低成本氮?dú)忏@井技術(shù)

耿曉光，宋瑞宏，于成龍，趙德云，馬曉偉

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

氮?dú)忏@井儲(chǔ)層鉆進(jìn)，不但可以杜絕燃爆，而且可以大幅提高機(jī)械鉆速，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)儲(chǔ)層。但氮?dú)忏@井設(shè)備成本高，而且運(yùn)行費(fèi)用昂貴。以井深1500m的6″井眼氮?dú)忏@井為例，需要氮?dú)饬繛?0m3/min，需配套4套氮?dú)庠O(shè)備，估算日費(fèi)用在20萬(wàn)元以上，若井眼更大更深，則鉆井費(fèi)用更高。如何降低氮?dú)忏@井成本，是氮?dú)忏@井規(guī)模化推廣和應(yīng)用的關(guān)鍵。因此本文提出了一種低成本儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)方案，有望大幅度降低氮?dú)忏@井成本。

1 氮?dú)忏@井優(yōu)勢(shì)

氮?dú)忏@井是指以氮?dú)鉃檠h(huán)介質(zhì)、以提高機(jī)械鉆速、降低對(duì)儲(chǔ)層傷害為目的的鉆井工藝技術(shù)。該技術(shù)一般在油氣儲(chǔ)層應(yīng)用。

氮?dú)忏@井的優(yōu)勢(shì)：

（1）對(duì)儲(chǔ)層污染小，保護(hù)儲(chǔ)層效果好。

（2）井下作業(yè)安全性最好，不會(huì)造成燃爆事故。

（3）具有很高的機(jī)械鉆速。

氮?dú)忏@井的劣勢(shì)：

（1）需要空氣壓縮機(jī)、制氮設(shè)備、二次增壓設(shè)備以及相關(guān)管匯管線，設(shè)備投入大，運(yùn)行成本高。

（2）由于需要設(shè)備多，運(yùn)行成本高，很難同時(shí)多井施工或大規(guī)模推廣應(yīng)用。

2 降低氮?dú)忏@井成本的技術(shù)原理

為了降低氮?dú)忏@井成本，提出以下兩套方案。

2.1 高壓容器儲(chǔ)存氮?dú)夥桨?/h3>

氮?dú)忏@井前，通過所需注氣量計(jì)算，給出目標(biāo)井氮?dú)忏@井井段所需的總氮?dú)饬浚鶕?jù)需要擺放多個(gè)儲(chǔ)存氮?dú)獾母邏喝萜鳎獨(dú)忏@井施工前應(yīng)用氮?dú)庠O(shè)備對(duì)壓力容器進(jìn)行注氣，并與井眼聯(lián)結(jié)，例如1個(gè)10m3的壓力容器，30MPa壓力可儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下2500m3的氮?dú)猓绻枰?0m3/min氣量的氮?dú)忏@井可用40min，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要確定壓力容器的數(shù)量。高壓容器如圖1所示。

圖1 高壓容器圖片

2.2 套管儲(chǔ)存氮?dú)夥桨?/h3>

高壓容器現(xiàn)場(chǎng)擺放需要一定空間，且成本相對(duì)較高。為了追求氮?dú)忏@井更低成本，提出了一種成本更低、更快快捷的氮?dú)忏@井技術(shù)。考慮到技術(shù)套管和表層套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度大，可以重復(fù)利用，可以使用技術(shù)套管或表層套管作為氮?dú)獯鎯?chǔ)容器，只需加工密封接頭和連接管線系統(tǒng)，費(fèi)用更低，而且不影響技術(shù)套管和表層套管的正常應(yīng)用。例如應(yīng)用13-3/8″技術(shù)套管，長(zhǎng)度10m套管容積為0.7m3，30MPa壓力可儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下200m3的氮?dú)猓?00根技術(shù)套管，可儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下20000m3的氮?dú)猓绻枰?0m3/min氮?dú)忏@井可用5h，氮?dú)忏@井每小時(shí)可鉆30m，完全能滿足中淺層氮?dú)鈨?chǔ)層專打井需求。

3 低成本氮?dú)忏@井工藝流程

低成本氮?dú)忏@井工藝流程見圖2。高壓氮?dú)鈨?chǔ)存罐利用管線系統(tǒng)與立管連接，高壓氮?dú)鈨?chǔ)存罐出口安裝一個(gè)高壓球閥，氮?dú)忏@井時(shí)打開高壓球閥，高壓氮?dú)膺M(jìn)入立管，流經(jīng)鉆頭，進(jìn)入環(huán)空，攜帶巖屑返出地面。進(jìn)氣管線與立管連接處安裝氣體流量測(cè)量裝置、調(diào)壓閥和控制閥，準(zhǔn)確計(jì)算進(jìn)入井筒的氮?dú)饬髁浚{(diào)壓閥根據(jù)需要的流量控制進(jìn)氣量，進(jìn)氣閥控制是否注氣，調(diào)壓閥和立管之間安裝一個(gè)泄壓閥。

圖2 低成本氮?dú)忏@井工藝流程

氮?dú)忏@進(jìn)時(shí)，井口鉆桿接一個(gè)單向閥，同時(shí)底部鉆具也需要接一個(gè)單向閥。

（1）正常鉆進(jìn)時(shí)，打開高壓氮?dú)鈨?chǔ)存罐的高壓球閥和進(jìn)氣閥，根據(jù)需要的氣量，調(diào)整調(diào)壓閥和設(shè)備閘閥，滿足氮?dú)忏@井所需氣量，關(guān)閉泄壓閥，即可進(jìn)行正常氮?dú)忏@井。

（2）接單根時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開泄壓閥，把立管內(nèi)壓力泄掉，就可正常接單根，接單根結(jié)束后，關(guān)閉泄壓閥，打開進(jìn)氣閥，正常鉆井。

（3）其他的鉆井工藝流程和常規(guī)氣體鉆井相同。

4 結(jié)論

（1）低成本氮?dú)忏@井方案能夠減少現(xiàn)場(chǎng)制氮設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量，提高設(shè)備的利用率，降低氮?dú)忏@井成本。

（2）該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一套氮?dú)庠O(shè)備同時(shí)施工多井，有利于氮?dú)忏@井規(guī)模化應(yīng)用。

（3）該技術(shù)原理同樣適合于其他氣體鉆井技術(shù)。