气体钻井技术在苏里格气田的应用分析1.docVIP

成人高等教育成人高等教育 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 气体钻井技术在苏里格气田的应用研究气体钻井技术在苏里格气田的应用研究 学 生 冯小雄冯小雄 指导教师 张张 明明 评 阅 人 专 业 完成日期 成人高等教育毕业设计（论文）任务书 论文题目 气体钻井技术在苏里格气田的应用研究 学生姓名 冯小雄 专业班级采油 0701222 内 容 与 要 求 研究内容：研究内容： 1. 调研分析国内外气体钻井技术研究现状。 2. 对苏里格气田储层特征进行分析。 3对气体钻井技术在苏里格气田的应用情况进行分析。 具体要求：具体要求： 1. 认真翻阅国内外文献资料，并且规划设计方案，以求圆满完 成毕业论文。 2.论文撰写期间如有疑惑，要及时与同学或指导老师取得联系， 确保论文的撰写顺利进行，研究解决方案。 设计（论文）起止时间 年 月 日至 年 月 日 指导教师签名 学生签名 年 月 日 成人高等教育专科毕业设计（论文）审阅意见表 学生姓名冯小雄专业班级采油 0701222学号20070325043 论文题目气体钻井技术在苏里格气田的应用研究 序号评审项目指 标分值评分 1工作态度 对待工作严肃认真，学习态度端正，按照要求按 时完成各阶段工作任务。 8 能够综合和正确利用各种途径收集信息，获取新 知识。 5 能够应用基础理论与专业知识，独立分析和解决 实际问题。 5 毕业设计（论文）所得结论具有应用或参考价值。 3 2 工作 能力 与 业务 水平 基本具备独立从事本专业工作的能力。3 论文条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺。 4 方法科学、论证充分；专业名词术语使用准确。43论文质量 设计类计算正确，工艺可行，设计图纸质量高， 标准使用规范。 4 4工 作 量 论文正文字数达到 8000 字及以上。不足 8000 字 的，每少 300 字扣 1 分。 8 论文正文字体字号使用正确，图表标注规范。6 5论文格式 论文排版、打印、装订符合西安石油大学继续 教育学院毕业设计（论文）撰写规范的要求。 6 6创 新 工作中有创新意识；对前人工作有改进、突破， 或有独特见解。 4 是否同意参加评阅（填写同意或 者不同意）: 总分60 说明 有下列情况之一的毕业设计（论文）不得参加评阅： 1、毕业设计（论文）选题或内容与所学专业不相符的； 2、毕业设计（论文）因 1/2 以上内容与他人论文或文献资料相同，被认定 为雷同的； 3、正文字数不足 6000 字的。 审阅意见： 对待工作严肃认真，学习态度端正，能够综合和正确利用各种途径收集信息， 获取新知识，论文条理较清晰，语言较通顺。论文符合西安石油大学继续教育 学院毕业设计（论文）撰写规范的要求，达到毕业设计要求。 指导教师（签名）： 年 月 日 成人高等教育专科毕业设计（论文）评阅意见表 学生姓名学生姓名冯小雄专业班级专业班级采油 0701222学号学号 20070325043 论文题目论文题目 气体钻井技术在苏里格气田的应用研究 序号序号 评审评审 项目项目 指指 标标分值分值评分评分 1选题 毕业设计（论文）选题难易程度适中，具有实际或 理论意义。 3 毕业设计（论文）能反映学生对所学的基础理论与 专业知识进行综合运用的能力。 8 条理清晰，结构严谨；文笔流畅，语言通顺。4 方法科学，论证充分；专业名词术语准确。4 2 论文 质量 设计类计算正确，工艺可行，设计图纸质量高，标 准使用规范。 4 3工作量 完成任务书规定的内容。论文正文字数达到 8000 字 及以上。不足 8000 字的，每少 300 字扣 1 分。 8 论文正文字体字号使用正确，图表标注规范。3 4规范化论文排版、打印、装订符合西安石油大学继续教 育学院毕业设计（论文）撰写规范的要求。 3 5创新对前人工作有改进、突破，或有独特见解3 总分总分40 说明说明 有下列情况之一的毕业设计（论文）按“0”分记： 1、毕业设计（论文）审查成绩单中的审查成绩栏内为“取消”字样的； 2、毕业设计（论文）选题或内容与所学专业不符的； 3、毕业设计（论文）因 1/2 以上内容与他人论文或文献资料相同，被认定为 雷同的； 4、正文字数不足 6000 字的。 评阅意见评阅意见： 评阅人评阅人（签名）： 年 月 日 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 气体钻井技术在苏里格气田的应用分析气体钻井技术在苏里格气田的应用分析 摘 要：本文根据气体钻井技术的特点，对地质条件复杂、勘探开发难度较大、开 发成本较高的苏里格气田进行了分析，研究了气体钻井技术在苏里格气田的实际应 用，并对钻井过程中出现的复杂情况进行了分析，提出了应对措施。通过对苏 39- 14-1 井等 2 口天然气钻井及苏 6-11-8 井等 3 口空气钻井的具体试验情况分析，认 为在苏里格气田的开发中，运用气体钻井技术能极大地提高钻速、达到保护储层、 降低成本、提高产量的作用。 关键词：苏里格气田 气体钻井 天然气钻井 空气钻井 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） I 目目 录录 1 气体钻井技术概述2 1.1 气体钻井技术的概念.2 1.2 气体钻井的优点.2 1.3 气体钻井的难点.3 1.4 设备及工艺流程.4 2 苏里格气田概况7 2.1 苏里格气田的地质特征.7 2.2 苏里格气田储层概况.8 2.2.1 苏里格气田储层特点8 2.2.2 苏里格气田的钻井情况.8 2.2.3 苏里格气田储层保护技术方针.9 3 气体钻井技术在苏里格气田的应用10 3.1 天然气钻井试验情况11 3.2 空气钻井试验情况12 3.3 机械钻速对比14 3.4 复杂情况及处理措施16 3.5 试验结论.16 4 结论及建议18 参考文献19 致 谢20 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 1 引 言 气体钻井技术是指在钻井过程中使用气体作为循环介质的一项较为新型的钻 井技术，包括纯空气钻井、天然气钻井、惰性气体钻井等 1 。气体钻井不用 钻井液和钻井泵，依靠空气压缩机和增压机对气体进行加压，然后利用高压、高 速气流作为钻井循环流体，达到冷却钻头及将井底岩屑带到地面的目的。气体钻 井技术自 20 世纪中叶首次应用以来，先后在一些国家得到极大的应用和发展。 近年来，该技术在我国也得到一些专家学者的重视，并对其进行了较好的深入研 究和现场应用，均取得了较好成效。 我国 50 年代在玉门、四川等油气田就应 用过空气、天然气钻井 2 。气体钻井中的循环介质由气体、防腐剂、干燥剂组 成。气体钻井因其机械钻速快，能有效防止水敏性泥页岩坍塌，杜绝井漏，具有 常规钻井液不可比拟的优越性。气体钻井技术已显示出独特的优越性和巨大的生 命力，被认为是钻井界发展最快的一项专门技术。 苏里格气田区域构造属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西北部，地质勘查数据和先 期钻井资料表明该气田地质条件复杂，勘探开发难度非常大、成本高，气层由多 个单砂体横向复合叠置而成，具有低压、低渗、低丰度、非均质性强、单井产能 低、压力下降快、稳产时间短的特征 3 。 本文通过在苏 6-11-8 井等 5 口井的试验，发现平均机械钻速比常规泥浆钻 井提高 2.3 倍，气体钻井井段钻井时间比常规钻井节约50%，且储层产量得到 提高，从而为低成本开发苏里格气田在技术支撑上进行了有益的探索。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 2 1 气体钻井技术概述 1.1 气体钻井技术的概念 气体钻井是 欠平衡压力钻井的一种，它 用气体作循环介质的一种低压钻井 技术，常用的气体有空气、天然气、柴油机尾气、氮气等。气体钻井主要是由 于空气极大地降低了井眼流体的静压力，使提高机械钻速成为可能。在钻井 的过程中， 将少量的水、发泡剂和压缩的空气一起注入井内，加入的液体与地 层水分散到单独的液滴中，以接近气体的速度和气体一起返出井口。发泡剂降低 了井眼中水和钻屑的界面张力，并允许水 、钻屑在返出的气流中分散成极细的 雾状物，称为雾化钻井 4 。 气体钻井能大幅度提高钻井速度，提高油气产量和发现精度，相同情况比泥 浆提高 58 倍。 1.2 气体钻井的优点 气体钻井 不仅能通过产生的附加收益来提高效益，而且也能通过减少整个钻 井和完井的成本来提高效益。 与常规钻井相比 ，气体钻井 具有明显的优势，主 要表现在5： （1）大幅度提高机械钻速 其原理一是受各向应力状态的井下岩石一旦失去上覆岩层压力，径向上呈现 更大的脆性，易于崩落剥离；二是较大的气体排量快速把钻屑从井下携带出来， 避免了重复破碎。 （2）可以有效避免因地层吸水膨胀引起的井眼复杂 常规泥浆都有失水，遇到泥岩、页岩地层等，吸水后就会膨胀，引起缩径、 掉块等复杂情况。气体钻井使用气体作为主要循环介质，几乎不存在失水，因而 可以避免因地层吸水膨胀而引起的井眼复杂。 （3）能有效地避免井漏的发生 常规泥浆密度大于 1.00g/cm3，当泥浆压力大于地层压力时，就可能出现井 漏。气体钻井过程中，气柱压力远小于地层压力，从而避免了井漏情况发生。 （4）延长钻头使用寿命 气体钻井井底呈负压差 , 减小了因压持作用产生的重复破碎 , 较小钻压即 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 3 可大幅度提高机械钻速 ,提高了钻头的破岩效率。 （5）降低钻井综合成本 由于气体钻井速度快 , 在钻井液维护、钻头使用及钻机费用上都有很大程度 的降低,同时也能够减少井下复杂情况和卡钻事故的发生。 （6）避免了钻井液对地层的损害 气体钻井对地层几乎没有液相侵入 ,对地层的损害降到了最小。 （7）有利于环境保护 气体钻井作业过程中避免了钻井液造成的污染, 工作环境也变的清洁卫生。 1.3 气体钻井的难点 尽管与常规钻井方式相比，气体钻井技术具有许多独特的优势，但是气体钻 井特有的钻井方式也使它的实际应用条件和范围受到一定的限制。目前存在 的主要问题有以下 难点6 7： （1）地层出水问题处理 在实施气体钻井作业中，地层出水可能导致裸眼段井壁水化膨胀，造成井眼 缩径或井壁坍塌。同时，岩屑水化后很容易形成泥饼环并堵塞环空通道。目前对 地层出水问题应采取以下措施 ：采用化学干粉处理较小量地层出水； 增 大注气量，雾化地层水并将其带出地面； 转换成雾化钻井或泡沫钻井； 找准出水地层，针对性地打水泥塞堵水。 （2）井斜控制 气体钻井中需时刻对井斜进行监控，若出现较大井斜则需停止钻井作业。经 分析造成井斜的原因主要有： 高流速气体冲刷井壁，井径扩大严重，稳定器 不起作用； 在井斜存在的情况下，钻具靠在下井壁上，该处气流速度减慢而 无法及时带走下井壁钻屑，而将钻头 “垫”向上井壁，造成井斜继续增大； 气体钻井工具造斜规律不清楚，空气锤、空气螺杆等工具的造斜规律尚未有较 系统的研究。 总之，气体钻井井斜控制难度较大，国内外尚未探索出成熟的气体钻井井斜 控制技术。国内通常采用轻压吊打等牺牲机械钻速的方法控制井斜，同时有效地 清洁井眼，使井眼内不出现垫层，并适时采用预弯曲动力学防斜打快技术。 （3）保证供气量 采用气体钻井应该配备专用的气体发生装置，严格做到一备一用，并保证设 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 4 备能正常运行；同时应考虑到设备因外界因素（如海拔、环境温度等）造成的功 率变动；根据供气量和携岩的情况 ,灵活转换钻井方式。 （4）防止井口偏斜 井口偏斜可能造成旋转控制头内胶心偏磨，导致密封失效，引发钻井事故； 井口偏斜引起不压井起下钻装置校正困难，上下卡瓦难以卡紧等不利于气体钻井 的因素。因此，防止井口偏斜十分重要。 （5）预防井下爆炸 在采用纯空气钻井作业时，空气中含有助燃、氧化性气体，当井底烃液或天 然气与其混合达到一定比例或者钻遇高压油气层时，易发生井底着火爆炸。 因此，在采用纯空气钻井作业时，应采取有效措施做好防火、防爆、防腐蚀工作。 1.4 设备及工艺流程 (1)主要设备及其功能 8 空压机:气体钻井中最主要的设备，用于产生高压气体。 增压机:提高压缩气体的压力等级，以补偿当气体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。 增压机控制阀 :控制增压机移出或接入气体循环系统。 流管中的安全阀 :当流管中气体压力过高时，通过开启安全阀释放过高的压 力。 液体注入泵 :由于地层大量出水而需要将气体钻井转为雾化或泡沫钻井时， 用来向气体中加入水或起泡剂，或向空气螺杆马达注入润滑剂时使用。 固体注入泵 :当地层出现少量水时，可向井筒内注入干燥剂，有利于气体携 屑。 压力计、温度计、流量计 :用来监测流管中气体状态。 泥浆罐:储备泥浆，用于特殊情况下，由气体钻井转为常规泥浆钻井时使用。 压力释放管线 :用于释放气体流动系统中过高的压力。常用于起下钻、接单 根或其它需要开口操作的场合。 吸湿器:干气钻井时要求气体进入井筒前除去水分。当气体较湿润时，经过 空压机压缩后，气体中可能有水分析出，因此使用吸湿器除去水分。 排出管线 :从环空中出来的气固混合物通过排出管线排离钻台，其内截面一 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 5 般应为井口环空截面的 1.1 倍。 排出管线的控制阀 :用于控制井口回压，也可用于配合试井测试。 岩屑捕获器 :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。 减尘器:用于向排管内的气固混合物喷水，减少粉尘污染。 燃烧池:用于沉降岩屑和燃烧井底产生的烃类气体。 引火器:将从排管中带出来的井底产生的烃类混合气体点燃，保证安全钻进。 旋转头:它分为旋转与非旋转两部分。旋转部分可以和钻柱一起旋转，非旋 转部分和密封装置配合，使从环空中出来的含岩屑的气流流向排出管线，保证钻 井平台和人员的安全。 防喷器组合 :气体钻井中主要使用两种防喷器 :一种为环形防喷器 (或旋转 防喷器)，它靠液动作用使胶芯挤向井口中心，直到抱紧钻具或全封闭井口，从 而实现其封井的目的 ;另一种为闸板防喷器，要求半封、全封齐全。 (2)气体钻井工艺流程 气体钻井工艺流程如图 1-1 所示，在实施气体钻井时，首先用空压机对气 体进行初级加压、降温、除水之后经过增压机增压，再将高压气体通过立管三通 压入钻具。气体通过钻头时对钻头进行冷却，同时完成携带岩屑的任务，再返回 井口。接着气体和钻屑进入排砂管线，排砂管线上安装有一个岩屑取样器，可以 取砂样，最后到岩屑池。 如需要，气体钻井期间也可以转换为常规钻井液技术。 空气空压机 立管钻井泵增压机冷凝机 钻柱内 钻头 环空 污水池 井口 循环罐 排砂管线 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 6 基液回收 空气钻井 常规钻井液钻井 图 1-1 空气钻井工艺流程 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 7 2 苏里格气田概况 苏里格气田位于长庆靖边气田西侧的苏里格庙地区，勘探面积大约为 2104km2，探明天然气地质储量 6025.27108m3，是我们大陆目前探明的第 一大气田 9 。 苏里格气田在区域构造 上位于鄂尔多斯盆地 伊陕斜坡西北部 ，为一平缓的 西倾单斜苏里格气田就是在此构造背景上发育的大型砂岩岩性气藏。其储层 非均质性强 ，平均孔隙度为 6.27%，平均渗透率为 0.3110-3 m2，属典型的 低渗气藏 10 。苏里格气田主力含气层段为 下二叠统山西组山 1 段至中二叠统 下石盒子组盒 8 段，是受三角洲平原分流河道砂体控制的大面积分布的低压、 低渗透、低丰度岩性气田。 2.1 苏里格气田的地质特征 鄂尔多斯盆地为一大型多旋回克拉通盆地，在太古代-早元古代形成的基 底之上，经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代浅海台地、晚古生代近海平原、中 生代内陆湖盆和新生代周边断陷五大沉积演化阶段。根据今天构造发育特征，可 将其划分为伊盟隆起、西缘掩冲带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠摺带、渭北隆 起 6 个构造单元 11 。盆地总体构造形态表现为边部构造发育，内部为一地层倾 角不足 1的西倾大单斜。苏里格气田处在伊陕斜坡的北部中段，为宽缓西倾 的单斜，平均坡降为 35m/ km。 在早古生代 ，鄂尔多斯盆地属华北地台的西域 ，主要沉积一套陆表海环境 下的碳酸盐岩 ；其后，受加里东构造运动影响 ，早奥陶世末盆地抬升 ，从而 经历了长达 1.410 8a 的沉积间断 ,形成了奥陶系风化壳 12 。目前发现的靖边 大气田就发育于奥陶系风化壳之中。 自晚石炭世开始 ，盆地再度下沉 ，华北海和祁连海分别从东西两侧进入 ， 晚石炭世本溪期盆地不同的地区分别发育三角洲、潮坪、泻湖、障壁岛、陆棚沉 积体系，早二叠世太原期则发育曲流河三角洲、陆表海沉积体系,早二叠世山 西期为近海湖泊 -网状河三角洲沉积体系 ；本溪期、太原期海相沉积的碳酸盐 岩和滨海平原的煤系地层以及山西期的三角洲沼泽相煤系地层构成了盆地上古生 界的烃源岩 ；而同期发育的三角洲平原河道、三角洲前缘河口砂坝、海相滨岸 砂坝、潮道砂体构成良好储集岩体。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 8 中二叠世 -晚二叠世发育内陆湖泊 -三角洲沉积体系 ，大面积分布冲积扇、 辫状河、网状河以及三角洲平原河道、三角洲前缘砂体，形成了盆地最重要的 储集岩系 。晚二叠世早期广泛沉积的上石盒子组河漫湖相泥岩形成了盆地上古 生界气藏的区域盖层 13 。 随着盆地中生代和新生代地层的不断沉积 ，上古生界烃源岩日趋成熟并生 成大量烃类气体 ，通过运移 ，最终聚集在由上述储集岩体所构成的岩性圈闭中。 2.2 苏里格气田储层概况 2.2.1 苏里格气田储层特点 苏里格气田储层压力低于静水柱压力，因此采用常规水基钻井液的过平衡钻 井会产生较大正压差，而在较大正压差作用下钻井液的滤液侵入和固相侵入会造 成严重的储层伤害。采用负压差的欠平衡钻井消除了过平衡钻井的正压差造成的 储层伤害，对于保护储层是有好处的。低压气藏同时又是低渗透或超低渗透，强 亲水或富含水 敏性粘土矿物，若仅靠水基工作液的负压差欠平衡钻井则不能达 到良好的保护储层的目的。该类储层由于致密、低渗透，比表面积大且表面亲水 势能强，在加上储层成藏过程中形成的 较低的初始束缚水饱和度，从而气藏储 层的原始状态处于 “干燥缺水 ” 。一旦储层被水基工作液打开，储层就会大量吸 水，即便是在 “负压差”下这种吸水也照常进行，这种自发的吸水一直进行到 达到致密多孔介质的束缚水饱和度为止 14 。这种空隙中的粘土矿物遇水作用 后产生水化膨胀、分散、运移，这就加剧了储层吸水之后造成的伤害。有实验表 明：长庆气田储层的自发吸水现象造成了90%左右的储层渗透率伤害。 2.2.2 苏里格气田的钻井情况 1999 年开始开发以来，主要以泥浆钻井为主。2002 年钻井资料分析，苏 里格气田平均机械钻速7.67m/h,平均建井周期为 44.8 天15。通过对苏里格 气田部分井钻井资料的分析，发现影响全井钻井速度的主要原因是下部井段 （纸坊组 -山西组）钻井速度慢，纯钻时间占全井70%左右。因此，对于苏里 格气田来说，需要进一步提高钻井效率，达到降低钻井成本。 2.2.3 苏里格气田储层保护技术方针 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 9 由于苏里格气田属于低压、低渗透、低产气藏，用常规的钻井技术开发相对 来讲成本比较高，利润空间小，因此，必须应用新技术来提高钻井效率，降低钻 井成本。 而根据长庆气田的低压、低渗透、严重水锁伤害的特点，应以气体欠 平衡钻井为保护储层的主要技术手段。但是不能采用空气，只能采用不含氧的气 体，比如氮气、二氧化碳等气体。但相对来说，钻井成本费用较高。目前由于长 庆气用的管道气体，临井气体可用性较好，成本低，因此采用气体钻井是苏里格 气田的理想选择之一。 有研究表明，气体钻井技术能大幅提高钻井速度，而小井眼可以从套管、水 泥、设备折旧、泥浆材料、燃料及其它材料等方面降低成本。因此，将气体钻井 技术与小井眼钻井技术有机的结合为一体，是苏里格气田开发比较适合的使用技 术16。 根据对苏里格气田试气材料的研究发现，单井的产量较低，其主要原因在于 岩石基质的渗透率低，而岩石的构造裂缝不非常发育，以微小缝和超微缝为主， 裂缝产状上多以高角度缝出现，裂缝密度为每米0.2-0.3 条，表现出渗透率的 高离散性 17 。当钻遇到裂缝较发育的储层渗透率高，单井产量就高，无裂缝产 量就低。因此，要提高钻井产量，就要使用欠平衡水平井钻井技术，这样既能最 大限度的保护储层，又能穿越多个裂缝，达到提高单井产量的目的。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 10 3 气体钻井技术在苏里格气田的应用 因为气体钻井具有诸多优点 , 针对苏里格气田低压、低渗透、低产气藏的 地质构造 特点，体现气体钻井的优越性，更大程度的保护储层，提高钻速和产 量，在苏里格气田对多口井进行了气体 (天然气或空气 )钻井现场试验，证实了 其具有较强的可行性，发现该技术在苏里格气体能极大地提高钻速、保护储层、 提高产量。 根据苏里格气田特点，确定试验井 (2 口天然气钻井和 3 口空气钻井 )的井 身结构数据如下表 : 表 3-1 试验井井深结构数据表 地层苏 39-14-1 井身结构苏 39-14-4 身结构 第四层 志丹统 安定组 直罗组 延安组 延长组 导管： 273mm(30.95m) 一开泥浆钻井： 30.95-1309m 进入延长组 50m 钻头 241.3mm 表层套管： 177.8mm 导管： 273mm(49.5mm) 一开泥浆钻井： 49.5-2170m 钻头 241.3mm 表层套管： 177.8mm 纸坊组 和尚沟组 刘家沟组 石千峰组 天然气钻井 1309-2092.7m 钻头： 152.4mm STX-20D 天然气钻井 2170-3261.91m 钻头：155.6mm XL-40A 石盒子组 山西组 泥浆钻井 钻头： 152.4mm HA537 2092.7-3460m 泥浆钻井 钻头：152.4mm HA537 3261.91-3472m 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 11 表 3-2 试验井井深结构数据表 地层井身结构苏 33-8 井苏 33-19 井苏 6-11-8 井 第四层 志丹统 安定组 直罗组 延安组 延长组 导管： 273mm(57.6m) 一开泥浆钻井： 57.6-2206.8m 钻头 241.3mm 表层套管： 177.8mm 导管： 273mm(66m) 一开泥浆钻井： 66-2115m 钻头 241.3mm 表层套管： 177.8mm 导管： 273mm(53m) 一开泥浆钻井： 53-2089m 钻头 241.3mm 表层套管： 177.8mm 纸坊组 和尚沟组 刘家沟组 石千峰组 空气钻井： 2206.8-2938.42mm 钻头：155.6mm XL-40A 空气钻井： 2089-3049.94mm 钻头： 155.6mm XL-40A 石盒子组 空气钻井： 2115-3241mm 钻头： 155.6mm XL-40A 山西组 泥浆钻井 钻头：152.4mm 2938.42-3467m 泥浆钻井 钻头： 152.4mm 3241-3411m 泥浆钻井 钻头： 152.4mm 3049.94-3390m 3.1 天然气钻井试验情况 根据苏里格气田的特点，在2 口井进行了天然气钻井现场试验，具体情况 如下： 在苏 39-14-1 井进行天然气钻井现场试验，试验井段1309-2092.7m，进 尺 783.7m，纯钻时 37h，平均机械钻速 20.87m/h。当钻进到井深 1388m 层开 始出水，随着井深的增加，地层出水量的增加，井筒中积液增多，立管压力升高， 采取每钻进 2 个单根打 300-400L 泡沫扫井的措施。因地层大量出水，导致泥岩 水化坍塌，钻至井深 2092.7m，上提下放钻具遇阻非常严重，注气压力上升到 12MPa，多次注入泡沫仍不能使井眼畅通，因此转换为泥浆钻井。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 12 在苏 39-14-4 井进行了天然气欠平衡钻井现场试验，试验井段2170- 3261.91m，进尺 1091.91m，纯钻时 93.5h，机械钻速 11.64m/h。在钻进纸坊组 过程中，由于天然气中的水化物对软泥岩水化造成环空不畅通，注气压力上升， 多次注泡沫液无效果，在井深2431.55m 起钻，钻头泥包。钻进 2780-3240m 井段发生多次钻具上提下放遇阻现象，采用注入高粘度泡沫液扫井措施得到缓解。 在钻进 3240-3261.91m 井段时上提下放钻具严重遇阻，注高粘度泡沫液仍不能 使环空畅通，判断为井壁坍塌，在钻进到井深3261.9m 转换为泥浆钻井。 表 3-3 天然气钻井试验现场数据 井号苏 39-14-1苏 39-14-4 循环介质泥浆泥浆 井段（进尺）30.95-1309（1278.05）49.5-2170（2120.5）一开 平均机械钻速21.8m/h12.43m/h 循环介质天然气天然气 井段（进尺）1309-2092.7（783.7）2170-3261.91（1091.91） 二开 （气体钻井） 平均机械钻速20.87m/h11.64m/h 循环介质泥浆泥浆 井段（进尺）2092.7-3460（1367.3）3261.91-3472（210.09） 二开 （泥浆钻井） 平均机械钻速2.782.42m/h 3.2 空气钻井试验情况 根据苏里格气田的特点，在3 口井进行了空气钻井现场试验，具体情况如 下: （1）苏 33-8 井 该井从 2237.3m 开始出水，井深 2305m 时，实测出水量为 1.2m3/h。 2206.8-2868m，钻进地层：纸坊组、和尚沟组、刘家沟组，该段钻进注 气压力为 3.8-4.3Mpa。 2868-2938.42m，注气压力 4.3-5.74Mpa(井深 2868m)。注入泡沫液 lm3，扫井。至井深 2887m 压力降至 4.3Mpa，继续钻进 ；至井深 2936m 时，注 气压力从 4.4MPa 升高到 5.8MPa，转盘扭矩上升，机械钻速由8.9m/h 下降到 1.6m/h，打泡沫液 5.4m3，立管压力由 7.2Mpa 上升到 12.0Mpa，压风机憋停， 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 13 上提下放遇阻，活动范围 500-I000KN，开泵，用泥浆顶， 13:00 泡沫液返出， 充气加泥浆循环，上下活动钻具， 活动范围越来越小 (400-1200KN)，14:00 钻 具卡死。 经测试，卡点在套管内 (2175-223Om)。后因套管变形， 而导致填井 侧钻。 (2)苏 38-19 井 2115-2775m，钻进方式为纯气体钻进，钻进地层为纸坊组-石千峰组顶 部，排屑口排出干岩屑粉，注气压力3.53-3.7lMpa，地层不出水，井壁稳定。 2775.6-2862m，钻进方式为纯气体钻进，钻进地层为石千峰组上部，排 屑口返出气量小、岩屑少，岩屑粉变潮，注气压力由3.71MPa 上升到 4.5MPa。 2862-3241m，钻进地层为石千峰组中下部、石盒子组，由于压力升高、扭 矩微增、岩屑排出口不正常，因此，从井深2862m 开始每钻进 2-3 个单根打 2 次(间隔 5-10 分钟)泡沫，以清扫井内岩屑。 按照设计要求，顺利转换为泥浆钻井。根据地质预告，主力储层顶为 3247m，为了保证进入气层安全钻进，避免井下燃爆，在3241m 时转为泥浆钻 井。 (4)苏 6-11-8 井 该试验井的 目的是:用空气钻井技术提高苏里格气田下部井段钻井速度； 用天然气欠平衡钻井技术钻开储层，达到保护储层，掌握储层的真实产能； 摸索气体钻井防斜方法。 该井延长组以上地层用泥浆钻井，下7套管封住延长组水层 ；纸坊组- 储层顶界采用空气钻井，储层段采用天然气钻井，钻进2189.03-2846m 井下 情况正常，排砂口排屑畅通。当钻进到井深2847m 时，排砂口岩屑量很少，取 样观察岩屑微潮 ；停钻循环 22 分钟岩屑返出继续钻进，排砂口排岩屑不连续。 由此判断地层出水。钻进 2846-2860m，出口返出大量岩屑、水，出水量明显增 大，1.5-2m3/h 左右。 当钻进到井深 3049.94m，注气压力上升到 IOMPa，上提钻具遇阻，打雾化 液；双车供气压力升到 13.5MPa，压缩机安全阀自动泄压，转注泥浆，打入泥 浆 70m3，压力 24Mpa，接方钻杆继续循环，压力升到28MPa，约半小时后泥浆 返出，出口有大量砂子。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 14 表 3-4 空气钻井试验现场数据 井号苏 33-8苏 38-19 循环介质泥浆泥浆 井段（进尺）57.62-2206.8（2149.18）66-2115（2049）一开 平均机械钻速11.67m/h12.65m/h 循环介质空气空气 井段（进尺） 2206.8- 2938.42（731.62） 2115-3241（1126） 二开 （气体钻井） 平均机械钻速8.59m/h9.67m/h 循环介质因事故转泥浆侧钻泥浆（储层转为泥浆） 井段（进尺）/3241-3411（170）二开 （泥浆钻井） 平均机械钻速/ 1.35m/h （纯钻：125.83 小时） 表 3-5 空气钻井试验现场数据 井 号苏 6-11-8 循环介质泥浆 井段（进尺）39-2189.03一开 平均机械钻速12.35 m/h 循环介质空气 井段（进尺）2189.03-3049.94二开（气体钻井） 平均机械钻速8.52m/h 循环介质泥浆 二开（泥浆钻井） 井段（进尺）/ 3.3 机械钻速对比 苏里格气田苏 39-14-4 井在纸坊组 -石盒子组上部应用天然气钻井技术、苏 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 15 33-8 井、苏 38-19 井、苏 6-11-8 井下部井段纸坊组 -石千峰、石盒子组应用空 气钻井技术，机械钻速与邻井泥浆钻井对比，提高2.3-4 倍。机械钻速对比列 于表 3-6 中。 表 3-6 与临井泥浆钻井速度对比 井号地层井段/m进尺/m纯钻时间/h 机械钻速 /m*h-1 机械钻速 之比 苏 38-16-2 纸坊-石 盒子组 2164-3445.21280.1333.713.84/ 苏 38-16-3 纸坊-石 盒子组 2169.5-3419.21249.7336.083.72/ 苏 40-16 纸坊-石 盒子组 2169.5-3291.11125.8380.942.94/ 苏 39-14-4 纸坊-石 盒子组 2170-3261.911091.9193.8311.643-4 苏 38-19 纸坊-石 盒子组 2115-32411126116.339.672.5-3.3 苏 33-8 纸坊-石 千峰 2206.8-2938.42731.6285.088.612.3-2.92 苏 6-11-8 纸坊-石 千峰 2189.03-3049.94860.91101.058.522.3-2.9 通过与临井泥浆钻井的对比发现：纸坊组一石盒子组上部钻井时间6.6 天， 比泥浆钻井减少 10 天左右，全井钻井周期减少23%（泥浆钻井周期 36 天） 。 表 3-7 气体钻井与泥浆钻井时间、钻头数量对比 井号地层井段/m进尺/m 钻井时间 /h 钻头数量/ 只 备注 苏 39-20 纸坊-石盒 子组 2124.88-32531128.1218.54.5 第五只钻 头钻进 28h,钻头完 好 苏 40-20 纸坊-石盒 子组 2095-3219112417.54.5 第五只钻 头钻进 21h,钻头完 好 苏 38-19 纸坊-石盒 子组 2115-324111266.661 新度 60- 70% 苏 39-14-4 纸坊-石盒 子组 2170-3261.911091.916.561 新度 60- 70% 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 16 通过与泥浆钻井时间、以及钻井数量的对比发现：气体钻井能有效的缩短钻 井时间，钻头的使用数量上明显少于泥浆钻井，且钻头保持较好。 3.4 复杂情况及处理措施 （1）钻井过程中出现的复杂情况 正常钻进井段。 在纸坊组 -刘家沟组，井下情况正常，井眼畅通，排砂口排出大量粉尘。 地层开始出水。 当钻进到石千峰上部时，排砂口岩屑量变少，岩屑微潮，排屑不畅通。 地层出水量增大。 当钻进到石千峰中部地层时，出水量增大，井眼净化不良，立管压力、转盘 扭矩升高。 井下出现失稳。 钻进到石前峰底部和石盒子顶部，由于地层出水导致泥岩被水化、井眼净化 不良、井壁失稳。 （2）具体的处理措施 地层出水的处理。 当地层有微量出水时，岩屑潮湿，用纯气体不能维持正常钻进，转为雾化钻 井（注液量 30L/min） ，或者间歇注入泡沫液，每次不多于100L。观察放喷口 喷势、注气压力、立管压力和转盘扭矩的变化情况，如果地层出水量增大，岩屑 排出量明显减少，并有湿岩屑团返出，同时出现转盘扭矩增大、注气压力升高等 情况，间歇注入泡沫液（一般每钻进2 一 3 个单根） ，每次 100-15OL。 井壁坍塌的处理。 如果转盘扭矩、立管压力持续上升，井眼净化不良，停钻循环，可等正常后 恢复钻进；如果发现转盘扭矩上升很快并有打倒车的现象、立管压力上升较快 （大于 0.5Mpa） ，井壁有轻微坍塌，则需注入100-200L 高粘度泡沫液扫井， 扭矩、压力下降后方可恢复钻进；如果压力仍不下降，而