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空 气 、泡 沫 钻 井 技 术

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大井眼泡沫钻井技术在元坝区块的应用分析

大井眼泡沫钻井技术在元坝区块的应用分析
Ｂ 井壁稳定 问题 ． 块元坝 ２ ２井区长兴组礁后浅滩构造。 元坝 １ ０井导眼段地层为剑门关组 ， 岩性 以棕红色泥岩和青灰 ２ 元 坝区块大井眼泡沫钻井技术的应用 ． 色 砂岩 互 层 为主 ， 泥质 含 量 高 ， 在 一定 程 度 的水 化 不 稳定 因素 。 存 元坝 １ Ｏ井导眼钻头直径 为 ６ ０４ ｍ， ６． ａ ｒ 套管设计 下深 ７０ ０ ｍ。 根据邻井资料 ，井深 ２ ０ ２ ０ 处存在 不稳定地层 ，易坍塌掉 ４ｍ￣ ７ ｍ ２０ ０ ９年 １ 月 ２ １ ７日开始采用泥浆钻进 ，２月 ３日钻进至井深 ３ ｍ， １ ０ 安 装 井 口 ，准 备导 眼 钻 进 。２ ０ ０ ９年 １ ２月 ５ 日 ８ ｏ ： ０时 采 用 空气 块。因此 ，对泡沫配方进行 了及时调 整 ，加大井壁稳定剂和防塌 钻进行举液 、干燥井眼 ，至 ２ ： ０时排沙 口排 出气体潮 湿，钻头 剂的有效浓度 ，效果显著 ，虽然后期出现轻微的掉块现 象，但钻 ２３ 下放不到底 ，判断井底仍有部 分泥浆不能举出，决定转为空气泡 井过程 中井壁较为稳定 ，起下钻顺利 ，未 出现划眼等复杂情况。 Ｃ ．消泡 问题 沫钻井。１ ２月 ６日 １ ０开始泡沫钻进 ，气量 １ ５ｎ／ ｉ ，泡沫 ：０ ０ ｉ’ ｎ ａ ｒ 泡沫完成携 带任务返到泥 浆池后 ，由于稳定性较好 ，泡沫大 基液排量 １０ ／ ｎ ８ Ｌｍｉ ，排砂 口排 出大量泥糊 状泥 浆、泡沫混合物 ， 量堆积 在泥浆池 ，长时间不破裂 ，需要较大的泥浆池来盛放堆积 判断泡沫举液成 功，至 １ １ 排砂 口排出致密泡沫，返砂正常 ， ：５ 开 始正常钻进。至井深 １７ ２ ｍ，钻遇红泥岩地层 ，排砂 口泡沫量 急剧 的泡沫，否则既影响现场 的正常作业 ，又给环保带来 了压力。尤 ０井 ，导眼尺寸大 ，泡沫排量 高，如果不采用消泡措 减少 ， 长时间内只有气体喷 出， 取样 口泡沫质量较差 ， 砂量减少。 其是元坝 １ 施， 将会对泥浆池容量提出较高的要求 ，同时泡沫基液配置量 大， 将泡沫基液排量增加至 ２ ０ ／ ｎ ０ ｍＬｍｉ ，并适 当调整泡沫配方 ，提高 处理 剂消耗多。 采用 Ｈ ３ ０型消泡器后 ， Ｘ一５ 泡沫量大幅度 降低 ， 消 基液粘度 ，循环 ５ ｎ后 ，排砂 口返出致密泡沫 ，携岩正常。 ｍｉ 泡后的基液能够及时回收再利用 ，不但减轻 了泥浆池 的负担 ，而 钻至井深 ２ ２ 将 空气排量增加至 １５ ／ ｉ， ３ ｍ， ４ ｒ ｎ 基液排量增 ｍ ａ 且大幅度降低 了基液配置量和材料的消耗 。泡沫钻井进尺 ６ ３ ７ ｍ， 加到 ２ ０ｍＬｍｉ ，以提高携 岩效果 ；钻至井深 ５２ ２ ／ ｎ ２ｍ，井壁 出现 仅使用清水 配置基液 ４ ０ ，其余全部使用消泡后 的污水 ，达到 ０ ｍ 轻微掉块 ，取样 口取 出岩屑红泥岩 、砂岩混杂，并 出现蹩钻 、跳 了泡沫基液循环利用 目的，效果显著 。元坝 ｌ ０井使用的泡沫钻井 钻等现 象。将泡沫配 方进一步调整 ，并将空气排量增至 １５ｍ ７ ／ 液 ，泡沫均匀、致密、质量好 ，具 有较好的携岩携水能力 ，有效 ｍｉ，泡沫基液排量增至 ３ ０ ３ ０ｍＬｍｉ，携岩效果较好 ，钻时 ｎ ２～４ ／ ｎ 解决了空气钻井 出水后 的岩屑携带问题 ，大大缩短 了川东北上部 加快。１ ２月 ｌ ３日 １：０ １ ０顺利钻至井深 ７ ３ 后开始循环 ，持续 ０ｍ 地层 施 工 周 期。 ３ ｍｉ ，砂量减 少，１：３ ０ ｎ后 １ ０停止循环导眼完成 。 由中原 钻 井 工程 技 术研 究 院开 发 的新 型 泡 沫钻 井 液在 元 坝 １ ０ ＨＸ．５ ３ ０型消泡器接在排砂管出 口，供风量 ３ ｉ，消泡 ５ ／ ｎ ｎ ａ Ｉ ｒ 井应用成功 ，标志着空气泡沫钻 井技术研 究取得了重大突破 。 效果显著 ，致密 的泡沫经过消泡器后呈流态喷出，消泡后的泡沫 ４ ．结 论 及 建 议 基液达 到了回收再利用 目的。整个泡沫钻 井过程共配置泡沫基液 元坝 １ ０井泡沫钻进应用表明， 针对川东北地层特点研究的泡 ２ ３ ｍ 中仅在泡沫钻井起始阶段使用清水 ４ ０ ，其余全部 ６ ０ ，其 ０ ｍ 沫 配方具有较强的携带和防塌性能 ，可满足川东北上部地层空气 使用回收的泡沫基液 ，因此大大减少了发泡剂 、稳泡剂及井壁稳 定 剂等处理剂 的消耗 ，并减少 了后续的污水处理量 ，大幅度降低 钻 井钻遇水层以及大尺寸井眼携水 、携岩的泡沫钻井需求 ｉ根据 地层岩性 、钻时等情况 ，及时调整基液配方和钻井参数 ，在 元坝 了钻井成本 ，并减轻 了环保压力。 Ｏ井导眼钻进中，携岩较好 ，井壁稳定 ，起下钻顺利 ，取得了良 元坝 １ ０井泡沫钻井时间为 ２ ０ ０ ９年 １ ２月 ６日 １ ０ ～ ０ ９年 １ ： ０２０ 好的应用效 果。 元坝 ２ ３井是继元坝 １ ２ ０井成功应用泡沫钻井以来 １ ２月 １ ３日 ｌ： ０ 历日 ７ ． １ ３ ， 寸１８５小时， 施工井段 ２ ． ７２６ ｍ， ９２ ０ ．３ 进 ．

空气泡沫钻进技术在复杂漏失地层中的应用

空气泡沫钻进技术在复杂漏失地层中的应用

Ｇ ｏｑａ ｇ （ ． ｈ ｎｔｕｅｏ ｘ ｌｒｔ ｎＴｅｈ ｉｕ ｓ ＡＧＳ，Ｌ ｎ ｆｎ ｂ ｉ ６ ０ ０，Ｃ ｉａ；２ Ｎｏ ４ Ｈｙ ｒｇｏｏ ｉａ ｕ —ｉｎ ２ １ Ｔ ｅ Ｉｓｉ ｔ ｆＥ ｐｏａｉ ｃ ｎｑ ｅ ，Ｃ ｔ ｏ ａ ｇａ ｇＨｅ ｅ ０ ５ ０ ｈｎ ． ． ｄｏ ｅ ｌｇｃ ｌ
关 键 词 ： 气 泡 沫 钻 进 ； 杂漏 失地 层 ； 漏 钻 进 ； Ｄ 空 复 顶 Ａ Ｆ一３泡 沫 剂 中 图 分 类 号 ：６４ ６ Ｐ ３ ． 文献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：６ ２— ４ ８ ２ １ ） ８— ０ ２— ４ １７ ７ ２ （０ ２ ０ ０ ３ ０
ｃ ｎ ｏ ｄ ｌｉ ｇ ｃ ｓ． Ｔｈ ｐ ｒｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ｔ ｅ ｈ ｌ ｇ ｆａ ｒｆ ａ ｄｒｌｉ ｎ ｔ ｅ ｗａｅ ｏ ｒ ｅ ｗｅ ｌｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ｎｄ ｙ ａ ｄ ｌｗ ｒ ｌｎ ｏ ｔ ｉ ｅ ｐａ ｅ ｎｒ ｄ ｅ ｈｅ ｔｃ ｎｏｏ ｏ ｉ— ｍ ｉ ｌｎｇ ｉ ｈ ｔ ｒｓ ｕ ｃ ｌ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ ａ ｙ ｏ
Ａｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｒｆａ Ｄｒｌ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ Ｃｏ ｐｅ ａ ａ ｅ Ｆ ｒ ｔ ｎ ＺＨ ＮＧ Ｊａ ， Ｗ ｐｉ ｔ ｆＡｉ． ｍ ｉｉｇ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ｉ ｍ ｌｘ Ｌｅ ｋ ｇ ｏ ｍａｉ ／ Ａ ｉｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｏ ＡＮＧ Ｙ ｈ ｌ ａ — ， ＷＵ ｉ
探成本。
由中 国煤 炭地 质总 局第 四水 文地质 队 承接 的山
西霍 州煤 电集 团 鑫博 煤 业 霍 ３号水 源 井 工 程 ， 由于
区域 水 文地 质条 件 和地 层 条 件 比较复 杂 ， 井 过 程 钻
中采 用 常规 钻井 工 艺一 度 根 本 无 法成 井 ， 工程 进 度 很难 保 证 ， 井 成本极 高 。经咨 询研 究 ， 用空 气泡 钻 改 沫 钻井 工艺 ， 利完成 了该 井 的施工 任务 ， 顺 既解 决 了 施 工难 题 ， 也节 约 了成本 ， 得 了满 意 的 施 工效 果 。 取

空气／泡沫钻井技术在高陡构造带凉东003—2井的应用

空气／泡沫钻井技术在高陡构造带凉东003—2井的应用
套。
桥 浆 １ ７ｍ。 水 泥堵漏 ９次 ， 耗水 泥 １ ９ｔ漏失 的 ５ ， 消 ９ ，
钻井液 流入 了距离 井场 ５ｋ 处 海 拔 ５ ０ｍ 左右 的 ｍ ０
① 空气 钻 进 井 段 为 ２ ． ０ ７ ． ０ｍ， 井 参 ０ ５ ～３ ５ ０ 钻 数 ： 压为 ５ ～１ ０ ｋ 气 量 为 １ ０ １ ０ｍ。 ｍｉ ， 钻 ０ ４ Ｎ， ４ ～ ６ ／ ｎ 转速为 ６ ／ ｎ 泵压 为 ２ ２ ． ａ ０ｒｍｉ ， ． ～３ ９ＭＰ 。地层 为嘉 陵江组 三段 ， 岩性 为灰 岩 。②空 气泡 沫 （ 水 ＋空气 清
维普资讯
第２ ４卷 增 刊
２０ ０ ７年 ９月
钻 井 液
与 完 井 液
Ｖｏ ． ４ ｓ ｐ ｌｍ ｅ ｔ １２ （ ｕ ｐ ｅ ｎ ）
Ｓ ｐ ． ２ ０７ ｅ ｔ ０
ＤＲＩ ＬＬＩ ＮＧ ＬＵＩ ＆ ＣＯＭＰＬＥＴＩ Ｆ Ｄ ＯＮ ＦＬＵＩ Ｄ
１ 钻 井难 题 及 关键 技 术
１ 该井 所处 地 貌 为 高耸 延 绵 的大 山， 造 主体 ） 构
部位 出露嘉 陵江 组 三 段 的碳 酸 盐 岩 ， 多 受 到严 重 大
嘉二 、 嘉一 ， 岩性 为 灰 岩 。③ 泡 沫 （ 水 ＋空 气 ＋微 清 泡沫 ） 钻进 井 段 为 ７ ５ ８ ～７ ８ Ｏ ７ ． ７ ８ ． ０ｍ。 空气 、 空气
＋０ ３ ～ ０ ４ ６ 泡 剂 ） 进 井 段 为 ３ ５ ０ ～ ．０ ． ４／起 ９ 钻 ７． ０
水库 和农 田 ， 造成 了严 重 的污染 ， 明漏失 空 间的连 说 通性极好 ， 而且直 接 与 山下 的地 表 连 通 。凉 东 ０ ３ ０— ２井 为 节 约 堵 漏 材 料 ， 少 堵 漏 时 问 ， 除 环 境 污 减 消 染， 加快 钻井 速度 ， 决定 采用 空气 钻井技 术 。

泡沫定向钻井技术在涪陵焦石坝地区页岩气井的试验

泡沫定向钻井技术在涪陵焦石坝地区页岩气井的试验

泡 沫 定 向钻 井 技 术 在 涪 陵 焦 石 坝 地 区 页 岩 气 井 的 试 验
杨 海 平 （ 江汉石油工程公司 钻井一公司， 湖北 潜江 ４ ３ ３ １ ２ １ ）
［ 摘 要］ 泡 沫 定 向钻 井 是 气 体 钻 井技 术在 定 向井 段 的 延 伸 ， 与直 井 段 气 体 钻 井 相 比 ， 需 要使 用 导 向钻 具 和 工 程 参 数 随钻 测 量仪 器 ， 需 要 解 决 井 眼 气 体 介 质 条 件 下 工 程 参 数 随 钻 测 量 的 传 输 问 题 ， 施 工 工 艺 相 对 复
２ ０ １ ３年 １ ２月
Ｊ Ｙ９ — １ ＨＦ ＿ 片为 三 维 水 平 井 ，设 计 造 斜 点 １ １ ８ ０ ｍ，地层 为栖 霞 组 （ Ｐ ｑ ｘ ） ，二 开 中 完 井 深 ２ ４ ５ ３ ． ８ ０ ｍ （ 垂深 ２ ２ ２ ９ ． ７ ６ ｍ） ，井 斜 ５ ２ ． ９ ８ 。 ，方 位 ３ ４ １ ． １ ２ 。 。
杂 。 目前 空 气 螺 杆 和 无 线 随 钻 测 斜 仪 （ Ｅ ＭＷＤ） 是 泡 沫 定 向钻 井 必 须 的 工 具 和 仪 器 。 介 绍 了泡 沫 定 向 钻 井 的 实 施 方 法 、 经 验 、 问题 及 建 议 ，为 今 后 泡 沫定 向钻 井技 术 的 完 善 和 再 实 践 提 供 了 宝贵 经 验 。
如 表 ３所 示 。
［ 收稿日期］２ ０ １ ３一 ｏ ９ —２ ｏ ［ 作者简介］杨海平 （ １ ９ ６ ７一 ） ，男 ，１ ９ ８ ９ 年 西南 石 油学 院 毕 业 ， 高级 工 程 师 ，现 主 要 从 事 钻 完 井 技 术 研 究 和 管 理 工作 。
．
１ ２ ２．
石 油 天 然 气 工程

空气钻井技术

空气钻井技术

空气钻井技术为了节约钻井周期、优质高效打好LT1井,在一、二开钻井施工中采用了空气钻井技术,在实际应用中取得了非常好的效果。

现将本井空气钻井技术总结如下:一、基础数据：LT1井设计井深6300米，目的层为飞仙关组鲕滩白云岩储层、长兴组生物储层。

钻探目的：以飞仙关组鲕滩白云岩储层、长兴组生物储层为主要目的层。

二、空气钻前井眼准备用660.4mm钻头试钻至井深56米,下508mm导管至56米.固井后钻水泥塞至井深52米。

安装好旋转控制头后进行气举钻井液，将井筒内钻井液全部排完。

然后对旋转控制头进行试压:静止试压4.0MPa,旋转试压2.8MPa。

试压合格后拆排砂口挡板,安装排砂管线。

向井内大排量注气干燥井眼，直到排砂口返出粉尘后开始钻进,钻达至井深：62米,为了提高钻速,起钻后换成空气锤。

三、设备：1.气体钻井的设备2.生产流程：1）纯气体钻井流程2）气体+泡沫钻井流程四、钻具组合由于空气钻进在地层微出水产生泥环、地层垮塌时易引起井下复杂,在钻进时采用塔式组合:一开:Φ444.5mm空气锤/牙轮钻头+Φ229mm常闭止回阀+Φ228.6mmDC×5根＋Φ228.6mm无磁×1根＋Φ203mmDC×6根＋Φ165mmDC×3根＋Φ127mmDP 二开: Φ311mm空气锤/牙轮钻头+Φ275mm空气空气锤＋浮阀×1＋Φ228.6mmDC×5根＋Φ203mm无磁DC×1根+Φ203mmDC×6根＋Φ165mmDC×3根＋旁通阀×1＋Φ127mmDP＋旋塞×1＋回压阀×1＋Φ127mmDP六、空气钻进施工情况：2021年1月25日21：30一开空气钻至井深62.65米起钻, １月26日12:20试运转空气锤正常后下钻到62m开始钻进，前期因钻铤较少,轻压钻进(20KN),随着钻铤增加钻压增加到40KN, １月28日8:30钻进至井深214m,因地层微出水,钻速慢起钻换牙轮钻头继续空气钻进, 钻至264米因地层出水较大，出口无粉尘出现，井内携砂困难，开启8台压缩机和2台增压机在短起下钻时，上提下放均有挂阻现象。

泡沫钻井液循环利用新技术研究

泡沫钻井液循环利用新技术研究

２１ ００年 第 ３ ８卷 第 １ Ｏ期
陈 浩 等 ： 泡 沫 钻 井 液循 环 利 用新 技 术 研 究
１２ 工作 过程 ．
闭合 时 ，真空 泵可 以把 封 闭系 统 内抽成 所需 的真 空 度 ；当球 阀开启 时 ，从 节 流装 置喷 出来 的泡 沫在 经
节 流装 置第 １ 消 泡后 ，可 以把 封 闭系统 内的压力 次
现 了泡沫基 液 和气体 的重 复利用 。
１ 新 型消 泡 系统
１ １ 结 构 ． ．
井周期 、降低钻 头磨 损和 防止漏 失等 优点 ，但 因其
半衰期 长 、稳定性 高 而难 以消 除 ，所 以成 为钻井 过 程 中的一 大问题 Ｊ 。泡 沫钻井 返 出液具 有 与其 他 工业 泡沫 不 同的特点 ，其本 身 的难 以被破坏 性导 致 了其 在钻 井现场 的 大量堆积 ，造 成不 同程度 的环 境
升 到一 定值 。
该 系统 的工作 过程 为 ：首先 开启 真空 泵 ，把 系
统 内抽 成 负压 ，从井 口返 回的泡 沫 由进 口经 喷嘴进 入系 统 内 ，在 负 压 的作 用 下 从 节 流 装 置 中均 匀 喷
出 。由于设 计 的进气 量 大 于真空 泵 的排量 ，系统 内 的压力 会逐 渐增 加 。喷 射一 段时 间后 间歇 式 变速箱
污染 ，限制 了泡 沫钻 井液 的使用 范 围 。为 了使泡 沫
返 出液达 到排放 标准 以及 回收再 利用 ，国内外相 关
也可应用 于洗井作业过程 中对返 出泡沫 的消泡 。
ｆ ？
专 家 、学 者及科 研单 位相继 投入 到这 一 问题 的研 究
中 ，不 同形式 的消泡 设备 或消泡 系统 应运 而生 。但 这些 系统 或设备 因其 自身 的缺 陷而未 收到应 有 的消 泡效 果 ，且把破 泡后 的气体 直接 排人 大气 。而 这类

空气泡沫钻井技术在也门32区块的应用

空气泡沫钻井技术在也门32区块的应用p1.2 表层钻井工艺沿革在32区块Tasour油区的前期勘探开发中,采用常规钻井方式但施工中蹩跳严重,易掉牙轮,进尺慢,地层漏失严重,易造成垮塌卡钻等现象。

采用空气泡沫技术后,解决了严重漏失的难题,提高了机械钻速,缩短了钻井周期,降低了钻井成本。

充分展现了空气泡沫钻井技术的优势。

1.3 空气泡沫钻井前的准备1.3.1 相关设备的准备利用现有的主体设备,另外配备三台700KW空气压缩机,一台1000KW空气增压器,以及一台配泡沫的小功率泵,其空气泵高压输出管线,通过换油壬与泵房高压闸门组连接,可实现空气泡沫的循环,返出的空气泡沫以及携带出的砂子,直接进入排污坑。

需安装旋转头,来保证井口喇叭口处旋转密封。

旋转头的大小,由使用的导管尺寸而定。

出口管线的安装,最好的办法是在旋转头之下,通过一个两头带橡胶密封圈的伸缩短节,一头连接喇叭口的出口管线,另一头连接架空槽,让泡沫直接进排污坑而不进循环罐。

1.3.2 空气泡沫的准备在一个专用罐内加入适量的水,然后加入发泡剂、稳泡剂、辅助添加剂等,用配泡沫的小泵反复循环均匀即可。

2 空气钻井设备2.1 空气压缩机空气压缩机是提供空气钻井所需空气的主要设备,空压机组平常至少要开3台,以保证足够的压缩空气量。

2.2 增压机现场施工中使用的增压机,最高增压可以达到15.0MPa,主要用于空气钻进实施前的举水作业任务。

2.3 空气输送管线及阀门用高压管线把压缩空气输送到钻机钻柱内,在管串中装有单流阀、安全阀和球阀,以保护压缩机和方便泄压。

在空气输入的主管线上还安装有旁通管线,用于泄压。

2.4 旋转控制头为了确保钻井的安全、顺利,井口除装有常规防喷器组外,还必须安装旋转控制头,来控制井口返出流体的压力。

2.5 钻具止回阀钻具组合中安装2个钻具止回阀,分别接在钻头上和井口附近的钻具上。

2.6 排砂管线并D-TANK井内返出的流体(空气、钻屑)须通过排砂管线进入地面回收池,现场使用的排砂管线为244.5mm套管。

分1井大井眼空气可循环泡沫钻井液技术


既能 满足 携水 要求 ， 同时 满 足 大 井 眼 的岩 屑 携 带要 求 ， 证 空气泡 沫 钻 井 的有 效 实 施 。③ 控 制 好泡 沫 保 钻 井 液性 能 ， 决地 层 出水 及 泡沫 钻 井 液 的 可循 环 解
问题 ， 最终 达到 提高钻 速 的 目的 。
ｍｍ 钻 头钻 至井 深 １ ３ｍ， ０ 下入 ５ ８ｍｍ 导 管 至井 ０
深 １ ２ ２ ０ ． ７ｍ。一开 用 ４ ４ ５ｍｍ 钻头 采用 空气 钻 ４ ． 井技术 钻 至井深 １ ０ ３ 因地 层 出水 空气 钻 井无 １ ． ４ｍ， 法继续 实 施 ， 接 转 化 为 空 气 泡 沫钻 井 液 技 术 。钻 直 至井深 ９ ８ ５ｍ， ３ ． 出水 量 多 达 １ ／ ， １ｍ。 ｈ 因受 排 污池 容量 限制 ， 不得 不 转 为 常 规钻 井液 。随后 泡 沫钻 井
分 １井大 井 眼 空气 可 循 环 泡 沫钻 井液 技 术
杨 景 利 薛 玉 志 张斌 何 兴 贵
（ 利 石 油 管 理 局 钻 井 工艺 研 究 院 ， 胜 山东 东 营 ） 摘 要 针 对 川 东 北地 区上 部 地 层 砂 泥 岩 互层 频 繁 、 度 大 、 磨 性 强 、 硬 研 可钻 性 差 ， 常 规 钻 井 液 机 械 钻 速 较 慢 ， 用 而 因地 层 出水 也 无 法 顺 利 实 施 空气 钻 井 的 问题 ， 究 了适 合 该 地 区上 部 地 层 钻 进 的 空 气 可 循 环 泡 沫 钻 井 液 配 方 ， 研
壁 。② 优化施 工参 数 ， 决 大井 眼 的岩屑携 带井 液技 术 关键
２ １ 技术难 点 ． ① 井 眼大 ， 岩 困难 。本 段 井 眼 采 用 ４ ４ ５ 携 ４．

空气钻井技术难点分析及安全技术措施


国空气钻井 应 用 主要 在 四川 地 区 ， 目前 有 ３ Ｏ多 口 井 ， 国外 相 比 ， 很 大。 与 差距 江汉 油 田空 气 与泡 沫钻 井才 开 始尝试 ， 需 兄 还 弟 油 田提供 设备及技 术服 务 ， 通过该 项技术 的尝试 ，
有望 今后得 到更进一 步 的应 用 。 １３ 空气钻 井事故 处理方面 ．
游 莉 方 琴
（ 江汉 石油管 理局钻井 公 司） 摘 要 通过 国内外空 气钻 井技 术对 比分析 及研 究 方 向， 为 空 气钻 井是 继 水平 钻 井技 术 用 认
于生产的又一项新技术， 并详细介绍 了空气钻井的技术难点、 注意事项、 安全技术措施 ， 国外常见的
空 气钻 井事故及其 处理措 施。 同时还对 江汉钻 井应 用 空气钻 井技 术前 景进 行 了分 析 ， 并提 出 了技 术性建议 。 主题词 空气钻 井技 术 研 究应 用 技 术难 点 注意事项 安全技 术措施 江汉钻 井
目前 ， 国内钻 井设备改 造才 占了 １３ 只生 产 了 ／，
小排量 、 压力空 气 钻井 设备 ， 排 量 、 低 大 高压 力 空气
钻 井设备 还未实现 国产化 ， 主要依赖 进 口， 且价格相 当昂贵 ， 内数量 有 限 ， 在 辅助 配套 装 置 、 国 但 调试 及
应 用方 面均取 得 了长 足进展 。
气 钻井 的理 论 和 实 践 方 面 的 研究 工 作 。并 且 美 国
在空 气钻 井 的钻具 方 面 ， 目前 国 内 已研 制 出用
于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—— 空气 螺 杆钻 具 、 气锤 等 专 空
用 工具 。
Ａｋｍ 油田在空气钻井地面循环分离配套设备 的 ｒ ａ ｏ 研制、 使用方面取得了良好的效果。另外 ， 由于空气

空气钻井技术


混流式（Mixedflow）
离心式（Centrifugal）
直管波瓣式（Straightlobe）
轴流式（Axialflow）
2010/12/18
24
由于容积式空压机能够提供较高的压力，所以在油气钻井中使 用较为普遍。主要有以下三种：
·往复式（Reciprocating Piston）
·滑片式（Sliding Vane Rotary）
2010/12/18
13
7、空气钻井技术国内外现状 气体钻井始于20世纪50年代，稍后出现了雾
化钻井、充气钻井和泡沫钻井，起初是用来钻坚 硬地层，主要目的是为了提高钻速、延长钻头寿 命、降低钻井成本。
国外气体钻井井下工具的研究水平较高，有 专用的空气螺杆、空气锤、与空气锤配套使用的 钻头。20世纪90年代，随着EM-MWD、空气钻井马 达的问世以及各种设备的不断完善，空气钻井技 术的应用变得越来越广泛。
（2）、闸板防喷器（Ram Preventer）
2010/12/18
39
8、空气锤及配套钻头 空气锤钻井迄今为止已有50 多年的历史，早期用于
建筑业，随后扩展到采矿、石厂开挖、钻凿水井及地基钻 孔。三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进 和完善，已经在一些发达国家广泛应用。在上个世纪五十 年代末已经开始用于深井钻进。
到80、90年代，由于转 动式空压机使用当中存在着 缺陷（维修费用不低，漏气 使得钻深井时不能提供足够 的循环压力），往复式空压 机重新得到广泛应用。
2010/12/18
油田空压机的使用情况
26
2、空气增压机（Booster）
用以提高压缩空气的压力等级，以补偿当空气钻进时使用小尺寸喷嘴 或井下动力钻具时造成的过大压力损耗。分为两种，一种是低压（Low Pressure Booster），一种是高压(High Pressure Booster)。
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空气 /泡沫钻井技术西部钻探集团克拉玛依钻井工艺研究院1空气、泡沫钻井技术介绍空气钻井就是采用以气体为循环介质的钻井技术的总称。

泡沫钻井则是指用泡沫液与气体的混合物做为循环介质所进行的钻井作业。

从类型上分，依据气液比的不同，气基流体钻井可划分为：•空气钻井99％～100％（气体所占比例）•氮气钻井•天然气钻井•雾化钻井96％～99％•泡沫钻井55％～99％从钻井方式角度讲，空气、泡沫钻井属于气基流体钻井分类，但从相态角度划分则不完全相同。

其中，空气钻井属于单相流钻井方式，泡沫钻井则属于多相流钻井方式。

雾化钻井循环介质相态处于两者之间。

从工程的角度，气液混合流动相对单相流要相对复杂的多，这就导致泡沫钻井相对于空气钻井要更具有挑战性。

美国早于五十年代初即开始空气、泡沫钻井试验。

气基流体欠平衡钻井技术一出现，就以它的高钻速和低成本吸引了石油钻井界。

五十年代至六十年代在北美形成了发展高潮，具备了应用规模。

专用的大功率空压机、雾化泵、井下空气锤、空气钻井专用钻头、井口旋转头等主要设备和工具都在这段时间得到发展和完善。

一般而言，空气、泡沫钻井的流程可用下图来表示：图1 空气、泡沫钻井流程图在八十年代之前，空气钻井的应用目的主要是提高经济效益和克服某些钻井中的特殊困难。

空气钻井的经济效益主要体现在高钻速（约为泥浆钻井钻速的4至10倍）、低的钻头消耗量（约节约30％～50％的钻头消耗量）、低的钻井液成本。

再加之完善的设备租赁制度和技术服务系统，使得人们可以在本公司不具备空气钻井设备和技术力量的条件下，投入较少的费用便可完成空气钻井施工。

八十年代之前空气钻井应用的另一个重要领域是解决某些特殊的钻井困难，如：严重井漏、严重水敏性泥页岩、极地永冻带钻井、沙漠缺水区钻井、地热资源钻井等等，这些条件下用常规泥浆钻井往往难以成功或成本太高。

八十年代之前人们采用空气钻井主要用于非储层井段，目的是提高经济效益或克服具体的钻井困难。

由于空气钻开油气层时存在井下燃爆的危险，因此当时不主张用空气钻井去钻储集层；一般钻至储层顶部时就转换为常规泥浆钻井。

到了九十年代初，国际上应用空气钻井的目的开始发生转变：人们不只是为了经济效益和克服具体钻井困难而采用空气钻井，而是更多地利用空气钻井对地层最小伤害的优点，将其与水平井技术相结合，为勘探、开发服务。

在美国商业化应用的空气钻井井下动力钻具、应用于水平井钻井的空气锤、专用于低压钻井系列（如空气、雾、充气液、泡沫等）的随钻测量技术（电磁MWD），适用于海上和绿色环保要求的全密闭式空气钻井系统、现场制氮装置、及一些特殊测井、完井方法也相继出现。

美国能源部又专门组织了示范性发展项目，将低压钻井、完井、测井、增产做为一个整体系列技术进行规划和发展。

在美国的页岩气藏和致密砂岩气藏开发中，用常规泥浆钻了上千口垂直井，平均产量只有0.3MMFD；而用空气钻垂直井产量提高了3倍，空气钻水平井产量提高了10倍以上。

目前，空气钻水平井，管外封隔器裸眼完井，必要时采用分段的泡沫加砂压裂，已成为美国致密气开发的首选组合技术。

2空气、泡沫钻井技术的优点提高机械钻速图2为L.W.Cooper等人用印第安纳石灰岩作的微钻速试验曲线，从图中可以看出压差对钻速的影响极大。

由于空气/泡沫的密度极低，井内液柱压力达到最低值，使井底形成一个很大的负压，钻头在负压下旋转导致岩石爆裂、破碎，从而最大限度地提高了地层的可钻性。

空气/泡沫钻井的机械钻速是常规钻井液的5～10倍。

图2 典型岩心压差与钻速对比图◆减少油层损害使用空气/空气泡沫钻井可以对油气层直接的连续测试，获取油气层的原始产能数据，也可获得“干净”岩心，避免产层损害。

◆延长钻头寿命空气钻井要求气体在环空返速必须达到15m/s（3000ft/min）以上，使钻屑完全快速地脱离钻头的切削部件，避免了重复切削，保证了井眼清洁；另外，空气钻井钻头的冷却比泥浆钻井好，延长了钻头寿命。

◆降低井漏和压差卡钻的风险在低压地层，使用空气/泡沫作为循环介质可降低井漏的危害，免除堵漏损失，基本不会造成压差卡钻。

◆有利于防斜打快由于井底岩石在负压情况下被“推”向井内，因此岩石“破碎”所需的钻压较小，一般为常规钻井的1/3即可。

此钻压既满足了空气钻井的快速钻井需要又满足了常规钻井的“轻压吊打”纠斜的要求，容易钻成垂直井眼。

◆成本低由于空气或天然气来源充足，且机械钻速快，大大缩短了钻井时间，已被世界公认为是一种降低钻井成本的好方法。

空气钻井的这些特点，使得空气钻井做为有力的勘探手段用于勘探目的；做为有力的开发手段用以开发目的。

由此可见，空气雾化钻井基本上是作为勘探、开发部门的有效技术进行应用；空气雾化钻井试验大多都是紧密配合油田勘探开发和原油增储上产的需要进行的，并且为油田勘探布局规划、开发方案调整提供了极有价值的参考资料和决策依据，产生了明显的间接经济效益。

3 空气、泡沫钻井技术的局限性• 对地层压力的控制能力降低。

因此气体钻井作业一般限于那些储层孔隙压力较低的地区• 空气钻井局限于那些地层岩石较老且致密的区块 • 对付大量地层水侵入环空的能力是有限的 • 在钻进过程中，钻头外径会明显地因磨损而变小 • 由于环空中含砂气流的冲刷作用，钻杆的磨损会加剧 • 在钻井期间，井内的流体几乎不可能对钻柱提供缓冲作用4 空气、泡沫配套钻井工艺干空气钻井空气（包括天然气、氮气）钻井主要应用于坚硬干燥的地层，即地层中无水或无碳氢化合物等流体流出的地层；也适用于无水干燥的地热气产层。

空气钻井技术的关键是保证携岩所需要最小气量的计算。

根据Agnle 提出的空气钻井携岩最小动能理论：()()22222.61.6sphVD DQ h G Ts S -+＝()2/222avTav ah av sbT e bT P-+ （1）Q =()()()h G T S bT e bT PD D V s avTav ah av sphs .61.62/22222+-+⨯- （2）式中a=QhKD SQ 3.538.282+， （3）b=()()222333.12610625.1php hD DD DQ --⨯- （4）D h=井径.Ft. D p=钻杆外径.Ft. e=2.71828,自然对数G=环空温度梯度,︒R/Ft. h=井深,Ft. K=钻速Ft./Hr.Ps=地面读出的环空压力,psi Q=需要的循环排量,标准Ft.3 /Min(60℉,14.7psi)S=天然气对空气的比重,无量纲 Ts出口温度, ︒RT av=井内环空平均温度, ︒R V s=标准密度下的速度,Ft./Min.根据以上公式计算所得不同井径、井深空气钻井所需最小气量统计如表1：井径in. 钻杆尺寸in.井深(Ft.)及需要的空气量（标准立方英尺/分－SCFM）1000 2000 4000 6000 8000 10000 120004-3/4 2-7/8 430 500 650 790 930 1070 12006-1/4 2-7/8 790 850 970 1150 1420 1700 1800 3-1/2 710 790 930 1030 1280 1420 16506-3/4 3-1/2 850 1000 1200 1420 1650 1850 2100 7-3/8 3-1/2 1070 1150 1300 1550 1800 1950 21507-7/8 3-1/2 1300 1400 1650 1900 2120 2400 2700 4-1/2 1100 1200 1500 1800 2100 2350 26508-3/4 3-1/2 1600 1750 2000 2280 2600 2800 3000 4-1/2 1450 1650 1850 2140 2400 2600 2850 5 1350 1500 1700 2000 2200 2400 27009-7/8 4-1/2 1950 2100 2400 2700 3200 3500 4000 5 1900 2000 2300 2600 3000 3300 3600 5-1/2 1700 1950 2150 2400 2600 2850 310012-1/4 4-1/2 3100 3350 3700 4200 4500 4900 5400 5-1/2 3000 3100 3350 3900 4300 4700 5000 6-5/8 2600 2800 3000 3400 3700 4150 450017-1/2 4-1/2 6600 6850 7550 8100 8700 9250 9800 5-1/2 6450 6700 7400 8000 8550 9100 9650 6-5/8 6150 6600 7150 7700 8400 8950 9500◆雾化钻井空气钻井中如遇少量地层出水可采用雾化钻井技术。

其钻井过程要要保证注入的水、发泡剂和空气泵入井内后，使气体达到露点饱和，以达到携岩的目标。

由于注入液体以及地层出水的原因，一般而言，雾化钻井需要的气体量要高于同井眼尺寸、井深条件下的20%-40%以上。

◆泡沫钻井泡沫钻井是利用致密、连续、均匀的泡沫流体作为循环介质的钻井技术，其密度可在0.06～0.72 g/cm3之间任意调整。

它一般适用于地层压力系数低于1.0的油气层。

当空气因地层原因无法实施延伸钻进时，可转为稳定泡沫或硬胶泡沫钻井。

稳定泡沫和硬胶泡沫不仅可以大大减少空气量，还因其携屑能力是一般钻井液的10倍而更具优越性。

空气泡沫在下述情况下是最好的循环介质：⑴钻直径很大的井眼需要的空气量极大，使纯空气钻井很不经济，如在26″的井眼，硬胶泡沫则只需11～17m3/min.（400～600SCFM）的空气量。

⑵硬胶泡沫能有效地防止水敏性地层和胶结差的地层坍塌。

调整泡沫剂和聚合物的比例可以将硬胶泡沫的失水降到很低甚至可以为零，因此，对胶结差的地层和水敏性地层，如风化砂岩、水敏性泥页岩、砾石或砾岩，硬胶泡沫有极强的稳定能力。

⑶可防止空气钻井因钻遇油层而引发的火灾。

⑷钻低压或枯竭油气层以及胶结疏松的产层。

硬胶泡沫密度只有2～6PCF （0.032-0.096 g/cm3）,即使在井内被压缩状态下，其静液柱压力也极低而且滤失量可以为零，所以可避免漏失和对产层的损害。

图3是雾化与泡沫流体的主要区别，在本图中，通过原理的方式揭示了雾化、泡沫的结构特征。

泡沫钻井，连续相是液，分散相是气体；而雾化、空气钻井，连续相是气体，分散相是液。

图3：泡沫液与雾化液的主要区别雾化(97-100 % 气体)泡沫(0-97 % 气体) 空气/天然气H2O5国内典型空气钻井技术应用◆夏1023井空气雾化钻井1989年新疆局在夏子街油田钻成了我国第一口真正意义上的空气雾化钻井X1023井，X1023井用空气雾化做循环介质钻至井深1512.04m时，返出大量天然气，排出口压力9.215MPa，测试产气量为38391m3/d。