河坝2井空气钻井总结.docx
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河坝2井空气钻井总结
目录
1河坝2井基本概况
2河坝2井气基流体钻井准备工作
3河坝2井气基流钻井情况
4认识与建议
一、河坝2井基本概况
1.1井号：
河坝2井井别：
评价井
1.2地理位置：
四川省通江县涪阳镇陈河乡三村四社
构造位置：
四川盆地川东北通南巴构造带河坝场西高点南翼
1.3气基流体钻井设计井深：
3915m。
1.4气基流体钻井设计地层：
以下三叠统飞仙关组、上三叠统嘉陵江组为主要目的层，兼探上三叠统须家河组、下侏罗统自流井组。
1.5邻井河坝1井钻探情况
工区最近最完钻的河坝1井揭开志留系韩家店组，该井共发现油气显示层83层257.56m,其中沙溪庙组5层17m，千佛崖组18层36m，自流井组30层95m，须家河组14层42m，嘉陵江组3层11.94m，飞仙关组5层33.62m，茅口组6层17m，栖霞组1层4m，梁山组1层1m；经完井测试，飞三段4970m～4984ｍ获天然气产量获得测试气产量29.60X104m3/d，嘉陵江组4335.92m～4530.54ｍ中途测试获天然气产量8.6558X104m3/d。
1.6空气钻井转换为钻井液钻井的原则（见河坝2井气体钻井工程设计）
如果作业中途空气钻进条件不具备，应立即转换为泡沫充气或泥浆钻井方式。
其中，如果井内出现天然气、H2S或发生燃爆，符合转换条件时应转变为泥浆钻井方式。
其它情况下需要转换时，如果条件允许，先转化为充气泡沫，当充气泡沫钻进效果不明显（提高幅度小于1倍或机械钻速低于2.5m/h）,则立即转化为泥浆钻井方式。
①地层出水大于5m3/h（地面表现为见液滴）。
②返出气体中全烃含量超过2％。
③返出流体中出现H2S。
④扭矩、摩阻突然增大或起下钻困难影响钻井安全。
⑤井斜大于12°且纠斜效果差。
⑥第二次发生井下燃爆。
1.7河坝2井空气钻井井段岩性描述
中侏罗统上沙溪庙组（J2s）：
预计钻厚1320m；紫红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与灰绿、浅绿色细砂岩、岩屑长石细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩不等厚互层。
局部含浅绿色泥岩。
底部泥岩或砂岩与下伏下沙溪庙组顶部深灰、灰黑色叶肢介页岩整合接触
中侏罗统下沙溪庙组（J2x）：
预计钻厚470m，岩性为紫红、暗紫红、棕紫色泥岩、粉砂质泥岩与浅灰、灰绿色岩屑长石砂岩不等厚互层，上部泥岩为主，含钙质团块，顶部叶页介页岩为区域性标志层，作为上、下沙溪庙组分界标志，底部常以一厚层—块状砂岩与下伏千佛崖组灰绿色泥岩整合接触。
中侏罗统千佛崖组（J2q）：
预计钻厚330m，上、下段以棕色、灰色泥岩与粉砂质泥岩、浅灰-灰绿色岩屑长石砂岩互层；中段深灰、黑灰-黑色页岩与砂岩不等厚互层；底部以砂岩或泥岩和自流井组大安寨段灰、黑灰色泥、页岩或褐灰色介屑灰岩、灰岩整合接触。
下侏罗统自流井组（J1z）：
以湖相沉积为主，预计钻厚420m；分四个岩性段。
大安寨段（J1z4）：
岩性为泥岩与砂岩不等厚互层，顶部为介屑灰岩；马鞍山段（J1z3）：
岩性以绿灰、灰色钙质泥岩为主,夹粉砂质泥岩及灰色含泥质细粒岩屑砂岩，往往岩屑录井色较杂；东岳庙段（J1z2）：
岩性为页岩、泥岩与砂岩不等厚互层。
部分泥岩呈软泥，质纯，松散，具粘性；珍珠冲段（J1z1）：
按岩性可分上下两段，上部紫红色泥岩与灰色粉-细粒岩屑砂岩不等厚互层，砂岩向下夹层增多；下部岩石色变深，为灰、深灰色泥岩与粉砂岩、细粒岩屑砂岩互层，底部以含砾岩屑砂岩、岩屑砂岩，与下覆上三叠统须家河组灰、黑灰色泥岩、页岩之间呈整合—假整合接触。
上三叠统须家河组（T3x）：
预计钻厚620m。
按岩性分为六段，二、四、六段以灰-灰白色块状细-粗粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩、长石岩屑石英砂岩（局部含砾砂岩）为主，夹薄-厚层灰黑、黑灰色泥、页岩，电性特征表现为自然伽玛块状低值间夹尖峰状高值，电阻率为块状高值间夹尖峰状低值；三、五段以大段黑、黑灰色泥、页岩为主夹厚层灰、灰白色细-粗粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩、长石岩屑石英砂岩，粉砂岩。
表1河坝2井钻遇地层综合设计表
地层
设计地层（m）
目的层
钻井液相对密度（g/cm3）
界
系
统
组
段
底界深度
底界海拔
厚度
中生界
侏罗系
上统
蓬莱镇组
10
+530
10
1.00-1.40
遂宁组
505
+35
495
中统
上沙溪
庙组
1825
-1285
1320
下沙溪
庙组
2295
-1755
470
千佛
崖组
2625
-2085
330
下统
自流
井组
3045
-2505
420
三
叠
系
上统
须家
河组
3665
-3125
620
中统
雷口坡组
三段
3915
-3375
250
1.70-2.10
二段
4085
-3545
170
一段
4145
-3605
60
下
统
嘉陵江组
五段
4395
-3855
250
四段
三段
4560
-4020
165
二段
4720
-4180
160
一段
4985
-4445
265
飞仙关组
四段
5055
-4515
70
三段
5200
-4660
145
1.85-2.30
二段
5230
-4690
30（未穿）
说明：
表中设计深度参考了深度偏移剖面及河坝1井的钻探情况；
河坝2井1月17日一开完毕，领眼深度614m，下入Φ339.7mm套管，套管下深595.84m，19日固井完毕。
图1：
河坝2井井身结构图
图2：
河坝2井二开井口装置示意图
二、河坝2井气基流体钻井准备工作
1月23日设备、管汇及泡沫钻井材料到井，28日国产压缩机到井，由于现场不具备安装条件，处于待命状态。
2月13日开始安装，16日安装基本到位。
17日坐旋转总成。
2月17日开始钻灰塞，由于井内泥浆静止时间较长，流动性能变差，开泵即返出旋转头，随即启用旋转头。
2月18日6:
00钻完灰塞及1m新地层取出胶芯总成，检查总成及胶芯正常。
2月20日12:
15所有气体钻井设备及管汇试压，试压标准按照补充设计进行，高压试压至12.6Mpa，试压合格。
向井队下达第一道气基流体钻井作业指令。
当晚向井队干部及职工进行了技术交底。
表2：
气基流体钻井地面设备及装置
序号
名称
型号
参数
数量
提供单位
1
压风机
XHP900/350SCAT
25.50m3/min
2.41MPa
4台
新疆钻研院
2
增压器
6T-414-62B-1850/1800
51.00m3/min
12.80MPa
2台
新疆钻研院
3
国产空压机
S-10/150
10m3/min
5台
新疆钻研院
4
雾化泵
360l/min
16.50MPa
1台
新疆钻研院
5
地面配套管汇
1套
新疆钻研院
6
旋转控制头
GRANT7068
1套
新疆钻研院
7
燃烧管线
Φ273.05mm
100m
新疆钻研院
8
自动点火装置
1套
新疆钻研院
9
泡沫钻井数据采集系统
UBDCJ-Ⅱ
1套
新疆钻研院
10
H2S/SO2监测仪
GH-A
按设计配备
11
取样、监测、记录装置
西南油院
图2：
中石化河坝2井气基流体钻井地面布置示意图
三、河坝2井气基流钻井情况
二开第一趟钻具组合
316.5mmGP536D钻头+配合接头+279.46mm钻铤3根+配合接头+228.6mm单流阀+228.6mm钻铤6根+配合接头+203.2mm钻铤3根+配合接头+177.8mm钻铤6根+配合接头+139.7mm斜坡钻杆+184mm钻杆旋塞+184mm钻杆单流阀+139.7mm斜坡钻杆
钻头：
川石生产PDC型号：
GP536D水眼：
26×6地层分类3推荐钻压36～160KN，推荐转速8～200rpm，PDC钻头在该井使用为试验性质，与原设计不同。
2月25日9:
00开始替泥浆，气量50m3/min，替浆最高压力为1000psi（7Mpa），钻头位置599m，之后，钻具下放至井底，替空领眼及新钻1m地层的泥浆；为加快替浆效率以及井眼清洁度、节省干燥井眼时间，打泡沫10min（排量200l/min）,泡沫塞返出后，开启130m3/min设备进行干燥井眼工作。
17:
41井眼已干燥，18:
11开始下放，旋转钻具，扭矩值12，转速20rpm，无钻压，18:
27开始磨合钻头，钻压10KN，转速20rpm，气量130m3/min，气体注入压力1.75Mpa。
设计要求钻进300～500m进行测斜，考虑到井身质量要求以及PDC钻头是国内首次在空气钻井中使用，与空气钻井匹配参数无借鉴经验，所以在钻进至920.70m时，进行了第一次测井斜工作。
测斜井段：
615m～860m，最大井斜1.09°，最小井斜0.12°，860m处，井斜0.54°，井径规则，完全达到设计要求。
该段进尺304.74m，平均机械钻速12.7m/h。
测斜完毕继续钻进，2月27日21:
45钻进至958.50m时接地质通知，全烃异常循环洗井。
2月28日4：
13钻进至999.59m时又接地质通知，全烃异常循环洗井26min待烃值下降之后继续钻进，具体数据见河坝2井油气及H2S专报。
12:
20开始调整钻进参数，转速由80rpm调至90rpm，钻压由30KN调整到40KN进行对比试验，试验得出转速90rpm，钻压40KN时钻时平均保持在3～4min/m，各项参数及钻进过程都较好，随即确定了这项参数组合进行钻进。
22:
34钻进至井深1148.24m时，司钻发现悬重减少了9t，上提钻具进行洗井观察，井队技术人员判断为钻铤断了，落鱼为11"钻铤。
在循环洗井至3月1日0:
17停气、卸压、起钻。
本段进尺227.54m，平均机械钻速10.8m/h。
3月1日至3日为起钻、组织打捞工具（卡瓦打捞筒）、下钻、空气循环（录井监测到全烃值异常升高，并伴有H2S显示0.47ppm↗1.07ppm↘0.37ppm↘0ppm）、打捞、空气循环、起钻、组合钻具下钻、循环（空气量25m3/min，点火口可点燃，焰高5m，5min后火焰熄灭）、第二次测斜。
第二次测斜井段：
860m～1110m，最大井斜1.15°，位于980m，井底井斜0.47°。
二开第二趟钻具组合
316.5mmGP536D钻头（原PDC钻头）+配合接头+279.46mm钻铤2根+配合接头+228.6mm单流阀+228.6mm钻铤6根+配合接头+203.2mm钻铤3根+配合接头+177.8mm钻铤3根+配合接头+139.7mm斜坡钻杆+184mm钻杆旋塞+184mm钻杆单流阀+139.7mm斜坡钻杆
3日14:
54测斜完毕后，开始小排量循环观察（关闭半封，排出气体从节流管汇进入分离器燃烧管线点火口，未点燃；随后打开半封，气量调整到130m3/min，循环观察。
取样口有水滴，捞出潮湿颗粒，最大直径10mm，返出量较多。
15:
50返出岩屑逐渐变干，颗粒逐渐变小，随即开始正常钻进。
至17:
43钻进至井深1159.99m时，发现悬重减少19t，判断为断钻铤（9″+11″钻铤），循环至18:
15停气、卸压、起钻，本次钻头入井钻进11.19m。
4日4:
50捞住落鱼，送气循环两次，由开始的27m3/min，后提高到76m3/min，压力逐渐上升到4.9Mpa，由于井队立管上装的低压表（4Mpa量程）漏气，停气，此间出口未返出，怀疑为地层出水或水眼被堵。
9:
34起出胶芯总成后，发现带胶芯的单根下部有过水痕迹，钻杆接箍处有泥包现象，此时已起出钻具120m，以下3根立柱均有这种现象。
15：
30打捞筒提出钻台面，卸下第一根9"钻铤，发现9"钻铤下部水眼被岩屑堵死，掏出，最大掉块为60×50mm，多为干燥的泥岩及砂岩，怀疑是下打捞工具时，卡瓦打捞筒碰井壁导致了部分掉块。
在3月3日～4日下钻和打捞落鱼的过程中，持续有全烃出现，最高达12.26%，关井小排量注气循环，在燃烧管线点火口点火，共三次：
3日13:
10点火口焰高3～5m，持续5min；4日3:
33点火口焰高5～6m，持续5min；4日6:
53点火口焰高2～3m，持续5min。
3月4日10:
25召开技术组第一次会议，分析地层出水量及断钻具原因，研究下步施工方案。
会议达成以下共识：
1、打捞完毕后探伤检查钻铤，甩掉不合要求的钻铤，但必须保证有1柱9"钻铤，组合钻具下钻；
2、下钻到遇阻后，送气循环，洗井观察是否有掉块等；
3、如发现出水，观察出水量，如较大，替井，替井完毕后转换为泡沫钻井；
4、如没有出水或出水量不大（未达到设计转换条件），增大气量洗井，干燥井眼，继续空气钻进。
下午16:
35生产例会曹经理决定去掉11″，继续使用原PDC钻头入井，保持40～50KN钻压，转速80～90rpm，如机械钻速降低，换牙轮钻头。
二开第三趟钻具组合
316.5mmGP536D钻头（原PDC钻头）+配合接头+228.6mm单流阀+228.6mm钻铤5根+配合接头+203.2mm钻铤6根+配合接头+177.8mm钻铤3根+配合接头+139.7mm斜坡钻杆+184mm钻杆旋塞+184mm钻杆单流阀+139.7mm斜坡钻杆
3月5日10:
30下钻到底后，先以小排量循环排出井内可燃气体，恢复为正常钻进空气排量循环，至12:
35干燥成功，开始钻进。
3月6日3:
47，钻至井深1257.0m，岩屑返量极少，且呈团球状（米粒大小不等），至4:
05钻至井深1258.75m，接钻杆立柱，4:
35送气钻进，4:
45钻至井深1259.80m，无任何岩屑上返，停止钻进循环观察，至4:
50取样口（捞砂口）开始出现水滴，然后排砂口处出现细柱状（铅笔粗）水流，持续不断。
6:
43开启所有空气设备，最大排量循环尝试干燥井眼，排出口出水情况未见改变，。
地质录井分析水层应在1253m～1256m（底界不确定）。
排砂口出水特征为细柱状（铅笔粗）水流，伴有水雾，出口无粉尘，根据《钻井工程补充设计（气体钻井工程设计）》中“地层出水大于5m3/h时地表特征为：
见液滴”来判断，出水量已远远大于5m3/h。
经空气钻井现场技术组研究，上报南方公司及川东工作部，后经南方分公司批准，转换为泡沫钻井工艺。
整个空气钻进井段：
615m～1259.80m。
平均机械钻速：
10.26m/h。
14:
45开始泡沫循环，18:
00开始泡沫试钻进，空气量：
73m3/min，液量：
320l/min，转速80～90rpm，钻压10～40KN，排出口泡沫返出稳定、连续，泡沫质量很好，但钻具有憋跳现象；19:
00钻至1259.85m时，由于钻时较慢决定起钻换牙轮钻头。
二开第四趟钻具组合（泡沫钻进钻具组合）
316.5mmHJ537GK牙轮钻头+配合接头+228.6mm单流阀+228.6mm钻铤5根+配合接头+203.2mm钻铤6根+配合接头+177.8mm钻铤3根+配合接头+139.7mm斜坡钻杆+184mm钻杆旋塞+184mm钻杆单流阀+139.7mm斜坡钻杆
3月7日7:
30开始泡沫钻进，空气量73m3/min～75m3/min，液量320l/min，转速80rpm，钻压50KN～80KN，返出口泡沫质量较好，泡沫返出稳定、连续，在1260m～1263m泡沫钻进机械钻速可以保持在4m/h，但井壁持续有掉块，取样口有大颗粒岩屑返出，1264m开始钻速变慢，废液池空间也逐渐变少，经空气钻井现场技术组研究并请示南方公司和川东工作部同意，由泡沫钻进转换为常规泥浆钻进。
泡沫钻进井段：
1259.80m～1273.57m。
17:
20开始泡沫循环，19：
34停气、停泵，22:
00替换泥浆。
空气、泡沫钻井施工结束。
泡沫钻进井段：
1259.80m～1273.57m，平均机械钻速：
1.72m/h。
四、认识与建议
认识：
1、河坝2井是川东北地区乃至全国石油钻井行业在气基流体中首次使用PDC钻头，应该说是成功的，机械钻速和井斜控制都令人满意，为后续钻进提供了良好条件。
2、经过河坝2井PDC钻头的应用，也发现了PDC钻头在气基流体钻井中的不足之处。
PDC钻头钻遇夹层速度较慢，加压不敏感；由于井口设备旋转头额定转速不能超过100转/分钟，顶驱不能高速旋转，所以PDC钻头的高转速、低钻压特性未能充分发挥。
3、本井气基流体钻井的成功与不足之处。
a空气钻井的特长得以充分发挥，证明川东北地区空气钻井的可行性。
b泡沫钻井工艺不太适应，机械钻速还可以，但场地条件不满足。
建议：
1）前期准备工作、井口与井场布局
a前期工作时间过长；
b井口太高；
c排出口应在井场下风方向；
d受地形条件限制井场尺寸太小，许多安装违反标准规定，存在安全隐患。
2）钻具组合及钻井参数的优选
a上部地层11"钻铤的应用对保证全井井身质量有着至关重要的作用，应积极推广实用；
b钻具入井前的质量检查，尤其是入井工具及钻铤的检查是非常重要的，有条件应使用全新钻具，防止断钻具事故的发生，保证空气钻井的连续性；
c不应过高追求机械钻速而使用高钻压，这样极易造成井斜偏大，为下步泥浆钻井施工的带来复杂。
应优选钻井参数，保持均匀的机械钻速，保证井径规则。
空气钻井机械钻速与井斜、井下安全及井壁规则等应综合考虑，不能盲目追求过高的机械钻速而忽视了其它方面，因此要优选钻井参数。
河坝2井的施工过程中，所采用的Φ279.4mmDC和PDC钻头的新型钻具组合，在初期的施工过程中取得了良好的效果，尤其在该地区有效的解决了井身质量和机械钻速之间的矛盾，不仅提高了机械钻速，还有效控制了井斜，从两次电子多点测斜结果来看，在空气钻进的600米井段中，井斜最大不超过1.50，和常规钻井相比，优势是显而易见的，由于地层出水以及井壁掉块严重，河坝2井的空气钻井未能钻达至设计井深，但是在河坝2井所施工的空气钻井新技术对于整个川东北区块以后的空气钻井将具有深远的指导意义。
（注：
此段为井队对空气钻井的认识）
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