柴油-氮气雾化钻井技术在Y195-X67井应用

谢从辉，刘林红，宋瑞宏

(1.大庆钻探工程公司 a.钻井工程技术研究院；b.工程技术处，黑龙江 大庆 163413；2.大庆油田 矿区服务事业部，黑龙江 大庆 163413)①



柴油-氮气雾化钻井技术在Y195-X67井应用

谢从辉1a，刘林红2，宋瑞宏1b

(1.大庆钻探工程公司 a.钻井工程技术研究院；b.工程技术处，黑龙江 大庆 163413；2.大庆油田 矿区服务事业部，黑龙江 大庆 163413)①

摘要：常规氮气钻井技术主要用于气井储层钻进，以防止由于空气钻井带来的高风险，但不适用于浅层气藏。为了提高葡萄花油层勘探开发效果，保护储层，防止由于泥浆钻井带来的储层污染，大庆油田开展了柴油-氮气雾化工艺技术研究。该技术利用雾化钻井液携岩效率高，柴油可有效稀释原油等技术优势。通过自主研制小型旋转防喷器、专用安全丢手工具等，实现了储层的安全、高效施工，减少了后期开发成本。相比邻井提高了产量，达到了很好的应用效果。

关键词：旋转防喷器；雾化钻井；丢手工具；气井

与其他欠平衡手段一样，气体钻井技术是通过建立“井底负压”的方式，实现保护油气藏，提高机械钻速。特别是对于强水敏性地层、坚硬难钻以及严重漏失等地层，可以充分发挥其技术优势。为了防止井下燃爆等事故，在气层钻进时通常应用氮气作为循环介质，达到安全钻进的目的。大庆油田自2005年开始进行气体钻井技术及装备的研究及应用，截止目前，共完成了32口深层钻井施工，相比常规钻井方式，平均机械钻速提高约3.2倍，取得了很好的应用效果。

但是，气体钻井主要针对深层气体储藏，而对于地层较浅的油层，一般采用泡沫、雾化的钻井方式。葡萄花油层是大庆油田的主力油藏，该区块存在低压、低渗等地质特点，开发难度大。随着欠平衡钻井技术的不断成熟与应用，为了满足该区块的开发要求，防止钻井液对储层的伤害，在常规雾化钻井技术的基础上，创造性地提出了加入柴油的方式，充分利用柴油对原油的稀释及清洗作用，开展了柴油-氮气雾化技术的相关研究，并在Y195-X67井完成了现场应用。

1钻井设计

Y195-X67井位于大庆油田头台区块，开发目的层是葡萄花油层，埋深1 300～1 500 m，主要岩性为泥岩及砂质泥岩，平均孔隙度为0.14%，裂缝发育差，储层丰度低，具有低孔、低渗特性，应用传统的钻井液钻进方式易造成储层的伤害。因此，开展了柴油-氮气雾化钻井技术试验。

1.1井身结构

该井是一口定向井，首先下一层导管，替换原先的表层，一开钻进至葡萄花油层顶部，采用套管完井，井身结构设计为ø273.1 mm导管×20 m+ø139.7 mm套管×1 453.5 m(ø215.9 mm钻头)。二开采用柴油-氮气雾化钻进，井眼尺寸为ø118 mm，钻进至1 504 m，选用ø88.9 mm管柱完井。Y195-X67井井身结构设计如图1。

图1　Y195-X67井井身结构

1.2钻具组合

ø118 mm钻头+ø105 mm强制箭型止回阀×2+ø89 mm MWD+ø89 mm钻铤×5+ø73 mm 18°斜坡钻杆。

1.3钻进参数(如表1)

表1　钻进参数

1.4主要设备及工艺流程

由于该井采用ZJ-30D型钻机施工，底座低，且井场面积小，为了满足现场条件，提高施工效率，进行了相关设备的研究，引进了空压-制氮一体化设备，开展了小型旋转防喷器的研制，实现了设备的小型化、集成化。设备及参数如表2。

表2　主要设备统计数据

在施工过程中，柴油泵入与氮气注入采用并联的方式，待监测到井下排液后，立即启动雾化泵转化为柴油-氮气雾化钻进。如图2所示。

图2　柴油-氮气雾化钻井工艺流程

2施工情况

该井自2013-04-15进行设备安装，完成井口设备及注入装置试压后，17日12∶00开始气举，注气压力最大达到11.88 MPa(如图3)，18∶30全井干燥完毕，倒换钻具。18日07∶00开始首先应用纯氮气钻进，注气排量50～60 m3/min，返砂正常，钻至井深1 463 m时，井口压力升高，返砂减少，岩屑附有黑色原油，立即停止钻进，增大注气排量至80 m3/min，启动雾化泵，保持柴油注入排量为0.5 L/s，压力逐渐升高，最高达到4.82 MPa，井口大量返出岩屑，伴有大量原油(如图4)，之后压力迅速下降，逐渐平稳，最后稳定在2.08 MPa。18日08∶45采用柴油氮气雾化方式恢复钻进，11∶00完钻，为保证井眼清洁，继续雾化循环，13∶00井口无岩屑返出，起钻通井、测井。20日完成下套管作业，通过泵车憋压成功实现安全丢手，起出全部钻具，完成施工。全井柴油-氮气雾化施工进尺50 m，累计注入柴油4 m3，平均机械钻速21.68 m/h，安全丢手工具一次性脱开。

图3　气举压力和注气量曲线

图4　返出含原油岩屑

3关键技术

基于该井的地质特性，采用柴油-氮气雾化钻井能有效避免储层污染，提高携岩性，保障油藏开发效果，为此在施工过程对设备及工艺等关键技术进行了创新。

3.1DQX-Ⅳ型旋转防喷器

为了更好地满足地底座、小尺寸钻具的使用要求，实现浅层柴油-氮气雾化技术的应用，降低钻井成本，研制了一种小型旋转防喷器。该防喷器主要由驱动器、总成、壳体及胶芯组成，利用胶芯与钻具之间的过盈配合进行密封，整体采用风冷的方式。结构如图5。技术参数如表3。

图5　DQX-Ⅳ型旋转防喷器

总高/mm中心管通径/mm可封钻具/mm最高动压/MPa最高静压/MPa最高转速/(r·min-1)698117ø733.57120

3.2柴油-氮气雾化工艺

传统的氮气钻井主要是针对气层，防止井下由于氧气与天然气结合发生燃爆，而对于油层，当地层原油进入井眼后与岩屑混合，易粘附于钻杆及井壁，泥包钻头，造成井口不返甚至憋压，因此，单一的氮气钻进无法满足携岩要求，为此开展了工艺措施的创新研究。

根据油层厚度相对较薄的特点，结合雾化钻井携屑效果好的优势，同时利用柴油对原油的清洗作用，提出了柴油-氮气雾化的钻井工艺，实现了原油的顺利返出，有效杜绝了井下阻卡等复杂，极大地提高了返屑效率。在施工前应用HUBS软件对柴油、氮气注入排量、注入压力等进行精确计算，为钻井作业提供了理论依据，保证了井下安全。

3.3安全丢手工具

为了提高采油效率，充分发挥欠平衡技术的应用效果，避免压裂改造，节约完井成本，该井油层采用筛管封隔，如图6所示。为此特别设计了安全丢手工具。

该工具主要由上接头、下接头、活塞、悬挂钢球和限位销钉组成，如图7所示。其上接头连接送入钻杆，下接头连接完井管串，当全部管柱下到井底后，向管柱内投球憋压，使压力到升高到20 MPa，剪断限位销钉，活塞下行，悬挂钢球脱落，上、下接头分离，起出钻杆，同时需保证完井管串顶部处于技术套管内，以便后期的打捞或改造。

图6　完井管串组成

图7　安全丢手工具

4结论

1)浅层油藏应用柴油-氮气雾化技术能提高储藏的开发效率，节约成本，投产后该井日产油3.5 t，是邻井的2.6倍。

2)自主研制的DQX-Ⅳ型旋转防喷器及安全丢手工具完全满足现场使用要求，解决了低井架、小钻具及筛管完井的技术瓶颈。

3)根据柴油对原油的稀释作用，创造性地提出了柴油-氮气雾化工艺技术，达到了保护油层、提高机械钻速的目的，更好地保障了井下安全，也为井底携岩返排提出了新的思路。

4)下一步需要开展柴油的回收研究，以节约成本，保护环境。进一步扩大该技术的应用范围，提高整体油藏的开发效率。

文章编号：1001-3482(2016)07-0064-05

收稿日期：①2015-12-18

基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“碳酸盐岩火成岩及酸性气藏高效安全钻完井技术”(2011ZX05021002)

作者简介：谢从辉(1983-)，男，湖北洪湖人，工程师，2005年毕业于西安石油大学石油工程专业，现从事欠平衡钻井技术研究，E-mail：daqing5306@sina.cn。

中图分类号：TE921.203

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.07.014

Application of Diesel-Nitrogen Atomization Technology in Well Y195-X67

XIE Conghui1a，LIU Linhong2，SONG Ruihong1b

(1.a.DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute；b.Engineering&TechnologyDepartment，DaqingDrillingEngineeringCorporation，Daqing163413，China；2.MiningServicesDivision，DaqingOilfield，Daqing163413，China)

Abstract：The conventional nitrogen drilling technology is mainly used in gas reservoir，for preventing the high risk brought air drilling.In order to improve the development effect of Putaohua formation，protect the reservoir and prevent the reservoir pollution caused by mud，Daqing oilfield carried out the technology of the diesel-nitrogen atomization，using the technical advantages of the atomized drilling fluid’s carrying rock better and diesel oil can dilute crude oil effectively，through developing a small RBOP and a special safety releasing tool independently，which built safely and efficiently，reduced the cost，increased the output compared to the adjacent wells，and achieved a great effect.

Keywords：RBOP；atomization drilling；releasing tool；gas well