泡沫钻井技术在26寸井眼的成功应用解析

空气泡沫钻井技术在元坝10井26寸大井眼中成功应用

张庆华张涛

前言

元坝区块是中国石油化工股份有限公司的重点勘探区域，元坝地区是中国石化天然气增储上产的重点区域，也是川气东送建设工程的重要资源接替阵地。中原西南钻井公司于2006年进入元坝区块进行钻井施工。中原西南钻进公司积极响应石化集团提速，在新一轮元坝区块钻井施工中采用新工艺、新技术，加快了钻井速度。元坝区块的地质情况较为复杂，该区块陆相地层井段长、埋藏深、可钻性差、稳定性差；这些地质特点都给钻井施工带来了相当大的困难。其中上部陆相地层为高陡构造，砂、泥、页岩互层频繁，硬度大，研磨性强，碎，井眼稳定性差，钻井中时常发生井漏，井漏后往往诱发井塌，并且漏失井段长，极易造成井下复杂，处理难度大。

地层特点是砂泥岩软硬交错变化大，砂岩石英含量高，且胶结致密、硬度大、研磨性强，地层可钻性低，元坝地区岩石可钻性级别多大于5级，部分井存在浅层水和发育裂缝。空气钻井钻遇严重出水地层后，井底岩屑无法顺利返出，导致空气钻井无法实施。空气泡沫钻井技术在川东北的成功应用，不仅大大提高了机械钻速，缩短了陆相地层的钻井周期，有效解决了该工区“硬”、“斜’、“漏”三大技术难题，并且有效的避免了井下燃爆，为欠平衡钻井技术广泛应用拓展了新的空间。

然而，采用空气钻井时，经常会遇到地层出水的情况，严重制约了空气钻井的应用。由于地层出水，会把空气钻井形成的粉尘凝结，糊在井壁上，造成扭矩增加、局部过热、井壁岩石出现裂缝，吸水膨胀后造成井壁坍塌或者卡钻，一旦出现这种情况，大多认为在出水量达到5m3/h就应该转化成雾化钻井或空气泡沫钻井。

空气泡沫钻井工艺技术流程：是以泡沫基液为工作对象，用空压机对空气先进行初级加压，然后经过增压机增压后的气体再与雾化泵泵出泡沫基液混合，

经立管三通进入钻具，泡沫通过钻头时对钻头进行冷却，再通过井口的旋转头（旋转密封），泡沫和钻屑进入排砂管线，最后到岩屑池，完成携带岩屑和消除粉尘的任务，泡沫自然破泡后基液回收到上水池进行再利用。

中原油田钻井研究院配合在元坝10井第二层导管施工中采用泡沫钻井技术成功钻至702米，解决了元坝区块陆相髙陡构造大井眼的提速问题，也是中原油田泡沫钻井技术首次在26寸井眼成功使用。

关键词：新工艺提速陆相髙陡构造泡沫钻井大井眼

张庆华：1989年毕业于中原石油学校，现在中原西南钻井公司技术发展部，钻井工程师。

一元坝10井概述

元坝10井地理位于四川省苍溪县，构造属川东北巴中低缓构造带北斜坡元坝区块，是南方分公司部署的一口预探井。设计井深7150米。目的层：以上二叠统长兴组、下三叠统飞仙关组为主要目的层，兼探自流井组大安寨段、须家河组及雷口坡组。

第一层导管Φ914mm钻头钻至井深30.39米，下入Φ720mm套管29.2米。

二设备的安装及试压

1设备、仪器、仪表安装时，必须作到平、整、稳、全、牢、灵、通,不漏油、气、水、电

2 井口校正

井口偏斜可能造成①旋转控制头内胶芯造成偏磨，严重时可能密封失效，气体泡沫窜上钻台，导致钻井失败；②不压井起下钻装置校正困难，上下卡瓦难以卡紧等不利用气体钻井的因素。

2 安装排砂管线要求平直，要尽量少用弯头，排砂管线通径应大于200mm, 排砂管线弯头两侧和出口处应用Ø20㎜地角螺栓和水泥与砂石加以固定，长度大于10米的悬空段中间加支撑架。

3 在排砂管线安全和操作方便的地方安装砂样取样器。

4 为了旋转总成拆装操作安全，在旋转防喷器壳体法兰高度处周围安装操作平台。

5 设备和管线安装好后, 高压供气管线必须试压15MPa合格后才能投入使用

6 旋转防喷器、井口闸板防喷器、节流压井管汇按规定试压合格。

元坝10井空气泡沫钻井井口装置示意图

元坝10井泡沫钻井工艺技术总体流程

泡沫钻井工艺技术是以泡沫为工作对象,用空压机对空气先进行初级加压,然后经过增压机再增压后的气体再与泡沫基液混合后入井,最后完成携带岩屑和消除粉尘的任务。

泡沫钻井施工作业工艺流程图如下：空气→空压机→增压机→雾化泵(基液与气体混合)→立管→钻具→钻头→环空→井口→排砂

管→岩屑池→破泡后基液→上水池

元坝10井泡沫钻井工艺流程图

元坝10井空气泡沫钻井施工方案

1、基液准备

空气泡沫钻井是指钻井时将大量的气体（如空气和氮气）分散在少量含起泡剂（表面活性剂）的液体中作为循环介质的工艺，液体是外相（连续相），气体是内相（非连续相），其产生粘度的机理是气泡间的相互作用。

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。

根据川东北所钻井的井下特性，结合现场应用，形成了一套适合该区域地层的泡沫基液配方。泡沫基液具有足够的热稳定性，能达到下述要求:

②有很强的抗盐(Cl-大于50 g/L)、抗钙(Ca2＋，大于50 g/L)的能力。

②良好的高温热稳定性(120℃条件下泡沫稳定16h)，

③具有低腐蚀性。

④稳定的流变特性。

⑤抑制地层泥页岩的水化膨胀。

2、推荐泡沫钻井参数：

空气排量：80-150 m3/min；

泡沫基液排量：200-500 L/min；

消泡所需风量：35-60 m3/min。

3、泡沫准备：

（1）设备：雾化泵2台或泥浆泵1台（排量可满足200-500 L/min 的需要），40~60m3配液罐3个，排量80m3/h潜水泵3台；根据井深的不同增加排量或增加空压机的台数，以满足深井及不同井径携砂的需要。

（2）泥浆池有足够的空间容纳泡沫；

（3）井队准备雾化泵或泥浆泵与储罐连接的相关设施；

（4）钻井院备齐泡沫剂药品，负责基液的配制；

（5）如果地层出水量较小或不出水，污水回收利用困难，井队应准备足够的清水用于泡沫基液的配制。

3、泡沫基液配方及注入量：

（1）基液配方：起泡剂0.3-0.5%、增粘剂0.1-0.15%、稳泡剂0.01~0.03% 、抑制剂0.5%-1.2%、井壁稳定剂0.1-0.4%

（2）实施泡沫钻井时，泡沫基液起始排量为200L/min，配方和排量根据钻遇地层、出水量、携砂、钻时情况及时进行调整。

4、泡沫措施

（1）依据钻进返砂情况及时补充和调整处理剂的量，保持泡沫液的性能稳定，满足携岩要求。

（2）依据地层出水情况及时调整井壁保护剂及泡沫剂加量，保证井壁稳定，如果出水量较大，提高泡沫基液的浓度、适当降低基液排量。如果出水量较小或未出水，降低泡沫基液的浓度、适当提高基