气体钻井技术在苏里格气田的应用分析

1、 成人高等教成人高等教育育 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 气体钻井技气体钻井技术在苏里格术在苏里格气田的应用气田的应用研究研究 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

2、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）

3、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

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

5、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

6、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）

7、 气体钻井技气体钻井技术在苏里格术在苏里格气田的应用气田的应用分析分析 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

8、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

9、 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

10、 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

11、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 、

12、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

13、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

14、 生。 （4）延长钻头使 用寿命 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 3 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 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

15、 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

16、 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，

17、并适时采用 预弯曲动力 学防斜打快 技术。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 4 （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

18、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

19、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 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 5 过空压机 压缩后

20、，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

21、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

22、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。 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 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） 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

23、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

24、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

25、.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

26、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

27、，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

28、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

29、 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。 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 9 2.2.3 苏里格气田储层保护技术方针 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。

30、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

31、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

32、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

33、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：

34、 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

35、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 300-4

36、00L 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 278

37、0- 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

38、（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。 2868-29

39、38.42m，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 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 13 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 ， 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:

40、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 286

41、2m 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

42、 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

43、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

44、.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 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 15 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 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

45、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

46、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

47、 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2170-3261.911091.916.561新度 60- 西安石油大学成人高等教育毕业设计（论文） 16 子组70% 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

48、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

49、（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，而且伴随扭 矩增 大、上提钻具遇 阻严