空气钻井井眼稳定问题
气体钻井替换过程中的井壁稳定性
正确求出地层的坍塌压力以及水化后的坍塌压力非常重要。
在进行气体钻井井壁稳定性分析之前,首先需要收集大量准备进行气体钻井区块的相关资料,这是井壁稳定性分析能否科学合理的前提条件。
据地震资料解释,大邑构造为北东展布,向北东倾伏,西南仰起,构造轴向为北东向,长轴在11~16.4km之间;短轴在2.1~2.7km之间,两翼不对称,倾角7º~12º。
由深至浅从雷口坡顶(T6)到白田坝底(T4)构造形态变化不大,总体上都是两翼均被断层切割遮挡的背斜。
大邑构造区域上位于川西中-新生界沉积坳陷,属于龙门山山前断褶构造带之大邑潜伏构造亚带。
地处龙门山山系的中南段西部。
从附录图B10可以看出DY1的构造比较平缓。
DY1在天马山组顶部692m砂岩地层下入339.7mm套管,一开完钻;二开采用空气钻井,钻至井深2800m完钻。
二开空气钻井共耗时17.61天(原设计采用常规钻井需55天),平均机械钻速为9.03m/h,节约钻头5只,达到了实施空气钻井的预期目的。
而且没有任何井壁稳定问题。
在参考川邑130、灌口1、2、3井等邻井地质、钻井、测井等大量资料的情况下,DY1须二段实施了氮气钻井。
须二段地层压力比较低,压力梯度为1.15~1.20MPa/100m,储层流体性质为天然气,不含H2S。
邻井灌口1、2、3井在钻井液过平衡、欠平衡钻井状态下均只有油气显示,未能形成工业产能,预测地层产量较小。
因此,该井在不钻达水层,只在设计井段进行氮气钻井是可行的。
2006年7月21日用149.2mmHA517G开始从4652m氮气钻,钻到4775.56m地层出水遇卡,氮气进尺123m,钻速8.36m/h。
下面对氮气钻井中的井壁稳定性进行分析。
大邑1井气体钻井在须2段出现地层出水,钻头泥包后造成钻具埋在地层中拔不出来。
造成泥页岩水化井壁失稳,加大注气量也不能拔出钻具,等到24小时后,由于坍塌泥页岩.被水泡后分散,所以加大上提力后拔出了钻具。
空气钻井技术及其应用
空气钻井技术及其应用【摘要】文章介绍了空气钻井的技术特点及局限性,分析空气钻井技术在实际应用中的问题和难点,最后就如何改进提出了自己的一些看法和建议。
【关键词】空气钻井技术;应用;改进中图分类号:te242文献标识码: a 文章编号:引言空气钻井是以压缩空气(或氮气)既作为循环介质又作为破碎岩石能量的一种欠平衡钻井技术。
这种技术的原理是以气体(或氮气)为循环介质,用气体压缩机等设备作为增压装置,用旋转防喷器作为井口控制设备的一种欠平衡钻井工艺,用于石油、天然气钻井。
空气钻井技术能够避免产油层受到钻井液的污染,有助于提高油井生产能力,并杜绝由于钻井液的大量漏失而造成的不必要的浪费。
对于高渗、裂缝性地层以及对入侵液体高度敏感的地层,空气钻井技术是降低钻井液、滤液及固相侵入,防止损害储层的一种有效方法。
空气钻井技术是继水平井钻井技术之后迅速发展起来的一门降低成本又增加钻进效率的新技术,与先前的钻井方式相比,空气钻井技术可以使井底岩石受到挤压而凸起,并产生拉应力区,有助于钻头与岩石接触,进而使钻头更容易钻入地层,从而有效的提高钻井的时效。
1 空气钻井的技术特点及局限性空气钻井技术在实现完全欠平衡钻进、提升机械钻速以及安全性等方面具有显著有点,但是企业存在一些局限性,如井眼稳定性不好将无法进行空间钻井,下面作者将对此进行具体分析:(1)可以实现完全欠平衡钻进。
标准状况下,空气的密度为1.29g/l,根据满足正常钻进所需要的注气量计算,当井深超过3000m时环空气体密度不高于150g/l,远低于地层水的密度(纯水密度为1000g/l),可以轻易实现负压钻进。
(2)以空气作为循环介质时彻底消除了井底压持效应,极大的解放了机械钻速,因此空气钻进具有较高的机械钻速,一般是常规钻井液钻进方式的3-8倍。
(3)利用空气钻井技术可以比较容易的穿过非正常地层。
非正常地层是指天然裂缝、溶洞和盐类物质的夹层,例如硬石膏层,而且由于空气钻进无液相存在,因此不会涉及井壁的水化失稳问题。
气液转换润湿反转剂技术
均机械钻速7.13 m/h。2007年截止到4月30日,共
有12套空气钻设备在川东北应用,应用气体钻井 19口,累计钻井进尺41793.55 m,占钻井总进尺 (65987.16 m)的63.33%,平均机械钻速6.54 m/h,最高机械钻速22.79 m/h。
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一、南方陆相地层泥浆钻井过程中的井壁稳定问题
表4 泥页岩膨胀实验(江沙8井沙溪庙组)2300m
时间/h 膨胀率/% 编号 1 2 蒸馏水 用 RSF-1 浸泡 5min 后+蒸馏水 1.40 0.23 1.48 0.23 1.72 0.31 1.79 0.49 1.82 0.49 1.87 0.50 1.87 0.59 浸泡介质 0.5 1 2 3 4 5 6
18 钻井中遇到的同类普遍性问题提供了借鉴经验。
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时间/h 膨胀率% 编号 1 2 3 4 5 6 蒸馏水 用 RSF-1 浸 泡 5min+蒸馏水 马 1 井泥浆 马 1 井泥浆+3% RSF-1 乳化石蜡:RSF-1 =1:1 加蒸馏水 乳化石蜡:RSF-1 =2:1 加蒸馏水 3.56 0 0.44 0.44 0.54 0.52
8
浸泡介质
1
2
滚动回收率/% 0 22.7 14.5 14
滚动时间/min 10 10 30 60
1 2 3 4
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气液转换润湿反转隔离液室内试验
与钻井液配伍性评价实验结果
表9 钻井液配伍性评价结果
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气液转换润湿反转隔离液现场试验
P301-4井现场试验情况介绍
普光P301-4(P6-4)井是位 于四川盆地川东断褶带黄金口构 造带普光构造上的一口定向开发 井,设计井深5737m(垂深 5439m)。
空气钻井技术难点分析及安全技术措施
空气钻井技术难点分析及安全技术措施摘要:首先阐述了空气钻井技术的设备及作业方法,随后对空气钻井的难点问题进行分析,并在此基础上提出了安全技术措施。
期望通过本文的研究能够对提高空气钻井作业效率和确保作业安全有所帮助。
关键词:空气钻井技术难点安全措施一、空气钻井技术的设备及作业方法综述(一)空气钻井设备所谓的空气钻井实质上就是利用空气作为循环介质进行钻井的过程,在这一过程需要使用到如下设备:1.空气压缩机。
这是空气钻井过程中最为重要的设备之一,它的主要作用是为钻井过程提供所需的空气。
空气压缩机的种类较多,如旋转叶片式、往复活塞式、旋转螺杆式等等,油田钻井作业中一般采用的都是螺杆式空气压缩机。
2.增压机。
在空气钻井中使用的增压机一般多为往复活塞式,其工作原理是将来自空气压缩机的空气增加至更高的压力,从而满足钻井过程对空气压力的要求。
增压机分为单级、双级和多级,通常情况下,1台增压机能够同时处理2台或是多台空气压缩机提供的空气。
3.管线与阀门。
管线的主要作用是输送经过空气压缩机出来的压缩空气,通常管线的额定压力与增压机的最大压力相匹配;在管线连接的位置处安装有相应的阀门,主要分为单流阀、球阀和安全阀,其作用是保护压缩机和方便泄压。
4.防喷装置。
基本上每一种钻井技术工艺井口返出的流体都具有一定的压力,为了保证钻井的过程的安全,都需要在井口安装放喷装置,空气钻井技术也不例外。
5.钻具止回阀。
通常情况下,在空气钻井过程中,需要安装至少两个钻具止回阀,其中一个需要接在钻头上,其作用是防止钻屑回流,另外一个则安装在井口附近的钻具上,其作用是防止空气喷出。
(二)空气钻井技术的作业方法空气钻井技术与常规的钻井液钻井技术有所不同,具体体现在它是用空气作为循环介质对钻头进行冷却,并以此来满足钻井作业需要。
正因如此,使得空气钻井技术的作业方法相对比较复杂,大体上可分为以下几个步骤:1.设备安装连接。
空气钻井技术中需要使用到一些特殊设备以及与之相应的附属配件,在进行钻井之前,需要将这些设备安装并连接在一起,所以这是空气钻井技术作业方法的关键环节。
空气钻井条件下录井方法探讨
方法一 : 钻完单根 , 循环 , 使井底干净 , 接好C r At 后, 将钻具放到底 , 当钻头位置等于上C r At 的方完井
深时 , 记录—个时间; 开气后, 当出砂 口有岩样返出 再记录—个时间。两者之差 即为迟到时间。 任务 ; 空气和岩屑经井 口 进入排砂管线 , 最后经水化 时, 方法二 : 使用特殊气体做指示剂 。接单根时注 降尘排泄到岩屑池 。井 口排砂管线上各安装—个岩 或将装有 特殊气体 的小玻璃瓶投入 屑取样器及气样取样器 , 便于录井截获岩样和气样 。 入钻具水眼内, 钻具水眼内, 由于现场注气量为 15 'mn 下行 时 3 m / i, 与传统钻井工艺相 比, 空气钻井有以下优势 : 钻
第1 卷 6
第4 期
江 汉
石
油 科
技
V0 . 6 No 4 11 . De . o c 2o 6
2O 0 6年 1 2月
J N H N P T O E M S IN EA D T C N L G I G A E R L U CE C N E H O O Y A
空气 钻 井条 件 下 录 井方 法 探 讨
=
在空气钻进前 , 通过 S Y一 A型岩屑描述 仪 M 2 先对同一地层的砂岩、 泥岩进行 自然伽马射线探测 ,
第一作者简介
与技术管理 。
徐敬友 , , 9 年毕业 于江汉 石油学 男 1 6 9
院石油地质勘察专业 , 助理工程 师 , 期从事 现场 录井生产 长
075 (; ) / .8 × d 一 H Q
采取相 应措施 , 防止地层 垮塌埋 死钻具 。
2 3 岩 屑描述 及 地层对 比 .
.. 不易实测 , 影响取样的准确性 ; 由于设备 的原因, 无 2 3 1 根据 岩屑 颜 色变化判 断岩性 必须熟悉工 区的区域地质情况、 邻井资料及不 法监 测井底 C 、 :、O 燃爆及 地层 出水情 况 。 O HSS : 为了克服上述不利因素对岩屑识别、 油气显示 同地层的岩性组合特征。实钻中根据岩屑颜色变化
空气钻井技术
混流式(Mixedflow)
离心式(Centrifugal)
直管波瓣式(Straightlobe)
轴流式(Axialflow)
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由于容积式空压机能够提供较高的压力,所以在油气钻井中使 用较为普遍。主要有以下三种:
·往复式(Reciprocating Piston)
·滑片式(Sliding Vane Rotary)
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7、空气钻井技术国内外现状 气体钻井始于20世纪50年代,稍后出现了雾
化钻井、充气钻井和泡沫钻井,起初是用来钻坚 硬地层,主要目的是为了提高钻速、延长钻头寿 命、降低钻井成本。
国外气体钻井井下工具的研究水平较高,有 专用的空气螺杆、空气锤、与空气锤配套使用的 钻头。20世纪90年代,随着EM-MWD、空气钻井马 达的问世以及各种设备的不断完善,空气钻井技 术的应用变得越来越广泛。
(2)、闸板防喷器(Ram Preventer)
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8、空气锤及配套钻头 空气锤钻井迄今为止已有50 多年的历史,早期用于
建筑业,随后扩展到采矿、石厂开挖、钻凿水井及地基钻 孔。三十年代中期开始发展起来的空气锤,经过不断改进 和完善,已经在一些发达国家广泛应用。在上个世纪五十 年代末已经开始用于深井钻进。
到80、90年代,由于转 动式空压机使用当中存在着 缺陷(维修费用不低,漏气 使得钻深井时不能提供足够 的循环压力),往复式空压 机重新得到广泛应用。
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油田空压机的使用情况
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2、空气增压机(Booster)
用以提高压缩空气的压力等级,以补偿当空气钻进时使用小尺寸喷嘴 或井下动力钻具时造成的过大压力损耗。分为两种,一种是低压(Low Pressure Booster),一种是高压(High Pressure Booster)。
气体钻井操作规范
气体钻井操作规范一、空气钻井(一)实施条件1、地层岩性比较稳定,坚硬、干燥、不易坍塌;2、作业井段的地层压力较清楚;3、非常规裂缝性易漏地层;4、套管原则上应下至实施空气钻井的地层顶部,套管鞋尽可能座在坚硬地层上且口袋小于0.5m;5、确保气源供应充足,增压机的额定工作压力应高于设计施工压力5倍以上。
(二)钻前准备1、井架底座空间足以安装正常钻井井控装置和旋转防喷器;2、双闸板防喷器全封闸板安装在下,半封闸板安装在上;3、备用与所使用的钻杆相对应的半封闸板芯子不少于2副;4、在满足井控安全的要求上,至少有一条放喷管线(或放喷管线上的分支)接至污水池,作气举排液用;5、近钻头位置安装两只常闭钻具止回阀,根据钻井设计备用足量的钻井用下旋塞和常闭钻具止回阀;6、应使用18°斜坡接头钻杆,钻杆本体腐蚀凹坑深度不大于0.5mm,钻杆接头不能有深压痕和毛刺,不得使用胶皮护箍;7、使用六方方钻杆的长度至少14m,水龙带的长度与此相适应;8、应在排砂管线上安装岩屑取样装置和气测取样装置;9、应在排砂管线上与排砂口适当距离处安装降尘水管;10、根据井眼尺寸和井深配置足够的空压机和增压机;11、空气钻井注气设备的配备及场地要求:1、气举前,按设计要求对套管、井口试压;2、钻穿套管引鞋,充分循环,将井底打捞干净;3、气举前用清水替出井内钻井液;4、气举钻具不得带井下动力钻具;5、气举前根据井深、增压机额定压力计算钻具下入深度;6、气举前,关闭立管至泵房的闸阀、半封闸板防喷器以及至燃烧池的放喷管线上的闸阀,打开节流管汇前端的液动平板阀以及至污水池的管线上的闸阀,排出口管线应固定牢靠;7、下钻到井底气举完毕后,提高注气量充分循环,直到出口无液滴。
(四)钻进1、钻进前,在钻杆上连接一只下旋塞和一只常闭钻具止回阀并随钻具入井(旋塞在下);2、钻进时,钻井节流管汇中路的各闸阀处于开启状态;钻井节流管汇前的液动平板阀处于关闭状态;3、钻进前期应进行试钻,调节钻井参数的合理匹配;4、刹把操作人员要求精力集中,送钻均匀;钻进中密切注意注入压力、注气量、钻时、转盘扭矩、气测烃值、岩屑、返出粉尘等情况的变化,发现异常及时汇报,及时处理;5、增压供气组与钻台作业人员明确统一供、停气信号;6、钻定向井时,应加密易斜井段的测斜频率;测斜步骤如下:井斜低于65°时,采用绞车将测斜仪下放至井底进行测斜;井斜大于65°时,应先起钻,将测斜仪放入测斜座后,再用钻具送至井底后,短起测斜;7、钻遇气层后,停止注气,将钻具起至安全井段。
钻井工程复习(除名词解释)
第二章钻进工具1.何谓钻柱的中性点?答:中性点的概念是由鲁宾斯基提出来的。
他认为中性点时钻柱受拉和受压的分界点。
2. 什么叫复合钻柱?答:即采用不同尺寸(上打下小)、或不同壁厚(上后下薄)、不同钢号(上高下低)的钻杆组成的钻杆柱。
3.评价钻头性能的指标有那几项?答:钻头进尺,钻头工作寿命,钻头平均机械钻速,钻头单位进尺成本。
4.简述刮刀钻头破岩原理。
答:刮刀钻头刀翼在钻压W和扭转力T的作用下,一方面作向下的运动,一方面围绕钻头轴线旋转,刀翼以正螺旋面吃入并切削岩层,井底平面与水平面成Ø 角。
刮刀钻头主要以切削和挤压方式破碎地层,具体方式主要取决于钻头的切削结构及所钻地层的岩性。
由于这几种破岩方式主要要克服岩石的抗剪强度,所以它比克服岩石的抗压强度的破岩方式要容易得多。
5. 牙轮的超顶、移轴和复锥各产生哪个方向的滑动?答:由于牙轮的超顶、移轴、复锥,使牙轮在滚动的同时在井底产生滑动。
超顶和复锥引起沿切线方向滑动,这种作用除了冲击、压碎作用破碎岩石外,还可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩脊;移轴产生轴向方向的滑动,可以剪切掉齿圈之间的岩脊。
6. 金刚石钻头有哪些突出优点?答:(1)是一体性钻头,没有结构薄弱的环节,因而可以使用较高的转速,可以承载较大的侧向载荷而不发生井下事故,(2)金刚石钻头在正确使用的情况下,耐磨且寿命长,适合于深井及研磨性地层。
(3)在高温下,牙轮密封易失效,金刚石钻头则不会出现此问题。
(4)金刚石钻头不受空间尺寸的限制,适合于小井岩钻井。
(5)在钻牙受限的情况下可以使用金刚石钻头。
(6)结构设计制造比较灵活,生产设备简单,能满足非标的需要。
(7)PDC 钻头是一种切削型钻头,实践表明在适应地层可以取得很高的经济效益。
(8)由于热稳定性的限制,必须保证充分的冲洗和冷却。
(9)金刚石钻头抗载荷、抗冲击能力较差,使用时必须岩严格的规程。
7. 金刚石钻头的工作原理?答:由于岩石性能技工条件的复杂性至今没有统一结论,但是可以归纳以下几点:(1)在钻遇硬地层时,在钻压的作用下压入岩石,使接触岩石呈现极高的应力状态而使岩石呈现塑性。
钻井工程师面试知识问答
钻井工程师面试知识问答1. 介绍本文是一份钻井工程师面试知识问答文档,旨在帮助准备钻井工程师职位面试的候选人更好地了解该领域的知识和技能要求。
以下是一系列常见的问题和答案,供候选人参考。
2. 问题和答案2.1 请简单介绍一下钻井工程师的职责。
钻井工程师负责设计、规划和管理钻井作业,确保井口设备安全可靠,并按照计划完成井的钻探工作。
他们还监督钻井作业,确保遵守安全规定和环境保护要求。
2.2 钻井过程中可能遇到的主要问题有哪些?在钻井过程中,可能遇到以下主要问题:•井眼塌陷:由于地层压力超过井中的钻井液压力,导致井眼崩塌,影响钻井作业的继续进行。
•钻头卡塞:钻头在钻进过程中可能会被岩层夹住,导致无法继续钻井。
•井口安全问题:井口设备的故障或不规范操作可能导致安全风险,如井火、井喷等。
•钻井液失控:钻井液的密度不合适或循环系统失控可能导致井喷等严重事故。
2.3 描述一下常见的钻井方法。
常见的钻井方法包括:•旋转钻井法:使用旋转钻具进行钻井,通过钻头的旋转和钻压进行钻井。
•振动钻井法:通过振动钻头的方式进行钻井,适用于某些特殊地层。
•气体钻井法:使用气体(如空气、氮气)作为钻井液进行钻井,适用于一些易爆、有毒的地层。
•液压钻井法:通过液压力驱动钻头进行钻井,适用于一些深井和特殊地层。
•爆炸钻井法:使用爆炸能量进行钻井,适用于一些特殊情况下的钻井作业。
2.4 钻井液的作用是什么?有哪些种类?钻井液在钻井作业中的主要作用包括:•冷却和润滑钻头:钻井液可以冷却钻头,在钻井过程中减少钻头的磨损。
•封堵井眼:通过在钻井液中添加一定的密度剂,使钻井液的密度大于地层压力,防止井眼塌陷。
•运输岩屑:钻井液能够将岩屑从井底带到地面,便于后续分析地层情况。
•维持井口安全:钻井液可以控制井口的气压,防止井喷等安全事故。
钻井液的种类包括:•水基钻井液:以水为基础,添加一定的添加剂和化学药剂进行改良。
•油基钻井液:以石油为基础,添加一定的添加剂和化学药剂进行改良。
钻井卡钻事故原因以及案例
(1)键槽卡钻:多发生在硬地层中,井斜或方位变化大,形成了狗腿的地方。钻进时,钻柱紧靠狗腿段旋转,起下钻时钻柱在狗腿井段上下拉刮,在井壁上磨出一条键槽,起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。
键槽卡钻特征是下钻不遇阻,钻进正常,泵压也正常,但起钻到狗腿处常遇卡。随着井深的增加而愈加严重;能下放但不能上提,严重时可能卡死。
(6)处理过程
主要采取上下活动钻具(上提力最大至1200kN,下放至140 kN,原悬重660 kN),配合空气和泡沫循环方式(注气量45.3 m3/min,基液注入量3.15L/s,泡沫体积分数为1.0%,注气压力5.4 MPa)处理卡钻,无法解卡,并且井口无返出。当上提力由600 kN下放至120 kN后再次上提时悬重突然降至140 kN,初步判断井下钻具断裂。起钻后发现加重钻杆上部第一根55127.0 mm钻杆本体断裂,加重钻杆以下钻具全部落井。
(1)地质情况
Abyed-2井钻遇的地层比较复杂,存在多套压力系统,所处构造为玛格拉夫一劳达构造带西北部的阿马金1号圈闭,主目的层为萨尔组、内法组和休库拉组地层,次目的层为萨巴塔因组和密穆组地层。该井地表为第三系裂缝发育的乌姆拉杜马组灰岩地层,下部为连通性好的穆卡拉组砂岩地层;穆卡拉组与哈施亚特组地层的交界面存在风化壳,易发生恶性漏失;穆卡拉组地层上部的泥岩段易缩径;哈
预防键槽卡钻的发生,首先得确保井眼质量,避免出现大斜度狗腿段;起钻时或再次下钻时应在键槽井段反复划眼,及时破坏键槽,并在起钻到键槽井段时要低速慢起,平稳操作,严禁使用高速起钻。
(2)沉砂卡钻:在使用粘度小、切力小的钻井液钻进时,由于其悬浮携带岩屑的能力差,稍一停泵岩屑就会沉下来,停泵时间越长,沉砂就越多,严重时可能造成下沉的岩砂堵死环空,埋住钻头与部分钻柱,形成卡钻。此时若开泵过猛还会憋漏地层,或卡的更紧。
空气钻井介绍
Fig2-5 Control of the inflow of formation water Fig2-6 Penetrate the hard
2.1.2空气钻井的局限性
进;改用天然气钻进;改用雾化空气钻进(现场多采用此方法)。
此外,软地层不适用于空气钻井,并且金刚石钻头较少应用于空气钻井中
多使用牙轮钻头。
2.2空气钻井的设备和循环系统介绍
空气钻井系统与常规的泥浆钻井一样,也采用两种类型的循环技术:正循
环。正循环广泛应用于浅井的空气钻井作业中。一般来说,正循环用于钻小井
钻头牙齿可以更好的切削井底,并把钻屑带离井底,这样对于清洗井底和提高
都有好处,如图2-1。在同样的地层钻进,其速度可达到普通泥浆钻井的10倍以
的机械钻速是很容易达到的。由于泥浆费用和钻头费用大大减少,以及钻头进
寿命延长,从而降低了起下钻次数等优点综合起来使总的钻井成本降低。
(2)减轻或消除钻井流体对油气层的伤害,并且能够随钻评价产层,如图
分类当量密度分类当量密
干气0.001~0.01充气液0.6~0
雾化0.01~0.03玻璃微珠,塑料微珠>0.7
泡沫0.03~0.46,有回压时更高液体0.96以
空气钻井适宜于非常干燥的,无任何流体侵入的层段,尤其是在白云岩、
石英砂等坚硬地层,钻速可以大幅度提高。在水敏性泥页岩,孔洞裂缝性易漏
空气钻井是十分理想的钻井手段。另外,空气钻井适宜于地层压力系数不高,
井口环空截面的1.1倍。
岩取样器:用于获得井口处的岩屑样本。
气体探测器:用于检测烃类气体,便于钻工采取安全措施。
空气钻井中气液合理转换时机和井壁失稳原因及对策
Ξ
空气钻井中气液合理转换时机和井壁失稳原因及对策
钟 英, 崔茂荣, 梁 毅, 马 勇, 白立业
( 西南石油大学石油工程学院, 四川 成都 610500)
摘 要: 空气钻进技术在提高机械钻速和缩短油气井建井周期方面发挥了巨大作用 , 但在钻进过程 中地层出水量大或钻遇含有大量的塑性石膏地层等原因, 而需要将气基流体转换为气体型流体雾化液、 充气, 泡末流体或常规钻井流体 , 但转换时易诱发井壁失稳 , 导致井下复杂情况。 因此, 本文探讨了气液 合理转化时机, 对转化时井壁不稳定机理进行了深入分析, 并据此提出了防止井壁失稳的技术对策。 关键词: 空气钻井; 气液转换时机; 井壁稳定; 常规钻井液 空气钻进技术在提高机械钻速和缩短油气井建 井周期方面发挥了巨大作用, 解决了复杂地质条件 下严重井漏、 恶性井漏等重大难题 , 并成为发现低压 低产储层, 保护油气层, 提高油气产量的重要手段。 但在钻进过程中不可预料的地质和工程技术要求等 原因 , 循环介质要由气体转换为雾化类气体流体或 常规钻井液, 在转换为常规钻井液时, 钻井液必须保 证在尽可能短的时间内形成优质泥饼 , 封堵地层的 4. 3. 1 方案原则 ①立 足 主力砂 体, 单砂 体厚 度 8m , 叠 加厚度 10m 线以内部署直斜井 , 砂体厚度小的地方部署水 平井; ②强化注水开发, 增加水驱方向, 提高油藏水驱 开发效果 ③实施报废井更新、 大修扶停等手段完善注采 井网 , 提高储量控制程度。 4. 3. 2 方案工作量 方案设计油井工作 量 5 口, 其中侧钻水 平井 2 口, 更新井 2 口, 新油井 1 口; 水井设计工作量 3 口, 转注 2 口, 扶停 1 口。 5 矿场调整效果分析 5. 1 新井效果 方案共部署直斜井 3 口, 单井产量 10t �d, 年产 能 0. 9 万 t, 水平井 2 口, 单井产量 12. 1 t�d , 年产能 0. 72 万 t, 新井年产能合计 1. 62 万 t。 5. 2 区块整体开发效果变好 方案实施后, � 号砂体油井开井 9 口 , 日液水平 85t�d, 日油水平 75t�d, 综合含水 11. 8% , 年产油 2. 2 × 104 t, 采油速度 2. 18% ; 水井开井 4 口, 日注水平 160m 3�d , 年注水 5. 76 × 104m 3, 注采比 1. 7, 新建产 微裂缝和泥页岩孔隙, 同时必须具有良好的流变性 能 , 以满足大井眼的携岩及下部井眼继续施工的需 求 [ 1]。因此, 必须做好转换前的准备工作, 优化钻井 液性能, 优选钻井液体系来确保气液转换后井壁的 稳定。 1 转换条件 在空气钻进过程中, 当井下出水时, 岩屑中的泥 页岩组分水化后引起抱团现象 , 粘附在井壁和钻具 能 1. 6 ×10 4t , 新增可采储量 14. 5×104 t。 井网控制程 度由 47. 3% 提高到 97% , 水驱控制程度由 14. 6% 提 高到 77. 7% 。 6 结论与建议 61 1 精细油藏描述 , 搞清区块剩余油分布规律 , 为 老区调整提供有利保证。 61 2 利用更新、 侧钻、 打水平井等手段对储量失控 区、 无井控制区进行充分动用。 61 3 利用压裂、 封堵等工艺措施对区块进行改造 , 提高整个区块的开发效果。 61 4 加强水井治理力度 , 保证整个区块注水质量 , 为区块稳产打下基础。 [ 参考文献 ] [1 ] 孙焕泉. 胜利油区低渗透油藏提高采收率技术 对策 [ J ]. 油气地质与采收率 , 2002, 9 (2) : 10 ~ 13. [2 ] 才汝成 , 李阳, 孙焕泉. 油气藏工程方法与应用 [M ] . 东营: 石油大学出版社, 2002: 283~ 29. [3 ] 何秋轩 , 阮敏, 王志伟. 低渗非达西渗流的视渗 透率及对油田开发的影 响 [R ]. 西安: 西安石 油学院 , 2001.
空气钻井技术的特点与难点
浅析空气钻井技术的特点与难点【摘要】气体钻井技术被广泛应用于世界许多油气田钻井工程中。
我国部分油田也推广和采用了气体钻井技术。
与传统的钻井技术相比,气体钻井具有很多技术优势。
重点分析了空气钻井技术的特点与难点,以期对空气钻井工艺参数选择提供一定的参考和借鉴作用。
【关键词】气体钻井空气钻井技术优势技术特点技术难点自上个世纪50年代开始至今,钻井技术越来越广泛的被应用于世界许多油气田钻井工程之中。
目前,我国部分油田,如大庆油田、四川油气田、辽河油田等,也推广和采用了气体钻井技术,其经济效益显著。
气体钻井是在钻井过程中,将传统钻井工艺中运用的液体循环介质,用气体所取代,如,天然气、空气、氮气,以及其他一些惰性气体等。
同时,利用高压气体钻进,将其作为击碎岩层的能量,是一种典型的欠平衡钻井技术。
与传统的钻井技术相比,气体钻井具有很多技术优势。
首先,该技术能够大幅度的提升钻井速度,缩短工程周期,还有利于降低钻头的耗损,节省钻井液成本,降低工程投入。
其次,空气的低密度特性降低了井眼所承受的压力,彻底消除了钻井过程中液体循环介质的漏失问题,降低井漏复杂损失,提高油气勘探效益。
此外,空气钻井对储油层零污染,并消除了储层的正压差伤害和水相圈闭伤害这两大主要伤害,有效地保护了储层,在国外被称之为“无伤害钻井”。
本文重点分析了空气钻井技术的特点与难点,以期对空气钻井工艺参数选择提供一定的参考和借鉴作用。
从技术特点上看,首先,空气钻井是一种典型的欠平衡钻井方式,其技术核心在于井底负压的形成。
地层压力与井筒内循环介质之间形成压差,从而实现井底负压状态。
空气钻井技术的井内负压形成,主要是利用了空气的动力学原理。
气体在钻机工作时的井内动力与控制是空气钻井技术的研究重心。
空气通过空气压缩机进行初步处理,如,压缩、降温与除水等工序,再经过增压机,直到气体压力到达钻井工作压力要求。
达标后,被高度压缩后的空气便经由空气输送管线,注入立管三通,进入钻杆与钻具内。
晋城矿区采空区煤层气井施工问题及对策分析
郭文水(1974—),男,工程师,048204山西省晋城市沁水县。
晋城矿区采空区煤层气井施工问题及对策分析郭文水(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司)摘要针对山西晋城矿区采空区煤层气井施工问题,以晋城矿区为研究背景,通过调研目前钻井施工情况,并研究采空区的地层特征,总结和分析了当下采空区钻井存在的施工问题,以此为依据提出了相应的解决对策。
结果表明:受采空区地层特征制约,目前施工采空区煤层气井主要存在井漏、井壁失稳、钻井安全、固井效果差及完井方式不匹配等问题,解决上述问题需要从研究钻井新工艺、新材料及优化完井工艺入手。
关键词煤层气采空区钻井井漏氮气DOI :10.3969/j.issn.1674-6082.2021.03.059Analysis of Construction Problems and Countermeasures of Coalbed Methane Wells inGoaf Area of Jincheng Mining AreaGUO Wenshui (Shanxi Lanyan Coalbed Methane Group Co.,Ltd.)Abstract Aiming at the construction of coalbed methane wells in the goaf of Jincheng mining area ,Shanxi ,taking Shanxi Jincheng mining area as the research background ,and by investigating the current drilling construction situation and studying the formation characteristics of mined-out area ,this paper summarizes and analyzes the existing construction problems of well drilling in goaf area ,and puts forward corresponding countermeasures based on this.The results show that:restricted by the formation characteris⁃tics of goaf ,there are mainly problems of well leakage ,borehole wall instability ,drilling safety ,poor ce⁃menting effect and mismatching completion methods in the goaf coalbed methane Wells ,and the above problems should be solved by studying new drilling technology ,new materials and optimized completion technology.Keywords Coalbed methane ,goaf area ,well drilling ,leakage ,nitrogen 总第623期2021年3月第3期现代矿业MODERN MININGSerial No.623March .2021煤矿采空区是因地下煤炭被采出后形成的空洞区,受落煤、保护煤柱、围岩、邻近煤层瓦斯解吸和运移影响,多数采空区内富含瓦斯资源,是我国煤层气开发的潜力区域[1-3]。
欠平衡钻井作业安全监督范文
欠平衡钻井作业安全监督范文在进行平衡钻井作业时,安全监督显得尤为重要。
本文旨在探讨欠平衡钻井作业安全监督的方法和注意事项,提出一些建议。
一、欠平衡钻井作业的特点和风险欠平衡钻井作业是在钻井过程中,通过控制钻井液比地层压力小的一种钻井方式。
与传统的平衡钻井相比,欠平衡钻井具有以下特点:1. 油井动力学失衡:欠平衡钻井作业中,钻井液在钻杆内形成气体和溶解的气体释放,从而导致井下压力失衡。
这种失衡可能会造成井喷、突泥、井壁塌方等危险情况。
2. 井眼稳定问题:由于欠平衡钻井作业中钻井液比地层压力小,容易导致井眼塌陷和井口不稳定的问题。
井眼塌陷不仅会影响钻头的正常工作,还可能造成井下设备的损坏和人员伤亡。
3. 操作风险增加:欠平衡钻井作业要求钻井工程师和操作人员具备较高的技术水平和经验。
在操作过程中,稍有差错就可能引发危险。
此外,井口泥浆的泄漏也会增加火灾和爆炸的风险。
二、欠平衡钻井作业安全监督的方法和注意事项1. 严格的操作规程:制定明确的操作规程是进行欠平衡钻井作业安全监督的基础。
操作规程应包括对施工工艺、技术参数、设备检修和维护等的规定,以确保作业过程符合安全要求。
2. 健全的安全制度:针对欠平衡钻井作业中的各个环节,建立健全的安全制度是保证作业安全的关键。
包括施工监督、检查记录、事故报告、紧急救援预案等,以及对作业人员的培训和考核。
3. 定期的安全培训:钻井作业人员应接受定期的安全培训,提高他们的安全意识和应急处置能力。
培训内容应包括井下作业规范、安全操作要点、井下危险预警和应急救援等。
4. 强化现场监督:在欠平衡钻井作业现场,要加强监督,确保操作人员按照规程进行施工。
监督人员应随时注意井口、钻机、泥浆系统等设备的工作状态,及时发现问题并采取相应的措施。
5. 事故调查与处理:一旦发生事故,应立即进行调查与处理。
对事故的原因进行分析,并根据分析结果制定相应的预防措施。
同时,要及时向相关部门和人员通报事故,并进行教训及时,避免类似事故再次发生。
D2钻井常见问题分析
面。待进出口密度均匀后方能起钻。
三、起钻拔活塞原因分析
(五)起钻拔活塞的预防
可以从以下几个方面进行预防: 1.钻具组合中尽量不要加或少加尺寸较大的工具; 2.钻遇造浆地层时,注意维持大分子等包被类材料的 高浓度,同时,加足抑制类处理剂,抑制粘土水化;
3.钻进过程中,泥浆应维持“三低”:低粘度、低切
二、钻进中返砂量分析
(二)钻进中返砂量异常分析
1.钻进中返砂异常增多
井壁失稳
前期钻进过程中泥浆失水过大, 导致泥岩的周期性垮塌,从而 引发返砂异常增多
裸眼井段存在易剥落易坍塌地 层,在长期泥浆冲刷和钻具拍 打发生剥落和掉块
二、钻进中返砂量分析
(二)钻进中返砂量异常分析
2.钻进中返砂异常减少
主动调整泥浆性能后,泥浆的 粘切不足以携带岩屑 泥浆粘切变化 钻遇特殊岩性地层,地层中的 矿物引起泥浆粘切的变化
发生溢流时,环空泥浆返速增 大,引起返砂增多
二、钻进中返砂量分析
(二)钻进中返砂量异常分析
1.钻进中返砂异常增多
前期钻时较慢,后期钻时加快, 单位时间内破碎的地层增多, 引起返砂增多
钻时加快 钻遇松软地层时,在钻头破碎 和水眼冲刷的共同作用下,引 起返砂量大于破碎量 钻遇高压地层,泥浆的液柱压 力与地层压力实现了平衡甚至 欠平衡时发生返砂异常多
数值及动态的变化,对于分析钻井施工状况极其重
要。
一、泵压升降原因分析
(一)定义
泵压是克服泥浆循环系统中摩擦损失所需的压力。
思考: 1.泥浆流动的路线? 2.怎样形成泥浆流动?
一、泵压升降原因分析
(二)泵压形成的原理
泥浆在地面循环罐内,经 过泥浆泵增压,产生动能,经 地面管汇、水龙带、水龙头、 方钻杆到钻具内部,再经过钻 头到达环空,最终由导管返出。 在整个泥浆流动的路径中,由 于泥浆有粘滞阻力和流动通道 受限,由泥浆泵产生的动力来 克服这些阻力,进而形成了泵 压。
钻井井漏、坍塌的一些基本概念和研究
一井漏井漏是在钻井、固井完井、测试或修井等各种井下作业过程中,各种工作液在压差的作用下流进地层的一种井下复杂情况。
对于钻井工程来讲,井漏是指在钻完井过程中钻井液、水泥浆或其他工作液漏失到地层中的现象。
钻井井漏的发生不仅会给钻井工程带来不便和损失(如耗费钻井时间、损失钻井液、堵漏材料)一旦处理不及时将严重伤害油气层、降低油气井产能乃至绝产,还可能诱发卡钻、井喷、井塌等一系列井下复杂情况甚至井眼报废,遇有高压高含硫气田将危及人身安全和污染环境,这将造成重大经济损失和严重的社会影响。
因此治理好钻井中的井漏是非常重要的任务,治漏之前,我们首先得分析漏失层的岩性、漏失的原因、漏失的机理才能提出合适的治漏方法。
1漏失通道1.1自然漏失通道1.1.1粘土层漏失一般来说,泥页岩井段不易发生井漏,但一些古老地层的硬脆性泥页岩,因受地壳构造运动而形成裂缝、风化作用而形成溶孔及其它层间疏松孔道,易发生井漏。
中深井段的泥页岩因脱水收缩,异常高压和构造运动而形成裂缝,但这种裂缝的长度一般较小,不易形成漏失通道。
1.1.2砂砾层漏失对于浅部未胶结或胶结差的未成岩的砂、砾岩,由于未胶结或胶结差,孔隙度大,孔隙连通性好,钻进过程中这类地层极易发生漏失。
对于中、高渗透砂、砾岩,孔隙是其主要漏失通道,在钻井液密度高时可能发生漏失;而对于深部井段经成岩作用的低孔、低渗砂砾岩来讲,一般不易发生井漏。
1.1.3碳酸盐层漏失碳酸盐岩主要是由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩,石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的主要岩石类型。
碳酸盐地层经过长期地下水的溶蚀、冲蚀作用,形成大大小小的地下溶洞和地下暗河,而强裂的构造运动又会产生纵横交错的裂缝,其开口由几厘米到几十米不等。
这些溶孔、溶洞、裂缝构成了碳酸盐岩的主要漏失通道。
1.1.4火山岩和变质岩层漏失火山岩由于岩浆喷发、溢流、结晶构造运动(如风化作用等因素),在熔岩内形成了十分发育的孔隙和裂缝,构成了易发生漏失的通道。
空气泡沫钻井流体井壁稳定性研究
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t d Re u t h e . s ls s owe ha hi l d s s e ha o n b tv b lt t hae r c v r f97 4 d t t t s fui y t m sgo d i hi ii e a iiy wih s l e o e y o .
t ri o c d. n o de o s vet spr blm , n a rf a d il l d s s e we e f r e s pr du e I r rt ol hi o e a i o m r li fui y t m r o mult d by op i i ng a e tm —
( . De a t n f ce c n Teh oo y, o g u n 1 p rme to S in e a d c n lg Zh n y a Oifel C mp n Si o c Pu a g, l id o a y, na; . D r li g n 2 i ln Engi e i g ne r n Te hni ue R e e r h nsiut Zho gyua er lm c q s a c I tt e, n n P t o e Ex—
空气/泥浆双介质欠平衡钻井
[ ] 杨健 . 4 4 MP 6井 复杂 井 漏的 特殊 处理 【 ] J .钻采工 艺 ,
20 ,9 ( ) 062 4 .
( 辑 : 晓川) 编 黄
() 2 低密高强水 钻井 液在 低压 易 漏地 层得 到有 效 的应
空 气/ 浆 双 介 质欠 平衡 钻 井 泥
空 气钻 井后 来运 用 受到 了一 些 限制 , 因在 于用 气体 作为 钻 井介 质 , 原 不但会 引起 钻屑 输 送和 井 眼清洁不
钻井 液密 度 大 于 14 / l 时 就 发 生 严 重 漏 失 ( 返 ) 而 .5g C' q l ’ 失 。
() 5 气体钻井 能够 有效 地解 决吐 哈沙 尔湖 地 区煤 层漏
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参 考 文 献
良等 潜在 问题 , 而且 还 可能产 生干研 磨 现 象 , 只是 钻 头温度 过 高 , 钻屑 过 细 , 而 显著 降低 低渗 弹性 地层 的 油 从 气产 量 。 国外介 绍 有 同时使 用泥 浆和 空气 的钻 井 系统 , 它具有 两种 钻 井介质 的优 点 , 并能在提 供连 续 的环 空
维普资讯
ห้องสมุดไป่ตู้
第3 0卷 第 5期
V0 J O l3 No 5 ,
钻
采
工
艺
・1 5 ・ 5
DRL I ILNG& P O C IN T C O O Y R DU TO E HN L G
且不影 响钻头通过 , 对后续钻井 、 电测 、 下套管 和固井等作业 无影 响, 同时波纹管下人 次数不受 限制 , 能对 同一 裸 眼段多
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青西油田空气钻井井眼稳定问题的探讨孙梦慈(玉门油田分公司勘探事业部甘肃 735200)摘要:对青西油田地层特性和空气钻井井壁不稳定因素进行了阐述和分析。
阐述了青西油田窿15井和Q2-33井的二口空气钻井遇到的井眼不稳定问题并加以分析,提高了对空气钻井工艺的认识,对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。
主题词:青西油田;空气钻井;井壁稳定;应用一、前言空气钻井技术最早产生于20世纪50年代,其主要目的就是防止井漏和提高机械钻速。
到了20世纪80年代末,国外的空气钻井取得飞速发展,不仅用于提高机械钻速,而且用于钻储层并发现储层,取得了良好的经济效益。
国内玉门油田50年代率先进行了空气钻井试验;90年代新疆油田引进了美国空气钻井设备,先后进行了12口空气钻井试验,在提高机械钻速和保护油层上取得了明显效果;2004年西南油田为了解决上部地层的严重井漏问题,分别对三口井实施了空气钻井,在治理井漏和提高钻速上见到明显效果。
玉门青西油田受祁连山北缘逆冲作用,在酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷南部形成了一个大型的窟窿山逆掩推覆带,该逆掩推覆带是由一组彼此近于平行的上陡下缓的逆冲或逆掩断裂组成的前展式叠瓦状逆掩断裂带。
由于块状、巨厚逆掩推覆体地层“斜、硬、跳、磨、变”的客观特性,钻遇地层较多,地层岩性不均,岩性变化频繁,地层极硬,研磨性极强,可钻性差,钻头使用方面受到制约,平均机械钻速较低,造成全井钻井速度较慢,给钻井施工带来了极大的难度,钻井周期较长,2003年平均井深为4604m,平均机械钻速为1.64m/h,平均钻井周期为240d。
为了提高机械钻速,2003年3月在玉门油田窿9井开展了空气钻井试验,取得了明显的效果,志留系推覆体井段空气钻井平均机械钻速是常规泥浆钻速的8.74倍;2004年引进威德福空气钻井技术,分别在窿15井的志留系和白垩系地层、Q2-33和Q2-17井的第三系地层进行了空气钻井试验,实践证明空气钻井能够大幅度地提高机械钻速,但4口空气钻井都出现了井径扩大、起下钻遇阻、摩阻和扭矩较大,甚至导致卡钻填井事故发生,其主要原因是井眼不稳定和施工工艺不当。
本文就青西油田空气钻井所遇到的井眼不稳定性问题进行阐述和分析,以提高对空气钻井工艺的认识。
二、青西油田地层特性在某一地区实施空气钻井之前,需详细地分析该地区的地层情况,特别是泥页岩地层,它直接关系到空气钻井井壁稳定问题和钻井成功与否。
为了正确地分析泥页岩地层井壁稳定问题,应对泥页岩进行分类。
根据水敏性粘土的种类、数量、泥页岩母体特性和水化分散趋势,可以将泥页岩分成以下几类:第一类泥页岩为蒙脱石含量高,伊利石含量也较高的很软的泥页岩,其膨胀分散的趋势很强。
第二类泥页岩的粘土含量和第一类泥页岩相当,但在此类泥页岩中,有些蒙脱石已经历了离子交换,形成了伊利石和间层粘土矿物。
该类泥页岩膨胀分散的趋势要比第一类泥页岩稍弱一些。
第三类为中硬坍塌性泥页岩,该泥页岩中的伊利石和间层粘土矿物含量比较高。
第四类为易崩塌的硬泥页岩,伊利石和绿泥石含量较高。
除粘土外,其余部分由石英和长石组成的惰性基岩,其粘土部分会发生有限的膨胀分散。
第五类为极硬的脆性泥页岩,存在着大量的微裂缝。
其中的伊利石、高岭石和绿泥石含量较高,其膨胀和分散的趋势大大降低,但遇到流体侵入时,会沿微裂缝处发生膨胀和分散。
通过对青西地区的窿110井的钻屑进行X-衍射分析可知,从2500m到3500m是一个粘土矿物含量逐渐增加的过程,3500m到4000m是粘土矿物含量逐渐降低的过程;从4000m到4500m又是粘土矿物含量的第二个增加过程,而后又开始降低,整体看青西地区的泥页岩成分占相当大的比例。
在井壁坍塌方面主要表现在第三系的弓形山组、白杨河组底部和柳沟庄组泥页岩含量高,容易水化分散引起井壁失稳,要求钻井液具有强抑制能力;白垩系中下沟组地层的泥页岩不易水化分散,但岩性破碎、裂缝发育,地层倾角大,井眼应力不均衡,容易引起剥落掉块。
图1 隆110井粘土矿物含量分析曲线三、空气钻井井眼不稳定因素影响空气钻井井眼不稳定的因素是多方面的,归纳起来有如下几点:地层出水使泥页岩水化分散、地层破碎及地层交接的不整合面、山前构造地应力和工程施工时的钻井参数等。
3.1、地层出水干空气钻井(粉尘钻井)是以干空气为循环介质的钻井工艺。
在钻井过程中没有地层水进入井筒,环空中的钻屑不会相互结块且排砂口始终是粉尘。
在空气量足够的情况下,井筒钻屑易携带。
从地面上可看,正常的干空气钻井有以下现象:立管压力稳定、返出的粉尘干燥,不粘结和扭矩较小等。
当干空气钻井(粉尘钻井)钻遇地层水时,井筒会出现井眼垮塌,垮塌物瞬时堆积和泥环形成等现象。
1)、井眼垮塌由于泥页岩中的孔隙毛细管张力作用产生渗析,使得地层水在环空上返时渗入地层,泥页岩吸水膨胀产生水化应力,有的粘土矿物产生分散,有的不分散但裂缝增多,扩展裂缝,减弱了岩石强度,严重影响井壁稳定,导致井壁垮塌。
2)、泥环形成环空中的粉尘遇到地层少量出水时就会相互结块,并粘附在井壁和钻具上,尤其是钻铤和钻杆连接处顶部是井筒清洁的关键点,该处因环空面积突然增大,上返速度减小,使得钻屑在该处容易堆积,从而形成井下泥环,环空变小直至彻底堵死,就易发生卡钻。
在地面上主要表现在排砂口出现段塞、所排出的粉尘潮湿或不再排出粉尘,所排出的粉尘易粘结且立管压力升高。
泥环是由于地层出水量不足以使钻屑完全饱和而形成的,这就需雾化钻井时注入少量含有表面活性剂(发泡剂)的水,促使地层水的界面张力的降低,造成液滴更易分散和分散得更细小,这样环空中的钻屑就不会相互结块,环空畅通,达到消除泥环,清洁井眼目的。
雾化钻井虽能处理地层少量出水,但雾化钻井技术取得成功的主要条件是暴露地层的稳定性。
对水敏性地层或坍塌地层并不是雾化钻井应用的良好选择对象,这是因为雾化钻井注气量大,所加的抑制剂对地层抑制作用不大,易冲蚀井壁,使井径扩大。
3)、垮塌物堆积空气钻井时气流严重冲蚀井壁,且地层水和雾化液对泥页岩起着破坏作用,使得井眼处于不稳定状态。
井壁垮塌掉块使得在某一环空段瞬时岩屑量增多,垮塌物体积大,若不能及时磨碎,举升至地面,则就有可能出现井眼堵、卡现象。
3.2、地层力学不稳定性1)、井壁岩石脆性破碎和地应力由于地层岩石存在微裂缝、节理、层理、微裂缝及构造运动产生的破碎带、断层,使得岩石各向异性程度较高,且钻井中出现的井斜、狗腿和键槽等因素都有可能使得井眼周向应力高度集中,若地层应力超过岩石极限压力,在空气钻井时,井壁周围岩石就会发生脆性破裂、垮塌,造成井径扩大。
2)、空气流冲蚀和机械碰撞在环空高速上返气流中,硬岩屑会冲蚀井壁,使井壁新的表面不断地暴露出脆性破裂状态。
尤其是遇到硬脆性泥页岩,尽管其水敏性低,但若有微裂缝、非均质或矿物组份突变都可能导致严重冲蚀。
另外钻柱的剧烈的偏心转动磨切、碰击井壁,会加速不稳定层的垮塌。
四、实例分析4.1、窿15井窿15井的上部地层为巨厚逆掩推覆体地层(志留系),地层岩性主要为变质砂岩及板岩,所钻遇地层较多,地层岩性不均,岩性变化频繁,地层极硬,研磨性极强,可钻性差,钻头使用方面受到制约,平均机械钻速较低,造成全井钻井速度较慢,给钻井施工带来了极大的难度,钻井周期较长。
为了提高机械钻速,决定在该地层试验空气钻井。
一开后下入339.7mm 表层套管至274m,二开采用空气钻井,空气钻井进尺254m(274.90-528.90m)、平均钻速3.31m/h,与邻井推覆体井段钻速1.64m/h相比,速度总体提高102%。
虽然空气钻井能大幅度提高机械钻速,但由于地层出水(渗透水)、上部破碎性地层垮塌和空气高速冲蚀井壁,造成卡钻,终止空气钻井试验。
空气钻井(粉尘钻井)钻遇新地层后,地层出水,主要表现在每次下钻到井底,开气循环时,排砂口排出较多的水量,随着不断钻进和循环,出水量降低,但始终还能见到出水,未见粉尘排出。
钻至井深451.30m时,机械钻速很低,加大钻压作用不大,起钻完发现滚子稳定器被岩屑包死,岩屑不易携带。
钻至井深512.50m,起钻时遇阻严重,后下钻至井深453m 处遇阻,采用雾化循环,出口细岩屑较多,表明井壁粘附着大量岩屑。
钻进至井深528.90m 时,立管压力分别三次不同程度的突然提高,第一次由1.66↗2.35MPa,第二次由1.66↗2.83MPa,第三次由1.66↗6.21MPa,排砂管出口岩屑量逐步增加,为预防井下复杂进一步恶化,增大空气(由96↗124m3/min)和雾化(由40↗80L/min)排量循环,循环过程中,偶尔有钻具蹩停现象,上提下放钻具均遇阻,钻具被卡死。
将雾化液中发泡剂加量由0.5%增加至3%,但排砂管出口岩屑量未减少,反而明显增加,这是因为上部岩性破碎、裂缝发育,井眼应力不均衡,地层出水形成泥环,施工中压力不平稳,导致井壁坍塌。
4.2、Q2-33井Q2-33井所试验的空气钻井的地层为第三系地层,岩性主要为杂色砂砾岩、棕黄色含砾泥岩及泥岩等。
空气钻井井段1507.80-2735.72m,累计进尺1227.92m,平均机械钻速10.87m/h,是泥浆钻井平均钻速2.88m/h的3.77倍。
在井段1507.80-2070.33m实施了空气钻井(粉尘钻井),排砂管出口出现粉尘,但地层出水,使得潮湿的粉尘不断地聚集在井壁和套管上,泥页岩遇水水化分散严重,不易携带出地面;另外空气排量较大,冲蚀地层,井径扩大,井壁稳定性变差,造成每次起钻后,钻杆、钻头和稳定器上包有较多湿泥,钻井过程中多次出现扭矩大,压力不平稳,起下钻遇阻井下复杂。
图2为Q2-33井空气钻进压力曲线图。
从图中可看出,在井段1600-1700m干空气钻井过程中,立管压力有明显地上升,排砂口的钻屑潮湿,表明地层少量出水。
起钻后,发现稳定器和钻头上粘有湿泥。
在井段1732.49-1836.33m钻井过程中,岩屑返出量很少,且存在扭矩增大现象,虽采取循环活动钻具方法处理,但效果不明显。
由于地层出水,造成下钻图2 Q2-33井空气钻进压力曲线图困难,分别在套管和裸眼多处遇阻,开气循环时出口见大量粉尘。
在井段1850-1980m干空气钻井过程中,立管压力有明显地上升,扭矩较大,并有蹩停转盘现象,排砂口的钻屑潮湿且出现段塞流,甚至排砂口不返岩屑。
钻至2070m起钻,起钻过程中,采用开气倒划眼才起出钻具。
为了防止卡钻事故,在2070m之后,采用雾化钻进。
如图2所示,注入雾化液后,立管压力逐渐平稳。
钻至井深2550m后,排砂口出水量明显增大,立管压力迅速增加,排出棕黄棕褐色泥浆,其密度值0.36-0.60g/cm3,说明地层受水影响后水化分散程度大,井壁稳定性变差,造成下钻划眼至2506m时发生卡钻事故,经地面多次震击、循环活动无效后,导致填井侧钻。