气体钻井技术及现场应用

国内外钻井新技术钻井作为石油勘探开发的重要环节，一直以来都在不断发展和创新。

近年来，随着科技的进步和需求的不断增长，国内外钻井行业涌现出了许多新技术，这些新技术为钻井作业提供了更高效、更安全、更环保的解决方案。

本文将重点介绍国内外钻井领域的一些新技术。

1. 气体钻井技术气体钻井技术是近年来钻井行业的一项重大技术突破。

相对于传统的液体钻井，气体钻井采用压缩空气或氮气作为钻进液，具有环保、清洁、高效等特点。

气体钻井技术不仅可以避免液态钻井液带来的环境问题，还能够减少地下水污染风险。

同时，气体钻井技术还能有效提高钻井速度，降低钻井成本。

2. 高压水力钻井技术高压水力钻井技术是一种利用高压水射流来切削地层的新型钻井技术。

该技术能够高效地切削硬岩和特殊地层，且对环境影响较小。

它采用高压水射流进行切削，可将地下岩层切削成细小的颗粒，减少钻井液量，降低钻井噪声和震动。

高压水力钻井技术不仅提高了钻进速度，还能够减少钻具磨损，延长钻头使用寿命。

3. 快速钻进技术快速钻进技术是一种钻井作业周期较短、效率较高的新技术。

通过优化钻井过程和提高钻具性能，快速钻进技术能够缩短钻进时间，减少钻井成本。

其中一项关键技术是采用高效钻井液和超强钻头，提高了钻进效率和钻头使用寿命。

此外，还可以采用一体化的钻井装置和自动化控制系统，提高钻井操作的精确度和安全性。

4. 智能钻井技术智能钻井技术是钻井行业的前沿技术之一。

它通过装备互联网、人工智能、大数据分析等技术，实现对钻井作业全过程的智能化控制和管理。

智能钻井技术可以实时监测钻井参数，预测地层变化，优化钻井方案，提高钻进效率和质量。

此外，智能钻井技术还可以对钻井装备进行远程监控和管理，减少了现场人员的风险和作业成本。

5. 高效钻井液技术高效钻井液技术是钻井作业中至关重要的一项技术。

它采用新型化学品和添加剂，改善钻井液的性能和稳定性，提高钻井作业的效率。

高效钻井液技术能够降低钻井过程中的摩擦阻力、降低地层损害、改善井壁稳定性等，从而提高钻井速度和质量。

空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用中国石油勘探开发研究院钻井所北京石油机械厂作为新型的钻井技术，以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用，在国内也正呈快速发展趋势。

空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。

一、概述近些年来，气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用，取得了显著的技术效益和重大经济效益。

例如，在满足相应的前提下，气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等，可成倍提高机械钻速，明显缩短钻井周期，降低钻井成本；欠平衡钻井，则可对储层进行有效保护，有利于提高钻遇率和开发率。

为推广和扩大空气钻井的应用规模，美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。

近些年来，我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术，在一定规模上采用欠平衡钻井技术，取得了可喜的进展。

随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟，在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术，已成为必然的发展趋势，这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。

空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。

但在2001年底以前，此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。

中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目，急需φ244(9-5/8")的空气螺杆钻具，经与外商询价，每台价格在13万美元以上，无法承受，大批量的购买更无从谈起。

为了解决生产急需和节约外汇，集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需，并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具，决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组，由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担，并任命苏义脑为课题组长，组织攻关。

在2001年5月~2002年11月这一年半时间中，课题组克服了重重难关，终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作，并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35－18井的下井实验，均取得成功。

空气螺杆钻具空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用作为新型的钻井技术，以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用，在国内也正呈快速发展趋势。

空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。

一、概述近些年来，气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用，取得了显著的技术效益和重大经济效益。

例如，在满足相应的前提下，气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等，可成倍提高机械钻速，明显缩短钻井周期，降低钻井成本；欠平衡钻井，则可对储层进行有效保护，有利于提高钻遇率和开发率。

为推广和扩大空气钻井的应用规模，美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。

近些年来，我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术，在一定规模上采用欠平衡钻井技术，取得了可喜的进展。

随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟，在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术，已成为必然的发展趋势，这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。

空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。

但在2001年底以前，此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。

中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目，急需?244(9-5/8?)的空气螺杆钻具，经与外商询价，每台价格在13万美元以上，无法承受，大批量的购买更无从谈起。

为了解决生产急需和节约外汇，集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需，并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具，决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组，由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担，并任命苏义脑为课题组长，组织攻关。

在2001年5月?2002年11月这一年半时间中，课题组克服了重重难关，终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作，并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35－18井的下井实验，均取得成功。

煤层气多分支水平井技术及现场应用李兵摘抄多分支水平井是指在主水平井眼的两侧不同位置分别侧钻出多个水平分支井眼，也可以在分支上继续钻二级分支，因其形状像羽毛，国外也将其称为羽状水平井[1]等。

多分支水平井集钻井、完井和增产措施于一体，是开发低压、低渗煤层的主要手段。

煤层气多分支水平井工艺集成了煤层造洞穴、两井对接、随钻地质导向、钻水平分支井眼、欠平衡等多项先进的钻井技术，具有技术含量高和钻井风险大的特点。

目前美国、加拿大、澳大利亚等国应用多分支水平井开采煤层气已取得了非常好的效益[2]，而我国处于刚刚起步阶段。

2005年廊坊分院组织施工的武M1－1羽状水平井顺利完钻，该井垂深达900m，是世界最深的一口煤层气羽状水平井。

2005年底山西晋城大宁煤矿完成DNP01、DNP02两口羽状水平井，每口井的日产气量约为2～3万方。

2006年2月中联煤公司完成了DS－01井的钻井施工，目前该井处于排水阶段。

与此同时，华北与CDX、长庆、辽河、远东能源等国内外企业都已启动了羽状水平井开发煤层气的项目。

多分支水平井是煤层气高效开发方式的发展趋势，该技术的普遍应用必将为煤层气的勘探开发带来突破性进展，在我国掀起开发煤层气的热潮。

1煤层气多分支水平井钻井技术难点分析煤层气多分支水平井工艺集成了水平井与洞穴井的连通、钻分支井眼、充气欠平衡钻井和地质导向技术等，这是一项技术性强、施工难度高的系统工程。

同时为了保持煤层的井壁稳定，煤层段一般采用小井眼钻进（φ152.4mm井眼），因而对钻井工具、测量仪器和设备性能等方面都提出了新的要求。

煤层气多分支水平井面临的主要难点可概括为如下几点：（1）煤层比较脆，而且存在着互相垂直的天然裂缝，而这种脆性地层中钻进极易引起井下垮塌、卡钻等复杂事故，甚至井眼报废。

(2）煤层易受污染，储层保护的难度大，一般需采用充气钻井液、泡沫或清水等作为煤层不受污染的钻井液体系。

（3）由于煤层埋藏比较浅，同时井眼的曲率较大，钻压难以满足要求，同时钻水平分支井眼时钻柱易发生疲劳破坏，导致井下复杂。

氮气钻井技术简介汤平汉氮气钻井是气体钻井的一种方式，属于欠平衡钻井的范畴。

气体钻井技术作为中国石油集团公司近几年的重大现场试验项目，己显现出了较好成效，具有良好的推广应用前景和巨大市场。

一、慨念氮气钻井就是将高压氮气作为钻井介质，注入钻具内,氮气在流经钻头时冷却钻头，携带钻屑,再通过井口及排砂管线排出,以实现钻井任务，达到发现油气层的目的。

二、氮气钻井技术工艺流程现常用的氮气钻井技术，是以空气为工作对象，用空压机对空气先进行初级加压；然后输到制氮机，制氮机生产出氮气；氮气输到增压机，增压机对氮气进行增压；通过管线将高压氮气经立管三通注入钻具,氮气通过钻头时对钻头进行冷却,同时完成携带岩屑的任务,再通过井口,氮气和钻屑进入排砂管线,排砂管线上安装一个岩屑取样器便于取砂样,最后到岩屑池。

三、氮气钻井技术设备在常规钻井配备装置的基础上，氮气钻井作业还需配备供气设备，主要有空压机、膜制氮机、增压机和旋转头等, 供气设备的供气量必须满足氮气钻井设计要求。

（1）空压机－先对空气进行初级加压，生产出压缩空气；（2）膜制氮机－从压缩空气中分离出氮气；（3）增压机－对氮气进行增压；（4）旋转头－密封方钻杆与环空通道；（5）排砂管线－排出气体及携带的钻屑；此外，根据不同的要求，还可选用气体钻头、空气螺杆钻具、空气锤、不压井起下钻装置及管阀件。

满东2井氮气钻井配备的专用设备主要有：2套撬装式制氮机，每套制氮机的制氮量45m³/min、额定输出压力15MPa，包抬3台空压机、1台膜制氮机、1台增压机；2台制氮车，每台制氮车制氮量15m³/min、额定输出压力35MPa；Williams7100旋转控制头1套。

四、氮气钻井技术地质条件在钻井工程上，只要所钻井筒单位时间内产出的液体少于一定数量，注入的氮气能够冷却钻头，携带出钻屑,不影响正常钻进条件下，都可以采用氮气钻进。

经计算，在满东2井5 7/8″的井眼，当液相产出量不超过2.0m³/h时，可以采用氮气钻进，否则，需转换成常规钻井液钻进。

气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术气体钻井是指以天然气或氮气为钻井液的一种钻井方式。

气体钻井具有环保、高效、节能等特点，在现代油气勘探中得到了广泛应用。

然而，气体钻井过程中会产生一定的井口安全和环保隐患，需要使用特定技术控制。

本文将详细介绍气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术。

井口安全控制技术在气体钻井的钻完井过程中，井口安全控制是必不可少的一项技术。

主要包括以下几个方面：1. 合理布置井口安全防护设施井口安全防护设施是保障井口工人和设备安全的重要手段。

在气体钻井的钻完井过程中，井口防护设施应包括防爆网、燃气检测器、防毒面具等。

特别是钻井现场应该设置明显的警示标志，防止工人受伤和设备受损。

2. 强化井口通风在气体钻井的钻井过程中，由于钻井液为天然气或氮气，会产生大量气体，并且当井深增加时，井筒内的气体压力也会随之增加。

为了防止产生气体爆炸，应强化井口通风，使井筒内气体压力能够适时释放。

同时，通风系统应接通到燃气检测器，一旦探测到可燃气体，可自动切断通风机运行，并发送报警信号。

3. 控制井口温度气体钻井过程中，为了防止井口温度过高而引发危险，应该采取有效措施，控制井口温度。

一般采用通风降温、加装冷却设施等措施，同时还要做好视频监控、隔离帘帘等传统方案，确保操作人员经常观察井口，及时发现问题，防止事故发生。

4. 加强井口火源控制在气体钻井的钻完井过程中，应避免火源，将现场锅炉、发电机等设备隔离远离井口。

特别是不能在井口使用明火作业，如电焊等。

如果井口存在一定的火源危险，应当采用特殊的隔离措施，例如覆盖防爆板等。

环保控制技术气体钻井的钻完井过程中，还会产生一定的环保问题，需要使用特定技术控制。

主要包括以下几个方面：1. 节能降耗在气体钻井过程中，采用低粘度的钻井液、提高钻井速度、合理选择护壁等方式可以有效节能降耗，减少环境污染。

2. 合理处理钻井液废弃物钻井液废弃物是气体钻井过程中产生的主要废物之一，如果不加处理直接排放，会对周围的环境造成污染。

文章编号:100125620(2006)0520018203川东北地区气体钻进后的钻井液技术及应用冯学荣　贾兴明　周华安　高升科(四川石油管理局川东钻探公司,四川成都)摘要　川东北地区大部分采用气体钻进的井段为上部地层,主要岩性为泥页岩,气体钻进后替入水基钻井液,经常发生复杂情况。

分析了气体钻进后顶替钻井液初期容易发生井塌、井漏等复杂情况的原因,介绍了解决川东北地区气体钻进后井壁失稳的钻井液技术对策、技术方案及防止井壁失稳的钻井液工艺技术。

在七北101井、东升1井现场应用证明,该工艺技术可行,解决了气体钻进后井壁失稳、严重井漏的技术问题。

关键词　川东北地区　气体钻井　替浆　井眼稳定　井漏中图分类号:TE242.7文献标识码:A 气体钻进具有循环压耗低、带砂能力强且迅速、井眼净化效果好、能防止井漏和减少环境污染等优点,但也存在不少限制因素,如:产水地层、含有塑性石膏等均会对气体钻进产生不利影响,甚至不能采用气体钻进。

在气体钻进后或气体钻进过程中,为了进行一些特殊的施工作业,往往需要替入水基钻井液进行压井,以完成相应的施工作业或继续钻进。

此时,如何让一个干燥的、处于欠平衡状态的空井,在替入钻井液后,不发生垮塌、缩径、井漏、虚厚泥饼卡钻等复杂问题,尽快恢复正常钻进或其它施工作业,是气体钻井后留给钻井液工作的最大难题。

根据气体钻井的实钻情况,在气体钻进完成、替入钻井液后,大于80%的井出现了复杂情况,其最根本的原因是井壁稳定问题。

轻则阻卡、划眼,重则因卡钻后难以处理导致侧钻,严重影响了气体钻井的成果。

1　气体钻进过程中替入钻井液后井壁失稳的原因分析及技术对策1.1　原因分析在气体钻进中,井眼内充满了干燥的空气或氮气,泥页岩不存在水化膨胀等因素,只要井内气体柱压力不低于井壁坍塌的临界压力,就不会出现垮塌的问题。

但是,气体钻进中,井筒内气柱压力低于地层压力,处于一种欠平衡状态,伴随着空气锤的震动,在井壁周围产生了更多的微裂缝,或加剧了井壁周围微裂缝的发育,由于井筒中循环介质为空气、氮气或其它气体,使地层岩石孔隙的连通性更好、渗透率得到了保持或增加,表现为井壁周围地层的破碎性加剧。