1、第8章：特殊工藝鉆井理論和技術(shù)氣體鉆井技術(shù)及其應(yīng)用,主要內(nèi)容,概論（發(fā)展、用途） 氣體鉆井方式、工藝流程 氣體鉆井組織與實(shí)施 四川地區(qū)氣體鉆井的研究與應(yīng)用,一、概論,氣體鉆井是以氣體作為循環(huán)介質(zhì)代替鉆井液的鉆井技術(shù),定義：,1953年，美國的EI paso天然氣公司首次利用空氣作鉆井液在猶他州成功地鉆成了第一口油氣井。自那時起，利用空氣或天然氣來進(jìn)行油氣井鉆探的方法在全球范圍得到廣泛應(yīng)用，采用空氣和天然氣鉆井技術(shù)已能鉆達(dá)5000m的深度。 氣體鉆井技術(shù)在國外（特別是加拿大、美國）已得到廣泛應(yīng)用。,發(fā) 展,起源 關(guān)鍵點(diǎn)： 起源于50年代，空氣鉆井，充氣鉆井和泡沫鉆井。 國內(nèi)起源于60年代的天然氣

2、鉆井。,第一發(fā)展高峰始于60年代初，理論上應(yīng)延至80年代末。 實(shí)際第一峰受油價，投資，轉(zhuǎn)移，市場心理因素的影響，出現(xiàn)相應(yīng)的跌谷和顛峰。 理論上第一谷應(yīng)在80年代中至90年代中末。 實(shí)際第二峰開始于93年，比作者們預(yù)測的早，且上升迅速，呈現(xiàn)明顯的熱點(diǎn)技術(shù)趨勢。,發(fā) 展,不同的發(fā)展動力,對應(yīng)于兩個發(fā)展峰值，有兩次不同的發(fā)展動力，如圖：,經(jīng)濟(jì)效益： 提高鉆速,降低 直接鉆井成本,克服困難： 嚴(yán)重漏失,欠壓 高度水敏性等。,非常規(guī)： 缺水環(huán)境（高 山，沙漠),極地， 地?zé)?大井眼等。,第二次推動力,第一次推動力,經(jīng)濟(jì)效益 克服困難 60%,非常規(guī) 應(yīng)用25%,第一推動力是工程目的為主：打快，打好，降低

3、成本。 第二推動力是滿足新形勢下勘探開發(fā)需求為主。能夠滿足未來勘探開發(fā)主戰(zhàn)場需求 的鉆井技術(shù)，就一定有生命力。,勘探開發(fā) 15%,勘探開發(fā) 70%,其它30%,可能的應(yīng)用范圍,應(yīng)用 范圍,動用 難拿 儲量,老油田 改造挖潛,降低成本 提高效益,低壓,低滲 油氣資源,非常規(guī) 油氣資源,復(fù)雜巖性 油氣藏,油占總資源量的50%，動用程度低于10% 氣，我國不詳，美國為常規(guī)氣的5倍。,稠油，世界上三倍于常規(guī)油 煤層氣，我國接近于天然氣。,孔隙性，約4050個 裂縫孔隙性，約2030個 孔，縫，洞型，炭酸鹽巖 約50個 變質(zhì)巖，火成巖，約2030個 （非孔隙性油氣藏至少占總儲量的三分之一）,降低成本,提

4、高效益,是最具普遍性的需求。 儲層保護(hù)提高探井勘探成功率和精度開發(fā)井提高單井產(chǎn)能和最終采收率。提高鉆速，降低成本制服漏，塌，卡等，縮短周期。提高鉆速，降低鉆井成本在非儲層段（尤其上部大井眼井段），非常重要。,應(yīng)用 范圍,動用難拿儲量,降低 成本 提高 效益,老油田 改造 挖潛,世界上NONOPEC產(chǎn)量的三分之一， 我國至少一半，壓力遞減，含水上升。,應(yīng)用范圍究竟多大 尚無準(zhǔn)確定論 最保守估計(jì)： 至少占總儲量的三分之一必須靠UBD 去拿。我國鉆井設(shè)備改造至少應(yīng)占三分之 一，美、加在1996年就達(dá)25%，15thWPC 預(yù)言，最終將超過50%，美國僅空氣鉆井 一項(xiàng)占年進(jìn)尺的16.7%，故我國差距極

5、大。主要在四川，一年也就20多口井。,提高鉆速（井底壓力低壓持效應(yīng)小） 解決井下復(fù)雜（井漏、水敏性坍塌等） 發(fā)現(xiàn)和保護(hù)氣層,目前的主要用途：,概 論,概 論,優(yōu)點(diǎn)：,極大的降低了對產(chǎn)層的地層損害 消除了井漏對鉆井作業(yè)的影響 可獲得更高的鉆進(jìn)速度（井越深，其效果越明顯） 可提高鉆頭使用壽命 對付硬地層鉆進(jìn)的能力顯著提高 工作條件和環(huán)境變得更為清潔 與泥漿鉆井相比，由于氣體鉆進(jìn)速度更快，花費(fèi)的時間更小，故可降低鉆井作業(yè)的總成本,一、概論,缺點(diǎn)：,對地層壓力的控制能力降低。因此氣體鉆井作業(yè)一般限于那些儲層孔隙壓力較低的地區(qū) 氣體鉆井局限于那些地層巖石較老且致密的地帶，因?yàn)榫畠?nèi)幾乎不存在流體壓力來支撐

6、井壁并防止其坍塌 對付大量地層水侵入環(huán)空的能力是有限的 由于環(huán)空中含砂氣流的沖刷作用，鉆桿的磨損會加劇 在鉆進(jìn)期間，井內(nèi)的流體幾乎不可能對鉆柱提供緩沖作用,二、氣體鉆井方式、工藝流程,空氣鉆井 氮?dú)忏@井 天然氣鉆井 尾氣鉆井 霧化鉆井 泡沫鉆井（氣相可以是空氣、氮?dú)?、天然氣?充氣鉆井（氣相可以是空氣、氮?dú)?、天然氣、尾氣?分類：,純氣體鉆井,氣體鉆井方式、工藝流程,1、純氣體鉆井,純氣體鉆井就是用純氣體作為循環(huán)介質(zhì)的鉆井技術(shù)，包括純空氣鉆井，氮?dú)忏@井、天然氣鉆井和尾氣鉆井。 其中空氣鉆井主要用于非產(chǎn)層（其原因在于空氣鉆產(chǎn)層存在井下燃爆的危險），而氮?dú)忏@井、天然氣鉆井和尾氣鉆井主要用于產(chǎn)層。,

7、純空氣鉆井,堅(jiān)硬、干燥的地層 非常規(guī)裂縫地層 水敏性強(qiáng)的地層 嚴(yán)重缺水的地區(qū),1、空氣鉆井技術(shù)適用地質(zhì)條件：,純空氣鉆井,2、純空氣鉆井地面流程圖：,空壓機(jī),旋轉(zhuǎn)防噴器,增壓機(jī),3、純空氣鉆井主要設(shè)備：,空氣輸送管線及閥門 鉆具止回閥 排砂管線 檢測儀表,空氣錘,4、純空氣鉆井井場布置圖：,按設(shè)計(jì)要求根據(jù)確定的最大注氣量和注入壓力選擇注入設(shè)備、管匯和儀器。設(shè)備安裝就位后應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的試壓試運(yùn)轉(zhuǎn) 按設(shè)計(jì)要求制定詳細(xì)的崗位分工和應(yīng)急預(yù)案，在施工中嚴(yán)格落實(shí) 氣舉過程中注意注入壓力的變化，如壓力過高應(yīng)控制井口回壓，防止出現(xiàn)意外和污染事故的發(fā)生 鉆進(jìn)過程中注意注入壓力變化、巖屑返出情況的變化、鉆具旋轉(zhuǎn)和上

8、提下放阻力變化情況。如果出現(xiàn)異常情況應(yīng)停止鉆進(jìn)充分洗井，或調(diào)整注入量，保持井眼暢通 如果需要測井、固井等作業(yè)需要替入完井液，則注意注替過程中控制井口壓力和返出量,5、純空氣鉆井工藝要點(diǎn)：,氮?dú)忏@井,堅(jiān)硬、干燥的地層 非常規(guī)裂縫地層 低壓油氣體產(chǎn)層 水敏性強(qiáng)的地層 嚴(yán)重缺水的地區(qū) 含大量碳?xì)浠衔锏貙樱ㄊ吞烊粴忏@井、煤層氣鉆井等,2、氮?dú)忏@井技術(shù)適用地質(zhì)條件：,氮?dú)馐亲詈玫臍怏w鉆井介質(zhì)。氮?dú)馇菲胶忏@井技術(shù)基本與空氣鉆井技術(shù)相同。除具有空氣鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，還有避免井下爆炸和避免污染的優(yōu)點(diǎn)。 與空氣鉆井相比增加制氮設(shè)備，因此設(shè)備費(fèi)用高。,1、氮?dú)忏@井技術(shù)特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：,不足：,氮?dú)忏@井,立管

9、,巖屑池,增壓機(jī),氣體流量計(jì),制氮機(jī)組,冷卻設(shè)備,空氣、鉆屑,旋轉(zhuǎn)防噴器,排砂管,砂樣取樣器,井口裝置,除塵器,3、氮?dú)忏@井地面流程圖：,空壓機(jī)組,與空氣鉆井基本相同， 另外特別強(qiáng)調(diào)要保證注入過程中點(diǎn)火裝置的正常使用,6、純氮?dú)忏@井工藝要點(diǎn)：,5、氮?dú)忏@井主要設(shè)備：,除空氣鉆井主要設(shè)備外，只需另外增加制氮機(jī),制氮機(jī),天然氣鉆井,同氮?dú)忏@井,2、天然氣鉆井技術(shù)適用地質(zhì)條件：,天然氣鉆井技術(shù)基本與空氣鉆井和氮?dú)忏@井技術(shù)相同。除具有空氣鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，還有避免井下爆炸的優(yōu)點(diǎn)。 與空氣鉆井相比要求地面設(shè)備和工具防泄露、防爆性能好，費(fèi)用高、受氣源控制等缺點(diǎn)。,1、天然氣鉆井技術(shù)特點(diǎn)：,天然氣鉆井,立管

10、,巖屑池,增壓機(jī),氣體流量計(jì),天然氣源,空氣、鉆屑,旋轉(zhuǎn)防噴器,排砂管,砂樣取樣器,井口裝置,除塵器,3、天然氣鉆井地面流程圖：,嚴(yán)格檢查各管匯連接處、閘門的密封情況 接單根過程中的閘門開關(guān)程序是操作的關(guān)鍵 保證注入過程中點(diǎn)火裝置的正常使用,天然氣鉆井,5、天然氣鉆井工藝要點(diǎn)：,基本同空氣和氮?dú)忏@井工藝，另外還需注意以下幾點(diǎn)：,該技術(shù)除具有空氣鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，還有避免井下爆炸、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。與空氣鉆井相比要求地面設(shè)備和工具防泄露性能好、對井下工具有腐蝕等缺點(diǎn)。柴油機(jī)尾氣鉆井是廢氣鉆井技術(shù)之一，但它必須有尾氣冷卻增壓裝置。整個系統(tǒng)處理氣量應(yīng)在35104m3d范圍。柴油機(jī)尾氣排出溫度高達(dá)2602

11、80度，而空氣壓縮機(jī)和增壓機(jī)進(jìn)氣溫度要求在60度以下，所以對尾氣要進(jìn)行多級冷卻。 其鉆井工藝要點(diǎn)基本與上述的空氣相同。,廢氣鉆井,柴油機(jī)尾氣鉆井地面裝備圖,霧化鉆井,1、霧化鉆井技術(shù)基本要點(diǎn)：,霧化鉆井技術(shù)與氣體鉆井技術(shù)同步出現(xiàn)。當(dāng)?shù)貙恿黧w侵入使純氣體鉆井系統(tǒng)無效時，通常實(shí)施霧化鉆井。霧化鉆井的產(chǎn)生一般都是由于地層中含少量水分，在干氣鉆井的基礎(chǔ)上形成的。霧化鉆井的定義是“吸收的水量正好足夠使氣體飽和，從而將地層侵入井內(nèi)的水以水滴的形式帶出井眼。少量液滴分散在氣體中的分散體系為霧，一般的含水量為0.1%-4%，氣體占9699.9%（體積比）范圍。其化學(xué)組分與泡沫類似，含有氣、水及發(fā)泡劑，它系氣液

12、兩相流體。霧是一種過渡體系，含水量增多就變成泡沫。霧的密度一般為0.02-0.07gcm3。,霧化鉆井,2、設(shè)備與流程：,設(shè)備：,除氣體注入設(shè)備外，還需要儲液罐、液體注入設(shè)備和液氣混合裝置（泡沫發(fā)生器），現(xiàn)場一般用霧化泵或水泥車作為注液泵。,工藝流程：,來自氣體注入設(shè)備的壓縮氣體與來自液體注入設(shè)備的液體經(jīng)過混合裝置的混合，形成均勻的霧，通過立管、鉆具內(nèi)、鉆頭到井筒環(huán)空，再經(jīng)過井口、節(jié)流管匯（或直接通過旋轉(zhuǎn)頭側(cè)口、排放管線）放噴管線進(jìn)入排放池或經(jīng)過密閉循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行氣、液、固分離。,霧化泵,霧化鉆井,3、霧化鉆井地面流程圖：,按設(shè)計(jì)要求根據(jù)確定的最大注氣量、注液量和注入壓力選擇注入設(shè)備、管匯和儀器

13、。設(shè)備安裝就位后應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的試壓試運(yùn)轉(zhuǎn)； 按設(shè)計(jì)要求制定詳細(xì)的崗位分工、應(yīng)急預(yù)案，在施工中嚴(yán)格落實(shí)； 嚴(yán)格檢查各管匯連接處、閘門的密封情況。 在霧化液氣舉過程中注意注入壓力的變化，如壓力過高應(yīng)控制井口回壓，防止出現(xiàn)意外和污染事故的發(fā)生； 鉆進(jìn)過程中注意注入壓力變化、巖屑返出情況的變化、鉆具旋轉(zhuǎn)和上提下放阻力情況。如果出現(xiàn)異常情況應(yīng)停止鉆進(jìn)充分洗井，或調(diào)整注入氣量和注液量以及調(diào)整液相性能，保持井眼暢通； 接單根過程中的停開注液泵、停開增壓器和各閘門開關(guān)程序是操作的關(guān)鍵，應(yīng)由專人操作和監(jiān)護(hù)； 如果需要測井、固井等作業(yè)需要替入完井液，則注意注替過程中控制井口壓力和返出量。,5、霧化鉆井工藝,主要包括

14、準(zhǔn)備工作、氣舉、鉆進(jìn)等，基本同氣體鉆井工藝,泡沫鉆井,1、泡沫鉆井技術(shù)基本要點(diǎn)：,泡沫自二十世紀(jì)五十年代用于鉆井，是廣泛應(yīng)用的一種欠平衡鉆井介質(zhì)。穩(wěn)定泡沫是由水、壓縮氣體、發(fā)泡劑及其它化學(xué)劑組成的混合物，壓縮氣體包括空氣、氮?dú)?、二氧化碳及天然氣。穩(wěn)定泡沫在地面由含各種基液與氣體混合形成，經(jīng)井筒循環(huán)一次性使用，返至地面即行分解，稱作預(yù)制性泡沫。泡沫被定義為大體積的氣體分散在含有泡沫溶劑（表面活性劑）的小量液體中。外部連續(xù)相是液體，內(nèi)部不連續(xù)相是氣體。氣泡之間產(chǎn)生的內(nèi)作用力是產(chǎn)生粘度的機(jī)理。液相內(nèi)加入聚合物可以提高穩(wěn)定性、流變性和液體濾失率，保持氣泡在液相內(nèi)的分散。泡沫密度一般為0.070.6gc

15、m3，氣體占泡沫體積的55%96。,泡沫鉆井,2、設(shè)備與流程：,設(shè)備：基本與霧化鉆井相同,除氣體注入設(shè)備外，還需要儲液罐、液體注入設(shè)備和液氣混合裝置（泡沫發(fā)生器），現(xiàn)場一般用霧化泵或水泥車作為注液泵。,工藝流程：,來自氣體注入設(shè)備的壓縮氣體與來自液體注入設(shè)備的液體經(jīng)過混合裝置的混合，形成均勻的泡沫，通過立管、鉆具內(nèi)、鉆頭到井筒環(huán)空，再經(jīng)過井口、節(jié)流管匯（或直接通過旋轉(zhuǎn)頭側(cè)口、排放管線）防噴管線進(jìn)入排放池或經(jīng)過密閉循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行氣、液、圍分離。,霧化泵,氣體鉆井組織與實(shí)施,2、氣體鉆井項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)施,開鉆前驗(yàn)收,現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)小組組織全體成員對人員、材料以及設(shè)備按設(shè)計(jì)的壓力、排量的試運(yùn)轉(zhuǎn)情況，特別是對井口

16、裝置、節(jié)流控制、高壓注入系統(tǒng)的試運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行驗(yàn)收。領(lǐng)導(dǎo)小組成員應(yīng)認(rèn)真填寫驗(yàn)收記錄。,技術(shù)交底,施工前要進(jìn)行地質(zhì)、工程、設(shè)備、鉆井液、井控安全等方面詳細(xì)交底，使每個參與施工的人員都能知道干什么和怎么干。,氣體鉆井組織與實(shí)施,2、氣體鉆井項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)施,主要安全措施,人員安全,現(xiàn)場人員要接受井控、消防、HSE培訓(xùn)，并熟練使用各種防護(hù)用品和檢測儀器。 井隊(duì)井架工以上操作崗位均應(yīng)持井控操作合格證、HSE證上崗。各配合作業(yè)的作業(yè)人員必須持HSE證上崗。 要根據(jù)風(fēng)向預(yù)先指定三處“安全區(qū)”，在這三區(qū)中至少有一區(qū)在任何時候須處于井口的上風(fēng)方向。 氣體鉆井前至少配備20套防毒面具、若干臺便攜式有毒氣體檢測儀，在可能聚集有毒、可燃?xì)怏w的地點(diǎn)安裝固定式報警儀。應(yīng)事先用標(biāo)準(zhǔn)氣樣對各種報警儀進(jìn)行檢測，確?？煽俊?發(fā)現(xiàn)H2S氣體后，如果濃度超過標(biāo)準(zhǔn)，及時向現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)小組匯報，立即停止欠平衡作業(yè)，并根據(jù)H2S濃度、井口壓力大小等采取有效壓井措施。,2、氣體鉆井項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)施,主要安全措施,井控安全,氣體鉆井期間，井場所用電機(jī)及電控制裝置必須防爆。 柴油機(jī)排氣管應(yīng)有滅火裝置，進(jìn)入井場的車輛必須帶防火帽。 消防工具、滅火器材在常規(guī)配備的基礎(chǔ)