反循环空气钻井能降低井眼污染

铋　Ｉ　第１卷第｜期１９９４年１２月　石油钻井工程　

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反循环空气钻井能降低井眼污染　圭皇军（译）　趣堡芳（校）　（新疆石油管理局钻井工艺研究所）　

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在几口天然气井中．地面设备配备一台空气干燥器进行反循环空气钻井有勘于消　除地层污染．　在反循环空气钻井过程中，空气循环介质是从井眼环空注入，经钻头再从钻柱内　部返出的。　无污染钻井（ＤＦＤ）的三十首要目标是：　１　降低污染．初始敞喷产量将能准确地反映地层天然渗透率．　２　降低污染使诊断工具（温度测井，嗓声测井，泥浆（天然气组份）测井和井下电　视）能较好地监测液、气层位。　３　由于缩短和较准确地计算了滞后时问能返出大尺寸钻屑而改善了取样。　其次，通过以下优点能降低钻井成本；　１　当钻屑从钻轩反循环排出时．只需较低的空气排量。　２　由于环空话环回压的作用，减少了薄永层出水。　３　提高了大井眼的机械钻速。　自从１　９　８　５年以来，在天然气研究所（ＧＲＩ）的倡议下．Ｒ　．Ｌ，Ｇｒａｈａｍ公司　（ＲＩＧ）研究了在钻井过程中识别油、气显示问题。认为在钻井中消除或减低地层污　染．将能较好地识别油气显示，并有助于以后的完井设计中定量化。　考虑到泥浆滤液的侵蚀和滤饼粘覆井壁表面，银容易理解为什么常规泥浆钻井污　染井眼并降低井眼附近地层渗透率．而且井眼污染的条件又与从排油边界到井眼需　保持一定流量的额外压降（或正趋肤）有关。　旋转空气钻井对井眼的污染比泥浆钻井和绳式顿钻钻井的要小．但是该污染仍可　足以阻碍低压，低渗油层的产液能力。常规空气钻井能分别在钻杆环空以３　５～５　０ｍ／　ｈ　在钻铤环空以５　Ｏ～６　０ｍ／ｈ速度输送粉尘钻屑。这股粉尘钻屑漉会污染地层，或造　成　粉尘封　（血酣鸭ｏｆｆ）．即钻屑细粒法覆井壁井有可能进入地层孔隙．另外，当采　用湿气作为钻井循环介质时，也会出现“泥封”（　ｎｇ　ｏｆｆ）现象。　分析认为－“泥封”现象是两种污染地层最严重的一种，ＲＩＧ开发了一种空气干燥　器能够消除压缩空气漉中的自由水，并能防止空气钻井的　泥封”现象。尽管研究认　为使用空气干燥器能清洁井眼，但很难确定降低污染的定性值。而反循环无污染钻井　认为即能消除“粉尘封　，又能消除　泥封　现象。　在无污染钻井试验开始蹦前．需选择出比较无污染钻井和常规钻井的一些标准　为评价无污染钻井的有效性，选用以下五１、已技确认的测试试验①随钻试验　应｛．拜空气姑井托降蕾井摹污染　（ＴＷ＇Ｄ），②并下电视图片分析，⑨棵限渗透率试验，④钻屑样大小和蓐量分析。⑤钻　封参数分斩　

１　随　钻　试　验　随钻试验可能是最实用、最简单评价不同空气钻井方式对地层影响的试验。　随钻试验要求首先吹净井眼钻屑。然后停止气流循环。常规循环钻井利用钻头浮　阕阻止地层液巍进入钻轩’反循环钻井利用方钻轩考克阻止地层液漉进入钻杆．关闭　防喷器，让井眼溢出物直接从节泷管汇排出。采用孔板流量计和曲线记录仪测量并记　录并下溢出物流量。直到溢出枷漉量稳定，通常需至步ｌ　５～２　Ｏ　ｒ　。　当井内无钻柱时，需关闭防喷器全封闸板，再按上述要求通过节流管缇测量井下　溢出物流量。　ＴＷＤ有助于研究不被常规旋转钻井注意的天然气层的存在及其递减特性。这种　现象有以下三种解释；　①空气捧量和高机械钻速遮掩了少量天然气流出。　②在井壁表面发生不同形式的污染，阻制了天然气的泷出。　③在锫至设计井深之前．碳氢化台蜘流出的已递减很低水平。这些泷出物可利用　摁浆测井识别和连续监澍。虽然在充气的空井眼中．很容易测定较长的敞喷带，但是　ＴｗＤ能识别在完井计划中有潜在价值的生产层。　１．Ｊ　井下电视　井下电视（ＢＨＴｖ）是获取空气钻井眼最重要信息的仪器之一．该仪器巳被天然气　研究所（铡）改进用于监　泥盆纪天然气泥页岩。目前已被钻井行业接受和使用，能　在地面直接观察井眼特性．　该井下电视（酣Ⅳ）与配备特殊同轴电缆车一起使用。这种先进的摄像机能提供　极好的真实图象．配有深度编码器，并与一１、车载回转罗盘相联．该澍井方式通常要　和相关伽玛澍井一起使用，把信息记录在Ｖ陋录像带上．然后播故或进行计算机处　理。　在特殊方面的应用中，井下电视能控测天然气、油、水层，井描述井下基本情况。　该仪器能看见在Ａ￣ｃｈ）ａｍ盆地利用常规测井程序确认的地层小裂缝，层理面，断层　和出液层。井下电视还能确定无污染钻井前后并壁清洁度．　

２　渗透率试验　裸眼渗透率试验（　）能确定小层段地层物性。这些试验能测定储层渗透率，表　皮系数和孔晾压力值。　这些　试验是在３．３ｍ层段利用膨胀式封隔器封隔井下钻柱的氨气加压／降压　试验。该试验是天然气研究所（ＧＲＩ）的研究项目．由钻柱试验和氨气塞试验组成（最　近，ＧＲＩ将发表有关ＯＰＴ研究报告）。　对于无污染钻井．　试验是十分重要的。该试验已在三口井中证实常规钻井井　段存在井眼污染（郎：表皮系数为正）。　第１卷第　：９９｛牛１２月　石油钻井工程　钻屑取样，钻屑样是在捧出管线出口采集的。钻屑足寸瞌预示厦循环空气钻井　的有数性．从地面采集的太粒破碎岩屑表明：选用的钻头能够达到井鼹净化。　钻屑样质量能瑗示钻屑沉降和槽染问题。而这两个问题能在连续循环和较短的准　确的延迟时间条件下会大幅度降低或消除　２．１　钻井参数　在反循环空气钻井过程中，应密切观　以下几个钻井参数，因为这些参数能及时　预示该工艺试验进展好坏。其中最明显的髟响因素是机械钻速。在这些试验中．与常　规钻井有关的其它钻井参数（钻压、转速）瞄合理评价反循环钻井效率．高机械钻速　归因于有较好的清洗井眼．而低钻速归因于井眼清洗不干净。　空气循环压力和变化也是一个关心焦点．高压力表明出现节漉或堵塞，而低压力　表明空气返速高和较好的携晨能力　另外・钻井人员监控空压机捧量就能确定最佳空气注入量。空气量太大会造成环　空压力过高和地面设备磨损．空气量太小使得井眼清洗不干净．造成低钻速．钻头磨　损和堵塞问题。　３　现场试验　

在肯塔基州］Ｐｉｋｅ县，采用无污染钻井（ＤＦＩ））技术钻成了三口进，即ＣＯＯＰ一井，　ＣＯＯＰ二井和一口试验开发井（田井）　ＣＯＯＰ一井和ＣＯＯＰ二井是与　蛐盆地承包商合作完成的。在遗两口井中，　ＧＲＩ进行钻井试验是从下入　２１　９ｍ技套之后到完井电　结柬．　田井是由ＲＩＧ作为钻井承包商，ＧＲＩ把它作为一口研究井进行钻井、完井实验　的．其中利用反循环钻成５个实验井段．在每一个实验井段，成功和问题井存．不过．　设备和工艺得到了改进．　

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生Ｉｆｔ・０．１０　４　８：ｉｒａ　３．１　ＣＯＯＰ一井　首次反循环钻井实验是把　２ｌ９ｍｍ技套下入密西西比纪太石灰层璜部以后开始的。　下入套管开始实验的目的是消除可能存在的粉尘和钻屑对实验的影响．反循环钻井井段　是７８９－１～８１　４ｍ．是选用　ｌ１●．３ｎｌ＂ａ钻杆和　ｌ　６５．１ｍ钻铤钻具组合钻成的一日井径　为　２　Ｏ　０ｍｍ的井眼．　６６　ｌ樯环堂气钻井能陴瓿井雎污袋　这孜窘　霞改进了部分常规钻井诞备。在力钻杆上安装了一个考克米控翩流量，在　立晴霹・静＾　篱　：　安装ｒ少数接头和闸阎，用于实现匣循环钻井。另外，还需在兰牙转球　埒钻头中　镗一十　３】，７　５Ｔｎｍ的孔眼。　第～敬实验没有成功，钻速太低　钻头寿命短，钻篇不够大，可能是由于井眼清冼　净遛成钻屑重复研磨．然而，令人鼓舞的是不存在钻头堵塞和地面设备过度磨损问题。　将来．必须改进钻头，从而能较好的清洗钻头戳近的钻屏．第二次实验是在　泥页　中１　３　４　２．６～１　４１　９．５ｍ之间。此次实验改进了　２１　９ｍｍ钻头。首先堵死三个水眼．在钻　头中问镗了一个　３１．７５　ｚｍ的小孔，再在牙轮之间的盲水眼之间安装了短的三角形裙　板。矿大中心孔眼相信能返出较好（和较大）的钻屑，因为这样压降低．具有较高的气流　速度．堵死水眼并装上短裙板能提高钻头的清洗能力和玲即效率．　其实验结果令人鼓舞．钻屑粒度增大，并缩短了钻房逅出的滞后时阉．虽然钻井中无　明显油气显示，但井下电视观察该井眼十分清洁，证明无ｊ盼尘存在，并获得一个清晰的井　眼特性图片。　然而，机械钻速都比正循环钻井低。平均机械钻速６．８１ＴＩ／ｈ，包括接单根。而在相同　层段条件下，（据有关纪录ｊ常规钻井的机械钻速是１　８．６～２　６．３ｍ／ｈ。在实验中．被改进　的钻头、钻井参数和常规钻井的一弹　因此，将来还需提高井眼清洗能力　

４　设备改进　下一步循　空气钻井实验改善了　一井两次实验的经验和设备。第一，保证在接　单根期间钻台人盟安全Ｉ第二，缩短接单根时间，第三，提高机械钻速。　井下关心的焦点是井眼清洗能力　在原先的实验中，钻头水眼被堵死，空气流经钻头　进２＇－　３１．７　５ｎｌｍ的中心孔。此外．在钻头牙轮之间焊接了一种向下延伸的裙板，将其做　为钻头的一部分，设计的这种延仲的裙板能使空气流从环空经过钻头每个牙轮。这样，空　气演ｃ提高了井艰清洗和冷却钻头的能力．从而提高机械钻速。　在前两次实验中，接单根时问要比常规钻井长了３～｛倍。在卸掉方钻杆后，接单根　之前。只得泄掉环空气压．否则。一些钻屑、粉尘和油、气就会喷落到钻台上，这种情况既　麻烦又不安全。　解决的办法就是使用连续循环脏室装置（简称ｏ。ｃ）。这种。。ｃ装置是一个带铰链和　锁键的拼台式柱状套筒，安装在方钻杆／钻杆连接处．起密封作用，防止粉尘和钻屑跑　溢，接单根时。有一根与排污管线相连的气流管汇提供捧污路径。在方钻杆卸下以后，关　闭ｏ０ｃ装置的活瓣阀，就能防止粉尘和钻屑喷上钻台。　这种Ｏ。ｃ装置在接单根期间能保持气流连续循环，减少了既耗时又易造成井下压力　激动的泄压／增压循环次效。　另外．还附加了一根专用了无污染钻井为分离立管和方钻杆的气流管汇．　４．１　ＣＯＯＰ二井　第三次反循环钻井实验钻完了整段Ｄｅｖｅｃｉａｎ泥页岩。是从Ｂｅｔａ砂岩层以下到设计井　深，（１　０　９　３～１　３６　８ｍ）．由于改进了地面和井下设备，其钻速大幅度提高。见表２．在同一　渑页岩层段条件下，对比了（）００Ｐ一井常规钻井与ＯＯＯＰ二井反循环钻井．发现；①反循