双壁钻杆气举穿漏技术在京津冀地热钻井中的应用

摘 要：京津冀地热井市场效益高、前景广，但钻井难点突出，易恶性漏失，造成井眼轨迹失控、卡钻等复杂和故障。双壁钻杆气举穿漏技术是一种利用双壁钻杆的注空气正循环欠平衡钻井新技术，能够有效解决地热钻井漏失状态下的携岩、测斜、打塞等问题。

关键词：地热井;双壁钻杆;漏失;轨迹控制;气举穿漏

1 京津冀地热钻井概述

1.1 京津冀地热概况

地热能源作为一种可再生能源，清洁、环保，经济效益巨大，开发前景十分广阔。京津冀地区是我国中低温地热田集中分布的地区，也是我国地热开发的重点地区。20世纪70年代，我国地热资源开发利用的第一个春天--“天津地热会战”，开始于京津冀地区。京津冀地热开发总体呈现“储量大、前景广，污染小、效益高，投入低、难度大”的特点，且具有水量大、水温高、易回灌、效益好等優点，按国家《地热能开发利用“十三五”规划》预计，2020年京津冀地区地热能年利用量将达到约2000万t标准煤。现在，伴随雾霾治理、应对气候变化等工作，在国家清晰的顶层设计下，京津冀地区地热资源开发利用正迎来第二个春天。

1.2 地热井钻井难点

较石油天然气钻井，地热钻井的投入偏低，行业规范化不足，钻井施工难点未能得到有效重视与解决，很大程度上影响了效益的产出与技术进步。近年来在京津冀地区进行了多轮次的开发，开发过程中出现了多起钻井复杂和故障。据统计，仅2017-2018年在雄安新区就有6口井在蓟县系雾迷山组发生失返性漏失，引起4次上部地层垮塌埋钻事故，导致其中3口井原井眼报废而填井侧钻，1口井提前完钻。

京津冀地区具有良好的基岩岩溶热储层，从钻井工程角度，京津冀地热钻井过程中主要面临的难题主要表现在：地层漏失及漏失情况下的井身质量控制问题。

钻遇岩溶热储层大概率发生井漏，影响钻井作业。一旦发生漏失，只能强钻盲打，MWD定向仪器无信号，导致轨迹失控、扭矩倍增，同时因清水强钻加上返速不够，极易发生掉块卡钻或钻具故障。

2 双壁钻具气举穿漏技术

双壁钻杆气举穿漏技术，是通过双壁钻杆及井下气举阀在上部井段注入空气，将上部井眼环空钻井液举升，降低井筒ECD（环空循环当量密度），使其略小于地层漏失压力，建立循环满足钻进携岩的要求，同时降低漏失、实现易漏地层穿越的钻井新技术。该技术利用充气形成欠平衡压力状态，有利于保护热储层，同时降低钻井液液柱压力，利于提高机械钻速。

3 双壁钻杆气举穿漏技术现场应用

3.1 阿尔卡迪亚1井概况

阿尔卡迪亚1井是一口部署在河北霸州的基岩地热井，设计井深3932.72m，水泥塞位置为2297.50m。前期钻井难题主要包括：

①2210m以下白云岩、灰岩地层发生失返性恶性漏失，井眼环空液面-172m，无法建立循环;

②施工需要定向侧钻，但是无法建立循环情况下，常规MWD无信号，无法使用。

针对以上难题，制定了双壁钻杆气举穿漏技术方案，主要解决以下两个问题：

①井漏：建立钻井液（清水）循环，满足钻井携带岩屑要求，减少井下摩阻、减少井下复杂发生，保障钻井过程中施工安全;

②测斜：调节气举穿漏钻井工艺参数，保持稳定循环，满足失返漏失井常规MWD测斜要求。

3.2 阿尔卡迪亚1井应用情况

该井应用过程主要分为以下阶段：

3.2.1 安装调试阶段

对气举工艺进行了调试，气举前对井内液位进行重新测量为-172m。在不使用注气系统、单独开钻井泵情况下，地层漏失严重不返浆，MWD无信号。充气后返浆、排气正常，实现建立循环、MWD有稳定、可解码的信号。

3.2.2 钻进阶段

配钻具下钻到底，首先开泵顶通水眼，在不充气的情况下，测试MWD没有信号，充气后，可以建立稳定的循环，漏失较小，同时MWD恢复信号，解码正常。开始定向侧钻，进尺4.9m，返出地层岩屑逐渐增多。有效进尺达到32.79m后，因水泥塞段塞，侧钻后不断出现放空，侧钻失败。

3.2.3 气举打塞阶段

针对漏失严重的情况下打水泥塞困难的情况，制定了“双壁钻杆充气举打水泥塞施工方案”，下入双壁钻杆440m，注气量30m3/min，排量12.18L/s时，为负压状态，10min上涨3cm，计算井底负压0.61MPa。注气压力3.1MPa下降并稳定在2.6MPa，满足负压打水泥塞施工条件。打完塞后，采用15.88L/s的排量顶替，16min后上提一个单根，开始气举候凝。候凝8h，过程中保持排量15L/s、液面基本稳定，完成气举打塞候凝作业，为二次侧钻作业打下了基础。

4 结论与认识

①双壁钻杆气举穿漏钻井技术可以有效减少失返型恶性漏失的发生，实现了钻井液正常排量循环建立，满足钻井携岩要求，减少井下复杂的发生;

②该技术不仅可以有效解决漏失难题，而且实现了在气液分注的工艺条件下，在不堵漏的情况下，满足漏失井轨迹控制、打水泥塞的要求。

③双壁钻杆气举穿漏技术应用取得了初步成功，建议针对不同类型区块（如地热井、常低压易漏井）等继续开展先导试验，进一步完善和改进工艺参数、装备配套及流程等。

参考文献：

[1]李永和.双壁钻杆低压钻井工艺技术[J].石油钻探技术，2007.3.

作者简介：

张彦超（1984- ），男，汉族，山东郓城人，毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，本科，工程师，现从事钻井工程管理工作。