气体钻井技术培训课.ppt

1、气体钻井技术,气体钻井公司,主要内容,概论（发展、用途） 气体钻井方式、工艺流程 气体钻井组织与实施 四川地区气体钻井典型应用,一、概论,气体钻井是以气体作为循环介质代替钻井液的钻井技术,定义：,1953年，美国的EI paso天然气公司首次利用空气作钻井液在犹他州成功地钻成了第一口油气井。自那时起，利用空气或天然气来进行油气井钻探的方法在全球范围得到广泛应用，采用空气和天然气钻井技术已能钻达5000m的深度。 气体钻井技术在国外（特别是加拿大、美国）已得到广泛应用。,60年代四川盆地曾经在8口井中使用天然气钻开产层，见到一定效果，由于井控设备落后、工艺技术差、装备不配套而没有进行下去。跨入2

2、1世纪，为了解决长段低压破碎地层的钻井问题，提高低压、低渗油气藏的开发效益，提高钻井进度，四川油气田组织了气体钻井的研究，积极探索用气体钻井技术提高机械钻速的方法，在有天然气气源的井，用天然气钻开低压低渗透储层，大幅度提高了单井产量。,概 论,发 展,起源 关键点： 起源于50年代，空气钻井，充气钻井和泡沫钻井。 国内起源于60年代的天然气钻井。,第一发展高峰始于60年代初，理论上应延至80年代末。 实际第一峰受油价，投资，转移，市场心理因素的影响，出现相应的跌谷和颠峰。 理论上第一谷应在80年代中至90年代中末。 实际第二峰开始于93年，比作者们预测的早，且上升迅速，呈现明显的热点技术趋势。

3、,发 展,不同的发展动力,对应于两个发展峰值，有两次不同的发展动力，如图：,经济效益： 提高钻速,降低 直接钻井成本,克服困难： 严重漏失,欠压 高度水敏性等。,非常规： 缺水环境（高 山，沙漠),极地， 地热,大井眼等。,第二次推动力,第一次推动力,经济效益 克服困难 60%,非常规 应用25%,第一推动力是工程目的为主：打快，打好，降低成本。 第二推动力是满足新形势下勘探开发需求为主。能够满足未来勘探开发主战场需求 的钻井技术，就一定有生命力。,勘探开发 15%,勘探开发 70%,其它30%,可能的应用范围,应用 范围,动用 难拿 储量,老油田 改造挖潜,降低成本 提高效益,低压,低渗 油

4、气资源,非常规 油气资源,复杂岩性 油气藏,油占总资源量的50%，动用程度低于10% 气，我国不详，美国为常规气的5倍。,稠油，世界上三倍于常规油 煤层气，我国两倍于天然气。,孔隙性，约4050个 裂缝孔隙性，约2030个 孔，缝，洞型，炭酸盐岩 约50个 变质岩，火成岩，约2030个 （非孔隙性油气藏至少占总储量的三分之一）,降低成本,提高效益,是最具普遍性的需求。 储层保护提高探井勘探成功率和精度开发井提高单井产能和最终采收率。提高钻速，降低成本制服漏，喷，塌，卡等，缩短周期。提高钻速，降低钻井成本在非储层段（尤其上部大井段），非常重要。,应用 范围,动用难拿储量,降低 成本 提高 效益,

5、老油田 改造 挖潜,世界上NONOPEC产量的三分之一， 我国至少一半，压力递减，含水上升。,应用范围究竟多大 尚无准确定论 最保守估计： 至少占总储量的三分之一必须靠UBD 去拿。我国钻井设备改造至少应占三分之 一，美、加在1996年就达25%，15thWPC 预言，最终将超过50%，美国仅空气钻井 一项占年进尺的16.7%，故我国差距极大。主要在四川，也就20口井左右。,提高钻速（井底压力低压持效应小） 解决井下复杂（井漏、水敏性坍塌等） 发现和保护气层,目前的主要用途：,概 论,概 论,优点：,极大的降低了对产层的地层损害 消除了井漏对钻井作业的影响 可获得更高的钻进速度（井越深，其效果

6、越明显） 可提高钻头使用寿命 对付硬地层钻进的能力显著提高 工作条件和环境变得更为清洁 与泥浆钻井相比，由于气体钻进速度更快，花费的时间更小，故可降低钻井作业的总成本,一、概论,缺点：,对地层压力的控制能力降低。因此气体钻井作业一般限于那些储层孔隙压力较低的地区 气体钻井局限于那些地层岩石较老且致密的地带，因为井内几乎不存在流体压力来支撑井壁并防止其坍塌 对付大量地层水侵入环空的能力是有限的 由于环空中含砂气流的冲刷作用，钻杆的磨损会加剧 在钻进期间，井内的流体几乎不可能对钻柱提供缓冲作用,气体钻井方式、工艺流程,空气钻井 氮气钻井 天然气钻井 尾气钻井 雾化钻井 泡沫钻井（气相可以是空气、氮

7、气、天然气）,分类：,纯气体钻井,气体钻井方式、工艺流程,1、纯气体钻井,纯气体钻井就是用纯气体作为循环介质的钻井技术，包括纯空气钻井，氮气钻井、天然气钻井和尾气钻井。 其中空气钻井主要用于非产层（其原因在于空气钻产层存在井下燃爆的危险），而氮气钻井、天然气钻井和尾气钻井主要用于产层。,纯空气钻井,坚硬、干燥的地层 非常规裂缝地层 水敏性强的地层 严重缺水的地区,1、空气钻井技术适用地质条件：,纯空气钻井,2、纯空气钻井地面流程图：,空压机,旋转防喷器,增压机,3、纯空气钻井主要设备：,空气输送管线及阀门 钻具止回阀 排砂管线 检测仪表,空气锤,4、纯空气钻井井场布置图：,按设计要求根据确定的

8、最大注气量和注入压力选择注入设备、管汇和仪器。设备安装就位后应进行严格的试压试运转 按设计要求制定详细的岗位分工和应急预案，在施工中严格落实 气举过程中注意注入压力的变化，如压力过高应控制井口回压，防止出现意外和污染事故的发生 钻进过程中注意注入压力变化、岩屑返出情况的变化、钻具旋转和上提下放阻力变化情况。如果出现异常情况应停止钻进充分洗井，或调整注入量，保持井眼畅通 如果需要测井、固井等作业需要替入完井液，则注意注替过程中控制井口压力和返出量,5、纯空气钻井工艺要点：,氮气钻井,坚硬、干燥的地层 非常规裂缝地层 低压油气体产层 水敏性强的地层 严重缺水的地区 含大量碳氢化合物地层，包括石油天

9、然气钻井、煤层气钻井等,2、氮气钻井技术适用地质条件：,氮气是最好的气体钻井介质。氮气欠平衡钻井技术基本与空气钻井技术相同。除具有空气钻井技术的优点外，还有避免井下爆炸和避免污染的优点。 与空气钻井相比增加制氮设备，因此设备费用高。,1、氮气钻井技术特点：,优点：,不足：,氮气钻井,立管,岩屑池,增压机,气体流量计,制氮机组,冷却设备,空气、钻屑,旋转防喷器,排砂管,砂样取样器,井口装置,除尘器,3、氮气钻井地面流程图：,空压机组,与空气钻井基本相同， 另外特别强调要保证注入过程中点火装置的正常使用,6、纯氮气钻井工艺要点：,5、氮气钻井主要设备：,除空气钻井主要设备外，只需另外增加制氮机,制

10、氮机,天然气钻井,同氮气钻井,2、天然气钻井技术适用地质条件：,天然气钻井技术基本与空气钻井和氮气钻井技术相同。除具有空气钻井技术的优点外，还有避免井下爆炸的优点。 与空气钻井相比要求地面设备和工具防泄露、防爆性能好，费用高、受气源控制等缺点。,1、天然气钻井技术特点：,天然气钻井,立管,岩屑池,增压机,气体流量计,天然气源,空气、钻屑,旋转防喷器,排砂管,砂样取样器,井口装置,除尘器,3、天然气钻井地面流程图：,严格检查各管汇连接处、闸门的密封情况 接单根过程中的闸门开关程序是操作的关键 保证注入过程中点火装置的正常使用,天然气钻井,5、天然气钻井工艺要点：,基本同空气和氮气钻井工艺，另外还

11、需注意以下几点：,该技术除具有空气钻井技术的优点外，还有避免井下爆炸、费用低的优点。与空气钻井相比要求地面设备和工具防泄露性能好、对井下工具有腐蚀等缺点。柴油机尾气钻井是废气钻井技术之一，但它必须有尾气冷却增压装置。整个系统处理气量应在35104m3d范围。柴油机尾气排除温度高达260280度，而空气压缩机和增压机进气温度要求在60度以下，所以对尾气要进行多级冷却。 其钻井工艺要点基本与上述的空气相同。,废气钻井,柴油机尾气钻井地面装备图,雾化钻井,1、雾化钻井技术基本要点：,雾化钻井技术与气体钻井技术同步出现。当地层流体侵入使纯气体钻井系统无效时，通常实施雾化钻井。雾化钻井的产生一般都是由于

12、地层中含少量水分，在干气钻井的基础上形成的。雾化钻井的定义是“吸收的水量正好足够使气体饱和，从而将地层侵入井内的水以水滴的形式带出井眼。少量液滴分散在气体中的分散体系为雾，一般的含水量为0.1%-4%，气体占9699.9%（体积比）范围。其化学组分与泡沫类似，含有气、水及发泡剂，它系气液两相流体。雾是一种过渡体系，含水量增多就变成泡沫。雾的密度一般为0.02-0.07gcm3。,雾化钻井,2、设备与流程：,设备：,除气体注入设备外，还需要储液罐、液体注入设备和液气混合装置（泡沫发生器），现场一般用雾化泵或水泥车作为注液泵。,工艺流程：,来自气体注入设备的压缩气体与来自液体注入设备的液体经过混合

13、装置的混合，形成均匀的雾，通过立管、钻具内、钻头到井筒环空，再经过井口、节流管汇（或直接通过旋转头侧口、排放管线）放喷管线进入排放池或经过密闭循环系统进行气、液、固分离。,雾化泵,雾化钻井,3、雾化钻井地面流程图：,按设计要求根据确定的最大注气量、注液量和注入压力选择注入设备、管汇和仪器。设备安装就位后应进行严格的试压试运转； 按设计要求制定详细的岗位分工、应急预案，在施工中严格落实； 严格检查各管汇连接处、闸门的密封情况。 在雾化液气举过程中注意注入压力的变化，如压力过高应控制井口回压，防止出现意外和污染事故的发生； 钻进过程中注意注入压力变化、岩屑返出情况的变化、钻具旋转和上提下放阻力情况

14、。如果出现异常情况应停止钻进充分洗井，或调整注入气量和注液量以及调整液相性能，保持井眼畅通； 接单根过程中的停开注液泵、停开增压器和各闸门开关程序是操作的关键，应由专人操作和监护； 如果需要测井、固井等作业需要替入完井液，则注意注替过程中控制井口压力和返出量。,5、雾化钻井工艺,主要包括准备工作、气举、钻进等，基本同气体钻井工艺,泡沫钻井,1、泡沫钻井技术基本要点：,泡沫自二十世纪五十年代用于钻井，是广泛应用的一种欠平衡钻井介质。稳定泡沫是由水、压缩气体、发泡剂及其它化学剂组成的混合物，压缩气体包括空气、氮气、二氧化碳及天然气。稳定泡沫在地面由含各种基液与气体混合形成，经井筒循环一次性使用，返

15、至地面即行分解，称作预制性泡沫。泡沫被定义为大体积的气体分散在含有泡沫溶剂（表面活性剂）的小量液体中。外部连续相是液体，内部不连续相是气体。气泡之间产生的内作用力是产生粘度的机理。液相内加入聚合物可以提高稳定性、流变性和液体滤失率，保持气泡在液相内的分散。泡沫密度一般为0.070.6gcm3，气体占泡沫体积的55%96。,泡沫钻井,2、设备与流程：,设备：基本与雾化钻井相同,除气体注入设备外，还需要储液罐、液体注入设备和液气混合装置（泡沫发生器），现场一般用雾化泵或水泥车作为注液泵。,工艺流程：,来自气体注入设备的压缩气体与来自液体注入设备的液体经过混合装置的混合，形成均匀的泡沫，通过立管、钻

16、具内、钻头到井筒环空，再经过井口、节流管汇（或直接通过旋转头侧口、排放管线）防喷管线进入排放池或经过密闭循环系统进行气、液、围分离。,雾化泵,气体钻井组织与实施,1、气体钻井项目组织,首先明确目的，即项目试图做什么、达到的结果 成立项目组,项目组由地质、钻井工艺、钻井液工艺、完井、录井、测井、经济、安全等方面的技术人员组成。组长由总监担任，他是项目组的核心，负责技术、经济方面的决策。他的职责还涉及所有的管理、资料收集、项目计划、井的设计及钻井现场和该项目的最终决策、谈判和协调。,欠平衡钻井项目组所需收集分析的资料,对于探井、开发井项目，钻井完井资料如井史、钻井液完井报告、试油报告、岩心及精密的

17、岩心分析、地质录井柱状图、井位平面图、综合解释等是最重要的资料来源。,1、,测井是另一个重要的资料来源,2、,小组中的测井工程师与地质和工程技术人员对这些资料进行认真分析和解释，识别总的产层、局部储层、孔隙度、构造、致密层、地质分层及水层。关于孔隙度、渗透率、裂缝、裂缝的倾向和走向、粘土成分含量的确切描述和岩石类型的资料，都是小组所需的资料。而且根据测井作出的横剖面，对于水平井最初的轨迹设计是非常有用的。测井资料主要是测井综合解释图：自然电位、自然、密度、声波、电阻率和泥质含量解释成果。,1、气体钻井项目组织,项目组主要成员职责,地质师：他们的工作是对地层进行最初评价，提供适合应用欠平衡钻井技

18、术的储层。其主要职责是所有的地质工作，这些工作应包括下面内容：,坍塌压力、孔隙压力和破裂压力； 欠平衡钻井井段、地层； 可能出现的储层流体类型，特别提出是否有酸性气体；,构造的定性和描述； 地层分析； 岩心的重新分析； 对最初的直井电测资料进行对比分析，确定孔隙度及渗透率； 从地质的角度对产层进行描述； 最终提供下列数据或结论：,1、气体钻井项目组织,项目组主要成员职责,钻井工程师：职责是根据他丰富的现场经验，进行计算、测量、及优选合适的流体和气体的流速，保证气体钻井的顺利实施。,工程计算、设计 HSE两书一表 保证气体钻井的顺利实施 对钻井工程施工过程中循环控制及所有的安全问题上进行协助,1

19、、气体钻井项目组织,1、气体钻井项目组织,项目组主要成员职责,安全监督：,保证井的预先计划满足安全要求，所有的危险作业必须进行讨论并有文字记录 在钻井作业过程中，他的职责是保证所有方面的安全，从设备在现场的位置到检查所有地面的控制系统和记录所有在现在或将来可能导致发生意外的事件。在项目完成后，全面总结钻井作业安全方面的经验 他必须始终与小组成员保持联系 在施工过程中始终保持与当地医院、消防部门联系 特别注意消防设施、人身防护设施的完好，监督检查施工人员按要求佩带各种防护设施 他在整个项目中的角色不能过低不能过高,气体钻井组织与实施,2、气体钻井项目现场实施,成立现场领导小组,该小组一般由甲方工

20、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。,制定应急措施,总体包括防止井喷、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。,气体钻井组织与实施,2、气体钻井项目现场实施,开钻前验收,现场领导小组组织全体成员对人员、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、高压注入系统的试运转情况进行验收。领导小组成员应认真填写验收记录。,技术交底,施工前要进行地质、工程、设备、钻井液、井控安全等

21、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。,气体钻井组织与实施,2、气体钻井项目现场实施,主要安全措施,人员安全,现场人员要接受井控、消防、HSE培训，并熟练使用各种防护用品和检测仪器。 井队井架工以上操作岗位均应持井控操作合格证、HSE证上岗。各配合作业的作业人员必须持HSE证上岗。 要根据风向预先指定三处“安全区”，在这三区中至少有一区在任何时候须处于井口的上风方向。 气体钻井前至少配备20套防毒面具、若干台便携式有毒气体检测仪，在可能聚集有毒、可燃气体的地点安装固定式报警仪。应事先用标准气样对各种报警仪进行检测，确保可靠。 发现H2S气体后，如果浓度超过标准，及时向现场领

22、导小组汇报，立即停止欠平衡作业，并根据H2S浓度、井口压力大小等采取有效压井措施。,2、气体钻井项目现场实施,主要安全措施,井控安全,气体钻井期间，井场所用电机及电控制装置必须防爆。 柴油机排气管应有灭火装置，进入井场的车辆必须带防火帽。 消防工具、灭火器材在常规配备的基础上，在液气分离器、循环罐、钻台上下等关键部位额外增加8L干粉、100L泡沫灭火机各4支。 钻台上下、循环罐配备鼓风机，以防有害或可燃气体聚集。 体外循环系统的点火装置和燃烧管线出口，应距井口上风向50m以上，以防发生火灾殃及井口。 进入井场的所有人员严禁吸烟，气体钻进期间井场内一般不得动用明火；带电作业时防止电打火。 要制定

23、气体钻井条件下的关井程序，明确岗位职责，防喷演习要达到熟练程度。 气体钻井期间要求井队干部24小时值班，人员岗位分工要明确。 根据实际情况，储备足够量的高密度钻井液和加重料,井场还要储备有足量的水。,油18 m3/d,河包场须家河气体钻井获产数据图,河包场须家河常规钻井测试数据图,四川地区气体钻井的典型应用,河包场,首次采用天然气钻水平井获得成功,白浅111H井采用天然气、柴油机尾气钻成了国内第一口水平井，产量比同场采用水基钻井液钻成的白浅109H井提高了近20倍，较白浅108大斜度井提高了7倍多。,天然气 泥浆欠平衡,平落19井与同构造生产井产量对比图,万方,平落19井是平落坝构造开采后期的

24、一口开发井，须二地层压力梯度仅0.70MPa/100m，采用天然气钻井获天然气产量47.27104m3/d,天然气钻井技术使老气田焕发青春,按照常规钻井模式，很难在当年完成七北101井储量升级的勘探任务，已完成的七里北1井钻井周期达452天，平均机械钻速1.29m/h，且钻具事故频繁，严重制约了该区的天然气勘探开发进程。,今年集团公司、股份公司把七北101 井作为 “重大现场试验”项目试验井。,七北101井,七北101井,现场情况,七北101井井深30m下入508mm套管固井后，于4月7日在444.5mm 井段内采用空气泡沫钻进至井深320m，因地层产水量超过50 m3/h，而转换为无固相钻井

25、液钻进至井深472m，下入339.7mm套管固井。,沙 溪 庙,空气泡沫钻井试验,空气泡沫钻进进尺290m；平均机械钻速5.08m/h。 最高钻速22.22m/h； 最低钻速1.7m/h； 其中：115m274m井段属正常钻压的气体泡沫钻进，钻压18吨，平均机械钻速8.3m/h，是无固相钻井液的3倍。 无固相钻井液钻进至井深472米，进尺152m，平均机械钻速2.84m/h。,空气泡沫钻井试验,在311.2mm井段，从井深472m采用纯空气钻进至井深2056m，气体钻井进尺1584m，平均机械钻速13.96m/h，最高机械钻速46m/h。 其中：在井段6752056m采用空气锤钻进，进尺1381m，平均机械钻速16.64m/h，是无固相钻井液钻进的5.5倍。,508mm29m 660.4mm30m,凉高山 大安寨,沙 溪 庙,339.7mm470m 444.5mm472m,泡沫,纯空气钻井试验,在215.9mm井段，从井深2591 m开始采用纯氮气钻进至井深3426m，进入嘉四4 15m，钻井进尺835m，平均机械钻速13.