普光空气钻井钻井院汇报已看.ppt

空气钻井技术在普光D-1井的应用,侯树刚中原石油勘探局钻井院,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2100108m3，2005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，2007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.地层出水分析根据邻井实钻资料，在遂宁组、上沙溪庙组地层顶部（0.0m～564.0m）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，Φ339.7mm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，最适合空气钻井的井段为上、下沙溪庙组地层，即从二开564.0m～2151.0m。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600m～2916m。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，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,①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AtlasCopco公司生产的XRVS976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。,②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的举水作业任务。,③空气输送管线及阀门④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。⑤钻具止回阀⑥排岩管线⑦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，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2006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。,①开钻井深564m；②停钻井深3002m；③进尺2438.0m，占全井设计深度的44.3％；④纯钻进时间286.9h；⑤钻进20天；⑥使用钻头5只；⑦平均机械钻速8.50m/h；⑧井身质量合格；⑨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4～6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井空气钻井在钻头选型上，结合地层特点和普光气田已钻井钻头使用经验，选用了川石的SH33G、ST537GK钻头和江汉的HJT517GK钻头。空气钻井井段共使用钻头5只，其中第2只钻头和第4只钻头是由于发生断钻具事故而起钻。从各钻头整体表现来看，无论是进尺还是钻速都取得了满意效果。,钻头选型使用情况,普光D-1井钻头使用数据,从钻头现场使用来看，钻头磨损整体并不十分严重。川石的SH33G钻头起出后观察，绝大部分牙齿保持原有形状，属于轻度磨损。磨损相对严重的部位是钻头的外径，磨损10mm。,钻进相同进尺用时最短，从564m钻进到3002m仅用时20天；钻进相同进尺钻头使用数量最少，从564m钻进到3002m仅用钻头5只；单只钻头钻进进尺创造新高，川石的SH33G钻头进尺776.39m；单只钻头陆相地层平均机械钻速创造新高，平均机械钻速达到11.31m/h；单只钻头钻穿自流井地层，川石的ST537GK钻头从2348.54m的千佛崖地层一直钻进3002m到须家河地层，第一次完整的穿越了自流井地层；,空气钻井施工创造的普光气田纪录,普光D-1井空气钻井钻具组合主要参考普光气田已钻井防斜打直钻井的成功经验而设计，使用大尺寸钻铤塔式防斜钻具保证井身质量。施工中采用的钻具组合如下Φ314.0mm钻头Φ228.6mm减震器Φ241.3mm钻铤3根Φ228.6mm钻铤6根Φ203.2mm钻铤9根Φ127.0mm钻杆,井身质量控制,空气钻井过程中，开始钻进井段坚持每100m左右进行测斜，钻进300m后每200m左右进行测斜，根据测点井斜情况调整钻压。施工井段最大井斜出现在2536.22米，测斜3.64，其余测点井斜都在3以下，且变化均匀，井身质量合格。,实钻异常情况处理,进入千佛崖、自流井地层，控制空气钻井速度，遇钻时变快、气测异常等及时停钻循环处理，正常后钻进。空气钻井钻至2657m-2661m，气测中全烃含量达3.4-6.1，采取停钻循环处理措施，3小时后全烃含量低于2.7，恢复钻进。在后续的钻井中，气测全烃含量一直在1.7，防止了井下燃爆。,空气钻井实施时发生两次断钻具事故，一次是8′钻铤母扣根部断裂，二次是第228根钻杆（9.63m）母扣往下3.85m处断裂。据资料统计，空气钻井发生断钻具事故频率大于常规泥浆钻井。发生断钻具的原因初步分析为①夹着岩屑的气体对钻柱的冲刷；②可能是地层气体对钻具的损害；③钻柱旋转对井壁的碰撞比较大；④钻具振动比常规钻井严重⑤钻具本身的质量问题,认识与体会1、断钻具事故,,空气钻井返出的岩屑呈雾状、粉沫状，对录井描述、分析地层岩性和地层对比带来了一定难度；同时返速快、迟到时间短，再遇到气层，要求录井更加准确及时的提供监测，并提前预告，及时转换，这对目前的录井技术提出了挑战。,认识与体会2、空气钻井对录井提出高要求,普光D-1井空气钻井在须家河须六组地层3002m停钻，当转化为泥浆钻井后钻进到3011-3012.98m时，钻时71↓48min/m，密度由1.38↓1.18g/cm3，全烃1.7↑99.99，C10.61↑91.04，放气点火，焰高30-100cm，为间歇式黄色火焰。节流循环加重，密度加至1.6g/cm3，循环正常恢复钻进。,认识与体会3、空气钻井停钻深度的确定应慎重,空气钻井机械钻速高，实钻中若不控制速度，完全可以达到20m/h以上，一旦发生井斜，将对井身质量良好控制形成挑战。,认识与体会4、井斜的预防和控制,认识与体会5、地层认识有待进一步提高,在普光地区，虽经几年的探索，但对地层的认识还有待深化。虽然空气钻井优势明显，但鉴于空气钻井的局限性，实施时需对地层的认识进行详细分析研究。,九、结论与建议,1、空气钻井在D-1井中的成功应用，为下一步空气钻井（和其它新技术）的推广和应用探索出了一条有效途径，为实现普光气田8个月完成一口井的目标迈出了坚实的一大步。2、普光气田上沙溪庙组至须家河组上部地层适应空气钻井施工，须家河组是否实施空气钻井还需慎重研究。现场施工各单位在钻至千佛崖和须家河上部须精心施工，适当控制钻井速度，地质录井特别对地层流体进行严格的监测和预防，防止燃爆；3、普光D-1井应用空气钻井技术，机械钻速同比提高了4～6倍。空气钻井提速效果显著，勘探开发采用空气钻井是可行和相对经济的。,4、在空气钻井中发生了两次断钻具事故，钻具的损害机理需要探讨。建议空气钻井的钻铤坚持每趟探伤，使用新度较高的钻具；5、在未来的推广应用中，应针对空气钻井过程中可能出现的重大安全问题，在钻井设计、施工中，必须提供确切的相关资料、制定完备的措施和预案，确保钻井施工安全。,,汇报完毕谢谢,