龙8井空气钻井技术

龙8井空气钻井技术

江汉钻井西南项目部 彭正洲 李荣刚

前 言

气体钻井技术能够极大地提高机械钻速、降低钻井周期和钻井成本，同时可以有效防止地层漏失对钻井工作的影响，安全快速钻穿陆相上部地层。去年以来，中石化南方公司已成功地在老君1井等六口井成功应用了该项钻井技术，取得了优异的成果，其中老君1井空气钻井使用钻头5只，在上沙溪庙～自流井组井段（762～3253.70m）钻井进尺2491.70m，纯钻时间219：05，平均机械钻速11.37m/h，机械钻速是使用常规钻井技术的8倍以上。

为此，中石化南方公司决定在江汉钻井公司承钻的龙8井二开阶段实施空气钻井技术。

一、龙8井基本情况

龙8井位于重庆市万州区龙驹镇龙溪村五组凉水井处，构造位置为鄂西渝东区石柱复向斜龙驹坝构造中西部，设计井深4760m，目的层主探石炭系黄龙组，兼探二叠系长兴组长二段、三叠系飞仙关组飞三段及嘉陵江组嘉一段。

该井由江汉钻井公司50786JH钻井队承钻，2006年3月5日使用φ660mm钻头钻导眼，φ508mm导管下深20.00m ，3月9日使用φ444.5mm钻头一开钻至井深434.00m，φ339.7 mm表管下深433.71m。表层套管采用插入法固井，水泥返至地面。

从3月27日开始进行二开前井口安装及空气钻井的准备工作，井口安装了70MPa四组合防喷器（FZ35-70+2FZ35-70+FH35-35/70）及节流压井管汇，按照设计要求现场试压至35MPa合格，四条放喷管线及液气分离器排气点火管线接出井场150m以远。4月2日空气钻井设备到达井场（空气钻井技术服务由新疆石油管理局钻井工艺研究院提供、气体监测技术服务由西南石油学院提供），随即投入安装，4月8日安装完毕，通过了中石化南方公司、江汉钻井公司的联合验收。

与此同时，钻井队在钻完固井水泥塞并进入新地层1m后，进行了地层承压试验，测得在当量密度1.6g/cm3情况下未发生漏失，满足空气钻进的要求。4月

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9日下钻至井底2m后，关闭半封闸板防喷器，开始用空气替浆，从回收管线回收泥浆，当充气液循环将至井口立压下降时，打开半封，关闭回收管线，切换至排砂管汇，替浆结束后，下钻至井底进行干燥井眼工作，直至排砂口无水珠排出。达到了进行空气钻井的条件。（该井拟实施空气钻井技术的井段地质情况见表1）

表1 龙8井设计地层数据及气水层位置一览表

地 层 系 统 系 统 组 段 设计地层 (m) 垂厚(m) 350 底界井深 350 故障 提示 气水显示位置 岩 性 简 述 侏下自流罗 统 井组 系 上 统 须家河 紫红色砂质泥岩、黑灰色页岩、灰绿色泥质粉砂岩夹介壳灰岩 浅灰、灰色细砂岩夹石英砾岩、炭质页岩、煤层 深灰色灰岩夹泥灰岩、灰质泥岩、页岩 三段 450 300 800 防漏 防塌 防斜 三 中 统 叠 下 系 统 巴 东 组 二段 210 上部浅紫红色粉砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩、灰绿色泥岩不等厚互层；下部紫1450 红、灰绿色砂质泥岩、泥质砂岩与深灰色泥灰岩不等厚互层 上部灰色泥岩与灰黑色页岩不等厚互层,下部深灰色泥云岩夹灰色灰岩 深灰、浅灰灰岩、云岩夹灰白色云膏岩、膏岩 灰白色膏岩为主，次为灰色云岩，夹膏云岩、云质膏岩 2765 灰、深灰色灰岩，局部含生屑 深灰、浅灰色膏云岩，灰岩夹灰白色石膏层，云质膏岩 灰、深灰色晶灰岩夹浅灰色砂屑灰岩,鲕粒灰岩,裂缝发育 一段 五段 嘉 陵 江 组 四段 三段 二段 一段 140 400 250 230 180 255 产水 防漏 防膏盐污染 防塌 防漏 防喷 气水层 二、空气钻井技术简介

空气钻井即以压缩空气代替钻井液所进行的一项钻井工艺技术，该项技术成形于上世纪七十年代，我国于八十年代引进技术，其工艺流程如图1、图2所示。所需设备主要有：

1、空气压缩机、增压机：用于通过钻具水眼向井内注入压缩空气以携带岩屑和冷却钻头，要求排量≥150m3/min。

2、井口旋转控制头：用于控制井口返出气体，作用与欠平衡钻进相同。

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3、供气管线流程：用于将各台空气压缩机、增压机输出口相连接并接入井队立管，通过水龙带及方钻杆向井内输入压缩空气。

4、排砂管线流程：用于将井口返出的压缩空气及岩屑引入钻屑坑，其上安装有空气、岩屑取样装置和进水降尘装置。

5、钻具内防喷装置。

6、H2S、SO2及可燃气体监测装置。

空气钻井技术应用广泛，除可用以提高机械钻速外，还被广泛应用于低压低渗油区的开发、构造区域评价、严重漏失井段穿越等领域。

环空 井口 排砂管线 钻具 立管 空压机 钻头

污水池

图1 空气钻井地面流程图

沉降水

10-3/4\排砂管线

气体取样装置

进气管线

岩屑取样装置

图2 气体钻井排放管线连接示意图

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三、龙8井空气钻井施工

龙8井于2006年4月9日从井深460m开始使用φ314.3 mm钻头进行空气钻井施工，空气排量为120m3/min，立管压力为2MPa。至4月25日5：40钻至井深1340.70米(嘉陵江组)时，立压上升至3.0MPa，地层出水量超过10m3/h，已无法继续进行空气钻井，于是起钻后转化为钻井液钻进。

龙8井使用空气钻井技术共钻进尺880.70m，使用钻头4只，累计纯钻时间为194:20，平均机械钻速达到4.53 m/h。（施工参数见表2）

表2 龙8井空气钻井施工参数表

机械 钻进井段 钻头型号 （m） （m） 须家河、 HJT537GK HJT537GK 迪普PDC 460.00-685.12 685.12-716.97 225.12 巴东 31.85 巴东 巴东、 716.97-1285.12 568.15 嘉陵江 HJT537GK 1285.12-1340.70 55.58 嘉陵江 17:40 3.15 80-100 55-60 119:30 4.75 20-40 55-60 15:10 2.10 100 60 42:00 5.36 80-100 40-55 进 尺 地 层 （h：min） （m/h） 纯钻时间 钻速 （KN） （rpm） 钻 压 转 速 累计进尺:880.70m 累计纯钻时间:194:20 平均机械钻速:4.53 m/h

1、空气钻井钻具组合

空气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合基本相似，在钻头上安装一只浮阀和单流阀，在离钻头较远处安装一只旁通阀，每次测完斜后在钻具结构中加入一只旋塞(下部、开位)、一只单流阀(上部)。

龙8井空气钻井钻具组合： （1）460.00-716.97m井段：

φ314.3mm钻头+630×730浮阀+731×730单流阀+φ254 mmDC×3+731×730旁通阀+φ228 mmDC×5+731×630+φ203 mmDC×9+631×410+φ178 mmDC×8+φ127mmHWDP×18+φ127mmDP+411×410旋塞+411×410单流阀+127mmDP+下旋塞+方钻杆+上旋塞

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