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空气钻井技术在普光气田的应用

赵朋肖国益胡宏涛
（中原石油勘探局钻井工程技术研究院，河南濮阳，457001）

摘要：普光气田钻井特别是探井，由于地层复杂，钻井机械钻速极低，不仅钻井周期长而且极易发生各种井下复杂情况，严重制约了普光气田的天然气勘探开发进程，如何提高钻井速度一直是普光气田钻井工作的一个难题。通过对普光气田地层的分析与评价，选择适当的井段进行空气钻井提高钻井速度试验，通过PD-1、P2-2、PA-2井的现场应用表明：机械钻速提高了3～15倍，并且有效的预防了井斜，同时也避免了井漏、卡钻等井下复杂，大大缩短了建井周期，节约了钻井成本。
主题词：空气钻井钻头机械钻速钻井周期

普光气田是四川盆地目前已发现的最大天然气田，2005年初中石化把普光气田交给中原油田开发和管理，至2005年末普光气田累计探明可采储量为2510.75亿立方米。按照规划，普光气田分三期按照19亿、30亿、60亿年产能进行开发建设，其中第一期19亿年产能建设，部署开发井12口，要求2007年投产。
普光气田地质构造为陆相、海陆相交互和海相沉积。其中上部陆相地层为高陡构造，砂、泥、页岩互层频繁，硬度大，研磨性强，须家河组石英砂岩硬度达8级，可钻性差，漏层多，中下部地层破碎，井眼稳定性差，钻井中时常发生井漏，井漏后往往诱发井塌，并且漏失井段长，极易造成井下复杂，处理难度大。下部深层碳酸盐岩气藏普遍存在多产层、多套压力系统、高压、高含硫、裂缝和溶洞发育，漏失严重，钻井风险大。不仅机械钻速低、钻井周期长，而且极易发生断钻具等井下复杂事故，严重制约了普光气田的天然气勘探开发进程。
一、普光气田钻井概况
普光气田自2001年投入勘探钻井以来，先后完成了普光1、2、3、4、5、6、7井施工。普光完钻井主要指标见下表。
表1普光完钻井主要指标统计
井号完钻井深/m钻井周期/d机械钻速/（m/h）钻头用量/只普光1井5700540.230.99120普光2井5353225.732.3178普光3井6110421.671.2078普光4井6122361.071.5686普光5井6090296.501.6850普光6井5510209.181.9051普光7井5936316.801.6759平均5832338.711.6175通过钻井实践，在钻井施工中存在以下技术难点和问题：
岩石硬度高、研磨性强、可钻性差，钻井速度低
高陡构造，地层倾角大，井身质量控制困难
地层严重漏失
地层坍塌、掉块严重，井壁极不稳定
为了解决该区块钻速慢的钻井难题，在开发井钻井过程中，先后在PD-1井、P2-2井、PA-2井、P4-2井、P6-3井开展了空气钻井、空气锤钻井、雾化钻井应用，机械钻速提高，缩短了钻井周期，见到了明显的效果。

二、空气钻井适用井段分析
采用空气钻井技术要受到井壁稳定、地层出水或天然气等诸多条件的限制。针对这些问题在普光气田应用空气钻井技术前进行了理论上的分析，通过现场试验应用形成了一套比较成熟的空气钻井技术，可以在普光地区部分井段采用空气钻井技术大幅提高钻井速度，同时在钻井过程中减少井下可能出现的复杂情况，并保证钻井安全顺利地进行，对井下可能出现的问题从以下几个方面进行了研究：
1、井眼稳定性分析
首先是井眼稳定性的物理力学分析，通过借助计算软件，对普光1井、2井和4井的测井数据对此进行分析，计算无侧限抗压强度，并进行了岩性解释。一般认为，空气锤钻井最小需要68.95MPa的无侧限抗压强度。计算结果表明，普光气田的地层强度能满足空气锤钻井所需的最小强度。

图1普光2井地层强度分析
2、地层出水量分析
空气钻井具有水敏感性，同时普光地区地层岩石对水敏感，所以在空气钻井时需对出水情况进行详细预测。地层测试表明地层出水会通过水化作用降低岩石强度。在空气钻井前，通过分析计算邻井测井资料来预测地层出水和天然气情况。采用深探侧向电阻率和浅探侧向电阻率测井来识别含气层。深、浅探侧向电阻率之间的比值KRDS可以按下列公式计算：

Rd：深探侧向电阻率
Rs：浅探侧向电阻率
KRDS参数反映裂缝类型以及储层流体性质。在某些储层，如果有气或有水存在，地层的深、浅探侧向电阻率会有明显不同。所以可以用KRDS作为识别含气层和含水层的参数。同时，使用径向流公式来预测出水量。
下图为普光2井预测含水层的情况。

图2普光2井地层出水预测
3、井下燃爆
空气钻井时，地层产出的可燃气体与空气混合，有可能发生井下燃爆，可燃气体可能发生燃爆的浓度比例与气体本身的组分、物性、井下的温度、压力、流道形状和环空边界物的热力学性质等有关，且燃爆只在井下具备点火条件时才会发生。
针对普光气田上部井段，虽然临井显示有多处气测异常，但预计原始产能很小，井筒在无伤害条件下的无阻产气量不会很高。在空气钻井