突破高含硫气井钻井技术“瓶颈”

2009-03-19　　关键字：　　来源：中国石油石化工程信息网

　　[中国石化报2009年3月17日] 日前，高含硫气井关键技术研究与应用项目顺利通过中国石化集团公司专家组鉴定，专家组一致认为该项研究成果整体达到国际领先水平。该项研究由勘探南方分公司承担，形成了适应南方高含硫气井特点的四大关键技术及配套技术，初步适应了南方海相勘探的需要，钻井速度显著加快，工程质量普遍提高，钻探能力、施工安全性也得到大幅度提高，为南方勘探提供了有效的工程技术手段和坚实的工程技术基础。同时，该项成果实现了主要钻井材料（如套管）的国产化，有利于国家能源安全，有利于钻井可持续发展。

　　鉴定委员会一致认为，该项目根据南方探区的地质情况，对制约中国南方海相勘探的关键钻井技术进行了系统的攻关研究。成果的应用推广有效解决了川东北地区高含硫、高温、高压、高产、大井深天然气井的钻探难题。

　　重点攻关，安全高效，快速钻进

　　川东北地区是中国石化油气勘探的重点区域，自2000年投入勘探以来，累计探明天然气地质储量达到4000多亿立方米。随着勘探程度的不断加深，探明储量规模仍在扩大。这些成果的取得与钻探技术的进步密切相关。

　　南方勘探分公司对第一轮探井钻探过程遇到的各种复杂情况进行研究分析，总结出川东北地区两个突出的地质特点：高含硫、高压、高温、高产和埋藏深，是川东北地区天然气储集层的主要特点；压力系统多、压力窗口窄、稳定性差、可钻性差、倾角大，是该地区地层的主要特点。因此，该地区钻探施工经常遇到“喷、漏、塌、卡、斜、硬、毒”等诸多世界级的技术难题，给工区的安全带来了极大的挑战。

　　2005年，高含硫气井关键技术研究与应用项目组对国内外高含硫气井钻井技术现状进行深入分析，紧密结合川东北钻探的实际情况，提出川东北地区安全、高效和快速钻进的技术攻关思路：设计合理的井身结构，保证钻井过程及生产过程的安全性；加快钻井速度，缩短钻井危险期；提高地层承压能力，降低含硫气体溢出和发生井喷危害的可能性；提高固井质量，建立能真正控制高含硫化氢气体、进行安全钻井和保障生产长效的井筒。　　优化井身结构实现安全快速钻进 　　研究人员发现，由于川东北地区探井井深均超过5000米，储层高含硫化氢，地层坚硬，且钻井过程经常钻遇长段不稳定地层和多个压力系统，采用传统井身结构有两大缺陷：一是钻速慢，井下事故和复杂情况频繁，更棘手的是传统井身结构未留处理复杂情况的空间；二是在储层高含硫化氢等酸性介质的特殊情况下，传统的井身结构更容易使高毒性气体暴露在地面，危及井场周边人们的生命安全。因此，必须优先进行井身结构优化。　　经过多年的现场试验和摸索，科研人员在常规井身结构的基础上充分论证，逐步建立起满足川东北探区高含硫深井钻探需要的两种非常规套管系列以及与各区块地质情况相适应的井身结构方案，研制出与非常规井身结构相配套的套管和工具，解决了南方海相复杂地层必封点多的难题，减少了钻井过程中的事故和复杂工况处理时间，提高了钻井效率、机械钻速和钻探能力。　　针对机械钻速长期难以提高的问题，科研人员还根据陆相地层和海相地层不同岩性特点开展攻关试验，形成了南方海相地层钻头选型、研制改进技术，提出了牙轮钻头与地层的“最佳配伍”关系理论，优选海陆相地层适用钻头类型，研制出9刀翼PDC钻头。　　他们还优选出综合提高钻井速度的钻井方式和方案，提出在上部陆相地层使用气体钻井技术，在易斜地层使用垂直钻井技术，在下部海相地层使用复合钻的钻井方式。　　2005年～2008年4月，川东北探区39口井实施气体钻井77井次，累计完成进尺68950米，平均机械钻速5.98米/小时，钻井速度是泥浆钻井的4～5倍；14口井实施垂直钻井技术24井次，累计进尺10376.23米，平均机械钻速2.05米/时，在易斜地层实现了防斜打快；35口井在海相地层实施PDC钻头加螺杆复合钻井技术，累计进尺31759.34米，平均机械钻速达到2.10米/小时。　　开展同步攻关提高地层承压能力和固井质量 　　在优化井身结构的同时，项目组针对危害川东北地区钻探安全、影响钻井速度和固井质量的系列技术难题展开了同步攻关。　　川东北地区地层承压能力低，钻井过程中漏失频繁，漏失井段多，漏失量大。科研人员从分析地层岩性、堵漏机理等方面入手，优选堵漏材料，形成了MTC桥浆堵漏工艺技术、低密度膨胀型堵漏技术等承压堵漏工艺技术。正钻过程应用，堵漏成功率达到75.23%；完井和中完时应用，堵漏成功率达到87.51%。　　　　川东北地区探井气层压力高、温度高、气窜危险性大，固井时漏失常发，高密度高黏钻井液顶替难度大，高含硫气体对固井质量要求高。科研人员开展了抗高温防漏型固井前置液、防漏固井低密度水泥浆体系等研究，取得了理想的成果。通过现场应用，大大提高了固井质量合格率。有关专家指出，该项目成果对我国主要产气区塔里木、柴达木、鄂尔多斯、四川和海域高含硫深井及超深井的安全快速高效钻进，具有重要的借鉴意义。

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