气体钻井可循环泡沫技术达*水平
- 2013-07-17 11:16:251307
2009以来，气体钻井可循环泡沫技术先后在川东北元坝、兴隆等区块9口井上应用，使川东北地区平均机械钻速较常规泥浆钻井提高4～6倍，适用地层大出水量达50立方米/小时，节约钻井综合成本上千万元。
气体钻井遭遇两大“瓶颈”
川东北元坝区块是集团公司天然气增储上产的重点探区，地质条件极为复杂，上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩交错，硬度大，奈研磨性强，使用常规钻井液钻进，机械钻速较低。针对川东北地层特点，钻井工程技术研究院积极开展室内研究和现场试验，形成了雾化钻井、空气泡沫钻井等系列气体钻井配套技术。
气体钻井技术主要是用压缩气体代替常规钻进使用的水或泥浆循环，不但可以起到冷却钻头、携带岩屑和保护井壁的作用，而且因为气体密度小，使井底压力降低，可以有效提高钻速。此外，压缩气体在井内循环时，还可作为动力源实现冲击回转钻进，提高钻速。
自气体钻井技术2006年在川东北地区应用后，钻井提*果明显。但当气体钻井钻遇水层时，泥页岩吸水膨胀、水化分散，会导致井壁失稳，致使气体钻井无法顺利进行，钻井提速受到制约。元坝区块新一轮井井身结构调整后，井眼直径突破600毫米且井段较长。由于设备受限，气体和雾化钻井无法将井筒中的岩屑完全携带出来，只能转为钻井液钻进，导致机械钻速大幅降低。
“地层出水、大尺寸井眼携岩困难这两大‘瓶颈’问题的出现，严重制约了川东北地区气体钻井优势的发挥。”钻井工程技术研究院油田化学研究所所长孙举说。
新型泡沫流体应运而生
早在气体钻井遭遇地层出水难题时，钻井工程技术研究院油田化学研究所科研人员就开始深入川东北地区开展现场调研。他们认识到，气体泡沫钻井不仅可以解决地层出水难题，还可以弥补气体钻井钻大尺寸井眼时携岩困难的不足。
“当时，某国外公司也在川东北进行气体泡沫钻井施工。但他们的技术并不完善，适用地层出水量较小，稳定井壁的能力也很有限。”孙举回忆称。
既然国外的技术不能满足需要，钻井工程技术研究院油田化学研究所就开始着手开展气体泡沫钻井技术攻关。经过一年多室内研究，科研人员研发出两种比较成熟的泡沫钻井*防塌剂——井壁稳定剂和包被抑制剂。该成果*。
在此基础上，科研人员再次展开防塌剂与发泡剂、稳泡剂的配伍性研究，终形成强抑制、强吸附、强包被成膜作用的泡沫钻井基液配方。
“现场应用表明，我们研制的气体钻井泡沫流体具有较强的防塌、携水、携岩性能，可以有效解决川东北地区气体钻井钻遇水层时易出现井下复杂情况和大尺寸井眼携岩困难这两大难题。”钻井工程技术研究院油田化学研究所工程师马文英说。
气体钻井泡沫流体在元坝、兴隆等区块应用效果良好，平均机械钻速达到5.5米/小时，较邻井用泥浆钻进钻速提高4～6倍。该泡沫流体在兴隆区块隆盛2井应用时，地层大出水量达到50立方米/小时，井壁依然稳定，突破了之前适用地层出水量小于20立方米/小时的局限，大大延长了气体泡沫钻井安全作业时间。
机械消泡降本又环保
在气体泡沫钻井过程中，泡沫基液可以顺利完成携岩、携水任务，将其从排砂口返到泥浆池。可是，元坝区块导眼尺寸大，要满足携岩、携水要求，需要的泡沫量很大。
初期因消泡困难，泡沫基液只能一次性使用，配制工作量大。加上表面活性剂消耗多，导致气体泡沫钻井成本较高。同时，因泥浆池容量有限，泡沫大量返出，也给环保带来巨大压力。
“如果向返出的泡沫流体中加入化学消泡剂，虽然消泡效果不错，但会对发泡剂造成污染，降低其再次发泡能力，无法实现泡沫基液的循环利用。”孙举说，“从延长气体泡沫作业时间、减轻环保压力、降低综合成本等角度考虑，我们开始围绕机械消泡技术展开攻关。”
经过大量室内研究和现场试验，钻井工程技术研究院油田化学研究所科研人员在曹品鲁博士的带领下，在国内研制出环隙式机械消泡器。该工具结构简单、动力消耗小、可实时连续消泡，大处理量达到180立方米/分钟，消泡效率达到85%以上。
如此，使用后的泡沫流体经过消泡处理和二次维护，可实现循环利用。这样在一口井进行气体泡沫钻井施工时，只需一个泥浆池就能满足生产需要，清水使用量和废水处理量也随之大幅降低，累计循环使用泡沫基液22700立方米，减少废水处理量22700立方米，节约钻井综合成本上千万元。