论文部分内容阅读
[摘 要]在科威特RA-406井的四开欠平衡钻井施工中，由威德福提供欠平衡设备和技术服务，首次使用了井下套管阀（ DDV），通过配套技术， 实现了全过程欠平衡钻进、起下钻、测井等多项欠平衡施工作业。给全过程欠平衡钻井施工提供了宝贵的工作经验。
[关键词]RA-406井；全过程欠平衡；欠平衡钻进；欠平衡起下钻；套管阀；数据采集 。
中图分类号：P413 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0365-01
欠平衡钻井技术作为一项重要的油气层保护手段备受人们青睐，已得到越来越广泛的应用，但常规的欠平衡钻井工艺无法解决起下钻、完井等作业过程中井底欠平衡压差的连续保持问题，无法实施全过程的欠平衡作业，使该项技术的应用受到一定程度的限制。为了确保欠平衡钻井的效果，人们提出了“全过程欠平衡钻井”的概念，即从钻开油气层到完井都要实现欠平衡。其核心是不压井作业，包括不压井起下钻、不压井测井、不压井下入筛管或尾管、不压井下入完井管柱等。
RA-406井是科威特KOC国家石油公司，在2011年部署的三口欠平衡井之一，该井四开采用了欠平衡钻井技术。在施工过程中，使用了先进的欠平衡钻井设备 Williams 71O0旋转防喷器及地面相关配套系统和数据采集系统，首次使用了美国 Weatherford公司生产的井下套管阀和数据采集系统。成功实现了包括欠平衡钻进、不压井起下钻、带压测井等整个的过程欠平衡施工作业。为KOC公司准确查清ZUBAIR地层特性，准确评价该油层的产能打下了坚实基础。
一、RA-406井井身结构及欠平衡施工钻具组合
1、井身结构
18 5/8〞*K55*386米+13 3/8〞*L80*1839米+9 5/8〞*L80*2784米
2、钻具组合
8 1/2〞牙轮+双母接头+威德福单流接头+6 1/2〞钻铤*1+8 1/2〞扶正器+6 1/2〞钻铤*1+8 1/2扶正器+6 1/2〞钻铤*13+5〞加重钻杆*9+ 威德福单流接头+5〞钻杆
二、RA-406井欠平衡施工设计
1、欠平衡施工工艺设计
欠平衡压力钻井是指在钻井过程中泥浆柱作用在井底的压力，低于地层孔隙压力，此时允许产层流体流入井内，并可将其循环到地面，地面可有效地控制。
欠平衡钻井首先是根据地层情况选取欠平衡钻井液类型，不同的流体类型可以形成不同密度的液柱压力，根据钻井液类型的不同，欠平衡钻井分为以下几个系列：
①气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围0～0.02克/立方厘米；
②雾化钻井，密度适用范围0.02～0.07克/立方厘米；
③泡沫钻井液钻井，包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围O.07～0.60克/立方厘米；
④充气钻井液钻井，包括通过立管注气和井下注气两种方式。井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。其密度适用范围为0.7～O.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；
⑤水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1～1.30克/立方厘米；
⑥油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.8～1.02克/立方厘米；
⑦常规钻井液钻井（采用密度减轻剂），密度适用范围大于O.9克/立方厘米；
⑧泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。
RA-406井根据舒哎巴地层的压力系数7.4ppg，决定使用8.4ppg的过滤盐水，井口注入氮气作为欠平衡钻井的钻井液，属于上述第四类：充气钻井液。
2、优化注气参数设计，确保井眼净化和欠平衡钻井
在RA-406井施工中使用盐水注氮气的钻井液进行欠平衡钻进时，最大的问题是：①由于地层压力低、仅为7.4ppg，而盐水的密度8.4ppg，如何保障地层始终处于欠平衡状态。②由于钻井液的携砂性能差，如何才能保障井眼净化，这些问题都是卫德福通过三维模拟得到了解决。通过三维模拟模拟可以找到保证井眼净化的最低返速，根据甲方的始终要求井底压力低于地层压力10%-20%的负压差要求，通过液柱压力计算可以计算出注入氮气流量范围，这样就可以找到一个符合要求的流量窗口，可以确定最合适的泵流量和注入氮气的流量。RA-406井根据模拟结果选择正常钻进时泵流量300gpm和注入氮气的流量1250scfm，这样既可以保证井眼净化还可以保障欠平衡钻井。
三、RA-406井四开欠平衡钻井施工过程
1、施工概述
2、套管阀（DDV）的应用及技术要点
RA-406井首次使用了由美国威德福公司所开发的井下套管阀，它主要包括阀体、控制管线和地面控制箱，阀体的通径与技术套管的通径相同，通过两条控制管线与地面控制箱相连，通过控制箱可以对阀板实施打开和关闭操作该阀可承受的最大压差为 35MPa，该套管阀安装于距离井口 411m处的技套中，在地面配备有相应的控制设备，通过2根液压管线同套管阀相连。
采用井下套管阀技术可以实现全过程欠平衡钻井、电测和完井。在需要钻柱或其它作业管柱通过井下套管阀时，作业管柱下至井下套管阀顶部，通过地面压力控制打开井下套管阀，允许作业管柱通过。需要关闭井下套管阀平衡地层压力时，通过地面压力控制系统，关闭井下套管阀。
四、欠平衡数据采集系统在RA-406井的应用
在欠平衡钻井施工过程中，由于存在着地层岩性、 地层流体的复杂性和不确定性， 钻井参数的多变性，施工工况的多元化等原因，这就加大了欠平衡钻井施工的难度。欠平衡数据采集系统能及时采集钻井参数、钻井液性能参数，监测施工过程中所出现的异常情况。这样，就使得施工人员实时掌握欠平衡钻井施工状况成为可能，并能根据实际情况及时做出正确的判断和合理措施，并对钻井参数、钻井液性能参数进行调整、优化，以确保欠平衡钻井施工是在可控情况下有序进行的。RA-406井四开使用了欠平衡数据采集系统， 能实时采集立管压力、套管压力、地层压力、井底压力、欠压值、钻井液排量、井底天然气返出量、钻井液进出口密度、钻压、转速、扭矩、钻速等多个参数，同时能对液气分离器的钻井液出口和燃烧管线、出口进行视频监视与记录。欠平衡数据采集系统还能及时、有效的反映出钻进过程中所出现的一些异常情况，如当发生轻微溢流或井漏时，返出的钻井液就必将会增加或减少，而数采系统的排量传感仪能迅速发现这一细微现象，并能及时予以报警。
五、几点认识及建议
1、采用井下套管阀技术实现了全过程的欠平衡钻井，显著提高了欠平衡钻井工艺水平和作业水平。由于在起下钻过程中不需预先加入重钻井液，因此可有效地保护和发现油气层，满足了油田勘探开发部门对油气储层科学、准确地识别和评价的工艺技术要求。
2、井下套管阀技术与使用不压井强行起下钻设备相比大大减少了钻井作业时间，具有更好的适应性和使用性能，完全可以取代不压井强行起下 钻设备。
3、钻具腐蚀严重，在RA-406井欠平衡施工中出现的最大问题是：钻具腐蚀严重。在RA-406施工现场，欠平衡钻井时采用纯度为95%氮气，含有5%的氧气，甚至含氧量更高。因此在欠平衡钻进过程中主要是氧腐蚀问题，RA-406井在欠平衡钻井风险评估时已经考虑到氧腐蚀问题，并制定了预防措施。现场主要采用以下2种方法控制氧腐蚀：① 添加苏打或烧碱调节钻井液pH 值到9以上；②添加防腐剂来减小腐蚀。但从实际使用效果来看，防腐效果不好，在第一趟钻起钻时就发现钻具腐蚀严重，并且钻具使用井段越深，腐蚀越严重，应该寻找更好的防腐办法。
参考文献
[1] 穆总结.对全过程欠平衡钻井技术的认识及现场实践[J]新疆石油科技，2010，12（10）：128-129.
[关键词]RA-406井；全过程欠平衡；欠平衡钻进；欠平衡起下钻；套管阀；数据采集 。
中图分类号：P413 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0365-01
欠平衡钻井技术作为一项重要的油气层保护手段备受人们青睐，已得到越来越广泛的应用，但常规的欠平衡钻井工艺无法解决起下钻、完井等作业过程中井底欠平衡压差的连续保持问题，无法实施全过程的欠平衡作业，使该项技术的应用受到一定程度的限制。为了确保欠平衡钻井的效果，人们提出了“全过程欠平衡钻井”的概念，即从钻开油气层到完井都要实现欠平衡。其核心是不压井作业，包括不压井起下钻、不压井测井、不压井下入筛管或尾管、不压井下入完井管柱等。
RA-406井是科威特KOC国家石油公司，在2011年部署的三口欠平衡井之一，该井四开采用了欠平衡钻井技术。在施工过程中，使用了先进的欠平衡钻井设备 Williams 71O0旋转防喷器及地面相关配套系统和数据采集系统，首次使用了美国 Weatherford公司生产的井下套管阀和数据采集系统。成功实现了包括欠平衡钻进、不压井起下钻、带压测井等整个的过程欠平衡施工作业。为KOC公司准确查清ZUBAIR地层特性，准确评价该油层的产能打下了坚实基础。
一、RA-406井井身结构及欠平衡施工钻具组合
1、井身结构
18 5/8〞*K55*386米+13 3/8〞*L80*1839米+9 5/8〞*L80*2784米
2、钻具组合
8 1/2〞牙轮+双母接头+威德福单流接头+6 1/2〞钻铤*1+8 1/2〞扶正器+6 1/2〞钻铤*1+8 1/2扶正器+6 1/2〞钻铤*13+5〞加重钻杆*9+ 威德福单流接头+5〞钻杆
二、RA-406井欠平衡施工设计
1、欠平衡施工工艺设计
欠平衡压力钻井是指在钻井过程中泥浆柱作用在井底的压力，低于地层孔隙压力，此时允许产层流体流入井内，并可将其循环到地面，地面可有效地控制。
欠平衡钻井首先是根据地层情况选取欠平衡钻井液类型，不同的流体类型可以形成不同密度的液柱压力，根据钻井液类型的不同，欠平衡钻井分为以下几个系列：
①气体钻井，包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围0～0.02克/立方厘米；
②雾化钻井，密度适用范围0.02～0.07克/立方厘米；
③泡沫钻井液钻井，包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围O.07～0.60克/立方厘米；
④充气钻井液钻井，包括通过立管注气和井下注气两种方式。井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。其密度适用范围为0.7～O.9克/立方厘米，是应用广泛的一种欠平衡钻井方法；
⑤水或卤水钻井液钻井，密度适用范围1～1.30克/立方厘米；
⑥油包水或水包油钻井液钻井，密度适用范围为0.8～1.02克/立方厘米；
⑦常规钻井液钻井（采用密度减轻剂），密度适用范围大于O.9克/立方厘米；
⑧泥浆帽钻井，国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层。
RA-406井根据舒哎巴地层的压力系数7.4ppg，决定使用8.4ppg的过滤盐水，井口注入氮气作为欠平衡钻井的钻井液，属于上述第四类：充气钻井液。
2、优化注气参数设计，确保井眼净化和欠平衡钻井
在RA-406井施工中使用盐水注氮气的钻井液进行欠平衡钻进时，最大的问题是：①由于地层压力低、仅为7.4ppg，而盐水的密度8.4ppg，如何保障地层始终处于欠平衡状态。②由于钻井液的携砂性能差，如何才能保障井眼净化，这些问题都是卫德福通过三维模拟得到了解决。通过三维模拟模拟可以找到保证井眼净化的最低返速，根据甲方的始终要求井底压力低于地层压力10%-20%的负压差要求，通过液柱压力计算可以计算出注入氮气流量范围，这样就可以找到一个符合要求的流量窗口，可以确定最合适的泵流量和注入氮气的流量。RA-406井根据模拟结果选择正常钻进时泵流量300gpm和注入氮气的流量1250scfm，这样既可以保证井眼净化还可以保障欠平衡钻井。
三、RA-406井四开欠平衡钻井施工过程
1、施工概述
2、套管阀（DDV）的应用及技术要点
RA-406井首次使用了由美国威德福公司所开发的井下套管阀，它主要包括阀体、控制管线和地面控制箱，阀体的通径与技术套管的通径相同，通过两条控制管线与地面控制箱相连，通过控制箱可以对阀板实施打开和关闭操作该阀可承受的最大压差为 35MPa，该套管阀安装于距离井口 411m处的技套中，在地面配备有相应的控制设备，通过2根液压管线同套管阀相连。
采用井下套管阀技术可以实现全过程欠平衡钻井、电测和完井。在需要钻柱或其它作业管柱通过井下套管阀时，作业管柱下至井下套管阀顶部，通过地面压力控制打开井下套管阀，允许作业管柱通过。需要关闭井下套管阀平衡地层压力时，通过地面压力控制系统，关闭井下套管阀。
四、欠平衡数据采集系统在RA-406井的应用
在欠平衡钻井施工过程中，由于存在着地层岩性、 地层流体的复杂性和不确定性， 钻井参数的多变性，施工工况的多元化等原因，这就加大了欠平衡钻井施工的难度。欠平衡数据采集系统能及时采集钻井参数、钻井液性能参数，监测施工过程中所出现的异常情况。这样，就使得施工人员实时掌握欠平衡钻井施工状况成为可能，并能根据实际情况及时做出正确的判断和合理措施，并对钻井参数、钻井液性能参数进行调整、优化，以确保欠平衡钻井施工是在可控情况下有序进行的。RA-406井四开使用了欠平衡数据采集系统， 能实时采集立管压力、套管压力、地层压力、井底压力、欠压值、钻井液排量、井底天然气返出量、钻井液进出口密度、钻压、转速、扭矩、钻速等多个参数，同时能对液气分离器的钻井液出口和燃烧管线、出口进行视频监视与记录。欠平衡数据采集系统还能及时、有效的反映出钻进过程中所出现的一些异常情况，如当发生轻微溢流或井漏时，返出的钻井液就必将会增加或减少，而数采系统的排量传感仪能迅速发现这一细微现象，并能及时予以报警。
五、几点认识及建议
1、采用井下套管阀技术实现了全过程的欠平衡钻井，显著提高了欠平衡钻井工艺水平和作业水平。由于在起下钻过程中不需预先加入重钻井液，因此可有效地保护和发现油气层，满足了油田勘探开发部门对油气储层科学、准确地识别和评价的工艺技术要求。
2、井下套管阀技术与使用不压井强行起下钻设备相比大大减少了钻井作业时间，具有更好的适应性和使用性能，完全可以取代不压井强行起下 钻设备。
3、钻具腐蚀严重，在RA-406井欠平衡施工中出现的最大问题是：钻具腐蚀严重。在RA-406施工现场，欠平衡钻井时采用纯度为95%氮气，含有5%的氧气，甚至含氧量更高。因此在欠平衡钻进过程中主要是氧腐蚀问题，RA-406井在欠平衡钻井风险评估时已经考虑到氧腐蚀问题，并制定了预防措施。现场主要采用以下2种方法控制氧腐蚀：① 添加苏打或烧碱调节钻井液pH 值到9以上；②添加防腐剂来减小腐蚀。但从实际使用效果来看，防腐效果不好，在第一趟钻起钻时就发现钻具腐蚀严重，并且钻具使用井段越深，腐蚀越严重，应该寻找更好的防腐办法。
参考文献
[1] 穆总结.对全过程欠平衡钻井技术的认识及现场实践[J]新疆石油科技，2010，12（10）：128-129.