尹 建 周長(zhǎng)虹 李 剛

1. 中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2. 低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

0 引言

氮?dú)忏@井是以氮?dú)庾鳛殂@井循環(huán)介質(zhì)的一種欠平衡鉆井方式，由于氮?dú)饷芏冗h(yuǎn)低于泥漿密度，能夠有效避免外來(lái)流體對(duì)儲(chǔ)層的污染，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層，最大限度地獲得儲(chǔ)層的原始產(chǎn)能，因此氮?dú)忏@井技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氣井獲產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的有效手段[1-7]。國(guó)外自1990年開(kāi)始，就將該技術(shù)大量應(yīng)用于低滲、致密油氣藏等難動(dòng)用油氣資源的開(kāi)發(fā)，并拓展到擴(kuò)大勘探發(fā)現(xiàn)率、提高氣井產(chǎn)能和氣藏采收率。目前氮?dú)忏@井成為主流鉆井技術(shù)中的重要組成部分，氮?dú)忏@井的年最高進(jìn)尺占年總鉆井進(jìn)尺的30%[8-9]。盡管我國(guó)低滲、致密油氣藏資源豐富，但普遍埋藏較深、地質(zhì)條件復(fù)雜、開(kāi)發(fā)難度較大[10-13]。為有效開(kāi)發(fā)這些難動(dòng)用油氣資源，國(guó)內(nèi)自2005年，吐哈油田紅臺(tái)2-15井開(kāi)始進(jìn)行儲(chǔ)層氮?dú)忏@井的研究與應(yīng)用[14]。歷經(jīng)10余年的持續(xù)研究與攻關(guān)，已逐步完善形成了一系列儲(chǔ)層氮?dú)忏@井與完井配套技術(shù)和裝備，目前已在四川、新疆地區(qū)多個(gè)低滲油氣藏完成了氮?dú)忏@井與完井技術(shù)應(yīng)用，并取得了良好效果[14-16]。

1 儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)

氮?dú)忏@井的工藝流程為[17-19]：首先將氮?dú)庠鰤汉笸ㄟ^(guò)立管三通注入鉆具，氮?dú)馔ㄟ^(guò)鉆頭時(shí)會(huì)對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻，同時(shí)完成攜帶巖屑的任務(wù)，然后氮?dú)夂蛶r屑通過(guò)井中進(jìn)入排砂管線，排砂管線上安裝一個(gè)巖屑取樣器便于取樣，最后到巖屑池，在排砂管線末端設(shè)置長(zhǎng)明火用于氣體檢測(cè)（圖1）。

圖1 儲(chǔ)層氮?dú)忏@井工藝流程示意圖

為有效保障氮?dú)忏@井的順利實(shí)施，形成了較為完善的儲(chǔ)層氮?dú)忏@井工藝和配套裝備，擁有8項(xiàng)特色技術(shù)。

1.1 地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)

建立了地質(zhì)目標(biāo)層氮?dú)忏@井可行性、安全性評(píng)估手段，形成了一套用于氣體鉆井選區(qū)、選層、選井的地質(zhì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)[20]。

1.1.1 地層油氣水分布評(píng)價(jià)

包括地質(zhì)水文資料分析、利用測(cè)井資料預(yù)測(cè)油氣水層，及間接定量，通過(guò)鄰井的鉆井、測(cè)試等資料來(lái)作分析。

1.1.2 井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)

利用泥漿鉆井條件下的測(cè)井資料，通過(guò)去水化反演技術(shù)獲得氣體鉆井條件下井周巖石力學(xué)參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)價(jià)氣體鉆井井壁穩(wěn)定性。

1.1.3 儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)

儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)可以量化常規(guī)鉆井、欠平衡鉆井方式對(duì)儲(chǔ)層造成的影響，分為液相鉆井條件下的固液相傷害、完井投產(chǎn)過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害及產(chǎn)能恢復(fù)程度、應(yīng)力敏感性評(píng)價(jià)。

1.1.4 安全性評(píng)價(jià)技術(shù)

安全性評(píng)價(jià)技術(shù)通過(guò)計(jì)算套管強(qiáng)度以及鉆具上頂力來(lái)判斷能否開(kāi)展氮?dú)忏@井，套管強(qiáng)度校核是對(duì)氣體鉆井上一層套管抗外擠強(qiáng)度按全掏空進(jìn)行校核，計(jì)算抗外擠安全系數(shù)不小于1.0則滿足氮?dú)忏@井需求；鉆具上頂風(fēng)險(xiǎn)分析考慮極限條件下、儲(chǔ)層鉆遇高產(chǎn)油氣時(shí)產(chǎn)生的最大上頂力，若小于鉆具總重量，則可實(shí)施氮?dú)忏@井，若大于鉆具總重量，則無(wú)法開(kāi)展氮?dú)忏@井。

1.1.5 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

經(jīng)濟(jì)性評(píng)估是根據(jù)作業(yè)目的、內(nèi)容以及評(píng)估的方式不同，評(píng)估應(yīng)用氣體鉆井產(chǎn)生的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益與氣體鉆井成本的大小關(guān)系，總體原則是應(yīng)用氣體鉆井產(chǎn)生的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益大于氣體鉆井成本。其中，若以提速治漏為目的，那么主要考慮應(yīng)用氣體鉆井節(jié)約鉆井周期和節(jié)省泥漿帶來(lái)的預(yù)期效果；而以儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)為目的，則主要考慮應(yīng)用氣體鉆井提升單井產(chǎn)量帶來(lái)的預(yù)期效果。

1.2 鉆井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

從目的層地層壓力系數(shù)和地層流體物性出發(fā)，對(duì)井身結(jié)構(gòu)、鉆井方式、鉆井參數(shù)、地面裝備配置、鉆井安全等內(nèi)容進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了較為完善的儲(chǔ)層氮?dú)忏@井參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。

1.3 井斜控制技術(shù)

采用EM-MWD（Electromagnetic Wave-Measure While Drilling，縮寫為“EM-MWD”，意為無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器，或無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)）隨鉆監(jiān)測(cè)井斜、方位，實(shí)時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)、優(yōu)化鉆具組合，實(shí)現(xiàn)氮?dú)忏@水平井段、大斜度井段井斜的有效控制。其中增斜組合為鉆頭 + 彎螺桿 + 常閉式回壓閥2只 + 定向接頭 + 無(wú)磁鉆鋌 + 鉆鋌 + 斜坡鉆桿；穩(wěn)斜組合為鉆頭 + 扶正器 + 常閉式回壓閥2只 + 無(wú)磁鉆鋌×1根 + 測(cè)量總成懸掛短節(jié) + 扶正器 + 斜坡鉆桿 + 發(fā)射總成懸掛短節(jié) + 絕緣短接 + 斜坡鉆桿。

1.4 一體化集中監(jiān)控技術(shù)

一體化集中監(jiān)控技術(shù)集出口返出流體監(jiān)測(cè)、地面設(shè)備監(jiān)控為一體，為氮?dú)獍踩@進(jìn)提供保障?？蓪?duì)返出流體中可燃?xì)怏w、硫化氫、濕度、鉆井參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，同時(shí)可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程緊急關(guān)斷。

1.5 氮?dú)忏@井井控技術(shù)

以實(shí)施積極井控為理念，從提高發(fā)現(xiàn)油氣顯示快速關(guān)井、放噴的角度出發(fā)，建立了一套以監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)、崗位分工、關(guān)井程序、遠(yuǎn)程關(guān)斷等為主的井控制度和規(guī)范，為儲(chǔ)層氮?dú)獍踩@井提供保障。氮?dú)忏@井井控技術(shù)是一種有效的地層流體返出監(jiān)測(cè)技術(shù)，有迅速的井口控制程序：“發(fā)、停、開(kāi)—關(guān)、提、關(guān)、看”，具體井口控制程序如下。

①發(fā)：發(fā)出信號(hào)；

②停：停轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)（氣體鉆井操作人員觀察并記錄注氣壓力變化，并根據(jù)注入壓力調(diào)節(jié)泄壓撬體針閥開(kāi)度或停止注氣）；

③開(kāi)—關(guān)：開(kāi)啟液動(dòng)平板閥，關(guān)閉環(huán)形防噴器；

完成以上動(dòng)作后，迅速報(bào)告值班干部，確認(rèn)安全的條件下再執(zhí)行下步動(dòng)作。

④提：上提方鉆桿（頂驅(qū)上提鉆具調(diào)整接頭位置）；

⑤關(guān)：關(guān)閉半封閘板防噴器；

⑥看：觀察、記錄立管和套管壓力，并向隊(duì)長(zhǎng)或鉆井工程師（技術(shù)員）及鉆井監(jiān)督、安全監(jiān)督報(bào)告。

1.6 不壓井起下鉆技術(shù)

不壓井起下鉆技術(shù)是配套了不壓井起下鉆裝置，以不同地層產(chǎn)氣量、套壓為依據(jù)的安全施工技術(shù)，該技術(shù)為后期完井方式及工藝的選擇提供技術(shù)支撐，分為無(wú)套壓和有套壓兩種情形，在無(wú)套壓時(shí)，防噴器配合旋轉(zhuǎn)控制膠芯不壓井起下鉆；在有套壓時(shí)，綜合鉆具上頂力大小，配合使用不壓井起下鉆裝置處理。

1.7 氮?dú)忏@儲(chǔ)層完井技術(shù)

為避免氮?dú)忏@井結(jié)束后轉(zhuǎn)換泥漿污染地層，形成了裸眼下篩管完井及油鉆桿完井技術(shù)。裸眼下篩管完井采用篩管 + 定壓接頭，已在大塔場(chǎng)構(gòu)造規(guī)模使用，而油鉆桿完井技術(shù)采用投球蹩通旁通閥或帶壓射孔，可以在地層壓力近90 MPa、氣產(chǎn)量高達(dá)100×104m3/d的情況下安全實(shí)施。

1.8 井下復(fù)雜處理技術(shù)

針對(duì)儲(chǔ)層氮?dú)忏@井可能出現(xiàn)的鉆遇油層攜砂困難等問(wèn)題，發(fā)展完善了油分散泡沫體系，形成了氮?dú)忏@儲(chǔ)層防堵卡工藝技術(shù)及油層攜砂工藝技術(shù)，為儲(chǔ)層氮?dú)忏@井的安全實(shí)施提供技術(shù)支撐。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

近年來(lái)，中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司氣體鉆井在川渝大塔場(chǎng)、荷包場(chǎng)、廣安地區(qū)、新疆塔里木、青海柴達(dá)木以及吉林英臺(tái)等區(qū)塊，實(shí)施儲(chǔ)層氮?dú)忏@井80余井，有效提高了單井測(cè)試產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了難動(dòng)用油氣藏的效益開(kāi)發(fā)（表1）。

表1 川慶鉆探公司氣體鉆井實(shí)施氮?dú)忏@井施工統(tǒng)計(jì)表

2.1 塔里木高壓低滲敏感性儲(chǔ)層獲得突破

新疆塔里木迪西構(gòu)造侏羅系阿合組儲(chǔ)層埋深4 708～5 000 m，屬高壓、低孔、低滲、致密砂巖儲(chǔ)層（地層壓力85 MPa、地層壓力系數(shù)1.78、平均孔隙度5.2%，平均滲透率0.69 mD）。該地區(qū)在1998年之前常規(guī)鉆井5口，改造后的測(cè)試產(chǎn)氣量最高為14.14×104m3/d（依南2井），因產(chǎn)量低使得該區(qū)塊沉寂多年。為避免儲(chǔ)層液相傷害、獲取地層原始產(chǎn)能，2011年實(shí)施4井次的氮?dú)忏@井作業(yè)，取得重大勘探突破。

迪西1井在阿合組第四次開(kāi)鉆215.9 mm井眼4 708.50～4 811.38 m井段、第五次開(kāi)鉆149.2 mm井眼4 880.10～5 000.00 m井段開(kāi)展了氮?dú)忏@井作業(yè)，前一井段獲測(cè)試產(chǎn)氣量57.19×104m3/d、產(chǎn)油量58.3 m3/d，后一井段獲測(cè)試產(chǎn)氣量24.11×104m3/d、產(chǎn)油量42.5 m3/d，這兩個(gè)井段共獲測(cè)試產(chǎn)氣量81.30×104m3/d、產(chǎn)油量 100.8 m3/d（表 2），由于環(huán)空帶壓被迫轉(zhuǎn)換成鉆井液完井，在鉆井液壓井酸化改造后，這兩個(gè)井段的測(cè)試產(chǎn)氣量12×104m3/d、產(chǎn)油量7.5 m3/d，同比分別下降85%、93%。

表2 迪西1井和迪北104井氮?dú)忏@井統(tǒng)計(jì)表

迪北104井在阿合組168.3 mm井眼4 768.00～4 794.81 m儲(chǔ)層段采用氮?dú)忏@井獲得高產(chǎn)，測(cè)試產(chǎn)氣量48.00×104m3/d，產(chǎn)油量48.0 m3/d，并首次采用油鉆桿完井，實(shí)現(xiàn)了高壓高產(chǎn)井全過(guò)程欠平衡氮?dú)忏@完井（表2）。

2.2 大塔場(chǎng)低壓低滲儲(chǔ)層效益開(kāi)發(fā)

四川大塔構(gòu)造沙一段儲(chǔ)層埋深1 400～1 500 m，屬低壓、低滲儲(chǔ)層（地層壓力系數(shù)0.90、孔隙度5%～13%、滲透率0.1～1.5 mD），常規(guī)鉆井獲產(chǎn)低（單井測(cè)試產(chǎn)氣量低于0.5×104m3/d），經(jīng)濟(jì)效益差（表 3）。

表3 大塔區(qū)塊常規(guī)鉆井獲產(chǎn)情況表

為保護(hù)和提高儲(chǔ)層產(chǎn)量，該構(gòu)造大斜度井應(yīng)用氮?dú)忏@井與完井技術(shù)，在大斜度井段采用氮?dú)忏@進(jìn)，使用雙扶正器 + PDC鉆頭的穩(wěn)斜鉆具組合，有效延長(zhǎng)儲(chǔ)層砂體暴露井段，氮?dú)忏@完儲(chǔ)層段并預(yù)留20 m口袋后，采用不壓井裸眼下篩管完井投產(chǎn)。

該技術(shù)應(yīng)用顯著成效，2009年至今，該構(gòu)造已完成30余口氮?dú)忏@大斜度井，部分井獲氣情況如表4所示，單井測(cè)試產(chǎn)氣量介于0.99～11.05×104m3/d，平均測(cè)試產(chǎn)量為常規(guī)鉆井的6倍以上。目前氮?dú)忏@井與完井技術(shù)已成為大塔場(chǎng)構(gòu)造開(kāi)發(fā)的必用技術(shù)。

表4 近年大塔區(qū)塊氮?dú)忏@完井獲產(chǎn)情況表

3 結(jié)論與建議

1）研究并試驗(yàn)了儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)，擁有了地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)、鉆井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、井斜控制技術(shù)、一體化集中監(jiān)控技術(shù)等8項(xiàng)特色技術(shù)。

2）2005年以來(lái)實(shí)施儲(chǔ)層氮?dú)忏@井80余井，有效提高了單井產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了難動(dòng)用油氣藏的效益開(kāi)發(fā)。

3）目前受多種因素的影響和制約，儲(chǔ)層氮?dú)忏@井技術(shù)的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)小于常規(guī)泥漿鉆井。因此，還需要進(jìn)一步開(kāi)展氮?dú)忏@井工藝、裝備的研究，重點(diǎn)解決在進(jìn)行氮?dú)忏@井時(shí)鉆遇地層出油氣的攜砂和地面處理問(wèn)題，充分發(fā)揮氮?dú)忏@井在保護(hù)儲(chǔ)層方面的優(yōu)勢(shì)。