谭秀华 赵文韬 谢治国 张 涛

(重庆矿产资源开发有限公司， 重庆 401121)

渝东南地区页岩气资源丰富，开发潜力巨大。这里的气藏上部地层主要是三叠系、二叠系碳酸盐岩地层，受地表溶蚀的影响，地下暗河、溶洞较为发育。但钻井过程中，存在恶性井漏问题[1]。恶性井漏既耗费了大量钻井材料，又延长了钻井周期，制约了渝东南地区页岩气的开发进程，增加了钻井勘探成本。如渝东南地区的ZY1井，在大冶组-长兴组地层(井深41.96 — 486.00 m)钻遇多个漏失层位，多次采用桥浆、水泥浆堵漏而不成功，最后采用清水强钻至井深500 m一开完钻，一开钻进期间共漏失钻井液173 m3，漏失清水16 950 m3，钻井周期15 d。为了改变这种状况，在Y2井的大冶组至水车坪组井段进行了空气钻井试验。

1 试验方案

Y2井是在酉阳东区块部署实施的第2口预探井，位于重庆市酉阳县龙潭镇，其构造位置为渝东南凹陷褶皱带秀山凸起褶皱带平阳盖向斜南西翼。该井设计井深2 880 m，井型为直井，完钻层位为上奥陶统宝塔组。

1.1 试验井段及目的

设计的空气钻井井段，为Y2井大冶组至水车坪组(5 — 1 047 m)。

试验目的：提高Y2井大冶组至水车坪组非储气层的钻井速度；考察空气钻井施工中的井身质量及井眼稳定情况；在固定井眼直径条件下，优化空气钻井注气所需排量；探索提高渝东南地区页岩气藏表层机械钻速的工艺技术。Y2井的设计井身结构如图1所示。

1.2 试验设备与钻井流程

Y2井的空气钻井主要设备：7台排气压力为3.5 MPa、排量为32.5 m3min的空压机，4台工作压力为17 MPa、排量为70 m3min的增压机，AD194-714型旋转控制头，66DQ8K5U总成，XK35-35型旋转控制头壳体，直径为444.5 mm的空气锤1套，直径为311.2 mm的空气锤2套，液控箱，供气管线，排砂管线。

空气钻井是用空气作为循环介质进行的钻井。用空压机先将空气压缩，再用增压机将空气增压至钻井需要的工作压力，并将增压后的空气通过注气管线从立管压入钻具。利用压缩空气对空气锤做功，完成冲击破碎岩屑、冷却钻头、携带岩屑等任务。通过井口，空气和钻屑进入排砂管线，最后到岩屑池[2]。其工艺流程如图2所示。

2 施工过程与效果

2.1 现场施工情况

从井深13.30 m处开始使用空气钻井。一开井眼直径444.5 mm。

钻具组合：空气锤(444.5 mm×TS330)2.60 m+接头(730×730)0.60 m+常闭式止回阀(731×730)0.51 m+接头(731×630)0.60 m+接头(631×410)0.47 m+接头(411×4A10)0.49 m+钻铤(165.1 mm)36.23 m+接头(4A11×410)0.49 m+钻杆(127 mm)+顶驱。施工参数：钻压10～20 kN，转速30 rmin，立压2.1 MPa，气量150 m3min。

钻进至15 m，发现返气量及返出岩屑量明显减少，接单根上提下放摩阻增大。现场通过用空气锤在14.2 — 15 m段反复划眼至顺畅，继续钻进至 78 m，放空2 m，井口空气失返，钻进正常。继续钻至一开完钻井深100.5 m。施工井段13.3 — 100.5 m，进尺87.2 m，纯钻时间10.00 h，平均机械钻速8.72 mh。

图1 Y2井的设计井身结构

图2 空气钻井的工艺流程

二开井眼直径313 mm。

第一趟钻，采用牙轮钻头进行空气钻井。累计进尺3.32 m，累计纯钻4.50 h，平均机械钻速0.74 m/h，达到举水、烘干井壁、钻领眼的目的。

第二趟钻，接空气锤下钻。钻具组合：空气锤(313 mm×KQC275)2.31 m+接头(730×730)0.60 m+常闭式止回阀(731×730)0.51 m+钻铤(241.3 mm)18.18 m+接头(731×630)0.60 m+扶正器(300 mm)1.37 m+无磁钻铤(203.2 mm)8.91 m+钻铤(203.2 mm)18.19 m+接头(631×410)0.47 m+接头(411×4A10)0.49 m+接头(4A11×410)0.49 m+加重钻杆(127 mm)141.57 m+钻杆(127 mm)+顶驱。施工参数：钻压10～20 kN，转速30 r/min，立压2.2 MPa，气量180 m3/min。

钻进至井深118 m时，发现返出岩屑润湿，表明地层出水。继续试钻进，钻至122 m，出口返水量增加至5 m3/h。调整注气量为210 m3/min，并转为空气雾化钻进至井深637.88 m，由于机械钻速降低而起钻。起钻后发现，空气锤钎头磨损严重。

此趟钻采用空气锤进行空气和空气雾化钻进，地层为大冶组、吴家坪组、茅口组，钻遇井段103.82 — 637.88 m，累计进尺534.06 m，累计纯钻56.50 h，平均机械钻速9.45 m/h。

第三趟钻，更换空气锤，按第二趟钻具组合下钻。施工参数：钻压10～20 kN，转速30 r/min，立压2.2～2.7 MPa，气量210 m3/min。

空气雾化钻进至二开固井井深1 032 m结束。钻进地层为茅口组、栖霞组、梁山组、水车坪组，钻遇井段637.88 — 1 032 m，累计进尺394.12 m，累计纯钻35.00 h，平均机械钻速11.26 m/h。空气雾化钻进至固井井深后，短起至1 017 m遇阻，空气雾化划眼、循环、出口返出大量掉块。通过划眼活动钻具后起钻至1 010 m，阻卡现象解除。上提正常后下放至1 016 m遇阻，反复活动无法下到井底。起钻，采用牙轮钻头通井，顺利下入套管固井。

2.2 试验效果

(1) 治漏效果。一开井眼(φ444.5 mm)，在井深15 m发生井漏、井深78 m放空而空气失返的情况下，连续钻进至一开完钻井深。常规泥浆钻井往往会因为需要堵漏而停顿，相比之下，空气钻井的治漏效果显著。

(2) 提速效果。一开井眼，相对于钻井液钻进方式而言，由于钻压不足、井眼尺寸大，钻速普遍较慢。同区块的Y1井，平均钻速为2.17 mh。Y2井一开纯钻10.00 h，平均钻速8.72 mh，相比Y1井，机械钻速提高了3倍。二开井眼(φ311.2 mm)，Y2井累计进尺931.5 m，纯钻时间91.5 h，平均机械钻速10.18 mh，相比邻区的ZY1井、ZY2井，平均机械钻速提高了2.5倍。

(3) 井身质量。空气钻施工，钻压较小，同时采用钟摆钻具组合，有效地控制了井斜。Y2井空气钻井井段，井斜角控制在1.2°以内(见表1)。

表1 Y2井的测斜数据

(4) 井眼稳定。一开钻进至15 m，返气量及返出岩屑量明显减少，接单根上提下放摩阻增大，通过划眼而解除阻卡现象。二开钻进至完钻井深，短起至1 017 m遇阻，通过划眼活动钻具后起钻至1 010 m，阻卡现象解除。上提正常后，下放至1 016 m遇阻。经过对返出垮塌物的分析，确认此现象为梁山组泥岩水敏性失稳所造成。

(5) 钻井周期。Y2井的2开井眼，采用空气钻进至二开完钻井深1 032 m，耗时9.6 d(含一开中完下套管、固井、装井口时间)，实际空气钻施工7 d。与同区块的Y1井相比，Y2井钻井周期节约了11 d。

3 结论与建议

(1) Y2井在实施空气钻井期间，井壁相对稳定，未钻遇异常高压气层或有毒有害气体；钻至大冶组底部地层开始出水，但不影响携砂。由此可见，这里具备实施气体钻井的基本条件，可继续在该构造实施空气钻井。

(2) 采用空气锤+扶正器的钟摆钻具组合，能够有效控制井斜，确保井身质量，同时增强对井壁的修正能力。

(3) 与常规钻井液钻井相比，空气或充气钻井提速效果明显，是常规钻井速度的2.5～3.0倍。渝东南地区表层机械钻速提速，适合应用空气钻井技术。

(4) Y2井实施空气钻井，在井深15 m处出现井漏、78 m处出现失返，在其他井段未出现明显井漏现象。联系渝东南地区三叠系、二叠系碳酸盐岩地层地下暗河、溶洞发育的特性，可继续在该区域通过实施空气钻井来治井漏。

(5) Y2井在二开空气钻井过程中，梁山组泥岩水敏性失稳，以致二开底部井段出现阻卡现象。鉴于此，以后该区域施工井的二开完钻井深，可调整为栖霞组底界。

(6) Y2井由于地层出水，未在二开井眼进行空气钻排量优化调整。在以后的空气钻施工过程中，可尝试适当减少空气钻井设备配置，将空气钻井设备气量略为降低。