【正文】 的效果也會下降。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。但阻力系數(shù)受鉆屑形狀的影響，扁平。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)。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。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。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。空氣鉆井。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。 攜巖機(jī)理 。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。干空氣和充空氣、的地層實(shí)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。 空氣攜巖機(jī)理在空氣鉆井中，循環(huán)的空氣對鉆屑施加一個(gè)與鉆屑重力方向相反的舉升力，當(dāng)舉升力大于重力時(shí)，鉆屑就沿井眼向上移動，相反鉆屑就會沉降。 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。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）式中：T為井底溫度，K；P為井底壓力，MPa。同時(shí)，攜帶圓球形鉆屑所需空氣量比扁平狀鉆屑所需空氣量大。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?？諝忏@井時(shí)，對于 mm、 mm、 mm不同尺寸的井眼，一般情況下的注氣量分別為180～2110～15O、8O～120 m3／min。此外，在這些連接管線中應(yīng)安裝相應(yīng)的單流閥、安全閥和球閥，以保護(hù)壓縮機(jī)和便于泄壓。旁通管線和泄壓 mm [3]。據(jù)文獻(xiàn)記載空氣鉆井首次使用是在十九世紀(jì)中期，有文字記載的是1953年美國猶他州使用空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井。美國能源部要求，到2022年用空氣或氣體鉆井技術(shù)的油井要達(dá)到30%以上，美國年鉆井33000口左右，也就是說到2022年將有10000口以上的油井采用空氣或氣體鉆井技術(shù)。為了尋求硬地層井段提高機(jī)械鉆速的新方法，降低勘探開發(fā)綜合成本，加快隆9井推覆體井段鉆井速度決定在2970至3300m井段采用空氣(霧化)鉆井枝術(shù)結(jié)果實(shí)驗(yàn)取得成功，為原鉆速的620倍。2022年，我集團(tuán)公司國際工程公司在伊朗承包了欠平衡鉆井項(xiàng)目，根據(jù)有關(guān)方面所設(shè)計(jì)的工程施工方案，需要空氣或泡沫作為介質(zhì)驅(qū)動螺桿鉆具進(jìn)行鉆井作業(yè)。盡管當(dāng)時(shí)他沒有考慮環(huán)空巖屑的影響，但是他啟發(fā)了人們使用數(shù)學(xué)的方法來解決空氣鉆井的若干問題。1984年，W. C. Lyons總結(jié)了當(dāng)時(shí)的各項(xiàng)公式，提出計(jì)算空壓機(jī)和增壓器所需功率的七個(gè)步驟，并與當(dāng)年出版了第一版的《Airand Gas Drilling Maunal》。中國石油勘探開發(fā)研究院鉆井所碩士研究生龐保平的碩士論文《空氣鉆井流體壓力計(jì)算與空氣螺桿馬達(dá)的初步研究》，對空氣鉆井沿程壓力分布規(guī)律及空氣螺桿馬達(dá)的設(shè)計(jì)也做出了有益的探討。鉆頭的適用范圍窄。井底著火。增壓機(jī):提高壓縮空氣的壓力等級，以補(bǔ)償當(dāng)空氣鉆進(jìn)時(shí)使用小尺寸噴嘴或井下動力鉆具造成的過大的壓力損耗?；蛳蚩諝饴輻U馬達(dá)注入潤滑劑時(shí)使用?？諝馕鼭衿?干空氣鉆井時(shí)要求空氣進(jìn)入井筒前除去水分。氣體探測器:用于檢測烴類氣體，便于鉆工采取安全措施。 (二 )、井口設(shè)備圖 22 井口設(shè)備布置圖旋轉(zhuǎn)頭:它分為旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)兩部分。一種為環(huán)形防噴器(或旋轉(zhuǎn)防噴器)，它靠液動作用使膠芯擠向井口中心，直到抱緊鉆具或全封閉井口，從而實(shí)現(xiàn)其封井的目的。不過在大多數(shù)情況下，有必要在底部鉆具組合之上分流一部分氣體。氧氣在水中溶解度約10mg／L，二氧化碳在空氣中含量雖小，但它在水中形成碳酸，不但自身腐蝕鉆具，而且在酸性狀態(tài)下，加劇氧化和電化學(xué)腐蝕。2）. 腐蝕物質(zhì) 氧、二氧化碳和鹽水腐蝕鉆具的主要形式是坑點(diǎn)腐蝕和失重腐蝕，這種腐蝕易引起鉆具疲勞、穿孔、斷裂，導(dǎo)致鉆具壽命縮短和井下嚴(yán)重事故發(fā)生。必須根據(jù)井下情況采取合理措施，揚(yáng)長避短。在干燥環(huán)境下，空氣不腐蝕鉆具，所以，當(dāng)?shù)貙硬怀鏊畷r(shí)，可以進(jìn)行干空氣鉆井。在這種情況下，必須采用干泡沫鉆井。同時(shí)，通過高pH值和緩蝕劑的協(xié)同作用，減輕鉆具腐蝕。這一規(guī)定沒有考慮地層巖性和物性，對某些地層來說這一要求過嚴(yán)，因而在一定程度上會影響到空氣鉆井的應(yīng)用范圍，本文就對這一問題進(jìn)行探討。井下著火是空氣鉆井的一大缺點(diǎn)。(3)空氣量增加，作業(yè)費(fèi)用增加。為了了解不同巖石吸水膨脹性能，對四川角61—1B井從蓬萊組～大三，麻18井云巖做了室內(nèi)吸水膨脹實(shí)驗(yàn)。不同頁巖的膨脹性強(qiáng)弱，用相同條件下測定的2h和16h的線膨脹百分?jǐn)?shù)來進(jìn)行比較，表1選取具有代表性的幾種巖樣的吸水膨脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)也可看出不同巖性的吸水膨脹有較大的差別。如大天9井嘉陵江地層空氣鉆井中，初步測量在地層出水量達(dá)到30m 3／h，空氣鉆井仍能正常鉆進(jìn)。一方面，地層水要被鉆屑吸收一部分，所吸收水量與鉆時(shí)有關(guān)，當(dāng)鉆速快時(shí)，鉆出的巖屑多，被鉆屑吸收得就多。2）.裸眼井段有漏失層當(dāng)裸眼井段有漏失層時(shí)，除考慮鉆屑吸水膨脹特性、井壁的穩(wěn)定性外，還要考慮漏層位置、漏失壓力等因素。如果上部地層吸水后變得不穩(wěn)定，采取相應(yīng)的堵漏措施時(shí)，就應(yīng)轉(zhuǎn)化成泡沫或常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)。如果鉆屑能全部進(jìn)入漏失層，那么可正常鉆進(jìn)，否則可采取增大空氣注入量、適當(dāng)控制鉆進(jìn)速度或采取相應(yīng)的堵漏等措施后，達(dá)到正常鉆進(jìn)的目的。在這種情況下是否可采用空氣鉆井鉆過漏層，主要取決于漏失壓力的大小和上部地層的出水量。 空氣鉆固井技術(shù)實(shí)例 平落 006—5 井空井固井初探平落006—5井是平落壩低壓易漏地質(zhì)構(gòu)造上的一口排水井?？諝馔ň捎昧四M鉆具配合劃眼、加大排氣量清掃技術(shù)，下套管采用了加長鋁質(zhì)引鞋配合平穩(wěn)控制下放速度技術(shù)，注水泥采用內(nèi)插管配合施工參數(shù)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)。但現(xiàn)場實(shí)踐表明，空氣鉆井完成鉆井目的后，為了進(jìn)行表層套管或技術(shù)套管固井，需要再替入水基鉆井液。平落006—5井空井固井就是在這個(gè)目的的驅(qū)動下進(jìn)行的川渝地區(qū)第一口空井固井嘗試 [7]。現(xiàn)場研究表明，空井固井與常規(guī)固井作業(yè)相比，主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)：(1)井眼穩(wěn)定與巖屑清除比較困難。(2)固井過程中極易井漏。(4)水泥漿較長時(shí)間對井底高能沖擊損壞固井工具及固井附件，還可能引起環(huán)空堵塞。(6)要求水泥漿性能良好。針對以上難點(diǎn)，平落006—5井在空井固井時(shí)運(yùn)用了較為全面的空井固井施工技術(shù)，為順利完成該井固井做了充分準(zhǔn)備。通井時(shí)，遇阻卡井段必須堅(jiān)持劃眼和短程起下鉆，不能強(qiáng)拉硬放；通井至井底加大氣量循環(huán)，確保井眼清潔。注水泥漿結(jié)束后，底部套管承受較大的外擠力，若水泥漿能返至地面，外擠力將更大，回壓凡爾所受的上頂力也很大，套管可能會被擠扁，浮箍工作的可靠性也難以保證。內(nèi)插管注水泥工藝目前看來比較適合空井注水泥。人井管串結(jié)構(gòu)為：+套管鞋+P110 m+浮箍+P110+浮箍+P110+插管座+P110++懸掛器+。注夾江G級高抗水泥漿，／cm 3。施工過程中對流量變化和壓力變化進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測。(2)空井固井能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)空水泥漿的全充填，解決了空氣鉆井后注入常規(guī)鉆井液后再固井帶來的井壁穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益問題，是氣體鉆井技術(shù)的補(bǔ)充和延伸。該技術(shù)取得的進(jìn)步在于應(yīng)用一種能夠精確論證井底壓力、流量、動能的模型，因此，可以迅速估算不同鉆柱、不同井眼幾何尺寸以及氣體流量。壓力波動效應(yīng)(文丘里效應(yīng))一般用于在地面從井口脫氣，在井底也可以產(chǎn)生壓力波動效應(yīng)以降低井底環(huán)空壓力。在井徑規(guī)則的井眼中無論使用何種介質(zhì)，這一點(diǎn)一般在鉆鋌環(huán)空的頂部。這是一種控制井眼中鉆桿和環(huán)空壓力的合適方法。適當(dāng)應(yīng)用這些技術(shù)可以降低系統(tǒng)中的摩擦壓耗，減少對地面輸人能量的需求，更有利于提高能量在井底的效率 [9]。(實(shí)際)◇ 多余的氣體所增加的效益可能多于抵消所增加的環(huán)空回壓。適當(dāng)?shù)墓こ虤怏w流體分布以及合適的井眼和鉆柱結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生以下效益：◇ 減少鉆井所需地面設(shè)備和燃料(尤其是大井眼)；◇ 減少摩擦造成的井下能量損耗；◇ 降低環(huán)空井底壓力，以減少鉆屑壓持作用；◇ 增加通過沖擊鉆具的壓降，提高機(jī)械鉆速；◇ 減少鉆頭沖蝕，延長鉆頭壽命；◇ 減少井眼沖蝕，降低鉆井液和水泥漿的總費(fèi)用；◇ 改善井眼凈化，提高井底鉆時(shí)和機(jī)械鉆速；◇ 可以在更深、更惡劣的條件下使用沖擊鉆具和平底鉆頭，例如在松軟的角礫巖地層以及地層水侵入量高達(dá)16～95m 3／h的條件下；◇ 降低鉆頭費(fèi)用(減少所用鉆頭數(shù)量，使用便宜的鉆頭)。只要有足夠的氣體到達(dá)鉆頭，以最優(yōu)化性能驅(qū)動沖擊裝置，同時(shí)保持必要的能量以凈化底部鉆具組合周圍的環(huán)空，其他多余的空氣均無益處，而且實(shí)際上會減少氣體流體的可用能量。這取決于應(yīng)用情況，可能有一個(gè)或多個(gè)這種短節(jié)連接在底部鉆具組合或鉆桿上。降低環(huán)空摩擦壓力可以提高通過沖擊鉆具的壓降，從而提高