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元壩12井是中石化部署在四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造帶的一口重點(diǎn)預(yù)探井，由中石化勝利石油管理局西南石油工程管理中心70111隊(duì)施工，該井設(shè)計(jì)井深7045米，以飛仙關(guān)組-長興組為主要目的層，兼探侏羅系自流井組大安寨段、三疊系須家河組、雷口坡組及嘉陵江組，在元壩12井空氣鉆井施工中克服了井下垮塌、轉(zhuǎn)換泥漿漏失等諸多困難，該井空氣鉆井的順利進(jìn)行大大縮短了施工周期，給鉆井生產(chǎn)提速并節(jié)約了鉆井成本。

該井2008年2月14日8時(shí)搬遷，18日8時(shí)開始安裝，3月19日9時(shí)至31日10時(shí)30分鉆導(dǎo)眼，4月11日5時(shí)一開空氣鉆井。

首次鉆進(jìn)初戰(zhàn)告捷

鉆頭程序：φ660.40mm×206.97m+φ444.5mm×2006.08m+φ314mm×2749.78m.

套管程序：φ508mm×205.97m+φ339.7mm×2004.67m。

首次鉆進(jìn)：本井4月11日5時(shí)30分至4月17日2時(shí)14分應(yīng)用空氣鉆井工藝進(jìn)行一開鉆進(jìn)。

鉆具組合：Φ444.5mmST517GK川石三牙輪鉆頭×0.42m+Φ229mm×105MPa×730×730浮閥×0.92m+JZ-YS229-Ⅱ雙向減震器×4.65m+731×830×0.37m+Φ279.4mmDC×27.43m+831×730×0.37m+Φ228.6mmDC×53.12m+731×630×0.48m+Φ203.2mmDC×53.43m+631×520×0.48m+Φ139.7mmHWDP×100.28m+Φ139.7mmDP×591.66m+Φ189mm×105MPa×520×521箭型止回閥×0.46m+Φ139.7mmDP×m。

設(shè)計(jì)一開井段202～2002米，實(shí)鉆一開井段206.97～2006.08m，鉆井參數(shù)：鉆壓：12～15KN，轉(zhuǎn)速：55～60rpm，空氣排量：3000L/S，立壓：2.66MPa。

首次鉆進(jìn)一開空氣鉆用時(shí)5.86天，使用鉆頭一只，進(jìn)尺1799.11m，純鉆時(shí)123.35h，機(jī)械鉆速14.59m/h，最高日進(jìn)尺363m。鉆頭起出時(shí)部分切削齒和保徑齒高度僅磨損3/8，無崩齒、碎齒。最大井斜1.643°/1925m，平均井徑為444.93mm，井徑擴(kuò)大率0.1%，井身質(zhì)量良好，證明空氣鉆井不僅能大大提高機(jī)械鉆速，還能有效延長鉆頭和鉆具的使用壽命，而且因?yàn)樗桡@壓小，所以能保持良好的井身質(zhì)量。轉(zhuǎn)換泥漿也非常成功，井壁穩(wěn)定，保證了后續(xù)一開鉆快速順利完成。

本井一開在元壩地區(qū)444.5mm井段創(chuàng)下了多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：1.元壩區(qū)塊單日最高進(jìn)尺363m（4月13日）；2.一開完鉆時(shí)間最短（5.86天）；3.單只鉆頭完成一開且平均機(jī)械鉆速最高（14.59m/h）；4.單只鉆頭最高進(jìn)尺1799.11m。

444.5mm井眼轉(zhuǎn)換泥漿情況：2008年4月18日8時(shí)下光鉆桿（至H1630m），至12時(shí)40分替入橋漿90方，密度1.2～1.25泥漿404方，總量494方，其中漏失127方；井漏情況：2008年4月18日8時(shí)空氣鉆后，空井替入鉆井液時(shí)發(fā)生井漏；漏失井段：1935.00～1962.75m；漏失層位:上沙溪廟組，巖性：淺灰色粉砂巖、褐色泥巖；鉆井液總池體積由494.05↘64.33m3（其中環(huán)空：302.7m3），體積變化量為127.02m3，平均漏速10～19m3/h；漏失鉆井液性能：密度1.25g/cm3，粘度75s；8時(shí)至12時(shí)45分加入堵漏材料SDL：5.0t，SDL-1：1.0t，SDL-2：3.0t，SDL-3：1.5t，WSD：0.5t；至18日15:30循環(huán)，返漿正常，無漏失現(xiàn)象。漏失原因：空氣鉆后，空井替入鉆井液引起。

一開空氣鉆累計(jì)純鉆時(shí)間118.53h，累計(jì)進(jìn)尺1,799.11m，平均機(jī)械鉆速15.18m/h，平均機(jī)械鉆速和鉆達(dá)層位達(dá)到了預(yù)期目的。

二次鉆進(jìn)險(xiǎn)象環(huán)生

二次鉆進(jìn)： 空氣鉆井二開自5月10日開始。

鉆具組合：314mm錘頭×0.33m＋DHD112空氣錘×2.00m+630×731接頭×0.48m+730×730回壓閥×0.92m+228.6mm鉆鋌2柱×53.12m+731×630接頭×0.48m+203.2mm鉆鋌1柱×26.53m＋203.2mm隨鉆震擊器×7.25m＋203.2mm鉆鋌1柱×26.59m+631×520接頭×0.48m+139.7mm加重鉆桿5柱×136.69m+139.7mm鉆桿×1772.11m＋521×520下旋塞×0.41m＋521×520箭型止回閥×0.45m＋139.7mm鉆桿。

鉆井參數(shù)：鉆壓：10～40KN；轉(zhuǎn)速：30rpm；氣量：150～180m3/min；立壓：2.4～3.5MPa。

施工過程：5月10日19時(shí)起鉆完，19時(shí)40分試空氣錘，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，7時(shí)下鉆，8時(shí)空氣鉆進(jìn)。5月13日鉆進(jìn)至井深2,728.53m后，井下垮塌嚴(yán)重，（上提刮擦16噸，下放遇阻8噸，扭矩值最大值達(dá)到了11.46KN.m，增大氣量反復(fù)活動(dòng)鉆具解卡），8時(shí)鉆進(jìn)。5月14日鉆進(jìn)至井深2,749.78m，井下垮塌繼續(xù)加劇，10時(shí)鉆進(jìn)，8時(shí)45分循環(huán)，23時(shí)30分起鉆（起出空氣錘由314mm磨小為311.4mm），分析井下垮塌嚴(yán)重。 

本趟采用空氣錘鉆進(jìn)：純鉆時(shí)間37.04h，累計(jì)進(jìn)尺733.8m，平均機(jī)械鉆速20.00m/h，空氣錘累計(jì)平均機(jī)械鉆速達(dá)到預(yù)期效果，但由于提前遇到井下垮塌嚴(yán)重，空氣錘沒有達(dá)到預(yù)期的2,900m。后決定下入314mmHJT537GK三牙輪鉆頭進(jìn)行劃眼。5月17日16時(shí)下鉆至井深2,472.82m， 17時(shí)30分至1時(shí)劃眼井段2,473.68~2,510.00m（下鉆至2484.14m遇阻5噸，上提立柱，接旋轉(zhuǎn)防噴器開120方氣量循環(huán)，立壓1.5MPa，反復(fù)劃眼到底后仍有沉砂，增大氣量至150方繼續(xù)劃眼，立壓1.5MPa↑1.8MPa；劃眼至2,510.00m，上下活動(dòng)鉆具困難，轉(zhuǎn)盤扭矩增大，立壓1.8MPa↑1.95MPa，增大氣量至180方，立壓1.95MPa↑2.2MPa，反復(fù)活動(dòng)鉆具多次，上提8噸，下放5噸，立壓2.2MPa↓2.1MPa。為確保井下安全，起鉆替泥漿）。

本趟采用牙輪鉆頭鉆進(jìn)，由于井下垮塌嚴(yán)重，未能取得進(jìn)尺。但由于及時(shí)轉(zhuǎn)換了泥漿，避免了出現(xiàn)井下復(fù)雜事故，為下步的欠平衡泥漿鉆進(jìn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)換泥漿：2008年5月18日22:00下光鉆桿帶5〞銑齒完（至2703.98m），24時(shí)以小排量（20～25L/s）替入堵漏領(lǐng)漿40m3，5月19日6時(shí)替入密度1.35～1.40g/cm3，粘度45～60s鉆井液200m3，出口見返，增大排量循環(huán)，沖洗井壁。正常循環(huán)2周后，下鉆通井到井底。

四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造帶元壩Ⅰ塊長興-飛仙關(guān)組礁灘異常體西翼。空氣鉆井（206.97～2749.78m）鉆遇地層為蓬萊鎮(zhèn)組、遂寧組、上沙溪廟組，地層巖性為淺灰色細(xì)砂巖、紫紅色泥巖、淺灰色粉砂巖、褐灰色粉砂巖、褐色泥巖（見表1）。

高效的氣體鉆井鉆頭

通過表2數(shù)據(jù)分析：444.5mm井眼取得了較高的生產(chǎn)時(shí)效，空氣鉆井總時(shí)間155:00 h:min；生產(chǎn)時(shí)間155:00 h:min，占鉆井總時(shí)間的100%；進(jìn)尺工作時(shí)間143:41h:min，s占生產(chǎn)時(shí)間的91.41%；純鉆時(shí)間118:22h:min，占進(jìn)尺工作時(shí)間76.37%。

通過表3數(shù)據(jù)分析：314mm井眼空氣鉆井總時(shí)間222h，本井由于地震耽誤了三天，且起下鉆的時(shí)間長，導(dǎo)致本開生產(chǎn)時(shí)效低，其中純鉆時(shí)間在空氣鉆井總時(shí)間的比例僅為17.02%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一開的純鉆時(shí)效。

應(yīng)用效果 

通過表4數(shù)據(jù)分析：元壩12井444.5mm井眼氣體鉆井井段平均機(jī)械鉆速為15.18m/h，314mm井眼氣體鉆井井段平均機(jī)械鉆速20.00m/h，兩個(gè)井眼段機(jī)械鉆速都接近于元壩1井相同井眼段的兩倍，只有444.5mm井眼段的機(jī)械鉆速比元壩3井低，達(dá)到了中石化南方公司采用氣體鉆井技術(shù)縮短建井周期、降低鉆井綜合成本，加快天然氣資源的勘探開發(fā)速度的目的。

空氣鉆井工藝將成首選

元壩12井采用氣體鉆井技術(shù)之后，我們認(rèn)為，推廣利用氣體鉆井工藝，完善工藝技術(shù)，則必能極大提高機(jī)械鉆速，使川東北工區(qū)的鉆井提速真正變成現(xiàn)實(shí)。氣體鉆井對(duì)于常規(guī)鉆井在提高機(jī)械鉆速上的巨大優(yōu)勢(shì)是無可比擬的，總的來說，氣體鉆井主要有以下優(yōu)勢(shì)：

能顯著提高機(jī)械鉆速，元壩12井一開空氣鉆進(jìn)尺1799.11m，最高日進(jìn)尺363m，純鉆時(shí)123.35h，機(jī)械鉆速14.59m/h，氣體鉆井的機(jī)械鉆速是常規(guī)鉆井的4~8倍；延長鉆頭的使用壽命，空氣鉆結(jié)束后，鉆頭起出時(shí)部分切削齒和保徑齒高度僅磨損3/8，無崩齒、碎齒。一般常規(guī)鉆井的牙輪鉆頭使用壽命為80~120h，氣體鉆井時(shí)牙輪鉆頭能使用140~160h，從而增加了純鉆時(shí)效，也增加了進(jìn)尺；能保持良好的井身質(zhì)量，由于氣體鉆井時(shí)鉆壓很小，所以不易發(fā)生井斜，為后續(xù)施工提供良好的條件。元壩12井轉(zhuǎn)換鉆井液后對(duì)空氣鉆井段電測顯示：最大井斜1.643°/1925m，平均井徑為444.93mm，井徑擴(kuò)大率0.1%，井身質(zhì)量良好；返出的巖屑不會(huì)造成環(huán)境污染。

當(dāng)然，氣體鉆井也有一些亟待解決的難題：鉆遇地層出水時(shí)，易造成井壁失穩(wěn)，需要及時(shí)轉(zhuǎn)化為泡沫鉆井或鉆井液鉆井；鉆遇易垮地層時(shí)，容易造成井下復(fù)雜；空氣鉆井時(shí)可能造成井下燃爆，造成鉆具事故；隨著井深增加，氣體攜沙越來越困難，對(duì)設(shè)備的要求較高。

隨著氣體鉆井工藝的越來越成熟，以及川東北地區(qū)地質(zhì)資料越來越豐富詳細(xì)，在陸相地層使用氣體鉆井將會(huì)越來越安全可靠，將逐漸得到廣泛應(yīng)用，成為鉆井提速措施的首要選擇。