大井眼泡沫钻井技术在川东北元坝29井的应用

吴熙 荆华

（中国石化西南石油工程公司钻井工程研究院，四川 德阳 618000）

大井眼泡沫钻井技术在川东北元坝29井的应用

吴熙 荆华

（中国石化西南石油工程公司钻井工程研究院，四川 德阳 618000）

川东北元坝地区的井位井眼尺寸大（∅660.4mm），环空间距大，地层可钻性差，出水量多，井眼清洁难度高。如果使用常规钻井，钻井周期长，成本高。空气钻井虽然可以解决以上部分问题，但是由于井眼尺寸过大，携砂净化井眼能力不足。更为致命的问题是川东北地区地层水较丰富，导管、第一次开钻都会钻遇水层，导致空气钻井难以实施。提出用雾化泡沫钻井方式应对川东北元坝地区的上述难题，介绍了泡沫钻井的工艺特点并进行现场实验、应用，这将进一步提高川东北元坝地区复杂地层的钻井效率。

泡沫钻井 欠平衡 提速 四川东北 大井眼

0 引言

泡沫钻井是一种新的、用于对付特殊自然地理环境和复杂地质条件的钻井技术。与常规钻井液钻井相比，泡沫钻井由于较低的泡沫密度，有防止或减少地层漏失、避免钻井液对油气层的污染的作用，负压的钻井状态可增加勘探开发的准确性和可靠性，较低的泡沫密度使之对井底岩石的压持效应大大减少，极有利于岩石的有效破碎，从而使机械钻速大幅度提高［1-2］。自从泡沫钻井技术在川东北地区应用以来，井眼清洁是一直困扰的问题，特别是∅444.5mm以上尺寸的井眼，井眼环空大，岩屑掉块多，甚至有些井地层出水量高达30m3／h。中国石化西南石油工程公司钻井工程研究院通过改进泡沫钻井工艺，增强了泡沫体系的携砂携水能力，保证了第一次开钻700m左右干法固井作业的顺利进行。

1 元坝地区地质特征及钻井现状

1.1 地质特征

根据元坝地区几口已完钻井的实钻资料和地震地层预测结果（表1），四川盆地川中低缓构造带北斜坡元坝区块地层压力低，浅部地层水发育。

1.2 钻井现状

元坝29井是四川盆地川东北元坝低缓构造带西部的一口预探井，钻井中不可预见的因素较多，实钻中地质情况可能与预计有一定差别，存在易漏、易塌、易斜等复杂情况，特别是该井上部地层不稳

定，易漏、易坍塌、易出水。

表1 元坝29井地质预测表

如果用钻井液钻井，主要存在机械钻速低、严重井漏等复杂情况及建井周期长的问题。例如元坝1井钻至井深24.87m开始出现渗漏现象，井漏情况逐步加剧，至30.74m时发生失返性漏失，停钻进行堵漏，共漏失钻井液113.12m3。如果使用气体钻井，主要存在地层出水的问题，制约了空气钻井的实施。

2 泡沫钻井技术

泡沫钻井就是在压缩空气中注入一定量的泡沫剂溶液，使介质在循环中产生大量的稳定泡沫，发挥稀释、减阻、增浮、降压和润滑的多种作用，以进一步扩大空气钻井技术对地质条件的应变能力，提高钻井效能。其基液一般是由水、烧碱、发泡剂和稳泡剂按一定比例配制而成，气体一般选择空气。泡沫在压力较高情况下性能稳定，不易破坏，并具有密度低、失水量小、黏度高、携岩效果好等特点，所以广泛地用于低压、易漏失地层的钻井、完井、修井和油气井增产措施中。

泡沫钻井是用极易压缩的泡沫液取代了常规循环钻井液，泡沫液起到了钻井液的大部分作用，例如冷却钻头和清洗井眼。泡沫钻井可应用在特定的岩性和孔隙压力条件下，尽管需要额外的设备，但利用这项技术可以显著地缩短钻井周期而获得低的钻井成本。

泡沫钻井与常规钻井液钻井相比，具有如下特点：①提高机械钻速。众所周知，压差对钻速的影响极大，而空气／泡沫的密度低，井内液柱压力达到最低值，使井底形成一个较大的负压，钻头在负压下使岩石旋转爆裂、破碎，从而最大限度地提高地层的可钻性。②用空气钻开地层，井壁不易坍塌。国内外研究表明，地层坍塌压力随着钻井液的性能不同，数据变化较大，而用空气和泡沫钻井由于不存在失水或失水极少，减少了井壁水敏坍塌的可能性。③延长钻头使用寿命。在井底钻头处，空气泡沫返速比常规钻井液快得多，且由于井底呈负压状态，钻屑几乎没有压持效应，从而延长了钻头牙齿的使用寿命。

3 元坝29井泡沫钻井技术实验

3.1 井身结构及钻井方式

元坝29井井身结构及钻井方式如表2所示。

表2 元坝29井井身结构及钻井方式表

3.2 泡沫配方

元坝29井井眼大，地层出水量大，泡沫必须满足以下要求：①较大的发泡体积。在井眼容积一定时，泡沫分散度越高，泡沫体积越大，泡沫液注入量越小，泡沫材料耗量越少，钻屑在井眼内滞留的时间越短，井眼越容易被清洁［3］。②泡沫稳定性强，能在长时间的循环和高温条件下性能稳定。③抗污染能力强，与地层流体及入井液配伍性好，化学剂性能稳定。④凝固点低，具有生物降解能力，毒性小。因此，元坝29井优选泡沫配方为：

清水＋烧碱（NaOH）＋发泡剂（WD－18）＋稳泡剂（HWP）＋HV－CMC＋抑制剂（KCL）

3.3 钻具组合

元坝29井泡沫钻井的钻头选型与常规钻井钻头选型一致，不进行特别考虑，选用26ST525CG钻头，但不装喷嘴。钻具组合如下：

∅660.4mm钻头×0.73m（26ST525CG，∅40×3）＋浮阀×0.8m＋接头×0.48m＋∅279.4mm钻铤×

28.28m＋接头×0.56m＋旁通阀×0.52m＋∅228.6 mm钻铤×46.59m＋接头×0.51m＋∅203.2mm无磁钻铤（加测斜挡板）×9.15m+∅203.2mm钻铤× 53.26m＋接头×0.5m＋∅177.8mm钻铤×26.68 m＋接头×0.5m＋∅139.7mmG105斜坡钻杆＋回压凡尔×0.43m＋∅139.7mmG105斜坡钻杆＋方保× 0.47m＋下旋塞×0.4m＋∅152.4mm六棱方钻杆（建议加减震器）。

3.4 工艺流程

以空气为工作对象，用空压机对空气先进行初级加压，然后经过增压机增压将高压气体通过立管三通进入钻具，使用泥浆泵泵入泡沫基液，在立管处泵入基液开始与空气混合，在钻具内形成泡沫，泡沫通过钻头时对钻头进行冷却，并在环空完成携带岩屑的任务，再通过井口的环形防喷器的侧出口，泡沫和钻屑进入排砂管线，最后到破泡池，泡沫自然破泡后基液回收到上水池进行再利用。

3.5 应用效果

3.5.1 作业过程

元坝29井井眼为∅660.4mm，属于特大井眼，环空间距大，井眼清洁难度高。从井深34.60m处开始空气钻井，钻进至55.17m排砂口返出岩屑减少，录井取砂样口岩屑潮湿，立压从1.47MPa上升到1.56MPa，排砂口返出岩屑呈稀泥糊状且有水滴，增加注气量（240m3／min逐步上调至300m3／min）依然无法烘干井壁，于是结束空气钻井，准备转换为泡沫钻井。起钻后钻铤及钻头位置黏附有大量稀泥糊。

泡沫钻井从55.17m开始，井段为55.17～707 m，地层为剑门关组（岩性为棕红色泥岩与灰白色岩屑长石石英砂岩）、蓬莱镇组（岩性为棕灰、棕红色泥岩与棕灰、紫灰色长石岩屑砂岩）。空气排量为180～200m3／min，泥浆泵排量为12～15L／s，安全顺利钻至固井井深707m，中途短起下钻无阻卡现象并且顺利下套管到井底；泡沫钻井总进尺为672.8 m，纯钻时间为104.59h，平均机械钻速为6.43m／h，大大缩短了钻井周期，至少比常规钻井节约了钻井周期40d左右。

3.5.2 效果对比

元坝地区邻井效果对比如表3所示。

表3 元坝地区邻井效果对比表

4 结论

1）空气泡沫钻井工艺技术能够解决在地层不坍塌、地层出水量小和地层无天然气的井漏井段的正常钻井问题，并且保证了井下安全，钻井速度快，节省了钻井综合成本。

2）当泡沫遇到盐水、油气、电解质、防泡剂、消泡剂等外加材料且外界温度压力变化时，其稳定性也会发生较大的变化，这就需要一定量的稳泡剂，但是稳泡剂的加入量一定要准确，不然泡沫半衰期过长的话，随之而来的问题就是泡沫从井口返到地面污水池后，在空气泡沫钻井期间不破裂，不消泡，大量堆积，不能及时变成泡沫液，不利于回收。因此，空气泡沫钻井时，技术人员一定要随时观察泡沫出口，根据井深和上返时间，合理控制半衰期，随井深的增加，改变泡沫配方。

3）空气钻井井眼尺寸越大，空气钻井需求的空气量也就越大，所以在∅660.4mm井眼的纯空气钻井，要保证正常钻井则需要260～360m3／min以上的空气设备，这就给空气设备和现场作业场地的准备工作带来了一定难度，也大大增加了空气钻井的直接成本。因此，在大井眼纯空气钻井实施困难时，建议采用空气泡沫钻井工艺技术。而空气泡沫钻井的空气需求量是纯空气气量的1／2左右，这样可以大大减少空气设备的投入。

［1］William C.Lyons.Air and Gas Drilling Manual［M］.Mc⁃Graw-Hill Professional，2 edition，December 7,2000.

［2］周英操，王广新，赵德云，等.充气钻井技术在大庆油田的应用［J］.探矿工程，2006（9）：51-54.

［3］余晟，李黔，康雪林，等.充气欠平衡钻井环空气液固三相流动力学分析［J］.钻采工艺，2007,30（2）：31-33.

（编辑：李臻）

B

2095-1132（2014）04-0037-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.011

修订回稿日期：2014－07－14

吴熙（1982－），工程师，从事欠平衡钻井技术服务工作。E-mail：281592@qq.com。