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九龍山某井氣體鉆井技術(shù)及事故處理實(shí)踐

文檔作者：鄧昌松，練章華，鄭建翔，林鐵軍，王磊文檔來源：西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室			點(diǎn) 擊數(shù)：
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2011年第38卷第10期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 23
九龍山某井氣體鉆井技術(shù)及事故處理實(shí)踐
鄧昌松，練章華，鄭建翔，林鐵軍，王 磊
(西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500)
摘要：九龍山地區(qū)上部地層存在井漏、垮塌的可能，中部地層研磨性強(qiáng)、可鉆性極差，下部地層存在多產(chǎn)層多壓力
系統(tǒng)并可能會(huì)鉆遇異常高壓。為了應(yīng)對(duì)異常情況、縮短鉆井周期、節(jié)約處理成本，龍某井設(shè)計(jì)從350～2000 m使用
氣體鉆井?？諝忏@井鉆至l170．28 m后地層出氣，甲烷濃度超過6％ ，后改用氮?dú)忏@進(jìn)，鉆至1868 m時(shí)出現(xiàn)井壁垮
塌和鉆具阻卡，隨后停止氣體鉆進(jìn)。記錄了鉆進(jìn)過程中返出主要?dú)怏w的濃度變化情況和異常情況處理措施，實(shí)踐
表明，氣體鉆井在防止井漏、鉆遇地層出氣(不含H S)、異常壓力等復(fù)雜情況具有常規(guī)鉆井無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：氣體鉆井；地層出氣；井漏；異常壓力
中圖分類號(hào)：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672—7428(2011)10—0023—03
Gas Drilling Technology in a W ell and the Practice of Accident Treatment／DENG Chang—song，LIAN Zhang—hua，
ZHENG Jian—xiang， Tie jun，WANG Lei(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，
Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China)
Abstract：There is possibility of circulation loss and collapse in the upper stratum of Jiulongshan region，strong abrasivity
and extremely poor drillability in the middle stratum，and multiple field and pressure system in the lower stratum．In order
to cope with the abnormal situation，this well is designed to use gas drilling．The stratum is gassing when air drilling was
dilled to 1 170．28m．Then switch to nitrogen drilling，but when drilled to 1868m，it is wellface collapsed and drill stem
blocked and sticking．At last it must finish the gas drilling．The paper records a main gas concentration changes and the
handing measures of the abnormal condition during the drilling process，and provides some experiences to gas drilling crews
dealing with abnormal condition．In conclusion，gas drilling have more advantage than convention~ drilling in preventing
circulation loss，stratum gassing without H2 S，and abnormal pressure．
Key words：gas drilling；accident processing；stratum gassing
氣體鉆井是指用氣體代替泥漿作為循環(huán)介質(zhì)，
冷卻鉆頭并把鉆屑從井底帶回地面的一種鉆井方
式，主要應(yīng)用在提高非儲(chǔ)層段的機(jī)械鉆速和對(duì)付非
儲(chǔ)集層段惡性井漏問題l1 J。九龍山構(gòu)造從地面到
地腹震旦系均有構(gòu)造圈閉存在，深大斷層不發(fā)育，縱
向上具多套烴源層與儲(chǔ)層組成的多個(gè)成氣系統(tǒng)，各
層段流體均以天然氣為主，天然氣品質(zhì)優(yōu)良，組分基
本一致，不含H S及其它有毒、有害氣體。近幾年
鉆探的數(shù)l0口井均獲得工業(yè)氣流，取得可觀的經(jīng)濟(jì)
效應(yīng)，目前還有幾十口井正在或者將要鉆采。
1 龍某井基本情況
龍某井是同井場(chǎng)叢式井第一口，也是一口兩靶
點(diǎn)、定向、開發(fā)井，位于四川盆地九龍山構(gòu)造須二段
頂界構(gòu)造軸線附近，海拔751．8 In，設(shè)計(jì)井深3325
in，目的層是珍珠沖組、須三段、須二段上亞段，完井
層位須二中亞段。
一
、二、三開均采用直井段，四開采用“直一
增一穩(wěn)”三段式鉆進(jìn)，其中直井段O～2500 in；增斜
段2500～2700 in，“狗腿”度4．35。／30 in，井斜0～
29。，彎螺桿增斜；穩(wěn)斜段2700—3424 in，井斜29。，
轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)。井身結(jié)構(gòu)如表1所示。
表1 龍某井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表
開鉆斜井鉆頭尺套管尺套管下入套管下入水泥返
次序段／m寸／ram 寸／mm地層層位深度／m N／m
2 鉆井難點(diǎn)分析及對(duì)策
2．1 龍某井的鉆井難點(diǎn)
(1)本井為同井場(chǎng)叢式井第一口，要降低后期
同場(chǎng)井鉆井井眼相碰的風(fēng)險(xiǎn)。
(2)有2個(gè)靶點(diǎn)(珍珠沖I旋回頂和須二頂)，
收稿日期：2011—02—23：修回日期：2011—07—07
作者簡(jiǎn)介：鄧呂松(1981一)，男('7義族)，湖南新寧人，西南石油大學(xué)碩士研究生，油氣井工程專業(yè)，從謄油氣井管柱力學(xué)和石油鉆探HSE(健
康、安傘、環(huán)境)風(fēng)險(xiǎn)管理的研究T作，四川省成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A301，des023@163．corn。
24 探礦工程(巖土鉆掘工程) 2011年第38卷第10期
鉆進(jìn)中要兼顧2個(gè)靶點(diǎn)，保證都中靶。
(3)三開采用空氣鉆井，可能鉆遇淺地下水層，
空氣鉆井后的氣液轉(zhuǎn)換易發(fā)生嚴(yán)重漏失甚至卡鉆等
事故。
(4)沙二中下部地層井壁穩(wěn)定性差，氣體鉆進(jìn)
極易垮塌，影響空氣鉆井的有效發(fā)揮，限制了空氣鉆
井進(jìn)尺。
(5)地層出油氣，鄰井證實(shí)其縱向上存在多產(chǎn)
層(珍珠沖、須家河)、多壓力系統(tǒng)(珍珠沖、須家河
可能鉆遇異常高壓)，地層易有油氣溢出。
(6)千佛巖至珍珠沖地層含有礫巖層，其礫石
成分有石英、燧石和黃鐵礦等，研磨性強(qiáng)，可鉆性極
差，嚴(yán)重影響鉆井周期。
(7)井場(chǎng)附近是耕地，100～300 m范圍內(nèi)有民
房9戶，300～500 m范圍內(nèi)有民房32戶，對(duì)安全、
環(huán)境要求高。
2．2 技術(shù)對(duì)策
(1)為防止井眼相碰，首先預(yù)測(cè)在哪些井段可
能存在相碰的風(fēng)險(xiǎn)，做好技術(shù)交底使工作人員保持
高度警覺和規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作?？諝忏@井采用空氣錘防
斜打直，若用牙輪鉆頭必須嚴(yán)格控制鉆壓，且鉆壓不
超過規(guī)定值。合理控制氣體鉆井速度，加強(qiáng)井眼軌
跡監(jiān)測(cè)，每鉆進(jìn)100～150 m單點(diǎn)測(cè)斜一次，根據(jù)實(shí)
測(cè)數(shù)據(jù)加強(qiáng)分析及時(shí)調(diào)整鉆井措施，防止井斜增加
過快。錄井工作人員做好井眼相碰的報(bào)告工作，在
撈砂筒附加放置磁鐵，觀察巖屑是否有金屬光澤并
及時(shí)匯報(bào)。
(2)空氣鉆井過程中地層出氣且天然氣濃度達(dá)
到一定濃度后，可能發(fā)生井下燃爆，嚴(yán)重時(shí)可能炸斷
鉆具或炸塌井壁，造成卡鉆埋鉆，危及井下安全。應(yīng)
做好空氣鉆井期間氣測(cè)監(jiān)測(cè)工作，防止空氣鉆井期
問井下燃爆。
(3)井壁垮塌、出水情況下，空氣鉆井要控制井
斜、降低機(jī)械鉆速，將空氣錘改用牙輪鉆頭鉆進(jìn)。為
防止在扶正器處發(fā)生卡鉆，及時(shí)倒出扶正器，待處理
完恢復(fù)正常鉆進(jìn)后再加入扶正器。如果有掛卡發(fā)生
應(yīng)間斷拔活塞，倒劃眼；掛卡嚴(yán)重，上提下放活動(dòng)無
效，鉆具卡死，替入解卡液浸泡、振擊解卡。
(4)空氣鉆井易發(fā)生井壁坍塌，首先要清楚坍
塌的類型是應(yīng)力性垮塌，是地層破碎、膠結(jié)差引起的
掉塊還是泥巖水敏性失穩(wěn)。空氣鉆井能很好地解決
水敏性地層的失穩(wěn)。
(5)空氣鉆井過程中需要利用上段井的剩余鉆
井液加入添加劑配制成一定體積和密度的壓井液以
備不時(shí)之需。在氣液轉(zhuǎn)換時(shí)鉆井液中的防塌劑
FRH、RSTF的加量達(dá)3％以上。
3 氣體鉆井施工方案
3．1 氣體鉆井施工參數(shù)
三開時(shí)使用氣體鉆井，鉆井段從300～2000 m，
先用牙輪鉆頭(不裝水眼)鉆完水泥塞后用氣體舉
出井內(nèi)鉆井液并徹底干燥井筒，然后繼續(xù)用牙輪鉆
頭鉆領(lǐng)眼試鉆，試鉆進(jìn)正常后，起用空氣錘鉆進(jìn)?？?
氣錘鉆進(jìn)鉆壓≯60 kN，轉(zhuǎn)速>40 r／min。具體參數(shù)
參見表2。
表2 氣體鉆井參數(shù)表
3．2 氣體鉆井鉆具組合
0311．2 mm空氣錘(或牙輪鉆頭)+常閉式止
回閥1只(+減震器)+0228．6 mm無磁鉆鋌1根
+0228．6 Fill／／鉆鋌2根+0300 him 穩(wěn)定器+
0228．6 mm鉆鋌3根+0203．6 mm鉆鋌6根+
0203 mm隨鉆震擊器+0177．8 mm鉆鋌6根+
0127 mm斜坡鉆桿+下旋塞1只+常閉式止回閥1
只+0127 mm斜坡鉆桿+方保+方鉆桿下旋塞+
六方鉆桿(采用空氣錘時(shí)不帶減震器，牙輪鉆頭鉆
進(jìn)時(shí)使用減震器)。
3．3 氣體鉆井設(shè)備
3．3．1 特殊鉆井設(shè)備
KQC275空氣錘2個(gè)、0313 mm錘頭1個(gè)、0312
mm錘頭1個(gè)、XK35—35旋轉(zhuǎn)防噴器殼體1個(gè)、
AD200—3．5／7旋轉(zhuǎn)防噴器控制頭2個(gè)、0127 mill
膠芯10個(gè)、YKX旋轉(zhuǎn)控制頭液控箱1個(gè)、133 mm
六棱方鉆桿1根、133 mm六棱方補(bǔ)心1個(gè)、5 in鉆
具止回閥4個(gè)、0228．6 mm強(qiáng)制式止回閥4個(gè)。
3．3．2 氣體注入設(shè)備
900XHH／1 150XH型空壓機(jī)6臺(tái)、CKY500型增
壓機(jī)2臺(tái)、C5551—3600—95型制氮機(jī)4臺(tái)(正常空
氣鉆進(jìn)1臺(tái)備用，出氣改用氮?dú)忏@進(jìn)增加到4臺(tái))、
2011年第38卷第10期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 25
注入管匯等。
3．3．3 氣體處理裝置
0254 mm排砂管線、防回火裝置、自動(dòng)點(diǎn)火裝
置、火炬、取砂樣裝置、降塵噴淋裝置、電潛泵、沉沙
池等。
3．3．4 其它
隨鉆燃爆監(jiān)測(cè)裝置及儀表等。
4 氣體鉆井隨鉆燃爆監(jiān)測(cè)情況
本井采用西南石油大學(xué)研制的UBD氣體監(jiān)測(cè)
系統(tǒng) 對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從350 m開始使用空氣鉆
井，從355 m開始記錄數(shù)據(jù)?？諝忏@井地層未出氣，
排砂管線的各氣體體積分?jǐn)?shù)和大氣中的相當(dāng)，氧氣
濃度21．1％ ，二氧化碳濃度400 ppm。地層淺有地
下水層和井筒未完全干燥等原因，濕度達(dá)到了
81．83％ ，正常鉆進(jìn)時(shí)鉆速達(dá)到19 m／h。鉆至井深
1 170．28 In后，甲烷濃度從原來的0．03％ 漲到
0．27％ ，隨鉆燃爆監(jiān)測(cè)人員立即報(bào)告司鉆地層開始
出氣。繼續(xù)鉆至1178．4 m后，甲烷濃度上升到
7．8％，停止鉆進(jìn)，增大空氣排量循環(huán)，甲烷濃度未明
顯下降，上提鉆具至井深1 173．66 In繼續(xù)大排量循
環(huán)一段時(shí)間后仍未下降。停止注入空氣，啟用1臺(tái)
備用的制氮機(jī)和1臺(tái)空氣壓縮機(jī)工作，其中空氣壓
縮機(jī)輪流工作。轉(zhuǎn)換氣體過程中甲烷濃度的峰值達(dá)
到了93％ ，氮?dú)庋h(huán)后，甲烷濃度下降到2％。試鉆
至1180．22 m后甲烷濃度再次上升至6．2％ ，停止
鉆進(jìn)，氮?dú)庋h(huán)，甲烷一直在6．5％ ～8％跳動(dòng)。經(jīng)
上級(jí)部門同意，起鉆至344 ITI，放噴管線點(diǎn)火，火焰
高2～3 m，等待調(diào)運(yùn)其它3臺(tái)制氮機(jī)。制氮機(jī)安裝
好后進(jìn)行氮?dú)忏@井，設(shè)備為6臺(tái)空氣壓縮機(jī)、4臺(tái)制
氮機(jī)、2臺(tái)增壓機(jī)一起工作，甲烷濃度在6％ 一，7％
問，氧氣濃度4．99％，二氧化碳濃度340 ppm，接單
根的甲烷后效濃度30％ ～35％。氮?dú)忏@井1．5天
后，發(fā)電機(jī)維修以及更換旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯作業(yè)，在排
砂管線口點(diǎn)火，火焰高2 133左右。鉆至1868 in后出
現(xiàn)井壁垮塌和阻卡等現(xiàn)象，地層已不適應(yīng)氣體鉆進(jìn)，
經(jīng)甲方同意停止氣體鉆井。隨后氮?dú)庋h(huán)起鉆、電
測(cè)、通井、下套管固井，四開采用欠平衡鉆井。
5 異常情況處理措施
5．1 空氣鉆井地層出氣采取的措施
(1)當(dāng)1％≤全烴≤3％時(shí)，注氣壓力沒有變化，
立即停止轉(zhuǎn)進(jìn)，上提方鉆桿。加大注氣量，如果全烴
含量降到1％以下，實(shí)施控制鉆時(shí)鉆進(jìn)。
(2)如果全烴含量短暫升高后，迅速降低，可恢
復(fù)空氣鉆進(jìn)。
(3)如果全烴含量在20 rain內(nèi)持續(xù)超過3％，
請(qǐng)示甲方轉(zhuǎn)為氮?dú)忏@進(jìn)；如果地層出氣影響氮?dú)忏@
井正常作業(yè)，則轉(zhuǎn)為泥漿鉆進(jìn)。
(4)如果全烴含量迅速上漲，且高于爆炸極限
時(shí)，立即通知司鉆人員進(jìn)入關(guān)井程序?？諝忏@井人
員迅速打開泄壓閥，關(guān)閉注氣閥，將所有供氣設(shè)備緊
急停車，到緊急集合點(diǎn)待命。
5．2 井壁失穩(wěn)的措施
(1)停止鉆進(jìn)，繼續(xù)注氣循環(huán)，分析井壁失穩(wěn)類
型。
(2)井壁失穩(wěn)為垮塌，則增大注氣量循環(huán)，如果
增大注氣量能滿足安全鉆井要求，則繼續(xù)進(jìn)行氣體
鉆井。
(3)增大注氣量不能滿足安全鉆井的要求，則
立即停止氣體鉆井，關(guān)閉進(jìn)氣閘閥，將鉆柱起至中間
套管內(nèi)。
(4)井壁失穩(wěn)為軟地層縮徑，則進(jìn)行劃眼處理，
如果反復(fù)劃眼后能消除縮徑影響，可以減慢鉆井速
度鉆進(jìn)，要堅(jiān)持“進(jìn)一退二”的原則，防止卡鉆，同時(shí)
加大氣體注入速度，提高攜帶效率，滿足井眼清潔的
需要。如果反復(fù)劃眼不能消除縮徑影響，空氣設(shè)備
停止工作，關(guān)閉進(jìn)氣閘閥，將鉆柱起至中間套管內(nèi)。
5．3 井壁失穩(wěn)導(dǎo)致的環(huán)空堵塞、鉆具遇卡的措施
(1)返出氣體流量變化不大時(shí)采用增加氣體注
入量，上下活動(dòng)鉆具并震擊鉆柱。
(2)返出氣體流量減少，立壓上升大于4 MPa，
開放噴管線、點(diǎn)火一關(guān)井一注氣憋壓。
(3)憋壓達(dá)到增壓機(jī)的試壓壓力時(shí)還未通，則
開泄壓閥，關(guān)注氣閥，保持立壓。
5．4 更換旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯的措施
旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯為橡膠材料在低溫條件下變脆
變硬易被磨蝕，井口出現(xiàn)漏氣時(shí)應(yīng)及時(shí)更換膠芯。
在含可燃?xì)怏w且超標(biāo)的條件下作業(yè)程序?yàn)椋和Ｖ广@
進(jìn)一開啟井口的防爆排風(fēng)扇一關(guān)閉環(huán)形防噴器一放
噴管線點(diǎn)火一開放噴閥一停止注氣一卸鉆桿內(nèi)氣壓
一上提鉆具至安全井段一打開旋轉(zhuǎn)控制頭卡箍一將
旋轉(zhuǎn)防噴器控制頭提到轉(zhuǎn)盤面一坐吊卡、卸扣一更
換膠芯一上扣一下放鉆具一卡緊控制頭卡箍一關(guān)防
爆風(fēng)扇、開防噴器一恢復(fù)注氣一數(shù)據(jù)正常后開始鉆
進(jìn)。
(下轉(zhuǎn)第29頁)
2011年第38卷第10期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 29
2根+0127 mm加重鉆桿×15根+震擊器+0127
mm加重鉆桿×2根+0127 mm鉆桿。
地層鉆時(shí)和掃水泥塞鉆時(shí)的對(duì)比情況見圖5。
由圖5可見，地層鉆時(shí)高于水泥塞鉆時(shí)。對(duì)比圖2，
該井應(yīng)采用控時(shí)側(cè)鉆方法。5 h控時(shí)鉆進(jìn)3 ITI后，返
出的砂樣中地層鉆屑所占比例開始顯著增加，鉆進(jìn)
至3007 m后水泥所占比例<30％ ，加壓鉆進(jìn)至
3020 m后返出鉆屑全部為地層砂樣，軌跡掃描新、
老井眼距離0．38 m，據(jù)此判斷鉆頭已全部鉆入新井
眼。此時(shí)，井底井斜角1。，方位角8O。，起鉆更換單
彎螺桿鉆具，復(fù)合鉆進(jìn)至3118 1TI，井斜角2．9。，方位
角71。，防碰距離7．89 ITI，已無磁干擾影響，側(cè)鉆成
功
圖5 地層鉆時(shí)和掃水泥塞鉆時(shí)對(duì)比
4 結(jié)論
(1)側(cè)鉆是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，能否成功不
僅取決于施工過程本身，更需要綜合考慮設(shè)計(jì)要求、
地層性質(zhì)、固井質(zhì)量等眾多因素，以選擇合理的側(cè)鉆
工藝。
(2)在深井、硬地層、大井眼、井斜小的情況下，
優(yōu)先選用以側(cè)位移為主、側(cè)向力為輔的彎接頭配合
直馬達(dá)進(jìn)行側(cè)鉆；反之，選擇以側(cè)向力為主的單彎馬
達(dá)側(cè)鉆。
(3)在地層強(qiáng)度低于水泥強(qiáng)度的情況下，建議
優(yōu)先選擇控壓側(cè)鉆方式，以提高鉆井時(shí)效。施工時(shí)
必須特別注意避開側(cè)鉆失敗的危險(xiǎn)區(qū)。
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(上接第25頁)
6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)
(1)本次鉆進(jìn)遭遇了地層大量出氣、井壁坍塌、
環(huán)空堵塞、防噴器膠芯多次磨損、降塵泵損壞等多種
鉆井事故，采用氣體鉆井技術(shù)，克服了在易漏易塌地
層的鉆井問題，避免了地層出氣可能引發(fā)的井噴、燃
爆等事故，大大提高了機(jī)械鉆速，縮短了建井周期，
提高了井的開發(fā)效益。
(2)氣體鉆井適用于地層不出液或出液量小、
井壁穩(wěn)定不易坍塌、硫化氫濃度低于50 ppm的非產(chǎn)
層地段。
(3)氣體鉆井能很好的解決地層的“上漏下噴”
問題，使用時(shí)優(yōu)選空氣鉆井，氮?dú)忏@井能解決地下燃
爆問題，適用于甲烷濃度大于3％ 的地層鉆進(jìn)但使
用成本較高。
(4)氣體鉆井沒有鉆井液對(duì)環(huán)境的污染，但噪
聲、粉塵、振動(dòng)等影響突出，周圍500 in內(nèi)不宜有居
民。
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