庫車坳陷X井致密砂巖儲層氮氣鉆井實踐與認識

張曉東　汪　凱　王延民　陶赟　蔡光林　何　石（.西南石油大學機電工程學院，四川成都　60500；.塔里木油田公司，新疆庫爾勒　84000；.西南油氣公司川東北采氣廠，四川閬中　67400）

庫車坳陷X井致密砂巖儲層氮氣鉆井實踐與認識

張曉東1汪凱1王延民2陶赟2蔡光林2何石3
（1.西南石油大學機電工程學院，四川成都610500；2.塔里木油田公司，新疆庫爾勒841000；3.西南油氣公司川東北采氣廠，四川閬中637400）

通過欠平衡鉆井技術的理論研究和室內試驗，形成了一套較完善的適用于高壓高產致密砂巖儲層的氮氣鉆井方案，具有合理的注氣設備配套方案、鉆具組合、井身結構設計以及整套工藝流程。以庫車坳陷東部的X井為例，通過與多口鄰近致密砂巖儲層的常規鉆井液鉆井技術相比，X井的機械轉速最大提高了24.3倍，鉆井周期最多縮短了62 d，單井產量是鄰井的4.2倍。致密砂巖儲層氮氣鉆井在X井的成功應用，再次證明了在致密砂巖儲層使用氮氣鉆井技術可以提高機械鉆速、縮短鉆井周期、提高單井產量的目的。同時驗證了氮氣鉆井技術和裝備的安全可行性，為庫車地區乃至全國推廣高壓高產致密砂巖儲層氮氣鉆井技術奠定了基礎。

致密砂巖儲層；氮氣鉆井；機械鉆速；鉆井周期；單井產量；應用前景

近年來，致密砂巖儲層的鉆井技術逐漸成為我國油氣勘探開發技術的研究熱點。據統計，致密油氣資源具有含油氣多、油氣藏類型多、分布區域廣的特點，其產量已超過油氣總產量的1/3［1］。我國現在低滲透油氣產量為 21.07×109t，占總量的22.41%［2］。在中國眾多的含油氣盆地例如準噶爾盆地、鄂爾多斯盆地，以及四川盆地西部發現了致密砂巖儲層，另外在松遼、塔里木、江漢、吐哈等盆地均發現致密砂巖天然氣儲層的分布［3-7］。X井位于庫車坳陷東部，是探索致密砂巖、深盆氣勘探潛力的一口重點預探井。在鄰井中使用常規的鉆井液鉆井技術，多次發生卡鉆事故，不僅沒有獲得預期的產量，還對儲層造成了不同程度的損害，甚至導致井眼報廢。通過對欠平衡鉆井技術理論的分析和室內試驗，形成了適用于致密砂巖儲層的氮氣鉆井方案，并成功的應用于X井。

1　X井儲層特征

對于X井總體評價為低孔低滲-特低孔低滲儲層，含少量中孔中滲儲層，滲透率主要為0.01～41.2 mD，平均滲透率1.42 mD。儲層類型為裂縫-孔隙型，孔隙型儲層以原生粒間孔、粒間溶孔為主，粒內溶孔少量。地層壓力68.59～81.47 MPa，壓力系數1.73～1.84。在X井的鄰近幾口井，采用的是常規鉆井液鉆井，機械鉆速慢，鉆井周期長，沒得到相應的預期產量。結合X井的儲層類型和地層壓力采用氮氣鉆井技術來鉆開儲層。

2　致密砂巖儲層氮氣鉆井技術難點

對致密砂巖儲層氮氣鉆開儲層的X井，燃爆是鉆進過程中最大難題。高壓儲層氣體鉆井的燃爆是由于儲層與井筒間的壓力差造成近井底附近巖石的突然爆破。燃爆主要導致以下鉆井技術難題：（1）井壁坍塌與卡鉆［4］。天然氣釋放后破壞了原有的壓力體系，井壁就會出現不同程度的坍塌，扭矩和立壓波動嚴重，嚴重的會引起卡鉆事故；（2）鉆柱內防噴系統失效。鉆遇到高壓產層時，燃爆引起的大量高壓氣體攜帶大量坍塌物顆粒和粉塵通過鉆頭水眼涌入鉆柱內，造成近鉆頭的箭型止回閥及其他鉆柱內防噴系統的流道堵塞而導致井控失效，嚴重的會造成重大的井噴井涌事故。

3　庫車坳陷X井工藝措施

3.1氮氣鉆井工藝

氮氣鉆井工藝流程是以氮氣為鉆井介質，使用空壓機把空氣輸送到制氮設備產生氮氣，然后經過增壓機將氮氣增壓后注入井內。鉆井介質具有攜帶巖屑和消除粉塵的功能，氮氣和固體顆粒通過井口進入排砂管線，最后到燃燒池，在排砂管線上安裝1個巖屑取樣器便于取樣分析。場地布置見圖1。

圖1　氮氣鉆井現場布置

3.2致密砂巖儲層氮氣鉆井配套設備

3.2.1注氣設備配置方案

以X井為例，氮氣鉆井井段為4 708～4 811.38 m，層位是侏羅系阿合組，?204 mm生產套管固井，?165.1 mm井眼氮氣鉆進。按鉆井參數要求，現場配套設備見表1。

表1　注氣設備配置方案

3.2.2鉆具組合

與常規鉆井液鉆井相比，主要在于加強鉆柱內防噴系統。由于鉆開高壓氣層時，氣固兩相流在高壓作用下會進入鉆具水眼，導致內防噴工具失效和鉆頭堵塞。針對X井，在鉆鋌上部安裝箭形閥，避免密封沖蝕失效。備用投入式止回閥或遙控旋塞，在近鉆頭內防噴工具全部失效后，為完井射孔創造條件。同時在接頭上使用了HT型扣型，提高抗扭強度和密封性能。具體鉆具組合如下：斜坡鉆桿×S135I+箭形止回閥 HT40（母）×NC40（公）+旋塞閥 HT40（公）×NC40（母）+斜坡鉆桿×S135I+轉換接頭×DS38（公）×HT40（母）+斜坡鉆桿×S135I+轉換接頭×NC35（公）×DS38（母）+鉆具旁通閥NC35+投入式止回閥NC35+箭型止回閥NC35+鉆鋌+箭型止回閥NC35+箭型止回閥NC35+鉆鋌+雙母箭型止回閥×330×NC35（母）+鉆頭。

3.3防堵方案

內防噴工具是氮氣鉆井中重要的井控工具，能迅速起到鉆柱內防噴的目的。在X井使用了一種新型雙密封箭形止回閥，這種箭形止回閥是專門針對氣體鉆井提出的，采用了金屬和橡膠雙密封結構，解決了密封失效和通道堵塞的問題，確保了氮氣鉆井的井控安全。此外，針對氣體鉆井防堵問題，還設計出了一種防堵接頭，這種防堵接頭接在近鉆頭上防止溢流或井涌等現象發生時固相顆粒的上返而引起鉆柱內通道堵塞的問題。這些工具的結構在對應專利中有具體的介紹。

加強現場監測也是一個重要的有效途徑，針對高壓儲層氮氣鉆井的X井在常規檢測的基礎上增加了對注氣量和地層巖性的檢測，分析地層性質，掌握燃爆的發生時間和強度，保證了氮氣鉆井的井控安全。

4　致密砂巖儲層氮氣鉆井技術現場應用

X井井身結構設計：井深4 878 m，層位阿合組，?250.83 mm套管下深4 708 m，4 708～4 811.38 m氮氣鉆進儲層，井身結構設計見圖2。

圖2　井身結構設計

第1趟鉆在4 766.5 m鉆遇第1個產層，注氣壓力上漲，立壓最高上漲至20 MPa，扭矩增大、上提鉆具多提31.4 t。測試：?10 mm油嘴，產氣量45 204 m3/d。第2趟鉆在4 878 m鉆遇主力產層，鉆遇高產氣層后，及時關井，帶壓起鉆至套管鞋。環空測試?10 mm油嘴，環空壓力45.32 MPa，產氣量589 861 m3/d，產油量69.6 m3/d。

5　應用效果分析

從表2可見，X井氮氣鉆井平均機械鉆速6.81 m/h，是鄰井3井鉆井液鉆進的24.3倍，鄰井4井的18.9倍。X井氮氣鉆井鉆井周期比鄰井3縮短了85 d，比鄰井4井縮短了62 d。X井測試層位：侏羅系阿合組，測試井段4 708～4 811.38 m。測試產量：?10 mm油嘴，套壓45.32 MPa，天然氣589 861 m3/ d，油69.6 m3/d，為鄰井的4.2倍（鄰井1井同層段為141 531 m3/d）。X井氮氣鉆井試驗取得重大突破，證實氮氣鉆井是保護低滲致密砂巖氣藏、最大限度提高單井產能的有效途徑。

表2　機械鉆速、鉆井周期與鄰井比較

6　結論

（1）使用全新理念的鉆柱內防噴系統，提高低滲透高壓高產儲層的井控安全，確保井場安全。

（2）隨著致密砂巖儲層氮氣鉆井技術的進一步的試驗，再次驗證氮氣鉆井具有最大限度地減少鉆井施工中與壓力有關的問題；減少油層傷害，提高產能，邊鉆進邊進行油氣藏描述的優勢。

（3）初步證明氮氣鉆井工藝技術和裝備的安全可行性，為庫車地區乃至全國推廣高壓高產儲層氮氣鉆井工藝技術奠定了基礎。

［1］張曉峰，侯明才，陳安清. 鄂爾多斯盆地東北部下石盒子組致密砂巖儲層特征及主控因素［J］. 天然氣工業，2010，30（11）：34-38.

［2］蔣凌志，顧家裕，郭彬程. 中國含油氣盆地碎屑巖低滲透儲層的特征及形成機理［J］. 沉積學報，2004，22（1）：13-19.

［3］胡宗全. 致密裂縫性碎屑巖儲層描述、評價與預測［M］.北京：石油工業出版社，2005：1-7.

［4］王金琪. 中國大型致密砂巖含氣區展望［J］. 天然氣工業，2000，30（1）：10-26.

［5］王素兵，葉登勝，尹叢彬，等. 非常規氣藏增產改造與監測技術實踐［J］. 天然氣工業，2012，32（7）：38-42.

［6］王樹江，曹強，陳彥彪. 氮氣鉆井技術在普光202-1井的應用［J］. 石油鉆采工藝，2007，29（5）：23-25.

［7］何世明，安文華，唐繼平，等. 滿東2井氮氣鉆井實踐與認識［J］. 石油鉆采工藝，2008，30（3）：15-18.

（修改稿收到日期2015-01-23）

〔編輯薛改珍〕

Practice and understanding on nitrogen drilling of tight sandstone reservoir in Kuqa Depression Well X

ZHANG Xiaodong1, WANG Kai1, WANG Yanmin2, TAO Yun2, CAI Guanglin2, HE Shi3
（1. Mechanical and Electrical Engineering College, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China; 3. Northeast Sichuan Gas Production Plant, Southwest Oil & Gas Company, SINOPEC, Langzhong 637400, China）

Through theoretical research and inhouse test on under-balanced (UBD) drilling technology, a set of complete nitrogen drilling programs applicable to high pressure and high production tight sandstone reservoir has been formulated, which includes reasonable gas injection equipment supporting program, bottom hole assembly, well configuration design as well as the whole technological process. Take X-Well in the east of Kuqa Depression as an example, compared with the conventional drilling fluid drilling technology used in drilling of tight sandstone reservoirs in a number of adjacent wells, the penetration rate of X Well was improved by 24.3 times as a maximum, and the drilling cycle was shortened by 62 d to the most extent, and the single well production was 4.2 times that of offset well. The success of nitrogen drilling in tight sandstone reservoir in X Well shows again that the use of nitrogen drilling technology in tight sandstone reservoir can increase the ROP, shorten the drilling cycle and increase the single well productions. It also verifies the safe practicability of nitrogen drilling technology and equipment, laying out a foundation for promoting this nitrogen drilling technology in tight sandstone reservoir of high pressure and high production in Kuqa region and even nationawide.

tight sandstone reservoir; nitrogen drilling; penetration rate; drilling cycle; single well production; application prospect

TE348

A

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0024 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.007

國家重大科技專項大型油氣田及煤層氣開發項目“塔里木盆地庫車前陸沖斷帶油氣開發示范工程”（編號：2011ZX05046）。

張曉東，1959年生。1995年畢業于北京科技大學礦山機械專業，獲工學碩士學位，現從事石油鉆采設備新技術、現代設計理論與方法的教學和井下動力鉆具及井下工具的研發工作，教授、博士生導師。電話：028-83037223。E-mail：zxd123420@126. com。

引用格式：張曉東，汪凱，王延民，等.庫車坳陷X井致密砂巖儲層氮氣鉆井實踐與認識［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）:24-26.