【正文】 蘇里格氣田、四川油田的正壩1井、淺二井、長(zhǎng)慶油田的陜242井、蘇3518井等等都曾采用過空氣或氣體鉆井的方式，均取得了良好的效果。中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院鉆井所和北京石油機(jī)械廠聯(lián)合組成課題組，承擔(dān)了集團(tuán)公司科技發(fā)展部下達(dá)的“伊朗欠平衡鉆井空氣螺桿鉆具研制”項(xiàng)目，旨在開發(fā)用空氣及泡沫作為鉆井介質(zhì)的新型螺桿鉆具K7LZ244樣機(jī)并形成產(chǎn)品，以解決伊朗欠平衡鉆井項(xiàng)目的急需，并為國(guó)內(nèi)今后的欠平衡鉆井及空氣鉆井提供一種實(shí)用工具。1957年，在這個(gè)公式里，Angel把所需流量與氣體的密度，井眼的大小、深度，鉆柱的尺寸以及機(jī)械鉆速關(guān)聯(lián)起來。90年代早期，欠平衡鉆井成為當(dāng)時(shí)油氣井鉆井和完井工程的一項(xiàng)重要技術(shù)，同時(shí)空氣與氣體鉆井技術(shù)的潛在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益受到高度關(guān)注，促使他和同事于2022年再版《Air and Gas Drilling Maunal》 。 空氣鉆井的優(yōu)缺點(diǎn)比較空氣鉆井作為欠平衡鉆井的一種特殊形式，具有自己顯著的特點(diǎn)，應(yīng)用范圍亦有一定的限制。由于空氣對(duì)鉆頭的冷卻作用不強(qiáng)，使得耐高溫性能不強(qiáng)的金剛石類鉆頭較少應(yīng)用于空氣鉆井中，因此在空氣鉆井中大多使用牙輪鉆頭。當(dāng)井底烴類氣體與空氣混合達(dá)到一定比例后，就有可能發(fā)生燃燒 [3]。增壓機(jī)控制閥:由于控制增壓機(jī)移出或接入空氣循環(huán)系統(tǒng)。固體注入泵:當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)少量水時(shí)，可向井筒內(nèi)注入干燥劑，有利于氣體攜屑。當(dāng)空氣較濕潤(rùn)時(shí)，經(jīng)過空壓機(jī)壓縮后，空氣中可能有水分析出，因此使用空氣吸濕器除去水分。減塵器:用于向排管內(nèi)的氣固混合物噴水，減少粉塵污染。旋轉(zhuǎn)部分可以和鉆柱一起旋轉(zhuǎn)。另一種為閘板防噴器，要求半封、全封齊全 [4]。能夠利用通常不再受摩擦影響的能量是有益的，在地面和井下都能發(fā)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。雖然井史中介紹，地層可能含有硫化氫，但空氣鉆井時(shí)沒有檢測(cè)到硫化氫氣體，所以它的腐蝕并不嚴(yán)重。 3）. 腐蝕機(jī)理氧氣的腐蝕2Fe++H2O→2FeO(OH)→Fe 2O3↓+H 2O二氧化碳腐蝕Fe+CO2+H2O=FeCO3↓+H 2↑硫化氫腐蝕xFe+yH2S=(Fe)xSy↓+yH 2↑酸性鹽水腐蝕Fe+2H+=Fe+++H2↑流速：環(huán)空流速越快、沖蝕與腐蝕越嚴(yán)重。既要發(fā)揮空氣鉆井的優(yōu)勢(shì)，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，又要盡可能地減輕腐蝕，保護(hù)鉆具，延長(zhǎng)使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。2）低壓水層使用干泡沫鉆井當(dāng)?shù)貙映鏊螅鹾投趸紝?duì)鉆具的腐蝕作用開始發(fā)生。～／min的加有緩蝕劑的高pH、高發(fā)泡劑濃度的發(fā)泡液，保護(hù)鉆具，捕集水流，將鉆屑和水流帶至地面。 空氣鉆井地層出水限定值采用空氣鉆井時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到地層出水的情況，大多認(rèn)為在出水量達(dá)到5m 3／h就應(yīng)該轉(zhuǎn)化成霧化鉆井或其它方式鉆井，更有甚者認(rèn)為出水量大于2m 3／h時(shí)就應(yīng)該轉(zhuǎn)化 [5]。 地層出水對(duì)空氣鉆井的影響(1)引起卡鉆?？諝忏@井作業(yè)時(shí)，若有地層水進(jìn)入井眼，使鉆屑變濕形成泥環(huán)，井內(nèi)流動(dòng)受阻，井下壓力迅速上升，泥環(huán)以下的氣體溫度升高，這時(shí)，即使天然氣等烴類物質(zhì)進(jìn)入井眼的流速很低，也可能會(huì)迅速形成可燃的混合物。空氣鉆井時(shí)，當(dāng)?shù)貙映鏊螅坏褞r屑帶出井眼，同時(shí)還要把地層水帶出井眼。實(shí)驗(yàn)是按照中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)進(jìn)行的 [6]。這里只對(duì)易水化膨脹的巖石做了吸水膨脹實(shí)驗(yàn)。從前面地層出水對(duì)空氣鉆井三個(gè)方面的影響中可以看出，除需要額外增加空氣量之外，其余兩個(gè)因素都與地層巖屑吸水后膨脹有關(guān)，因此對(duì)于有些地層，如吸水性小的碳酸鹽巖地層，鉆屑本身基本上不具有吸水膨脹的特性，或者吸水膨脹很小，而且?guī)r屑吸水后本身不會(huì)粘結(jié)成團(tuán)，那么此時(shí)的空氣鉆井中就不會(huì)發(fā)生由于地層出水使鉆屑粘結(jié)成團(tuán)而引起的卡鉆事故，也不易引起井下著火，即是說此時(shí)的空氣鉆井是安全的。地層出水量非常大，注入的空氣量不足以將地層水完全帶到地面，此時(shí)就需要轉(zhuǎn)化成充氣或常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)，以使液柱壓力平衡水層壓力，盡量少讓地層水出來或者不讓地層水出來。另一方面，在地層水被攜帶出井眼的過程中，也會(huì)被井壁吸收一部分，如果吸收地層水的井段越長(zhǎng)，吸收地層水就越多?？諝忏@井作為治理復(fù)雜井漏的有效措施之一，但當(dāng)?shù)貙映鏊?，特別是當(dāng)裸眼井段既有水層又有漏層時(shí)的處理與單一漏層或單一水層或地層不出水相比，有很大的不同。（2）. 正鉆進(jìn)段有漏失層對(duì)于漏失層、水層共層的惡性漏失井段，一般情況漏失壓力等水層壓力，這種情況理論上講只要循環(huán)流體在井底產(chǎn)生的有效靜液柱壓力小于漏失層壓力即可鉆過漏層。（3）. 上部地層是出水層，正鉆進(jìn)地層是漏失層若在漏層上部井段有水層。如果地層出水量大，增加空氣排量后而能將地層水和鉆屑帶入漏失層，此時(shí)不管地層出水量是多大都還可以進(jìn)行空氣鉆井，否則就不行。設(shè)計(jì)。介紹了現(xiàn)場(chǎng)施工過程中井眼準(zhǔn)備及管柱下入、注水泥等工序，值得借鑒和推廣。這就和水基鉆井液完成鉆井目的一樣，面臨井壁水化失穩(wěn)和井漏兩大技術(shù)難題 [10]。 主要技術(shù)難點(diǎn)平落壩構(gòu)造中上部地層具有低壓易漏、油氣顯示弱、地層相對(duì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，比較適宜采用氣體鉆井 [2]。采用空氣作為循環(huán)工作流體鉆成的井眼，井壁干燥，孔隙、裂縫基本保持原始狀態(tài)，但各個(gè)地層地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力不盡相同。一方面是由于水泥填充原始孔隙、裂縫，需要一定量水泥漿，屬滲漏；另一方面是由于地層本身承壓能力不高，注入水泥漿時(shí)，液柱壓力一般遠(yuǎn)大于地層漏失壓力，造成地層漏失，損失水泥漿，屬壓漏。水泥漿從1000m以上的井口自由下落，沿程對(duì)固井工具及套管附件沖擊力很大，施工時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成固井工具及套管附件損壞及失效；另外，水泥漿的沖擊和不可避免的失水會(huì)使干燥的井壁失穩(wěn)掉塊，水泥漿具有較強(qiáng)的攜帶能力又容易造成井壁掉塊及原井眼的鉆屑聚集，增加了環(huán)空堵塞的機(jī)率。水泥漿不僅需要具有高早強(qiáng)、低失水、零析水、微膨脹、低滲透、沉降穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，而且需要在干燥環(huán)空中長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)時(shí)，保持良好的流變性。 空井固井施工技術(shù)1）．通井技術(shù)下套管前，+630730雙母接頭++++ 298穩(wěn)定器+ mm鉆鋌2根+731630接頭++631410接頭++411410短節(jié)+411411雙公+178mm隨鉆震擊器++127mm鉆桿；。2）．下套管技術(shù)確?？站绿坠茼樌麘?yīng)從設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)工藝兩方面人手。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮套管、套管附件的機(jī)械性能，并進(jìn)行相應(yīng)的模擬計(jì)算與校核；現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，套管進(jìn)人裸眼井段后嚴(yán)格控制下放速度并操作平穩(wěn)，防止套管碰撞井壁引起井壁掉塊，給下步施工增加困難。單位長(zhǎng)度的外徑127mm插入管柱、分別為l：1：4左右。為防止大排量氣體對(duì)人井固井附件的損害，未進(jìn)行空氣循環(huán)吹掃，直接下入127光鉆桿加內(nèi)插管管柱注水泥。水泥漿返出地面后，停止配注水泥漿。監(jiān)測(cè)表明，水泥漿在充滿上套管鞋以上管柱前和替配漿水時(shí)，流量和壓力變化劇烈，再次印證了空井固井的難點(diǎn)；水泥漿開始進(jìn)入環(huán)空流量和壓力整體變化不大，也即形成了“U”形液柱 [7]。對(duì)于提高固井質(zhì)量，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，加快勘探速度和推動(dòng)鉆井技術(shù)進(jìn)步，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。該模型論證了在鉆頭之上將一部分氣體分流轉(zhuǎn)入井眼的作用。采用這種方式降低井底壓力后， 可用較少的空氣和較低的摩擦提高氣體流量。不過，為達(dá)此目的在底部鉆具組合內(nèi)外所消耗的能量會(huì)浪費(fèi)，并有可能不利于井眼穩(wěn)定。圖41 使用鉆柱的常規(guī)井眼 控制壓力鉆井的目標(biāo) 液壓系統(tǒng)◇ 保持環(huán)空井底壓力與地層壓力相同；◇ 防止地層流體進(jìn)人井眼。 氣體流體鉆井—— 誤解誤解一：氣體流量較大時(shí)可以提高井底流量。誤解三：發(fā)生沉砂問題是因?yàn)榄h(huán)空底部的氣體循環(huán)不充分。采用合適的工程鉆柱和井眼設(shè)計(jì)可以獲得上述某些效益，不過，如果必須租用額外的設(shè)備或必須下入較大的套管，所消耗的費(fèi)用可能會(huì)超出所獲得的效益。在沖擊鉆具中，使用節(jié)流器使一部分空氣繞過沖擊鉆具的活塞部分會(huì)降低沖擊鉆具的性能，不利于利用氣體系統(tǒng)的能量。從短節(jié)處將部分空氣進(jìn)行分流而非強(qiáng)制注入鉆鋌、鉆頭、返人鉆鋌環(huán)空，就可以在用空氣作為清除鉆屑的主要介質(zhì)時(shí)提高流動(dòng)效率。圖42 分流器短節(jié)示意圖DHAD不僅可以分流氣體，實(shí)際上還可以在其所處的環(huán)空內(nèi)產(chǎn)生文丘里效應(yīng)。鉆進(jìn)期間地層出水量約為8m3／h時(shí)，井底壓力低于0kPa(表壓)。(2)鉆進(jìn)時(shí)井底壓力出現(xiàn)峰值是由于地層中的液相侵入DHAD與鉆頭之間的井眼所造成的，如果DHAD之上的地層中含有液相，這種情況就會(huì)消失。(3)環(huán)空回壓會(huì)降低沖擊鉆具的性能(這一回壓可能是由地層水侵的靜水壓或過多氣體循環(huán)通過鉆頭所產(chǎn)生的壓力所造成的)。通常情況下，采用合適的模型和井眼幾何尺寸能夠獲得令人滿意的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)空氣鉆井還具有大幅度節(jié)約鉆頭、降低鉆井成本、環(huán)境污染小等其他特點(diǎn)：(2) 使用空氣錘，鉆壓小、 轉(zhuǎn)速低，采用沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井方式，使用大尺寸鉆鋌塔式防斜鉆具，防斜效果更加良好．為解決高陡構(gòu)造防斜打快提供了新思路；(3) 空氣鉆井工藝技術(shù)能夠用于地層不坍塌地層的正常鉆井．針對(duì)可鉆性差的堅(jiān)硬不垮塌地層，純空氣鉆井工藝技術(shù)能夠大大地提高鉆井機(jī)械鉆速．是相同地層常規(guī)鉆井機(jī)械鉆速的5 倍以上，同時(shí)隨著井深的增加提高速度的效果越明顯；(4) 空氣鉆井是一種高效率的勘探作業(yè)方式．如果地層條件具備進(jìn)行空氣鉆井作業(yè)的條件，應(yīng)優(yōu)先考慮采用這種方式進(jìn)行鉆進(jìn)，以提高進(jìn)尺效率．降低鉆井費(fèi)用 [11]。論文的內(nèi)容文題相符，結(jié)構(gòu)合理，層次分明，概念準(zhǔn)確，語(yǔ)言流暢；論點(diǎn)鮮明，論據(jù)充分，結(jié)論正