【正文】 石油鉆井工程論文 石油鉆井工程論文題 目： 氣基流體空氣鉆井技術(shù) 專 業(yè)： 石油工程 石油鉆井工程論文i摘 要過去，對氣基流體(空氣、霧化液等)作為氣體鉆井循環(huán)流體缺乏深入的理論研究和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗。為適應(yīng)新的氣基流體鉆井方式及鉆井工藝技術(shù)的進(jìn)步，開展了氣基流體空氣的應(yīng)用技術(shù)的研究。空氣作為循環(huán)流體，它在鉆井過程中的主要作用是將井下的鉆屑舉升到井口并帶出井眼，如果空氣量不夠，則難以有效地將井下鉆屑攜帶出來，這樣鉆屑就會在井內(nèi)沉降并在井底聚積造成卡鉆。介紹了氣基流體空氣的攜巖機(jī)理、空氣量的計算方法、空氣循環(huán)系統(tǒng)以及氣基流體空氣、霧液在現(xiàn)場的應(yīng)用效果、空氣鉆井國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù),如鉆具腐蝕問題、鉆遇水層問題、固井等,最后介紹了空氣鉆井技術(shù)的改進(jìn)技術(shù) [1].關(guān)鍵詞: 氣體鉆井。氣基流體?？諝忏@井。 攜巖機(jī)理 。鉆具腐蝕 。鉆遇水層 固井石油鉆井工程論文ii目 錄前 言......................................................... 3第 1 章 氣基流體空氣鉆井的基本概念和循環(huán)系統(tǒng)..................... 4 基本概念.................................................. 4 空氣量的大小與井眼凈化的關(guān)系 ..............................4 空氣攜巖機(jī)理.......................................... 4 鉆屑形狀與下沉速度的關(guān)系.............................. 5 空氣注入量的確定...................................... 6 氣基流體(空氣／霧液)的循環(huán)系統(tǒng) ............................8第 2 章 空氣鉆井技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................10 空氣鉆井在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 .................................10 國內(nèi)外關(guān)于空氣鉆井理論研究與參數(shù)計算的發(fā)展與現(xiàn)狀 .........11 空氣鉆井的優(yōu)缺點比較 .....................................12 空氣鉆井設(shè)備 介紹 .........................................13 氣體鉆井所必需的條件井眼條件..............................13第 3 章空氣鉆井的關(guān)鍵技術(shù)與實例簡.............................. 16 空氣鉆井與鉆具腐蝕 .......................................16 腐蝕物質(zhì)與腐蝕形式................................... 16 防治措施............................................. 17 空氣鉆井地層出水限定值 ...................................18石油鉆井工程論文iii 地層出水對空氣鉆井的影............................... 18 地層出水后空氣鉆井方法............................... 19 空氣鉆固井技術(shù)實例 .......................................22 平落 006—5 井空井固井初.............................. 22 主要技術(shù)難點......................................... 23 空井固井施工技術(shù)..................................... 25 現(xiàn)場施工技術(shù)......................................... 26 固井技術(shù)總結(jié)......................................... 27第 4 章 氣體鉆井技術(shù) 的改進(jìn) ......................................28 控制氣體體系的壓力 .......................................28 控制壓力鉆井的目標(biāo) .......................................29 液壓系統(tǒng)............................................. 29 氣壓系統(tǒng)............................................. 29 氣體流體鉆井—— 誤解................................. 30 沒有適當(dāng)控制井眼壓力所造成的問題..................... 30 井下空氣分流器(DHAD) .....................................31石油鉆井工程論文iv 壓力試驗結(jié)果 .............................................32 建議 .....................................................33結(jié) 論 .........................................................34參考文獻(xiàn) .......................................................35致 謝 .........................................................36石油鉆井工程論文1前 言氣體鉆井技術(shù)就是以氣體為主要循環(huán)介質(zhì)的欠平衡鉆井技術(shù),主要有純氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井和充氣鉆井液鉆井 [1]。氣體鉆井在國外應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，主要用于加快鉆速，發(fā)現(xiàn)和保護(hù)氣層，在低壓破碎地層用氣體鉆井可以解決長段井漏問題。氣體鉆井首次使用是在19世紀(jì)中期，美國猶他州使用空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井。此后，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于世界各地油氣井（包括煤層氣）的鉆探和開發(fā)上，特別是在阿巴拉契亞山脈地區(qū)新墨西哥圣胡安盆地西得克薩斯等油田和鉆井液易漏失的洛基山脈地區(qū)，空氣鉆井得到廣泛的應(yīng)用 [2]，截至2022年，美國約30%的鉆井和完井作業(yè)采用該技術(shù)， [2]。石油鉆井工程論文2第 1 章 氣基流體空氣鉆井的基本概念和循環(huán)系統(tǒng) 基本概念氣基流體空氣鉆井是利用大氣中的空氣或霧化空氣流體作為鉆井的循環(huán)介質(zhì)，通過特殊的氣體鉆井配套設(shè)備(空壓機(jī)、增壓機(jī)、空氣錘、旋轉(zhuǎn)防噴器及連接管匯等)將空氣注入井下再攜巖返至地面來進(jìn)行鉆井的一種工藝技術(shù)。氣基流體空氣是由空氣、干燥劑、防腐劑以及其它添加劑按一定的比例混合組成。干空氣和充空氣、的地層實現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)的鉆井技術(shù)，是目前使用較多的一種氣體型流體。 空氣量的大小與井眼凈化的關(guān)系氣基流體空氣鉆井中使用的循環(huán)流體是空氣，它在鉆井過程中的主要作用是將井下的鉆屑舉升到井口并帶出井眼。如果空氣量不夠，則難以有效地將井下鉆屑攜帶出來，這樣鉆屑就會在井內(nèi)沉降并在井底聚積造成卡鉆。因而在空氣鉆井作業(yè)中，空氣注入量(空氣流速)是安全鉆井的關(guān)鍵因素。 空氣攜巖機(jī)理在空氣鉆井中，循環(huán)的空氣對鉆屑施加一個與鉆屑重力方向相反的舉升力，當(dāng)舉升力大于重力時，鉆屑就沿井眼向上移動，相反鉆屑就會沉降。由于鉆屑自身重力不受空氣流的影響，因而空氣使鉆屑向上運(yùn)動有一個臨界速度，當(dāng)空氣在環(huán)空中的流動速度超過臨界速度時，鉆屑就向上運(yùn)動。如果鉆屑的自由沉降速度為V t ，空氣沿井眼環(huán)空向上的流速為V f ，那么鉆屑向上的運(yùn)動速度V c 可由下式表示：Vc = VfVt (11)由公式(11)可知，鉆屑的自由下沉速度越大，運(yùn)移鉆屑所需的空氣石油鉆井工程論文3流速越大。鉆屑的自由下沉速度與鉆屑直徑、密度、形狀和流體密度等因素有關(guān)。 研究發(fā)現(xiàn)，球形微 粒的自由下沉速 度為： （12)在公示（12)中：dc為鉆屑直徑，mm；C d為阻力系數(shù)；ρ c為鉆屑密度，g／cm 3；ρ f為流體密度，g／cm 3。 鉆屑形狀與下沉速度的關(guān)系攜帶巖屑的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，可由鉆屑在流體中的運(yùn)動速度確定。研究發(fā)現(xiàn)，在空氣鉆井中，環(huán)空中的空氣一般為紊流，這時鉆屑的阻力系數(shù)與流動速度無關(guān)，為一定值。但阻力系數(shù)受鉆屑形狀的影響，扁平。結(jié)合氣體狀態(tài)方程，可推導(dǎo)出扁平狀鉆屑的自由下沉速度為：（13）次圓角狀鉆屑的自由下沉速度為：（14）石油鉆井工程論文4式中：T為井底溫度，K；P為井底壓力，MPa。鉆屑的自由下沉速度主要由鉆屑直徑、形狀、井底溫度和壓力決定。但沒有考慮鉆屑之間或鉆屑與井壁之間的相互作用，而這些作用會引起鉆屑下沉速度的降低。從公式(13)、公式(14)可以看出，鉆屑的自由下沉速度隨鉆屑直徑的增加而加大，鉆屑尺寸越大，要帶出鉆屑所需的空氣流速就越大。同時，攜帶圓球形鉆屑所需空氣量比扁平狀鉆屑所需空氣量大。 空氣注人量的確定為了有效攜帶鉆屑，需要預(yù)測地面空氣注入速度，而其與井眼大小、井深、機(jī)械鉆速等有關(guān)。國外研究了多種預(yù)測方法，其中多數(shù)方法用于現(xiàn)場時都遇到一個共同問題，這就是難以提供鉆屑的形狀和尺寸。同時還需要知道井眼的幾何形狀，因為在井徑擴(kuò)大處，環(huán)空空氣流速會明顯下降，攜帶鉆屑的效果也會下降。Angel 提出了一種方法，該方法假設(shè)空氣沖擊每粒鉆屑的動能與空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下給予鉆屑的動能是相同的。目前該方法已廣泛成為預(yù)測空氣注入量的基礎(chǔ)。利用 Angel 軟件，以某井為例，計算了 井眼與 127mm 鉆桿環(huán)空、井深為 500m、機(jī)械鉆速為 8m