氮气钻井技术简介

氮气钻井技术简介

汤平汉

氮气钻井是气体钻井的一种方式，属于欠平衡钻井的范畴。气体钻井技术作为中国石油集团公司近几年的重大现场试验项目，己显现出了较好成效，具有良好的推广应用前景和巨大市场。

一、慨念

氮气钻井就是将高压氮气作为钻井介质，注入钻具内,氮气在流经钻头时冷却钻头，携带钻屑,再通过井口及排砂管线排出,以实现钻井任务，达到发现油气层的目的。

二、氮气钻井技术工艺流程

现常用的氮气钻井技术，是以空气为工作对象，用空压机对空气先进行初级加压；然后输到制氮机，制氮机生产出氮气；氮气输到增压机，增压机对氮气进行增压；通过管线将高压氮气经立管三通注入钻具,氮气通过钻头时对钻头进行冷却,同时完成携带岩屑的任务,再通过井口,氮气和钻屑进入排砂管线,排砂管线上安装一个岩屑取样器便于取砂样,最后到岩屑池。

三、氮气钻井技术设备

在常规钻井配备装置的基础上，氮气钻井作业还需配备供气设备，主要有空压机、膜制氮机、增压机和旋转头等, 供气设备的供气量必须满足氮气钻井设计要求。

（1）空压机－先对空气进行初级加压，生产出压缩空气；

（2）膜制氮机－从压缩空气中分离出氮气；

（3）增压机－对氮气进行增压；

（4）旋转头－密封方钻杆与环空通道；

（5）排砂管线－排出气体及携带的钻屑；

此外，根据不同的要求，还可选用气体钻头、空气螺杆钻具、空气锤、不压井起下钻装置及管阀件。

满东2井氮气钻井配备的专用设备主要有：2套撬装式制氮机，每套制氮机的制氮量45m³/min、额定输出压力15MPa，包抬3台空压机、1台膜制氮机、1台增压机；2台制氮车，每台制氮车制氮量15m³/min、额定输出压力35MPa；Williams7100旋转控制头1套。

四、氮气钻井技术地质条件

在钻井工程上，只要所钻井筒单位时间内产出的液体少于一定数量，注入的氮气能够冷

却钻头，携带出钻屑,不影响正常钻进条件下，都可以采用氮气钻进。经计算，在满东2井5 7/

8″的井眼，当液相产出量不超过2.0m³/h时，可以采用氮气钻进，否则，需转换成常规钻井液钻进。考虑到经济性和风险性等因素，目前氮气钻井主要用于钻难钻地层，复杂地层，高陡构造地层，特别适用于水敏垮塌地层和井漏地层的钻进。

根据满东1井资料推断，满东2井主要目的层志留系下砂岩段属于典型的低孔低渗储层（5492.9～5502.2m段孔隙度3.06～9.6%，平均6.02%，渗透率0.02～4.03×10-3μm2，平均0.32×10-3μm2），天然裂缝不发育，该储层流体性质和地层压力较为清楚，井壁稳定，产水量小，满足氮气钻井条件。在满东2井的氮气钻井过程中，地质情况符合预先的推断，采用氮气钻井，可以避免满东构造储层的主要伤害——液相伤害，及时发现和评价油气层，获取地层原始产能。

五、氮气钻井技术优点

通过满东2井及其它多口井的氮气体井试验,取得了很好的技术效果,认识到氮气钻井有很多技术优势,不仅可以大大加快钻井速度,减少井下复杂,而且可以给钻井工程带来很好的经济效益,同气体钻井一样，氮气钻井，具有以下几个优点。

(1)钻井速度快。采用氮气钻井技术能够大幅度地提高钻井机械钻速。满东2井5818.5～6200m井段，与同等条件下的泥浆钻井相比，氮气钻井平均机械钻速提高9.5倍，平均单只钻头进尺提高9倍，大大缩短了钻井周期,提高了经济效益。

(2) 有利于井眼稳定。氮气钻井可避免水敏地层垮塌和井漏等引起的不利影响。

(3) 可以有效避免井漏复杂。

(4) 有利于延长钻具使用寿命，减少井下复杂事故的发生。由于氮气钻井速度快，缩短了钻井时间，减少了钻具和扶正器的磨损；另一方面，由于钻压低，钻具负荷轻，减轻了钻具磨损和疲劳损坏，延长了钻具的使用寿命；再者，氮气钻井的注气压力低，避免了钻具的刺漏,确保了钻具使用的安全。

（5）节省钻头费用。与同等条件下的泥浆钻井相比，满东2井氮气钻井平均单只5 7/8″钻头进尺提高9倍（231.5m），创造了新的钻井记录，钻头费用降低明显。

(6)具有较好的防斜打快效果。由于氮气钻井的钻压低,有利于高陡构造防斜打直打快。

(7) 节省钻井液费用,有利于环境保护。由于采用氮气钻井时,不用钻井液,而且钻井速度快,整口井减少了钻井液的沿程损耗,同时也减少了废弃钻井液的处理量,可节省大量钻井液费用和减少化工产品对环境造成的污染。

六、进行氮气钻井的建议：

虽然氮气钻井见到了好的效果,但仍有许多问题需要进一步探索研究。

（1）加强对地层出水问题的研究,力争在氮气携水、出水后携岩规律的认识上进一步完善；

（2）加强对井壁稳定问题的研究,特别是考虑化学耦合作用的钻前稳定性评价技术,另外高陡构造在地层不出水的条件下,采用氮气钻井井下是否会发生垮塌,以及塔里木地区井壁失稳情况的分类分析等都是今后需要进一步开展研究的工作；

（3）加强对防斜打直问题的研究,理论上根据空气锤低钻压的特点，符合钻井吊打防斜的规律，下一步可以在高陡构造上探索氮气钻井技术用于防斜打快的应用，以减少对垂直钻井技术的依赖；

（4）加强对膏盐层缩径问题的研究；

（5）进一步加大氮气钻井在塔里木地区的推广应用研究,让氮气钻井技术在石油天然气的勘探开发中发挥出更大的作用。

七、满东2井氮气钻井的成效

“与同等条件下的泥浆钻井相比，满东2井氮气钻井，在氮气注入量为50m³/min，井口注入压力为3.2MPa，钻压为40～60kN，转速为60rpm条件下，平均机械钻速提高9.5倍，平均单只钻头进尺提高9倍，并创造了5 7/8″井眼单只钻头纯钻时间最长（45h）、进尺最多（231.5m）、钻速最快（6.8m/h）的钻井新记录。该技术的成功应用，大大缩短了钻井周期,为推动油田小尺寸深井高效钻探提供了新途径。”