻 井方面的研究和现场试验项目，进行了大量气体钻井技术的室内研 究，并进行了玉门青西地区窿14井空气／雾化／泡沫钻井、吐哈红 台地区红台2-15井纯氮气全过程欠平衡钻井、吐哈三塘湖地区马14 井充空气钻井等多口井的现场应用，取得了良好的应用效果，体现
1597－2870
98.63 520.50 692.89 109.93 456.07 702.41 148.68 1273
244.5 241.3 241.3 375 375 214.3 311 311
了该技术良好的应用前景，促进了该技术的进一步推广应用。
一、气体钻井现场试验情况
一、玉门青西地区窿14井气体钻井
（一）窿14井基本情况 玉门青西地区窟窿山构造属山前构造，钻井速度非常慢，如 2000年平均井深4599m，平均周期204天，2001年平均井深4641m， 平均周期199天，2003年完钻的窿9井，完钻井深4500m，钻井周期 长达708.35天。近年，进行了井身结构优化、钻头选型、复合钻井、 高陡地区井身质量控制等多方面的技术研究和应用，在一定程度上 提高了钻井速度，但钻井速慢、钻井周期长等问题仍然很突出，严 重制约勘探开发速度。为探索提高该地区钻井速度的新途径进行窿 14井气体钻井研究与现场试验。
一、气体钻井现场试验情况
2、工艺流程
一、气体钻井现场试验情况
3、现场应用概况
Φ444.5mm钻头×1358m Φ339.7mm表套×1356.01m Φ241.3mm钻头×2670.02m （4700m）
Φ152Hale Waihona Puke Baidu4mm钻头×5200m
一、气体钻井现场试验情况
（1）空气钻井
（1358-1392.43m,进尺34.40m，平均机械钻速6.81m/h）
转盘
合计／（或平均）
钻进井段 （m）
1358.00－1392.40
1392.40－1456.63
1456.63－1642.00 1642.00－1977.13 1977.13－2160.00 2160.00－2255.86 2255.86－2335.84 2335.84－2430.19 2430.19－2570.42 2570.42－2670.02 1358.00－2670.02
一、气体钻井现场试验情况
（4）空气螺杆试验 在雾化钻井过程中，在2255.86-2335.84m井段试验了φ197mm 的空气螺杆，钻进79.98m起钻后检测发现空气螺杆不转动，空气 螺杆使用寿命10h。 钻井参数：钻压10-20KN，转速30-40rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注入压力3.0MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min 平均机械钻速7.19m/h,最快机械钻速60m/h。钻至井深2331m 以后机械钻速基本在1.0m/h左右。
一、气体钻井现场试验情况
4、应用效果 窿14井气体钻井钻头使用指标
序号
钻头 型号
钻进 方式
0 HJ517G
转盘
1 空气锤
空气锤
2 HJ537G
转盘
3 HJ537G
转盘
2 HJ537G 4 HJ517G 5 GP536D 5 GP536D 6 HJ517G
转盘 转盘 复合 转盘 转盘
7 HJ517G
LMF-70/150DS高低压一体机
英格索兰1070型低压空压机 Cooper40X-80高低压分体机
NIPU-900 williams7100ep
197mm 180mm 177.8mm 排量18-360L／min 压力20MPa
使用情况
损坏16次，损失196h 1台正常，1台气举后损坏， 不能使用 1台不能使用 低压部分 正常 排砂管线23次刺穿 工作寿命9h 工作寿命11h 震击后现场不能复位 正常使用
机械钻速 （m/h）
6.81
8.42
6.91 4.66 5.29 2.67 7.19 2.93 2.50 2.89 4.16
一、气体钻井现场试验情况
与邻井机械钻速对比
井号
钻进井段 （m）
进尺 井眼尺寸 纯钻时间 （m） （mm） （h）
窿14 窿10 窿106
1358－1456.63 1456.63－1977.13 1977.13－2670.02
4
6
8
10
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
一、气体钻井现场试验情况
（二）方案设计
2200m以上井段空气钻井 -3800m井段雾化钻井 -4700m井段泡沫钻井
Φ444.5mm钻头×1358m Φ339.7mm表套×1356.01m
Φ241.3mm钻头×4700m Φ177.8mm表套×4700m
进尺 （m）
钻压 （t）
34.40
1－2
64.23
185.37
335.13 182.87 95.86 79.98 94.35 140.23 99.60 1312.02／202.23
1－2
2－3
4－6 2－3 1－2 1－2 1－2 1－3 2－4 ／
纯钻时间 （h）
5.05
7.63
26.83 71.92 34.57 35.95 11.13 32.23 56.02 34.43 315.76/50.51
12.68 78.75 204.33 34.83 261.92 346.00 35.83 582
机械钻速 （m/h）
7.78 5.27 3.39 3.14 1.74 2.03 4.15 2.19
平均机械 钻速
（m/h） 4.16
1.97
2.30
一、气体钻井现场试验情况
二、吐哈地区红台2-15井氮气钻井
有效渗透率 （10-3μm2）
0.604 0.568 0.656 0.009 0.062 0.029 0.0013
表皮系数
9.00 32.97 20.53 6.54 11.86 10.62 7.20
储层中部压力 平均气产量
（MPa）
（m3/d）
0.91
7310
0.93
24010
0.90
/
0.89
5892
一、气体钻井现场试验情况
（2）井壁稳定评估 对邻井窿10井200－ 4600m井段岩屑进行了室内 水化膨胀实验。200m取一 个岩屑样品，利用玉门青西 地区地层水对22个岩样进行 了岩屑水化实验。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000
钻井参数：钻压30KN,转速60rpm 空气注入参数： 气量90m3/min,注入压力0.7MPa
为试验空气锤钻井技术，井深1392.43m起钻更换为空气锤钻井 （2）空气锤钻井 （1392.43-1456.63m,进尺64.23m，平均机械钻速8.42m/h， 最快机械钻速达98m/h） 钻井参数：钻压30KN,转速25－30rpm 空气注入参数：气量90m3/min,注入压力0.9-2.8MPa 钻至井深1453m后机械钻速明显下降，井深1456.63m起钻发 现不工作，空气锤使用寿命7h。
一、气体钻井现场试验情况
2、可行性论证 在前期区域可行性论证的基础上进行了水层预测和井壁稳定评 估。 （1）窿14井水层预测 利用窿14井邻井窿14井和隆106井测井资料、地质分层及其对 比、岩性特征等，对窿14井井深500－3800m井段储层及其含水情况 进行了评价预测。 500－2240m：无水层。 2240－2740m：存在水层的可能性。 2740－2850m：存在水层。 2850－3330m：水层发育段。 3330－3760m：有发育水层。 3760－4940m：裂缝较发育，未进行储层划分。
一、气体钻井现场试验情况
蹩跳钻严重。地层含砾、破碎，钻压超过50-80KN后减震器不 能有效缓解蹩、跳钻，使得钻具损伤严重。
井斜控制困难。地层倾角大（高达60－70°） 、倾向变化小， 采用常规的井斜控制方法收效甚微。
（2）深部白垩系泥云岩地层钻速慢 中、下沟组地层胶结比较致密，主要为致密的白云质泥岩、泥 质白云岩及砾岩，富含线状黄铁矿，裂缝发育，地层均质性差，且 非常致密，不仅硬度和密度增加，机械性能也向塑--脆性或塑性转 化，高围压下的岩石可钻性很差。可钻性在6-9级之间，最高达 9.73，在该层段采用160-180KN大钻压钻进日进尺只有10-20m。
一、气体钻井现场试验情况
（5）泡沫钻井 由于地层出水越来越大，现场预测已超过 5m3/h，故在2430.19－2670.02m转化成泡沫钻井。 钻井参数：钻压10-30KN,转速80rpm 空气注入参数：注入量60m3/min,注入压力 2.8MPa 胶液注入参数：注入量100L/min 发泡胶液配方及性能 配方：水+0.6%HV-CMC+0.6%SPS+适量烧碱 +1%泥岩抑制剂 性能：半衰期45min，膨胀率400% 泡沫钻井进尺90.45m，平均机械钻速2.65m/h。
一、气体钻井现场试验情况
（3）牙轮钻头空气/雾化钻井 空气锤钻井后，下入牙轮钻头进行空 气钻井，由于地层出水，钻进过程始终不 见岩屑返出，钻进10m后转化为雾化钻井， 岩屑返出正常。钻进井段1456.632430.19m，进尺973.56m，平均机械钻速 4.58m/h。 钻井参数：钻压10-30KN,转速70－ 80rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注 入压力2.8MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min
Φ152.4mm钻头×5200m Φ127mm表套×5200m
一、气体钻井现场试验情况
（三）现场应用情况
1、主要设备
序号 1
设备名称 顶驱
2
空压机
3
空压机
4
空压机
5
制氮车
6 井口控制系统
7
空气锤
8
空气螺杆
9 空气震击器
10
雾化泵
数量 1台
2台
4台 1台 1台 1套 1支 1支 1支 1台
规格型号 DQ－60P
0.84
6988
0.86
／
0.88
2542
平均气产量 （m3/d）
/ / / 0.42 / / /
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
低 膨 胀 区
高 膨 胀 区 低 膨 胀 区
一、气体钻井现场试验情况
针对高膨胀区，利用泡 沫胶液作膨胀液进行了膨胀 实验，膨胀率大幅度降低至5 ％以下，具有较好的抑制作 用，确定了泡沫胶液的配方：
水＋HVCMC＋SPS＋烧碱 ＋泥岩抑制剂
0
2
一、气体钻井现场试验情况
1、钻井速度慢的两个原因分析 （1）逆掩推覆体钻井难度大，速度慢。 地层硬度大。实钻资料显示，逆掩推覆体地层岩石密度为 2.6—2.94g/cm3，有些已经超过3g/cm3 ，与花岗岩相同。 可钻性差。玉门青西地区窿9井逆掩推覆体地层志留系、白垩 系取心资料显示，可钻性在6-8级之间。 研磨性强。窿9井在逆掩推覆体地层1254.78-1255.55m井段用 NC623取心钻头工程取心，取心进尺0.77m，心长0.21m，收获率 27.3%，取心钻头报废。
（一）红台地区基本情况 红台－疙瘩台构造主力气层在侏罗系三间房组，地质条件
复杂，地层压力普遍在0.8-0.9g/cm3之间，岩性主要为浅灰色 粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，储层有效孔隙度为3-11％，渗透率 为0.5-2.0×10-3μm2，属中低孔低渗型储层。储层以泥质胶 结为主，水敏性强，孔隙间连通性差，属低压、低产储层。
一、气体钻井现场试验情况
红台2-15井储层分布情况表
层 位 预测气层顶深(m)
Q3
2247
Q4
2283
S12
2302
S22
2322
S23
2337
S24
2357
S25
2378
S33
2472
S23
2508
预测气层底深(m)
2249 2290 2307 2325 2342 2359 2384 2478
/
气层厚度(m)
2 7 5 3 5 2 6 6 /
钻遇概率 (%) 50 50 50 50 50 50 50 50 50
油气水层预测
气层 水层 气层 气层 气层 气层 气层 气层 水层
一、气体钻井现场试验情况
红台地区储层产能情况
井号
疙8 疙9 红台2 红台6 红台8
层位
J2s J2s J2s J2s J2s
气体钻井技术及现场应用
汇报提纲
一、气体钻井现场试验情况 二、出现的问题及对策 三、认识和建议
2003年以来，吐哈钻采工艺研究院承担了多项集团公司气体钻 井方面的研究和现场试验项目，进行了大量气体钻井技术的室内研 究，并进行了玉门青西地区窿14井空气／雾化／泡沫钻井、吐哈红 台地区红台2-15井纯氮气全过程欠平衡钻井、吐哈三塘湖地区马14 井充空气钻井等多口井的现场应用，取得了良好的应用效果，体现