气体钻井技术的改进

◇能源科技◇　科技墨向导　２０１２年第０５期　

探讨气体钻井和控压钻井技术应用效能的影响因素　

韩祥龙　

（中石化天然气工程项目管理部山东东营２５７０００）　

【摘要】回顾分析了气体钻井和控压钻井技术在普光及外围地区的推广应用成效，结合普光及外围地区构造特点及陆相海相间、支线间　

的差异以及配套工具、工艺的限制，分析了影响先进钻井技术发挥更高效能的因素，提出了优化应用建议。　

【关键词】普光及外围地区；回顾分析；构造特点；气体钻井；控压钻井；优化应用　

普光及外围地区陆相地层钻井难度极大：一是陆相地层岩石坚　

硬，可钻性差，可钻性级值总平均约在６级．以致机械钻速低，采用常　

规钻井液钻井平均机械钻速只有１．４４ｍ／ｈ（须家河地层平均机械钻速　

只有Ｏ．５０ｍ／ｈ）；二是地层压力层系多、差异大，有些层位地层破碎，抗　破能力差，漏失严重；三是气层压力系数高．在１．４０～１．６５之间，水层、　

气层变化较大．层深厚度变化大：四是地层倾角高达３Ｏ　７５。．井身质量　

控制困难。从而导致钻井施工中钻速低、周期长、成本高、风险大。　为加快在普光及外围地区陆相地层施工速度．自２ｏｏ６年始．深入　

推广应用了气体钻井技术．取得了较好的成效．较大幅度的提高了机　

械钻速．后期又成功应用了控压钻井技术．有效解决了因陆相地层裸　眼段内存在多套压力系统而存在的压稳气层和承压堵漏难度大的矛　

盾。然而，由于普光及外围地区构造特点、陆相海相间、支线间的构造　

差异以及配套工具、工艺的限制，就整体来说．先进钻井技术还未能发　

挥最大作用．有待于进一步优化应用。　

１．气体和控压钻井技术在普光区的应用成效　

１．１气体钻井技术　

充分利用气体钻井的技术优势．在普光及外围地区４２口井中推　广应用了气体钻井技术．较好的解决了陆相地层易井斜、钻速慢、漏失　

严重等问题。应用方式包括空气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、氮气钻井。　

推广应用期间，做好地层不稳定、出气、出水等应急预案，以求最大限　度的加大气体钻井应用深度．还通过采取有效的科学防范措施．使用　

２０：１１年第７期　西部探矿工程　４３　

大庆油田气体钻井技术现状　

李志刚　，窦金永，董玉辉，马晓伟，陆凤德　（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆１６３４１３）　

摘要：对大庆油田气体钻井的发展历程进行了精要的概括，对技术现状进行了客观的评价，概述了　大庆油田气体钻井取得的成果，力图对国内气体钻井的发展起到促进作用，并且推动大庆油田气体钻　井技术进一步发展应用。　关键词：大庆油田；气体钻井；现状；成果　中图分类号：ＴＥ２４２文献标识码：Ｂ文章编号：１ＯＯ４—５７１６（２Ｏｌ１）Ｏ７一ＯＯ４３—０３　

目前，大庆油田天然气开发的重点是松辽盆地深层　火山岩气藏。该气藏埋藏深度较大，一般为３０００～　４５００ｍ，深层岩石硬度较高，特别是登娄库组及营城组　地层可钻性差，导致常规钻井速度慢，阻碍了庆深气田　的开发进程。为此，大庆油田开展气体钻井技术的应用　研究，经过探索实践，从根本上提高了钻井速度，并逐步　形成了较为成熟的气体钻井技术系列，取得了可喜的成　果。　１发展历程　大庆油田对气体钻井技术的研究已经走过了８年　的历程。发展历程概括起来可以分为３个阶段。　１．１理论探索阶段　２００３年７月大庆钻井工程技术研究院开始研究　《充气钻井完井技术研究》项目，探索开发了计算软件，　经过室内试验研究开发了一套充气钻井液体系，设计了　充气钻井的注入控制管汇。同时，形成了一套适合大庆　油田地质特点的充气欠平衡钻井技术方案。这一阶段，　大庆油田做了充分的理论调研和人才准备。　１．２现场试验阶段　２００５年７月７日，大庆油田第一口充气欠平衡钻　井升深２—１７井钻至井深２９１４ｍ时点火成功。２００５年　８月大庆油田第一口气体钻井徐深２１井开钻，实施气　体钻井现场试验以来，徐家围子东部南端的，２０１０年３　月２２日打完了这口井，井深４２７３ｍ。然后大庆石油管　理局、大庆油田公司相关单位密切配合，精心设计了　压裂试气方案。２００６年引进气体钻井设备，进行现　场试验。２００４年６月～２００６年１２月：在徐家围子　地区开展了气体钻井的研究实践，进行了徐深２１井　和徐深３０２井的气体钻井试验，并取得了较好的成　果与初步认识。　１．３推广应用阶段　２００７年１月至今：在此阶段，开展了２２口气体钻　井的实验应用和大部分深井都应用了欠平衡钻井技术。　相继开展了一系列气体钻井设备研制、工艺研究的项　目，初步探索出一套适合大庆油田地质特点的气体钻井　系列技术，并组建了专业化的气体钻井服务队伍。　２技术现状　大庆油田自２００５年实施气体钻井现场试验以来，　相继开展了一系列气体钻井设备研制、工艺研究的项　目，初步探索出一套适合大庆油田地质特点的气体钻井　系列技术，并组建了专业化的气体钻井服务队伍。目　前，大庆油田共计完成深层空气（氮气）、雾化泡沫钻井　２３口（见表１）。大庆油田气体钻井现场应用表明：气体　钻井能够大幅度提高机械钻速，已钻的２３口井平均机　械钻速达到６．６９ｍ／ｈ，是常规钻井的５倍左右；气体钻　井能够提高单只牙轮钻头进尺，平均单只牙轮钻头进尺　为２９０ｍ，是常规钻井的２～４倍。然而，目前大庆油田　气体钻井的应用规模还比较小（见表２），提速不提效的　矛盾比较突出。　总的来说，国内气体钻井起步较晚，受到理论体系　不完善、设备不配套、人员不专业、经验积累较少等诸多　因素的制约，总体上处于试验推广阶段，与国外相比还　有较大差距。　３设备现状　

南曩工科技２０１　１年第８　科学管理　提升钻井生产运行效率的对策建议　王玉磊　（胜利石油管理局钻井工艺研究院）　摘要钻井是石油工业的龙头，钻井生产运行效率决定着钻井企业的市场竞争能力、投入产出能力和可持续发展能力．是钻井　生产管理的出发点和归宿。本文在分析钻井生产运行效率内涵及影响因素的基础上，为钻井企业的发展及钻井生产运行效率的提高提　供对策和建议。　关键词钻井效率影响因素建议　钻井是石油工业上游业务中投资最多、规模最大的专业，处于龙　头地位。在油气勘探开发难度日益加大和市场竞争日趋激烈的情况　下，进行钻井生产运行效率研究，既是我国钻井行业贯彻落实科学发　展观、努力转变经济发展方式的具体行动，又对提升钻井行业的实力　和企业竞争力具有重要的现实意义。　１　钻井生产运行效率的概念及内涵　在参考西方效率理论及内涵的基础上，我们认为，钻井生产运行　效率是指钻井资源在钻井市场主体之间的最优配置以及钻井企业对其　拥有资源的有效利用程度，是钻井企业市场竞争能力、投入产出能力　和可持续发展能力的总称，是—个综合性的业绩评价指标。　钻井生产运行效率的内涵主要包括配置效率、生产效率和动态效　率三个方面：①钻井生产运行的配置效率是指在国家、社会或企业树　立和落实科学发展观，积极转变经济增长方式，调整和优化资源配置　结构，将有限的石油生产资源在勘探开发各环节形成最佳的配置组　合，取得整体利益最大化和效益最优化，实现帕累托最优。⑦钻井生　产运行的生产效率（也可称为资源运用效率），即钻井生产组织与管　理的效率，也就是钻井企业充分运用其可支配的人力、管理、技术、　设备、资本、信息等钻井生产资源，尽可能地按照成本最小化或利益　最大化的原则，在其平均成本曲线的最低点组织生产，以最小的投入　获得最大的产出。③钻井生产运行的动态效率是指钻井生产对于技术　创新和进步形成的推动力，以及技术刨新与进步对社会发展的贡献，　它表明社会未来生产力的提高水平和资源使用的有效性。　２钻井生产运行效率的影响因素　钻井生产本身的复杂性，使得影响钻井生产运行效率的因素具有　多样性特点，其影响因素可以从不同的角度、范围来分类。①从影响　钻井生产运行效率的主客体来分，可分为：客体事件因素与主体行为　因素；②从影响因素发生的频率来分，可分为：经常性因素和非经常　性因素；③从影响因素控制的难易来分，可分为：可控因素和难控因　素；④从影响因素发生的时间来分，可分为：钻井前期因素、钻井过　程中的因素与钻井施工后的因素；⑤从影响因素的属性来划分，可分　为：自然因素、技术因素、管理因素、市场因素等。　钻井生产运行效率影响因素具有差异性、多样性、隐蔽性、变化　性等特征，并可以从不同的角度、范围来分类，但钻井生产运行效率　的主要影响因素可以按照其属性的划分来进行分类和分析，即影响钻　井生产运行效率的主要影响因素主要包括自然因素、市场因素、技术　因素、管理因素等主要因素。　３提升钻井生产运行效率的对策建议　围绕勘探开发整体部署和总体目标，结合钻井行业发展的实际，　以影响钻井生产运行效率的主要因素为出发点，从技术、管理、政策　和市场四个方面，提出提升钻井生产运行效率的相关对策和建议。　（１）技术方面：①调整钻机结构，重点更新和适度增加深井钻　机和海洋钻机，逐步淘汰浅井钻机，控制钻机总量；按照优先淘汰使　用年限较长钻机原则进行调减，把市场化用工超过２，３的钻井队伍解　散，部分职工补充到其它队伍。②坚持内涵发展，控制队伍总量，加　强生产组织，提高钻机使用效率和单队作业能力。（　进一步增加水平　井等特殊工艺井应用规模，减少总井数；大力推广欠平衡、气体钻井　等新技术，重点研究地质导向钻井和海洋钻井配套技术，引进自动垂　直钻井技术和具有广泛适用性的防斜技术，保证钻井质量，提高钻井　速度，缩短钻井周期，提高单机作战能力。④进一步优化钻井参数、　优选钻头、优化钻具结构，优化井身结构，抓好钻井没计和监督。⑤　大力发展和改进装备，减少钻机配置，节能减排降耗，降低成本　（２）管理方面：①计划管理。油气田双方要密切协作，明确工作　目标，共同制定措施，合理安排产能建设进度，均衡全年生产；围绕　勘探开发重点工程，科学调配钻机，不断提高钻机使用效率；强化生　产组织，提前井位部署、钻前施工，合理调配仪器、工具，减少等停　时问；加强生产计划的科学性、合理性和延续性，减少计划的随意性　和临时性，保证开发方案的“继承性、整体性”，提高计划的可执行　性。②生产组织管理。主要包括：一是创新管理方式和激励机制，实　行以前线指挥部为依托的项目管理运作方式，将管理重心前移，生产　统一指挥、财务集中核算、队伍跨区域作业，简化管理环节，缩短管　理流程，缩短钻井周期，提高单机作战能力；二是进一步加强钻井队　的生产、技术管理工作，科学、合理地安排各岗人员进行平行交叉作　业，保证钻井工程施工的连续性，尽可能地减少非生产作业时间；三　是规范工艺技术和操作流程，完善钻井工程施工的技术标准，规范．　明确井队与各配合协作单位之问的作业标准，要求，进一步加强井队　与钻前施工队、联运车队、地质录井队、测井队、固井队及物供中心　等单位的配合与协作，充分发扬团队精神；四是完善钻井设备、辅助　设施及钻井管材、工具等的配套工作，保证钻井设备、设施有效运　转，钻井管材、工具等正常使用，避免因钻井设备、管材和钻井工具　等出现问题而影响生产，尽可能地减少组织停工或设备维修保养时　间；五是加快地质和油藏研究，加快井位勘测，合理安排钻前工程，　妥善处理工农关系，完善钻井工程设计，提高其可操作性。③设备管　理。加强设备管理制度，规范、标准等的修订和宣贯。完善各种设备　管理制度；组织制订工程技术服务主要装备的配套标准；修订钻机、　修井机报废标准；修编钻机等重点工程装备的操作规程。④安全管　理。大力加强安全环保和节能降耗工作，强化安全考核、安全监督、　员工培训、安全防护、安全检查，施工进程中减少事故复杂造成的时　间损失．实现钻井安全与速度的和谐统一。⑤基层队伍管理。不断创　新基层建设的形式和内容，对钻井队班子进行调整和充实，优化班子　结构；促进队伍的调整和交流，取长补短，共同进步；充实基层钻井　队伍，切实减轻基层负担。⑥加强员工技能操作和安全防范意识的培　训，使其自身素质尽快适应钻井生产的要求。减少复杂与事故的发　生，提高钻井生产运行效率。　（３）政策方面：①呼吁国家制定保护石油生产及钻井生产运行　方面的相关法律法规，加强法制宣传，引起地方对石油开发建设重要　性的认识，充分调动地方政府特别是乡镇、村两级组织的积极性，为　建设和谐继康的工农关系奠定基础。②以区域为单位，根据国家的相　关政策法规，根据各单位在不同区域的不同情况，对钻机噪音、震动　等进行检测，对水产品、皮毛动物、房屋、青苗等造成的污染制定统　一的赔偿标准。③油公司与管理局（勘探局）联合建立“大工农”，　统一赔偿程序与标准，共同处理解决工农关系。④联系征地尽量规避　基本农田，没汁上科学调整土石方量，科学选择井场位置，减少与地　方的矛盾。⑤井队、钻前工程公司、搬安单位等所有钻井相关单位尽　量参与踏勘与征地过程，以便提前了解实际情况，为下步工作的提　前、有序安排做好铺垫。　（４）市场方面：①打造若干具有较强规模实力、特色鲜明的钻　井服务公司，同时，打造一批固井、泥浆服务、定向井、欠平衡钻　

空气钻井的应用于发展

气体钻井，作为一种新型钻井方法，是一种以空气、氮气为循环介质，用气体压缩机等设备作为增压装置，用旋转防喷器作为井口控制设备的一种欠平衡钻井工艺。气体钻进主要有循环压耗低、带砂能力强且迅速、井眼净化好、防止井漏、减少环境污染、机械钻速高缩短建井周期、有利于发现和保护浅气层、减少了对地面环境的污染等优点。其缺点是，使用区域受到限制，需要大量专用配套设备，钻井事故复杂处理难度加大，在钻井到后期因空气锤震动，钻具易断等工艺缺陷

空气钻井工艺是一种钻进效率比较高的技术手段，可以极大提高一口井的钻进时效，降低总的钻井作业成本。但由于这种技术受客观情况影响比较大，不是任何场合均可以使用的，因此使用前必须对所施工的地层进行详细论证，对于不符合使用条件者不能勉强使用，对于部分条件适合于空气钻进技术要求的情况，应根据实际条件制定相应的技术措施，以便在施工时出现突发事件时能够确保安全。从空气钻进与常规钻进两种工艺的对比情况看，空气钻进技术具有很好的经济效益，具有较好的推广应用价值，应当引起技术界的关注。从空气钻井技术参数、应用条件、设备等方面对该技术进行简要介绍。

空气钻井的应用条件

1、所钻地层平缓，地层倾角＜30°，无力学不稳定性应力垮塌，地层坍塌压力低。

2、所钻地层不出水，无浅层天然气，无膏盐层。

如今国内可以进行空气钻的比较多，其中较出名的是四川广汉的川庆钻探公司下属的钻采研究院。而且他们配套的设备和一起相当完善，并有几十口井的空钻经验。

气体钻井也存在不少的限制因素，如：产水地层、含有塑性石膏等均会对气体钻进产生不利的影响，甚至不能采用气体钻进。在气体钻进后或气体钻进过程中，为了进行一些特殊的施工作业，往往都需替入水基钻井液进行压井，以完成相应的施工作业或继续钻进。此时，如何让一个干燥的、处于欠平衡状态的空井，在替入钻井液后，不发生垮塌、缩径、井漏、虚厚泥饼卡钻等复杂问题，尽快恢复正常钻进或其它施工作业，这就成了气体钻井后留给钻井液工作的最大难题。根据过去气体钻井的实钻情况，在气体钻进完成、替入钻井液后，大于80％的井出现了复杂情况，其核心和最根本的问题就是井壁稳定问题。轻则阻卡、划眼，重则因卡钻后难以处理导致侧钻，严重影响了气体钻井的成果。