充氮气欠平衡钻完井技术研究与应用

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摘要： 充氮气欠平衡钻井防漏技术适应于低压低渗透储层和开发后期压力枯竭储层、不同压力体系的储层、裂缝油气藏或是曾经发生钻井液只进不返大漏地层和压差卡钻等需要钻穿复杂层的地区。充氮气欠平衡钻完井目前主要应用于低压、低饱和、低渗透率油层（油气藏），采用此技术可以有效的解决钻井过程中的恶性井漏，压差卡钻、钻井速度慢等技术性难题，能在钻进油气层井段时，及时做到保护油气层，提高油井单井产量具有显著效果，并可提高机械转速5～10倍；目前该技术广泛应用于油气钻井作业当中，具有很大的发展前景。

关键词： 充氮气；欠平衡；冻胶阀；完井

中图分类号：TE249 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0116-02

1 井口设备

氮气欠平衡钻井需要专门的井控设备和循环设备，建立正常的循环，及时排除岩屑、控制井口压力、旋转分流、以及流体处理等多项功能，以保证安全、高效、快速钻井。主要设备有：井控设备、供氮气系统、内防喷设备、地面管汇及附属设备等设备。

2 井身结构优化

我们针对氮气钻井问题，不难看出欠平衡的井段主要是在油气层段，因此我们需要从以下三个方面对井身结构进行优化，一是要充分保证气体钻井施工安全，为了能够安全钻井，就需要将技术套管下至油层顶部；二是气体钻井成本问题；三是后期油气开采的安全问题，一般氮气钻井不采用固完井，因此我们在进行钻井的时候需要避开水层，这样能够降低钻穿水层的危险。因此，在实施氮气钻井时采用二层套管的井身结构，即？准177.8mm的技套下至油气层顶部，然后用？准152.4mm的钻头三开进行气体钻井，钻至设计后就根据现场出油的情况及邻井储层底水分布情况，在继续加深或者提前完井。

3 充氮气钻井注入参数和钻井参数优化

主要考虑携带岩屑要求。因此就需要我们在钻井过程中对钻井参数和注入参数进行优化，一方面满足携带要求，另一方面也能对氮气注入量进行成本控制。目前，由于欠平衡钻井注入的参数优化和模拟方面的软件已经较为成熟，因此利用软件进行现场的钻井模式，这样得到的各项参数的优化也是最基本、最合理的方法。建议选用了HUBS进行参数优化。

4 油气层充氮气欠平衡完井技术

为了及时有效的保护油气层，在无不压井起下钻装置或套管阀的条件下为了避免钻井全过程出现的欠平衡情况，就需要在起下井内管串的时候使井筒内的压力与地层压力平衡，使地层流体在作业过程中不再进入井筒。在此我们用原油与冻胶封隔井筒技术。

4.1 冻胶阀完井原理 利用在钻井自产原油不会对本井储层造成污染的特点，采用该井自产原油平衡井底压力后，在没有不压井起下钻装置和套管阀的条件下进行起下钻、下筛管和下油管等钻井完井作业。省去不压井起下钻装置或套管阀，达到降低氮气钻井成本的目的。

4.2 施工工艺 氮气钻井起下钻或钻完进尺起钻至套管内静止观察，等待原油上返至钻头处注入冻胶100～200m上提钻具100注入设计好的重浆静止观察1个作业周期循环重浆2周起下钻或下筛管等作业。为使施工安全，施工作业时，重浆顶部应在井口处，以利于重浆循环。

5 现场应用及效果分析

5.1 施工概况 XX井采用？准375mm钻头常规钻井一开，钻至井深410m下入？准273mm表层套管固井。用？准241mm钻头二开，钻至井深2300m，下入？准177.8mm技术套管使用低密高强水泥浆固井，水泥反至地面。随后进行了三开氮气钻井的设备到位、安装、调试等，使用？准152.4mm钻头开始进行三开氮气欠平衡钻井试验，顺利钻至井深2460m，整个欠平衡段长160m。

自2300m三开氮气钻进，钻压40KN，转速65rpm，注气排量50m3/min左右，立压4MPa。顺利钻至井深2310m排砂口返出天然气，自动点火成功，火焰呈蓝色、橘红色，火焰高达3.5m；继续钻进至井深2360m，不压井起钻至井深2272m进行第一次环空中途测试。钻至井深2375m火焰顶部出现浓烈的黑烟，判断地层出油；随着井深增加火焰不断增高，最高可达25-30m；钻至井深2460m完钻。

5.2 完井情况 完井组合如下：油管串结构：73mm油管接头（带内倒角）+73mm×1根油管+单向定压阀+73mm×1根油管+至过短接+73mm油管+悬挂头，下深2298.06m。

悬挂头坐封后，试压8min，套压1.8MPa，确定密封后拆卸油管头以上井口装置、安装完采气树，接好氮气车管线进行憋压：压力升至5.25MPa时，憋通单向定压阀，压力降至3MPa后稳压，油管头出口管线火焰逐步出现较浓的黑烟。

6 结论及建议

①本井利用充氮气欠平衡钻进目的层，成功地实现了全过程气体欠平衡钻井及完井工艺技术，准确及时的发现油气层产能。为今后的开发部署提供准确的依据；②三开？准152.4mm井眼氮气欠平衡钻井平均机械钻速11.88m/h，是该井二开？准241mm平均机械钻速的7倍以上。③在完井过程中，由于原油浸泡裸眼段时间较长，井壁出现部分坍塌，后期采用气体循环划眼，划眼时间长，由于采用注入氮气划眼，成本耗费大，如何解决地层出油后，缩短完井周期，将是下一步需解决的问题。

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