空气钻井技术及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,空气钻井技术及应用,空气钻井技术及应用,塔里木油田启动空气钻井设备安装现场,空气钻井技术及应用,空气钻井应用现状,空气钻井首次使用是在19世纪中期。在20世纪50年代初期，美国EI Paso天然气公司在犹他州首次应用气体作为钻井液钻探油气井，极大地保护了储层，提高了钻速，提高了经济效益；此后气体钻井技术在美国、加拿大和欧洲一些国家得到了应用推广。,上世纪80年代中后期，空气钻井技术才真正开场起步，并迅速的开展起来。据美国1986年的钻井统计，有16.4%的美国内陆地区的钻井是应用空气或天然气钻井技术来完成的主要井段的钻进作业。,从20世纪80年代起，循环介质除空气外，又出现了氮气、天然气及以其为组分的气液混合流体。气体钻井的钻进范围扩展到储层段，不但作为钻井提速或者应对井漏的手段，而且成为发现和保护油气层的最正确方法。,目前，国外气体钻井工艺技术完成了配套，在气体钻井设备不断开展完善的根底上，气体钻井技术更加成熟，成为主流钻井技术中的重要组成局部。美国和加拿大已将气体/欠平衡钻井作为常规钻井方法使用，在可以应用气体/欠平衡钻井的地区优先选用气体/欠平衡钻井技术。,空气钻井技术及应用,我国空气钻井应用前景广阔,1989年新疆开场进展空气钻井，取得里一定的效果。四川、长庆也先后开展了空气钻井、天然气钻井和柴油机尾气钻井等气体、充气和泡沫钻井技术，对提高钻井速度、增加单井产量、抑制严重井漏取得了好的效果。,目前我国已形成了初步的气体钻井设备能力，气体钻井应用规模正在不断扩大。但进尺量不到钻井总量的3%，离美国加拿大的60%相差很大的距离，推广力度有待加强。,煤层气、页岩气在我国储量非常大，特别适合空气钻井技术的应用。,今后很长一段时间内应该是我国空气钻井应用飞速开展阶段。,空气钻井技术及应用,常规钻井所面临的问题,在常规钻井过程中经常遇到加钻压困难、井斜及钻速低等问题，这些问题制约了钻井速度的提高，影响了勘探开发的效益。归纳起来问题主要有以下几点：,(1)深部地层钻速太低,(2)复杂地层、深井井斜突出,(3)钻大尺寸井眼钻速低,空气钻井可有效解决上述问题,空气钻井技术及应用,空气钻井的定义：,空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井技术。它是将压缩空气或氮气既作为循环介质携带岩屑，又作为破碎岩石的能量。,空气钻井技术及应用,空气钻井的优点,显著提高机械钻速，缩短钻井周期；与常规钻井相比，可提高钻速3-10倍，在气体钻井中，地层孔隙压力在负压差条件下产生向井内的“推力，该“推力有促使井底岩石破碎或崩离井底的趋势。而泥浆钻井时，井筒中高的过平衡正压差产生由井内指向地层的压力，阻碍钻头对地层的破碎和已破碎岩体脱离井底。,井底清洗及冷却条件好，延长了钻头使用寿命，节省了钻头用量；,使用空气锤钻头钻压小、转速低、扭矩小，防斜效果更加良好；,可有效防止井漏等井下复杂情况的发生，有利于环境保护。,空气钻井技术及应用,空气钻井的缺点,主要在以下两个方面：,空气钻井是欠平衡钻井，因而当遇到地层出水、油气侵显示时，便不能够平衡地层压力，要立即转换成钻井液钻井方式。所以即使在空气钻井时也要配置好压井泥浆，随时准备转换钻井方式。,空气钻井费用高，空气钻井每天耗油量是8吨至10吨。,空气钻井技术及应用,空气钻井的适用范围,：,不出水和出水量较少的坚硬地层；,严重漏失的地层；,地层压力低且分布规律清楚的地层；,自然环境严重缺水地区；,老油气田的加密井；,煤层气开采。,空气钻井技术及应用,空压机,冷凝器,增压机,立管,钻柱内,钻头,环空,钻井泵,循环罐,井口,污水池,排砂管线,基液回收,空气钻井,常规钻井液钻井,空气,空压机对空气进展初级加压,降温、除水后经过增压机增压将高压气体通过立管三通压入钻具。 空气通过钻头时对钻头进展冷却，同时清洗井底，携带岩屑返回井口。接着进入排砂管线，最后到岩屑池。,空气钻井工艺流程图,空气钻井技术及应用,空气钻井井场图,空气钻井技术及应用,空气钻井涉及的主要设备有:空气压缩机、增压机、膜别离制氮设备、防喷器组合、空气锤、钻头、各种管汇、控制阀、注入泵、以及泥浆罐储藏泥浆，用于特殊情况下，由空气钻井转为常规泥浆钻井时使用 、压力计、温度计、流量计等等。,空气钻井的主要设备,空气钻井技术及应用,工艺原理,由空气压缩机提供压缩空气，进入集装箱式制氮装置，经过空气的净化、温度控制，进入膜别离制氮，别离出合格纯度与流量的氮气通过管线送到增压机组，由增压机组进一步压缩至气体钻井所需的压力，通过管线送至钻井立管进入井下进展钻井工作。,附：空气钻井所需压缩空气产生流程,空气钻井技术及应用,移动空压机,空气压缩机是提供空气钻井所需空气的主要设备，,湖北特威特生产的TWT1110D-24T移动空压机,，,7,台，单台排量m3/min，总排量,超过210,m3/min，满足现场施工需要。,效劳热线：400 888 9816,空气钻井技术及应用,空气注入量确实定,为了有效地携带钻屑，需要确定地面空气注入量。空气钻井中的循环压耗在空气注入较小时是随着空气注入量的增加而降低，当到达某一临界流速时，循环压耗到达最小。如果在增大空气注入量，循环压耗随着空气注入量的增加而增加。因而在空气钻井中存在着最优环空流速。最优环空流速与井眼尺寸、钻具组合、钻速、钻头类型、钻屑形状及大小、井底温度、地层特性和井深等因素有关。,不同井眼尺寸的空气注入量,井眼尺寸 流体类型 空气注入量m3/min,444.5 纯空气 180-210,311.2 纯空气 120-160,215.9 纯空气 80-120,空气钻井技术及应用,集装箱式制氮装置在气体钻井现场,制氮设备,空气钻井技术及应用,增压机,天津凯德公司生产的增压机，最高增压可以达15.0MPa，主要用于空气钻进实施前的举水作业任务,。,空气钻井技术及应用,左图为无阀式空气锤示意图,1-上接头,2-逆止塞,3-密封垫,4-外壳,5-环空气道 6-下排气眼,7-空气锤下气道,8-下腔,9-限位阀,10-钻头,11-外壳接头,12-塞座,13-弹簧,14-节流塞,15-配气尾杆 16-上腔 17-空气锤下气道,18-上排气眼 19-中排气眼 20-上气槽,21-活塞,22-下气槽,23-缸体 24-钻头尾管,25-弹簧圈 26-花键接头,防喷器组合,空气锤及配套钻头,空气钻井时可用三牙轮钻头，也可以用PDC钻头钻进，但一般采用空气锤钻头钻进，效果更佳；空气锤钻头是由空气锤和空气钻头两局部组成，高压气体通过钻杆进入空气锤钻头，一局部高压空气从空气锤中心通孔到钻头水眼吹出，用于携带岩屑，另一局部高压空气进入空气锤环形空间气室用于推动空气锤内活塞上下运动做功，从而对井底岩石进展高频冲击，使岩石发生体积破碎,实现旋转冲击式快速钻进。,空气钻井技术及应用,美国NUMA公司的空气锤,空气钻井技术及应用,各种管汇, 控制阀, 注入泵,泥浆罐,储藏泥浆，用于特殊情况下，由空气钻井转为常规泥浆钻井时使用 ,压力计,温度计,流量计,空气钻井技术及应用,空气钻井与常规的泥浆钻井有所区别，它是直接用空气作为钻井循环介质，满足钻井工程作业需要的一种钻井方式。,空气钻井施工工序,空气钻井技术及应用,2.组合钻具。空气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合根本相似。在钻头上安装一只箭形止回阀，在井口附近的钻具上安装一只活瓣式止回阀。,3.气举排液。采用充气排液法进展，需要使用增压机。,4.吹干井筒。气举排液完毕后，开动压缩机吹干井筒。,5.试钻。空气正式钻进前，控制机械钻速进展试钻，摸索各种参数的合理匹配。以立管压力2.0MPa，扭矩30kNm作为参数基准判断井下钻进情况。,空气钻井技术及应用,6.空气钻进。钻进时，要求送钻均匀，并注意立管压力及井下情况，发现立压变化、扭矩变化、憋跳严重、上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具，循环观察，及时处理。,7.接单根及起钻。起钻或接单根前必须进展充分循环，循环时间长短取决井下情况，具体应观察排砂管线出口。,8.空气钻井转化为泥浆钻井,空气钻井技术及应用,空气钻井转换泥浆钻井总体原那么：,1进入气层前30-50m转换为泥浆钻井，在对地层情况不十分清楚的条件下，可根据实钻情况，提前转换为泥浆钻井。,2地层出水大于5m3/h，地面表现为见液滴。,3返出气体中全烃含量连续超过3。,4返出流体中H2S含量连续超过5mg/m3。,5扭矩、摩阻突然增大、起下钻困难，影响钻井平安，空气钻井施工方式无法解除时。,6井斜大于设计要求且纠斜效果差。,空气钻井技术及应用,目前我国实施空气钻机的集中地带：,川庆油气田,塔里木油田,辽河油田,胜利油田,山西晋城煤层气,空气钻井技术及应用,我国石油天然气空气钻井的主要施工单位：,西部钻探工程,长城钻探工程,渤海钻探工程,川庆钻探工程,东方地球物理勘探有限责任公司,中国石油集团测井,中国石油集团海洋工程,各大油田勘探局钻井院,空气钻井技术及应用,我国煤层气空气钻井的主要施工单位：,沁水蓝焰煤层气有限责任公司,格瑞克(郑州)煤气层技术,河南豫中地质勘察工程公司,北京奥瑞安能源技术开发,山西省煤炭地质局,山西省煤炭地质114勘查院,山西省煤炭地质115勘查院,山西省煤炭地质144勘查院,山西省煤炭地质148勘查院,山西省煤炭地质水文勘查研究院,山西二二九煤田水源勘探综合开发公司,山西二二九特种钻探工程,山西潞安集团地质公司,中石油华北油田煤气层公司,贵州安顺112地质队,云南省煤田地质局,云南省一四三煤田地质勘探队,昆明工程勘察公司,中联煤气层有限责任公司,河北煤田地质局,宁夏煤田地质局,空气钻井技术及应用,普光D-1井是普光气田部署的第一口开发井，位于四川盆地川东断褶带黄金口构造带普光构造西南翼，设计井深5506m。,空气钻井案例,普光D-1井空气钻井,应用,施工单位：中原油田勘探局钻井院,空气钻井技术及应用,普光D-1井地质分层及井身构造简表,空气钻井技术及应用,普光D-1井设计地层压力系数,空气钻井技术及应用,空气钻井使用条件是井壁稳定，地层不出水或出水量不大，不含烃类物质或含量不高，不含H2S。所以在实施空气钻井前必须进展空气钻井可行性设计。,普光D-1井二开钻井施工穿越上沙溪庙组、下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组和须家河组地层。根据邻井实钻地质资料分析，上部陆相地层为砂、泥、页岩互层，地层砂岩石英含量高、胶结致密。以空气为介质进展钻井施工，可以防止因泥、页岩水化膨胀而可能导致的坍塌、掉块，井壁稳定性相对较好，满足实施空气钻井的技术条件。,空气钻井技术及应用,根据邻井实钻资料，在遂宁组、上沙溪庙组地层顶部0.0m564.0m井段有地层水出现，而上沙溪庙组地层中下部至须家河组地层根本不会遇见水层。因此，普光D-1井一开钻至564.0m完钻，339.7mm套管下深563.68m，完全封住可能出现的水层。,空气钻井技术及应用,为确保空气钻井顺利实施，需要对空气钻井施工井 段地层压力和出气情况进展评估。根据邻井实钻资料，上沙溪庙组地层至须家河组地层须五段以上地层压力系数正常，遇见高压气层的可能性很小，而在须家河组须四段至须二段地层，遇见异常高压气层的可能性非常大。,空气钻井技术及应用,适用井段选择,对普光D-1井地层井壁稳定性、出水情况和地层出气情况综合分析可以看出，最适合空气钻井的井段为上、下沙溪庙组地层，即从二开564.0m2151.0m。经过屡次论证，认为可以将空气钻井井段延长至须家河地层上部，即600m2916m。但同时要求在钻进千佛崖、自流井地层时加强地层监测，做到水层、气层及时发现、及时处理。,空气钻井技术及应用,空气钻井方案,备注：遇地层出水、出气、井壁失稳等影响空气钻井平安时停顿空气钻井作业。,空气钻井技术及应用,在空气钻井过程中如果出现轻微坍塌掉块，可以采用减慢钻井速度或进展划眼，要坚持“进一退二的原那么，防止卡钻，同时也应加大空气注入排量，提高携带效率，满足井眼清洁的需要。,空气钻井过程中地层出现严重坍塌，采取上述措施不能满足井眼平安钻井的要求，那么立即停顿空气钻井。空压机停顿工作，关闭进气闸阀，将钻柱起至套管内，用储藏的泥浆注入井眼，建立正常钻井的泥浆循环体系，下钻划眼，控制好钻速。防止卡钻。,井壁失稳应急方案,空气钻井技术及应用,地层出水应急预案,3/h时，那么根据情况逐渐增大空气注入速度，满足井眼净化的需要；当地层出水速度大于5m3/h时，空气钻井已不能满足井眼平安的要求，那么立即停顿空气钻井，空压机停顿工作，关闭进气闸阀， 用储藏的泥浆注入井眼，建立泥浆循环体系，恢复常规钻进。,空气钻井技术及应用,地层出气应急方案,按常规钻井及井控要求储藏重泥浆和井控演习。如果空气钻井中发现天然气侵入井内，为防止井下可能出现的爆炸现象，首先应立即停顿钻井，停气观察，如果气测全烃含量连续大于3%，那么立即停顿空气钻井，放喷管线出口处应连续点火。用储藏的泥浆注入井眼，建立泥浆循环体系，恢复常规钻进。,空气钻井技术及应用,普光D-1井空气钻井施工从2006年1月17日凌晨3时开场正式施工，井深564m。至2月6日凌晨1时，空气钻井钻至井深3002m进入须家河地层顶部，由于须家河地层含有高压天然气，从空气钻井平安角度考虑终止空气钻井施工而转入常规泥浆钻井。,空气钻井技术及应用,普光D-1井空气钻井施工数据,开钻井深：564m；,停钻井深：3002m；,进尺2438.0m，占全井设计深度的44.3；,纯钻进时间286.9h；,钻进20天；,使用钻头5只；,平均机械钻速8.50m/h；,井身质量合格；,发生断钻具事故2次。,空气钻井技术及应用,泥浆,564米,339.7mm,563.86m,444.5mm,564.0m,273.1mm,3530.0m,314.1mm,3532.0m,泥浆,钻进,现场实际空气钻井井段示意图,空气钻井技术及应用,普光D-1井空气钻井施工效果,普光D-1井使用空气钻井，从564米钻进到3002.07米，进尺2438.07米，占全井设计深度的44.3，仅用20天，与目前最快的普光6井同井段相比，节省了62天普光6井从551米钻进到3019米，进尺2468米，用了82天，机械钻速同比提高了46倍。极大地提高了钻井速度，到达了预期提速的目的。,空气钻井技术及应用,时间,井段m,进尺m,纯钻时间h,机械钻速m/h,备注,1,1月16日1月17日,564.0586.0,22.00,3.8,5.79,3点开钻,2,1月17日1月18日,586.0735.0,149.00,20.0,7.45,3,1月18日1月19日,735.0926.0,191.00,20.8,9.18,4,1月19日1月20日,926.01090.0,164.00,15.3,10.72,5,1月20日1月21日,1090.01292.3,202.34,18.5,10.94,6,1月21日1月22日,1292.31398.0,105.66,11.0,9.61,起钻,7,1月22日1月23日,1398.01600.0,202.0,17.7,11.41,8,1月23日1月24日,1600.01801.7,201.7,17.8,11.33,9,1月24日1月25日,1801.71865.4,63.7,6.5,9.80,断钻柱起钻,10,1月25日1月26日,1865.41920.0,54.6,9.8,5.57,11,1月26日1月27日,1920.02028.3,108.3,17.7,8.12,12,1月27日1月28日,2028.32138.0,109.7,20.7,5.30,13,1月28日1月29日,2138.02228.0,90.0,18.0,5.00,14,1月29日1月30日,2228.02259.0,31.0,10.7,2.90,起钻,15,1月30日1月31日,2259.02332.2,73.2,16.2,4.52,16,1月31日2月1日,2332.22348.5,16.3,5.3,3.08,断钻柱起钻,17,2月1日2月2日,2348.52492.4,143.9,11.3,12.73,18,2月2日2月3日,2492.42615.0,122.6,18.7,6.56,19,2月3日2月4日,2615.02728.0,113.0,15.2,7.43,20,2月4日2月5日,2728.02883.0,155.0,15.6,9.94,21,2月5日2月6日,2883.03002.0,119.0,12.2,9.75,空钻停止,空气钻井技术及应用,钻头选型使用情况,普光D-1井空气钻井在钻头选型上，结合地层特点和普光气田已钻井钻头使用经历，选用了川石的SH33G 、ST537GK钻头和江汉的HJT517GK钻头。空气钻井井段共使用钻头5只，其中第2只钻头和第4只钻头是由于发生断钻具事故而起钻。从各钻头整体表现来看，无论是进尺还是钻速都取得了满意效果。,空气钻井技术及应用,普光D-1井钻头使用数据,序号,钻头型号,地层,使用井段,（m）,进尺,（m）,纯钻时（h:min）,钻速（m/h）,1,SHT33G,上沙溪庙,5641340.39,776.39,72:05,10.77,2,HJT517GK,上、下沙溪庙,1340.391865.35,524.96,46:25,11.31,3,HJT517GK,下沙溪庙、千佛崖,1865.352258.98,393.63,74:45,5.27,4,ST537GK,千佛崖,2258.982348.54,89.56,20:50,4.31,5,ST537GK,千佛崖、自流井、须家河,2348.543002.0,653.46,72:50,8.98,合计/平均,上沙溪庙-须家河,5643002,2438,286:55,8.50,空气钻井技术及应用,从钻头现场使用来看，钻头磨损整体并不十分严重。川石的SH33G钻头起出后观察，绝大局部牙齿保持原有形状，属于轻度磨损。磨损相对严重的部位是钻头的外径，磨损10mm。,空气钻井技术及应用,空气钻井施工创造的普光气田纪录,钻进一样进尺用时最短，从564m钻进到3002m仅用时20天；,钻进一样进尺钻头使用数量最少，从564m钻进到3002m仅用钻头5只；,单只钻头钻进进尺创造新高，川石的SH33G钻头进尺776.39m；,单只钻头陆相地层平均机械钻速创造新高，平均机械钻速到达11.31m/h；,单只钻头钻穿自流井地层，川石的ST537GK钻头从2348.54m的千佛崖地层一直钻进3002m到须家河地层，第一次完整的穿越了自流井地层；,空气钻井技术及应用,井身质量控制,普光D-1井空气钻井钻具组合主要参考普光气田已钻井防斜打直钻井的成功经历而设计，使用大尺寸钻铤塔式防斜钻具保证井身质量。,施工中采用的钻具组合如下：,空气钻井技术及应用,空气钻井过程中，开场钻进井段坚持每100m左右进展测斜，钻进300m后每200m左右进展测斜，根据测点井斜情况调整钻压。施工井段最大井斜出现在2536.22米，测斜3.64，其余测点井斜都在3以下，且变化均匀，井身质量合格。,空气钻井技术及应用,实钻异常情况处理,进入千佛崖、自流井地层，控制空气钻井速度，遇钻时变快、气测异常等及时停钻循环处理，正常后钻进。,空气钻井钻至2657m-2661m，气测中全烃含量达3.4%- 6.1%，采取停钻循环处理措施，3小时后全烃含量低于2.7%，恢复钻进。在后续的钻井中，气测全烃含量一直在1.7%，防止了井下燃爆。,感谢支持，祝您成功！,打井空压机租售热线：成俊,谢谢观赏,