元陆601H气液转换技术

【摘要】空气钻井是提高川东北钻井速度的重要技术之一，而气液转换工艺则是气体钻井后期重要的施工环节。气液转换的成功与否，直接影响到气液转换后划眼周期。本文分析了气体钻进后气转液技术难点，介绍了解决川东北地区气体钻进后井壁失稳的钻井液技术措施。在元陆601H现场应用表明，该体系具有强抑制性、强封堵性、切力高、失水低等特点。成功解决了空气钻后气液转换时井壁不稳，划眼困难，易卡钻等问题。

【关键词】气体钻井 气液转换 环空返速 钻井液密度 油基润湿反转前置液

元坝地区储层埋藏深，井身结构复杂，地层可钻性差，机械钻速低，钻井周期长，一直是制约该探区油气快速开发的难题。自采用气体钻井以来，机械钻速得到大幅度提高，减少了井下事故，缩短了钻井周期。但是，气液转换成为影响气体钻井周期的瓶颈问题，严重影响提速的进程。由于早期的气液转换工艺及钻井液体系并不成熟，直接导致多口井气液转换后出现井壁失稳现象，表现为下钻无法到底，井底沉砂多，需进行长井段（100-200m）划眼，少则几天、多则十几天，不能充分突显气体钻井的优越性。近两年，通过不断的探索和总结，在钻井液体系与配方及气液转换工艺等方面，总结出一套成熟的方案，现场应用中取得了良好的效果。

1 元陆601H井基本情况

中石化西南油气分公司元陆601H井位于苍溪县五龙镇五里村3组，处于四川盆地川东北九龙山背斜西南翼近轴部，设计是以须二段为目的层的水平井，设计水平段完钻垂深4558m、斜深5530m。

2 技术难点

（1）地层面积大，易引起地层应力释放，造成井壁垮塌。

（2）气体钻进过程中，高速的气流将地层水分带走，使井壁变得干燥易裂，在气液转换时替入水基钻井液，井壁没有致密泥饼的保护，井浆中的自由水将通过地层孔隙、裂缝，大量而迅速地进入地层，水化应力与地层压力共同作用下加剧井壁失稳程度，加之钻具碰撞井壁产生的掉块，很容易发生卡钻事故。

（3）由于自由水的严重流失，将在井壁周围形成虚厚泥饼，伴随着泥页岩的水化膨胀作用，增加了阻卡和泥饼粘附卡钻的风险； 此外，普通钻井液对井壁的冲刷大大高于气体对井壁的冲刷程度，就更加剧了井眼内井壁不稳定现象的发生。

（4）井眼尺寸大，环空返速低（仅为0.2～0.4m/s）。目前由于大部分井队设备承受能力有限，即使钻井泵满负荷工作条件下，采用的排量仍无法达到所需要的环空返速，携带较大尺寸的岩屑具有很大的难度。

（5）井眼容积大，钻井液量多达300m3，处理剂加量大，循环处理周期长，维护较为困难。

3 转换方式与性能要求

3.1 转换方式

采用旋转喷淋法，此方法是指将钻具起至套管内，使钻具旋转起来，同时向井内灌注钻井液。其优点是完全避免气转液后若发生井壁失稳，钻具在裸眼内发生卡钻的风险。

3.2 钻井液及前置液类型

钻井液类型：KCL防塌钻井液，并使用油基润湿反转前置液；

钻井液基本配方：2 % N V -

1+0.3%FA-367+2%D R-8+0.7%D R-1 0 + 0 . 5 % P A C + 0 . 2 % K O H + 1 % L F -I+0.2%CaO+0.5%QS-2+2%FGL+3%KCL+加重剂；

前置液类型：全油基反转；

前置液配方： 50%润湿反转剂+42%柴油+5%沥青类封堵剂+1%LF-1+1%QS-2+1%FGL；

保证选用的钻井液具有良好的抑制性和封堵防塌能力，主要满足平衡地层坍塌应力，抑制泥页岩水化膨胀，良好的悬浮携带能力等几个方面的要求。

4 转换原则

（1）地层大量出水或出气。

（2）井底沉砂较多，受循环介质的影响，气体钻井无法携带尺寸较大的岩屑，出现接单根困难，接单根后无法下放钻具至井底，顶驱接立柱后上提阻卡等现象。

（3）钻进至易塌地层或储层附近。

5 技术措施

5.1 优选KCL防塌钻井液体系

KCL在泥浆的作用机理：K+的水化能均低于Li+、Na+、Mg2+和Ba2+等阳离子，由于粘土对阳离子吸附有选择性，它优先吸附水化能较低的阳离子，因而K+比Na或Ca2+优先被粘土所吸附。由于水化能低，会促使晶层间脱水，使晶层受到压缩形成紧密的构造，从而能够有效地抑制粘土水化。K+的直径大小刚好可以进入两个氧六角环之间的空间。进入空间后形成键合，从而限制了相邻硅酸盐片的膨胀和分离，进而起到抑制作用。

通过大量的研究，KCL含量控制在2～3%就能有效的控制膨润土和伊利石的膨胀率。故此我们优选配方的加量为3%。

5.2 润湿反转前置液的应用

针对施工难点，在气液转换过程中，首先在裸眼段以上采用旋转喷淋的方式，灌注油基润湿反转前置液，利用表面活性剂分子具有两亲结构的特点，使亲水基吸附在井壁岩石表面，亲油基朝外，在井壁上形成一层油膜，改变井壁岩石的界面性质，由“亲水”变为“憎水”，减少钻井液直接接触井壁岩石的机会。而KCL钻井液具有较强的抑制性和封堵能力，可及时封堵地层孔隙及微裂缝，减少滤液侵入地层的可能性，从而避免了水敏性垮塌的发生。

5.3 强化封堵

加强对地层的封堵、胶结，减少钻井液中自由水的大量侵入，提高井壁附近泥饼（特别是内泥饼） 的形成质量和速度。具体方法是通过加入沥青质处理剂FGL提高对地层、孔隙和微裂缝的封堵和胶结能力； 对于地层破碎、地层孔隙发育的区块或层位，可通过加入LF-1、QS-2等处理机提高防漏或对裂缝的堵塞能力。

5.4 力学防塌

采用了适当提高液柱压力的方法。井眼尺寸越大，地层应力越易释放，越易造成井眼垮塌。因此在气液转换时，要选择合适的液柱压力，来平衡地层应力释放，若密度太低易造成井壁失稳垮塌，太高则易发生井漏。所以合理的钻井液密度，是气液转换过程中防塌防漏的重要参数，因此，转换钻井液的密度，应尽可能控制在小于地层漏失压力，大于地层坍塌压力的范围内，才能确保井下安全。根据设计预测地压梯度及川东北工区现场转换应用情况来看，确定本井转换钻井液密度在1.40g/cm3。

5.5 解决大尺寸井眼携砂问题

（1）在大尺寸井眼环空返速无法满足携砂要求时，需要钻井液具有较高的静切力和动切力，以提高其悬浮与携带能力，现场实践证明，在钻井液其他性能相同条件下，动切力大于20Pa时，携砂效果提高显著。例如邻井转换钻井液密度1.32g/cm3，动切力则达到24Pa，携带出大量外形尺寸5mm×5mm，重量50g以上的坍塌掉块，为划眼过程中的井下安全，创造了有利的条件。

（2）采用重稠浆举砂的方法，是清洁井眼的重要手段之一。由于钻井液的密度远远小于岩石密度，在低环空返速条件下，很难将大尺寸的掉块带至地面。因此在确保当量密度不大于漏失压力的前提下，可采用接近岩石密度的高密度稠浆段塞，来提高钻井液局部悬浮能力，达到清洁井底的目的。

6 元陆601应用效果

2012年9月28日4：00元陆601H井钻进至井深3265.86m，由于地层破碎空钻阻卡频繁继续钻进风险过大，井队决定钻换泥浆钻进完成剩余进尺。2012年9月28日14：00起钻至井深700m，以旋转喷淋法，排量10-15L/ S替入油基前置液18m3，静止30min以排量1014L/S替入堵漏浆50m3替KCL防塌钻井液177.75m3起钻拆装井口后灌浆共替入浆体296.75m3井口返浆。随即下入Ф316.5mm牙轮钻头下钻探沉砂，下钻至3219.36m遇阻，循环划眼至井底，用时16h，划眼井段：3219.36―3265.86m，段长：46.5m划眼期间在3255.95m使用15m3重稠举砂液，筛面返砂量约0.5m3，无大掉块以粒径5-10mm为主，提高排量筛面返砂量大，持续时间30分钟。循环观察无漏失后正常钻进至3285m完钻，电测顺利测井解释扩大率为6%。

7 结论与认识

（1）确定钻井液密度时，要参考地质工程资料，做到防塌与防漏兼顾。

（2）提高钻井液悬浮携带能力，要尽可能采用化学处理剂，避免采用提高膨润土含量的方法提粘切。

（3）KCL体系的抑制性强，KCL和沥青类材料复配使用，可以进一步提高抑制性和防塌性。防塌效果比聚合物体系明显，能够大大降低井眼扩大率，保证井眼的质量

（4）实践证明，采用适当提高钻井液密度方法和油基润湿反转前置液转换工艺，可减少井下复杂情况的发生，缩短气液转换时间，有利于钻井提速。

（5）在划眼施工中根据实际情况合理使用重稠浆举砂，将掉块和细砂从井眼不规则处带出，减少井下复杂情况的发生。

参考文献

[1] 陈富全，罗玉祥，等.龙岗地区气体钻井结束后卡钻原因分析[J].钻井液与完井液 2009.26（6）：86-87

[2] 苗锡庆，张进双，等.气体钻井转换钻井液井壁稳定技术[J].石油钻探技术，2008，36（3）：29-32