欠平衡钻井技术在大56井的应用探讨

肖永军

【摘要】氮气钻井能够提高钻速、延长钻头使用寿命、防止井漏和减少地层伤害等诸多优点，得以大规模推广应用。本文通过大56井的氮气钻井试验，分析了该井的施工工艺、流程及施工过程，以期为该技术应用推广提供参考。

【关键词】欠平衡;氮气钻井液;工艺技术

目前，欠平衡钻井技术已经广泛地用于油田的勘探和开发，氮气钻井作为欠平衡钻井的一种，随着装备及控制技术水平的提高，其应用范围正在逐步扩大。

1氮气钻井的优点

氮气钻井也是一种欠平衡钻井方式，因此具备了其它欠平衡钻井方式的一些优点。业已证实，氮气钻井的主要优点有：提高机械钻速。井底压差小或呈负压差，大大降低了岩石中的应力，提高了岩石的可钻性，从而可大幅度地提高机械钻速。延长钻头使用寿命。井底压差小或呈负压差，减小了压持作用，提高了钻头的破岩效率。降低钻井成本。使用氮气作为循环介质，大大降低了钻井液费用;此外，钻头寿命的延长，减少了起下钻次数。减少地层损害。对地层没有液相侵入问题，而且多用于负压钻井，对地层的损害降到了最小，对岩心污染小，有利于地层评价。

2氮气钻井作业程序

2.1钻进

钻进准备。（1）用基浆替换井内原浆，停泵检查：循环罐中的基液量：液气分离器是否正常工作：检查进、出口的流量计是否正常工作：检查旋转控制头的泄漏情况，确定是否需要换新胶芯。（2）做低泵冲试验并记录当时的立压和对应的排量，便于回压控制和为后期作业提供依据。（3）先开钻井泵，后充气，进行充气钻井液的循环。应缓慢开泵，以免产生太高的瞬时压力，导致过平衡。（4）井内充满充气钻井液，达到设计的气液量时，测量循环罐中的基液增量，并根据基液增量计算井底压力的减小值。当与理论计算相比小于10%时，气液混合与速度是适宜的。（5）如果按基液增量計算出的井底压力减小偏低，可采取如下的措施：提高流体粘度，但应确保液气分离效率：增加流体流速，流体的返速应大于0.5m/s，要保证间歇流返出缓慢、平稳，间歇流的间隔不应大于2min;在水基钻井液中，可加入大分子聚合物降低气体滑脱速度。

欠平衡压差控制。（1）通过调节注入气体流量、注入液体流量和节流的方法控制欠平衡压差。（2）需要采用多相流软件计算井底压力，才能实现对欠平衡压差的监控。（3）如果充气钻井时气体侵入，立压下降较大，循环罐钻井液体积增量明显，应减少气体注入量，同时节流保持立压稳定。（4）如果节流压力高于充气所降低的井底压力值，应停止充气，并按井底常压法节流控制。（5）当回压超过8MPa或井内出气严重，或液气分离器压力超过其额定压力的50%时必须增加钻井液密度，当井口回压降至3MPa之内时再继续钻进。（6）在欠平衡钻井井口有回压的情况下，须有专人负责巡回检查地层流体在地面流经路线是否有泄漏现象，一经发现立即组织整改。

流量控制。（1）合理控制地层产出流体的流量，确保地层产出流体的流量，特别是初始流量与塞流引起的瞬时流量，小于地面处理设备的处理能力。（2）可采用调节钻井液密度与性能、液体和气体的注入量以及节流等方法进行流量控制。（3）当塞流引起瞬时流量过大时，应节流排气。

2.2接单根

（1）充分循环，待到返出的岩屑明显减少。（2）先停泵，继续注入氮气，直到将充气钻井液替到最上面一个止回阀以下停止注气。钻井泵可以直接停止运转，而气体设备应先打开旁通阀，再关闭立管上的截止阀与钻柱隔开。（3）提起方钻杆，并坐放吊卡。（4）关闭液动平板阀，防止两相流分离。（5）打开泄压阀，泄放掉钻具内的气体或多相流体。（6）缓慢松扣，将钻具中的流体（包括气体）泄放掉。（7）正常接单根，液压大钳应使用无锐利咬痕的钳牙，否则应打磨钻具接头的钳牙咬痕。（8）打开环空，先开泵，再充气恢复循环;（9）在返出口观察到流体正常返出后，恢复钻进。

2.3起下钻

（1）充分洗井，确保井眼干净。（2）停泵，停气。（3）将钻柱内的压力泄放到零，然后卸下方钻杆。（4）检查钻具止回阀是否失效。（5）通过旋转控制头胶芯起下立柱，当起到钻具止回阀时，应泄放掉钻具内的压力，才能卸扣。（6）起钻时应灌入等同于起出钻具体积的基浆。（7）起钻到技套内，用无固相钻井液基浆替出充气钻井液，起出旋转控制头轴承总成，进行正常起下钻。（8）下钻时，每下10-15柱，向钻柱内灌一次基浆。

3氮气钻井在大56井现场应用

3.1钻井参数

大56井三开井段进行氮气（泡沫）钻井，井段从2154米至2180米，机械钻速1.3m/h，达到预期的成功试验效果。

3.2钻头选型及钻具组合

（1）氮气钻井的钻压低、压持效应小，氮气能较好的清洁井底，减少了重复切削，延长了钻头寿命。氮气钻井钻头选型与常规钻井钻头选型基本一致，选择轴承密封好的钻头能取得好的效果。钻头：选用江汉产HJ517G单牙轮钻头（水眼10mm+11mm）。（2）欠平衡钻井的钻具组合需要在钻头附近加装一个浮阀，目的是防止泄放钻具内压力时气体倒流导致岩屑堵塞钻头水眼，另外在实施氮气钻井前，在连接方钻杆的钻杆顶部装一只单流阀，目的是缩短接单根时间，以免接单根时间过长造成井下复杂，气体钻井过程中一般每钻进100～200m左右加装一只单流阀。钻具组合：钻头+230*210接头+回压阀+Ф105mm钻铤*6根+Ф73mm钻杆+回压阀+下旋塞+六方钻杆+上璇塞

3.3欠平衡钻井压力控制

欠平衡压力钻井至少要设两道防线控制地层流体。第一道是旋转防喷器（即旋转分流器），用以控制产层流体的产出量，实现欠压钻进;第二道防线是常规防喷器，在旋转防喷器出故障时，常规防喷器用来防喷或压井。

3.4施工难点

2.7寸小钻杆柔性大，在扭矩大时，易发生钻具事故;钻具与技套之间的间隙小，携带岩屑不好，易发生卡钻事故：欠压钻进易发生井喷事故，要求井口防喷器组应处于良好的工作状态，并准确计算井底压力，才能实现对欠平衡压差的有效控制：钻具与技套之间的间隙小，泵压比较高，易发生钻具刺漏事故。

4结论及认识

氮气钻井属于欠平衡钻井的范畴，因此具备欠平衡钻井的一些优点。氮气钻井对于坚硬地层，能大幅度提高机械钻速、延长钻头使用寿命：对于严重漏失地层，氮气钻井是一种较好的解决方案：由于对水的需求量降到了最低，所以适合于沙漠、高原等严重缺水地区：最大限度地减少了对地层的损害，对岩心的污染程度很低，有利于地层评价;钻井作业清洁卫生，有利于环保。氮气和烃气的混合物不易燃烧，可消除井下燃爆的可能性，因此可以采用氮气钻井来钻空气钻井不能施工的井段，如存在潜在油气层的井段和石油钻探中的目的层段。