２２ 西部探矿工程 ２０１０年第ｌ２期
・石油与钻掘工程・
国内气体钻井工艺技术现状
窦金永 ，田鲁才
（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆１６３４１３）
摘要：对国内气体钻井工艺技术的现状进行了比较全面的介绍，找出了与国外气体钻井技术之间存
在的差距，力图为国内气体钻井工艺技术水平的提高提供新思路，具有一定的参考和指导意义。
关键词：气体钻井；工艺技术；现状
中图分类号：ＴＥ２４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－－５７１６（２０１０）１２一ＯＯ２２一Ｏ３
近年来，国内各油田积极推广应用气体钻井技术，
取得了喜人的成绩，为国内石油天然气的勘探开发注入 了新的活力，起到了应有的作用。目前，国外气体钻井
工艺技术完成了配套，在气体钻井设备不断发展完善的 基础上，气体钻井技术更加成熟，成为主流钻井技术中
的重要组成部分，在可以应用气体／欠平衡钻井的地区 优先选用气体／欠平衡钻井技术。气体钻井领域逐渐扩
大，气体钻井向与水平井、侧钻井、小井眼钻井、挠性管
钻井等钻井方法相结合的方向发展。国内已经掌握了
常规气体钻井的施工工艺，对气体钻井配套技术进行了
积极的研究。但由于国内气体钻井设备发展相对落后，
气体钻井工艺技术进一步发展受到制约。
１气体钻井适应性评价技术
气体钻井适应性评价技术是气体钻井应用的关键技 术，主要包括地质工程基础分析、储层损害评价、提速潜
力评价、井眼净化能力评价、井下燃爆安全评价、经济效
益评价等关键内容。西南石油大学开展了气体钻井适应
性评价软件体系研究，相比于国外同类软件更具有针对
性，运行方式灵活，对已钻井资料的依赖程度有所降低。
２气体钻井优化设计技术 国内以多相流理论研究为基础，建立了气体钻井数
学模型，对井身结构、气体钻井方式及参数、地面装备配
置、钻井安全、环境保护等内容进行全面优化设计，开发
了气体钻井优化设计及分析软件。
气体钻井设计的关键是注气排量的设计，最优注气
第３１卷第５期 Ｖ０１．３１ Ｎｏ．５ 钻 采 工 艺 ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
气体反循环钻井技术发展现状 韩烈祥，孙海芳 （中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工艺技术研究院） 韩烈祥等．气体反循环钻井技术发展现状．钻采工艺，２００８，３１（５）：１—５ 摘要：气体钻井技术与常规钻井相比在发现与保护储层、减少钻井工程复杂和极大地提高钻井速度等方面 表现出明显优势，但是气体钻井设备投资大、占地多、运行能耗高也限制了其广泛应用的范围。而气体反循环钻井 具有消除了井漏复杂、降低了对动力和钻井液的需求量，能完全回收未受污染的钻屑或连续取心、降低地层污染， 以及更好、更及时地发现产层、减少地层产液对钻探工艺的影响等许多优点。气体全井反循环钻井技术在找矿系 统、水井、水文地质以及大井径工程施工的钻探中广泛应用。文章介绍了国内外反循环钻井工艺及工具技术的发 展现状，为该技术引进并更好地在石油工业中发挥效益提供重要参考。 关键词：全孔反循环钻井；贯通式反循环潜孔锤；双壁钻杆；空气钻井；中心取样钻井；连续取心；可持续发展 中图分类号：ＴＥ ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７６８Ｘ（２００８）０５—０００１—０５ 《气体钻井技术与装备》课题在资源与环境技 术领域被列为８６３国家高技术研究发展计划（８６３ 计划）以来，课题研究取得重大进展，形成了气体钻 井地层适应性、动态流动、气体钻井防斜机理等基础 理论研究成果，完成了自动防斜装置、气体循环利用 装置、长寿命空气锤、取心工具和取心钻头等气体钻 井工具样机，关键装备增压机的试制和空压机、膜制 氮机组的研制。申请专利６项（其中发明专利２项， 实用新型４项）。现场试验取得显著效果，在四川 海相龙岗１井最大限度地开展了气体（正循环潜孔 锤）钻井的应用，集成配套应用螺杆＋ＰＤＣ钻头等 新技术，仅用１４５ ｄ时间，钻成了一口深达６ ５３０ ｍ 的超深井。与相邻构造已完成的７口超深井的指标 对比，平均机械钻速提高４２０％，在井深增加９１１ ｎｌ 的情况下，缩短钻井周期７０％以上。展示了气体钻 井的巨大潜力，已逐步成为川渝地区深井超深井钻 井的主要技术。 但是要实施气体钻井要增加１ １台套高值大型 专用设备，设备平均每天耗柴油７～１０ ｔ、机油０．５ ｔ， 高能耗、高成本、井场拥挤等不足限制了技术的广泛 应用。大型制氮机、空压机等关键设备的核心技术 仍未攻克。在石油天然气钻探行业引入并发展气体 反循环钻井技术是实现石油工业可持续发展重要技 术途径。 随着科学技术的日益发展，新工艺正在冲击和 淘汰着传统的工艺。特别是在大井径钻井中，气体 反循环钻井工艺有取代正循环钻井工艺之趋势。实 践表明反循环钻井具有独特的优势：空气反循环钻 井所需空气量是正循环空气钻井所需气量的１／５～ １／６，钻井时循环介质上返速度高、携屑能力强，很少 出现岩屑重复破碎，速度是常规ＰＤＣ钻井的３～４ 倍；特别是当井径加大时，钻井费用同比可减少１／３； 岩屑由内管排出，上返风速不受井径大小的影响，有 利于减少井下复杂；流体介质无漏失，钻遇溶洞或大 裂缝也不会出现因漏气而终止钻井；可连续、快捷地 取得收获率近１００％的无污染岩心，所取岩样层次 清楚无混杂；对井壁扰动小，对井壁不稳定地层的适 应性强；克服常规钻井中钻井液、泡沫或高压空气钻 井对地层的伤害，有利于单井产量提高。 一、反循环中心取样钻探方法简介 钻井时循环介质从井底携带岩屑或岩心由钻杆 中心上返至地表的方法称为反循环中心取样钻探， 国外称之为ＣＳＲ法０通常采用单层、双层或三层钻 杆，但以双壁钻杆最为普遍。循环介质由双管间环 空压入，从内管中心携带岩屑（心）上返，所以这种 收稿日期：２００８—０６—０２ 基金项目：国家８６３计划资助，课题名：气体钻井技术与装备（编号２００６ＡＡ０６Ａ１０３）。 作者简介：韩烈祥（１９６３一），教授级高级工程师，１９８６年毕业于华东石油学院开发系，现任川庆钻探工程公司钻采工艺技术研究院副院 长，《钻采工艺》杂志主编。地址：（６１８３００）四川广汉市中山大道南二段，电话：（０８３８）５１５１３０２，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｌｘｉａｎｇ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ
1 国内外石油测井新技术
第一节 岩石物理性质
岩石物理性质研究是进行油层识别与评价的核心技术，主要研究岩石的电、声、核等物理性质，研究手段主要是实验室岩心测量。这些测量是刻度现场测井曲线、建立测井参数与孔隙度、渗透率、饱和度等储层参数之间关系的基础。岩石物理性质研究是测井学科。最基础的研究领域，最终目的是发展新的测井方法，改进测井参数与储层参数之间的经验关系式，减少测井解释和油气藏描述的不确定性。
测井解释和油藏描述的不确定性在很大程度上是因为不能有效描述岩石复杂的孔隙结构，尤其是对于碳酸盆岩。要显著减少不确定性程度就要求开发出新的技术，精确描述岩石微小结构，并将这些信息与测量的岩石物理性质联系起来。
C . H . Arns等人使用一种高分辨率X射线微型计算层析(micro一CT)装置分析了几组岩心塞碎片。该装置包括一个能从岩心塞卜采集、由20003个体元组成的三维图像。研究者通过对各种砂岩样品和一块碳酸盐岩样品的分析，给出了直接用数字化层析图像计算的渗透率和毛细管压力数据。将这些计算结果与相同岩心的常规实验数据进行比较，发现两组数据非常一致。这说明，可用不适合实验室测试的岩心物质(如井壁岩样或损坏的岩心和钻屑)预测岩石物理性质，还说明结合数字图像与数值计算来预测岩石性质和推导储层物性间的相互关系是可行的。
M.MARVOV等人研究了双孔隙度碳酸盐岩地层孔隙空间的微观结构对其物性参数的影响。利用两种自相一致的方法计算了弹性波速度、电导率和热导率。这两种方法是有效介质近似法和有效介质法。双孔隙度介质被认为是一种非均质物质，这种物质由均质骨架构成，同时带有小规模的原生孔隙和大规模的包含物(作为次生孔隙)。这些介质的所有成分(固体颗粒、原始孔隙和次生孔隙)都可用三轴椭球体近似表达。次生夹杂物椭球体纵横比的变化反映了次生孔隙度的类型(孔洞、孔道和裂缝)。研究人员将有效介质参数(声波速度，电导率和热导率)作为次生孔隙度大小和类型的函数计算了这些参数，此外，还考察了次生孔隙形状的双模式分布对研究参数的影响。所获得的结果是用反演方法独立确定碳酸盐岩原生孔隙度和次生孔隙度的基础。
喷射钻井 jet drilling 1 喷射钻井 jet drilling 利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高能射流充分地清洗井底，使岩屑兔于重复切削，并与机械作用联合破碎井底岩石，达到提高机械钻速的一种钻进技术。 2 射流 jet flow 从喷嘴中喷出的高速液流，能在一定距离内成一束流动。分淹没射流和非淹没射流。钻井中为淹没射流。 2.l 淹没非自由射流 submerged nonfree jet
流入同种类型的流体中或流入另外一种比它密度大的类型的流体中，并已受到周围固体壁限制的射流。 2.2 冲击射流 impact jet 产生射流的流量是以某种幅度周期性变化的射流。此种射流流速也呈周期性变化，形成一节一节的不连续液珠，这些液珠对井底岩石产生强大的冲击力，从而有利于破碎岩石。 2.3 气蚀射流（空化射流）caviation jet 液体流经特种喷嘴时，液流内的压力减少到液体的饱和蒸气压力以下，液体内部出现具有大量气泡的射流，气泡遇固体边界而破碎时，形成局部高压，可以使固体边界（如井底岩石）破碎。 2.4 脉冲射流 pulsed jet 产生射流的流量是以某种幅度的脉冲形式射出的射流。此种射流流速也呈周期性变化。产生的压力按周期地时高时低，产生的脉冲压力对井底岩石产生周期变化的冲击力，从而有利于使井底岩屑离开井底和破碎岩石。 2.5 磨料射流 abrasive jet 带有某种细小的、耐磨的固体颗粒的射流。它靠固体颗粒的研磨作用可极大地提高破岩效率。 2.6 射流水力参数 jet hydraulic 即射流的喷射速度、射流冲击力和射流水功率。 2.7 射流喷速 jet velocity 射流在喷嘴出口处的流速。 2.2.8 射流冲击力 jet impact force 射流作用于井底的总的力。 2.9 射流水功率 jet hydraulic horsepower 单位时间内射流做的功。 2.10 射流的极点 jet stagnation point 射流边界母线的交点（射流圆锥体的顶点）。 2.11 射流的速度分布 jet velocity distribution 射流沿其流动方向的速度变化状况。 2.12 射流的初始段 flow development region 射流的中心部分速度始终保持刚出口时射流速度的区段。 2.13 射流的基本段 fully developed flow region 射流超过初始段以后的区段。 2.14 射流扩散角和扩散系数 jet spread angle and spread coefficient 射流边界母线张开的角度称为射流扩散角。它表征射流的扩散程度。射流扩散系数(a)也是表示射流扩散程度的参数，它与扩散角（α）的关系是：
