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1、空气钻井技术在普光D-1井的应用,汇报内容,一、当前面临的形势 二、空气钻井技术 三、空气钻井可行性设计 四、施工组织管理 五、空气钻井设备 六、空气钻井工序 七、转换泥浆钻井 八、空气钻井技术应用 九、结论与建议,普光气田是四川盆地目前已发现的最大天然气田，探明储量2100108 m3，20XX年初中石化把普光气田交给中原油田开发和管理。按照规划，普光气田分三期按照19亿、30亿、60亿年产能进行开发建设，其中第一期19亿年产能建设，部署开发井10口，要求平均钻井周期8个月，20XX年底投产，时间紧迫，任务繁重。,一、当前的形势,普光地区已钻井周期分析(d),普光地区已钻井机械钻速对比分析(
2、m/h),二开311/314mm机械钻速对比分析(m/h),问题一：普光已完钻和正施工的井平均钻井周期约11个月。按照总部要求，开发井的钻井周期平均要控制在8个月以内，显然依靠目前常规的钻井技术远不能满足普光气田快速开发的需要。 问题二：普光已完钻和正施工的探井基本上都是直井而部署的32口开发井方案，绝大多数都是大斜度的定向井或丛式井，井深增加，采用的是非常规井身结构，使得开发井钻井技术难度更大。,两个棘手的问题：,重点就是探讨解决如何提高钻井速度，缩短钻井周期，加快普光气田开发进程。,重庆会议专家提出“普光钻井模式”(具体要求6-8个月拿下一口井),二、空气钻井技术,空气钻井是指以空气为工作
3、介质，用空气压缩机向井内注入干燥空气，依靠环空气体冲量，把钻屑从井底带回地面的一种钻井方式 。 主要设备有空压机、增压机和旋转头等，设备供气量要求满足纯空气钻井设计。,目前，国外已成功采用气体型流体为循环介质来解决易漏、钻井速度低的地层面临的钻井技术难题。美国和加拿大应用这方面技术比较普遍，它们用空气、氮气、天然气等轻质流体为循环介质，成功地解决了地层漏失特别严重、地层比较坚硬、地层渗透率特别低的区块的钻井问题，其设备趋于完善，技术趋于成熟。 中油长城钻井公司利用空气、泡沫等气体型流体有效地解决了伊朗TABNAK油田长段复杂井漏难题。玉门油田、新疆油田、长庆油田和四川石油管理局率先进行了空气钻
4、井试验，在提高机械钻速和保护油层上取得了明显效果。,适用环境： 不含水层 不含烃层 没有硫化氢 对水或流体敏感地层 机械钻速慢/硬地层,好处： 机械钻速高 延长钻头寿命 减少井漏 钻井周期缩短 地面不需要清理或处置泥浆 井斜倾向减至最小,表1 国内外气体钻井机械钻速与常规钻井比较,表2 四川地区气体钻井与常规钻井速度对比,三、空气钻井可行性设计,普光D-1井是普光气田部署的第一口开发井，位于四川盆地川东断褶带黄金口构造带普光构造西南翼，设计井深5506m。,基于空气钻井的优势和国内外油田及周边区块成功实施的经验，根据普光气田开发要求，决定在普光D-1井实施空气钻井。 目的：提高钻井速度，缩短钻
5、井周期，加快开发步伐，实现8个月内打完一口井的目标。,普光D-1井地质分层及井身结构简表,普光D-1井设计地层压力系数,空气钻井使用条件是井壁稳定，地层不出水或出水量不大，不含烃类物质或含量不高，不含H2S。所以在实施空气钻井前必须进行空气钻井可行性设计。,1.井壁稳定性分析 普光D-1井二开钻井施工穿越上沙溪庙组、下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组和须家河组地层。根据邻井实钻地质资料分析，上部陆相地层为砂、泥、页岩互层，地层砂岩石英含量高、胶结致密。以空气为介质进行钻井施工，可以避免因泥、页岩水化膨胀而可能导致的坍塌、掉块，井壁稳定性相对较好，满足实施空气钻井的技术条件。,2.地层出水分析 根据
6、邻井实钻资料，在遂宁组、上沙溪庙组地层顶部（0.0m564.0m）井段有地层水出现，而上沙溪庙组地层中下部至须家河组地层基本不会遇见水层。因此，普光D-1井一开钻至564.0m完钻，339.7mm套管下深563.68m，完全封住可能出现的水层。,3.地层出气分析 为确保空气钻井顺利实施，需要对空气钻井施工井 段地层压力和出气情况进行评估。根据邻井实钻资料，上沙溪庙组地层至须家河组地层须五段以上地层压力系数正常，遇见高压气层的可能性很小，而在须家河组须四段至须二段地层，遇见异常高压气层的可能性非常大。,适用井段选择 对普光D-1井地层井壁稳定性、出水情况和地层出气情况综合分析可以看出，最适合空气
7、钻井的井段为上、下沙溪庙组地层，即从二开564.0m2151.0m。经过多次论证，认为可以将空气钻井井段延长至须家河地层上部，即600m2916m。但同时要求在钻进千佛崖、自流井地层时加强地层监测，做到水层、气层及时发现、及时处理。,空气钻井方案,备注：遇地层出水、出气、井壁失稳等影响空气钻井安全时停止空气钻井作业。,在空气钻井过程中如果出现轻微坍塌掉块，可以采用减慢钻井速度或进行划眼，要坚持“进一退二”的原则，防止卡钻，同时也应加大空气注入排量，提高携带效率，满足井眼清洁的需要。 空气钻井过程中地层出现严重坍塌，采取上述措施不能满足井眼安全钻井的要求，则立即停止空气钻井。空压机停止工作，关闭
8、进气闸阀，将钻柱起至套管内，用储备的泥浆注入井眼，建立正常钻井的泥浆循环体系，下钻划眼，控制好钻速。防止卡钻。,井壁失稳应急方案,如果空气钻井工程中发现地层出水且出水速度小于5.0m3/h时，则根据情况逐渐增大空气注入速度，满足井眼净化的需要；当地层出水速度大于5m3/h时，空气钻井已不能满足井眼安全的要求，则立即停止空气钻井，空压机停止工作，关闭进气闸阀， 用储备的泥浆注入井眼，建立泥浆循环体系，恢复常规钻进。,地层出水应急预案,按常规钻井及井控要求储备重泥浆和井控演习。如果空气钻井中发现天然气侵入井内，为防止井下可能出现的爆炸现象，首先应立即停止钻井，停气观察，如果气测全烃含量连续大于3%
9、，则立即停止空气钻井，放喷管线出口处应连续点火。用储备的泥浆注入井眼，建立泥浆循环体系，恢复常规钻进。,地层出气应急方案,四、空气钻井施工组织管理,为确保普光D-1井空气钻井施工顺利实施，普光气田开发各相关部门非常重视。要求各个参与施工的单位和部门要以“建功普光”为理念，确保普光D-1井空气钻井施工成为打造“名牌工程、精品工程”的样板； 担负普光D-1井钻井施工的是中原油田70117ZY金牌钻井队，技术先进，管理严格。空气钻井由四川空气钻井服务公司提供技术支持和现场服务。地质录井工作是空气钻井作业的“眼睛”，负责现场录井工作的是中原录井公司。,空气钻井项目现场实施,1.成立现场领导小组 该小组
10、由甲方工程总监任组长，成员有：地质监督、工程监督、参加施工的乙方工程、地质录井、泥浆和测井领导、乙方平台经理、服务公司项目负责人等，总牵头人是甲方工程总监，其职责是监督协调工程施工。 2.制定应急措施 包括防止井喷、防火、防毒、防井下事故和复杂措施。各施工作业单位还应制订相应的具体措施，经过领导小组验收并经总监批准。,3.开钻前验收 现场领导小组对人员、材料以及设备按设计的压力、排量的试运转情况，特别是对井口装置、节流控制、高压注入系统试运转情况进行验收。领导小组成员认真填写验收记录。 4.技术交底 施工前要进行地质、工程、设备、钻井液、井控安全等方面详细交底，使每个参与施工的人员都能知道干什
11、么和怎么干。 5.主要安全措施 制定人员安全和井控安全技术措施并要求严格执行。,普光D-1井空气钻井施工组织框架图,五、空气钻井主要设备,空气钻井施工涉及到的主要设备有空气压缩机、增压机、管汇系统、旋转控制头、钻具止回阀、排岩管线、仪器仪表等。,三、D-1井空气钻井技术准备, 空气压缩机 空气压缩机是提供空气钻井所需空气的主要设备，现场使用的是Atlas Copco 公司生产的XRVS 976型空气压缩机，6台，单台排量25m3/min，总排量达到150m3/min，满足现场施工需要。, 增压机 现场施工中使用的是天津凯德公司生产的增压机，最高增压可以达到15.0MPa，主要用于空气钻进实施前
12、的举水作业任务。, 空气输送管线及阀门 旋转控制头 现场配备的旋转控制头是四川钻采院生产的FX-35型，静压可以达到21.0MPa，动压可以达到10.5MPa。 钻具止回阀 排岩管线 检测仪表,空气钻井实施重点提示,1.钻前要认真学习贯彻设计，要求进行地质、工程、泥浆技术交底，对重点技术措施、施工要求和风险岗位、应急措施等要向所有施工人员进行详细说明，切实做到准备充分、岗位明确、措施落实。 2.开钻前井队按井控要求储备适量重泥浆及各种材料。有稳定的排量超过45l/s的水源供应。用低密度、高密度泥浆压井和循环流程的落实。泥浆应保持搅拌、经常循环和维护。井队按工程设计准备好监测、防护、报警设施、工
13、具，制定、落实各种应急预案。,六、空气钻井施工工序,1.设备的安装及试压 2.组合钻具。 空气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合基本相似。在钻头上安装一只箭形止回阀，在井口附近的钻具上安装一只活瓣式止回阀。 3.气举排液。采用充气排液法进行，需要使用增压机。 4.吹干井筒。气举排液结束后，开动压缩机吹干井筒。,5.试钻。空气正式钻进前，控制机械钻速进行试钻，摸索各种参数的合理匹配。以立管压力2.0MPa，扭矩30kNm作为参数基准判断井下钻进情况。 6.空气钻进。钻进时，要求送钻均匀，并注意立管压力及井下情况，发现立压变化、扭矩变化、憋跳严重、上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具，
14、循环观察，及时处理。 7.接单根及起钻。起钻或接单根前必须进行充分循环，循环时间长短取决井下情况，具体应观察排砂管线出口。,三、D-1井空气钻井技术准备,普光D-1井空气钻井技术参数,空气钻井转换泥浆钻井总体原则： （1）进入气层前30-50m转换为泥浆钻井，在对地层情况不十分清楚的条件下，可根据实钻情况，提前转换为泥浆钻井。 （2）地层出水大于5m3/h，地面表现为见液滴。 （3）返出气体中全烃含量连续超过3。 （4）返出流体中H2S含量连续超过5mg/m3。 （5）扭矩、摩阻突然增大、起下钻困难，影响钻井安全，空气钻井施工方式无法解除时。 （6）井斜大于设计要求且纠斜效果差。,三、D-1井
15、空气钻井技术准备,七、空气钻井转换泥浆钻井,空气钻井转换泥浆钻井的作业程序： （1）备足符合设计要求的泥浆。 （2）注入泥浆时，开单泵，以一定的排量泵入井内，可分段泵入，直到泵满为止，井口如有压力，应节流。 （3）起钻时，控制起钻速度。 （4）拆除旋转控制头，安装喇叭口，进入泥浆钻井程序。,普光D-1井空气钻井现场2月6日凌晨1时钻进到3002m进入须家河地层上部，基于安全考虑停止了空气钻井施工而转化为泥浆钻井。 在现场进行泥浆转换过程中，分三段进行，每替换进一段泥浆然后再起钻，直至灌满井筒，进入泥浆钻井程序。转换过程中，严格执行了空气钻井转换为泥浆钻井技术方案，没有发生问题。,现场空气钻井转
16、化为泥浆钻井,八、空气钻井技术应用,普光D-1井空气钻井施工从20XX年1月17日凌晨3时开始正式施工，井深564m。至2月6日凌晨1时，空气钻井钻至井深3002m进入须家河地层顶部，由于须家河地层含有高压天然气，从空气钻井安全角度考虑终止空气钻井施工而转入常规泥浆钻井。,开钻井深：564m； 停钻井深：3002m； 进尺2438.0m，占全井设计深度的44.3； 纯钻进时间286.9h； 钻进20天； 使用钻头5只； 平均机械钻速8.50m/h； 井身质量合格； 发生断钻具事故2次。,普光D-1井空气钻井施工数据,空气钻进到3002米,现场实际空气钻井井段示意图,普光D-1井使用空气钻井，从564米钻进到3002.07米，进尺2438.07米，占全井设计深度的44.3，仅用20天，与目前最快的普光6井同井段相比，节省了62天（普光6井从551米钻进到3019米，进尺2468米，用了82天），机械钻速同比提高了46倍。极大地提高了钻井速度，达到了预期提速的目的。,普光D-1井空气钻井施工效果,普光D-1井空气
