【正文】 眼掉塊、坍塌進而失穩(wěn)。因處理井壁失穩(wěn)和井漏等井下復(fù)雜情況要花費大量時間和鉆井材料，無法獲得氣體鉆井既得經(jīng)濟效益。為了解決空氣鉆井達到設(shè)計井深后，替入水基鉆井液再下套管、注水泥固井面臨井壁水化失穩(wěn)和井漏等問題，第一次實施了空氣正注水鉆井液固井作業(yè)。若水層壓力小于漏失層壓力，水層可能先漏失。（1）. 上部裸眼井段只有漏失層上部裸眼井段有單一的漏失層，且上部裸眼段無水層，正鉆進地層出水，如果鉆屑不易吸水膨脹且上部地層吸水后穩(wěn)定，在空氣鉆井中只需氣—固兩相流動時在漏失層處形成的壓力小于漏失壓力即可正常鉆進。當(dāng)?shù)貙佑兴a(chǎn)出時，地層巖性主要是砂泥巖或頁巖，而這些巖屑吸水后會粘結(jié)成團，在井眼里可能會形成濾餅環(huán)，從而引起卡鉆事故，這樣的地層就不適宜進行空氣鉆井。從表1數(shù)據(jù)看出，不同地層有不同的吸水膨脹特性，差異還較大。在相同條件下，地層出水與地層不出水相比，就需要更多的空氣量 [5]。地層出水引起巖屑吸水，巖屑就會水化膨脹，當(dāng)?shù)貙映鏊^多時，巖屑容易粘糊成團，在井眼的周圍形成泥環(huán)，從而引起卡鉆。3）. 在高壓水層使用泡沫鉆井當(dāng)?shù)貙映鏊枯^大，含鹽量較高時，干泡沫鉆井無法作業(yè)，必須采用泡沫鉆井。因此，空氣鉆井時，應(yīng)采取以下工藝措施?？諝忏@井過程中，真正腐蝕鉆具的物質(zhì)是地層水，地層水的pH值小于7，造成酸性腐蝕；地層水為氧和二氧化碳的腐蝕提供了條件，干燥的氧氣和二氧化碳是不腐蝕金屬的，只有在潮濕的環(huán)境下，腐蝕才會發(fā)生。 氣體鉆井所必需的條件井眼條件氣體鉆井所必需的條件包括以下幾方面：◇ 能夠準(zhǔn)確預(yù)測現(xiàn)場不同情況時井下流動條件下的氣體鉆井模型，即能夠預(yù)測各種井深下的井徑擴大、氣體侵入、液體侵入、氣體從鉆柱內(nèi)分流至環(huán)空；◇ 便于調(diào)節(jié)空氣流量、鉆柱幾何尺寸、井眼幾何尺寸；◇ 井下空氣分流器能夠在最合適的井深將一定量的氣體分流至環(huán)空，能夠更有效地利用分流氣體的能量。燃燒池:用于沉降巖屑和燃燒井底產(chǎn)生的烴類氣體。壓力計、溫度計、流量計:用來監(jiān)測流管中氣體狀態(tài).泥漿罐:儲備泥漿，用于特殊情況下，由空氣鉆井轉(zhuǎn)為常規(guī)泥漿鉆井時使用.壓力釋放管線:用于釋放空氣流動系統(tǒng)中過高的壓力。 空氣鉆井設(shè)備介紹空氣鉆井中所用設(shè)備和井場布置明顯有別于傳統(tǒng)鉆井方式，現(xiàn)簡要介紹一下主要設(shè)備的功能及其井場布置原則。下面簡要介紹一下哪些情況較適合空氣鉆井以及其局限性。該公式的影響極其深遠，此后所推導(dǎo)的包含各種考慮因素的公式皆是在該公式基礎(chǔ)上的修正或引用。事實證明采用空氣或氣體鉆井可大幅度地提高機械鉆速，保護產(chǎn)層。到70年代末，估計有10%的深井鉆井和完井作業(yè)采用了空氣與氣體鉆井技術(shù)。旁通管線可以直接導(dǎo)流到排砂管線。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、機械鉆速為 8m／h、球形鉆屑直徑為 3mm 時空氣注入量與注入壓力、巖屑含量和巖屑運移速度的關(guān)系，分別如圖 1圖 12 和圖 13 所示。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。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，運移鉆屑所需的空氣流速越大。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、增壓機、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行鉆井的一種工藝技術(shù)。氣基流體。介紹了氣基流體空氣的攜巖機理、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)的改進技術(shù) [1].關(guān)鍵詞: 氣體鉆井。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]。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，鉆屑就向上運動。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。目前該方法已廣泛成為預(yù)測空氣注入量的基礎(chǔ)。在氣體輸入的主管線上要連接一根旁通管線(泄壓管線)，方便在接單根或需要時泄壓。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。另外在長慶油田蘇里格氣田、四川油田的正壩1井、淺二井、長慶油田的陜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。1957年，在這個公式里，Angel把所需流量與氣體的密度，井眼的大小、深度，鉆柱的尺寸以及機械鉆速關(guān)聯(lián)起來。 空氣鉆井的優(yōu)缺點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，應(yīng)用范圍亦有一定的限制。當(dāng)井底烴類氣體與空氣混合達到一定比例后，就有可能發(fā)生燃燒 [3]。固體注入泵:當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)少量水時，可向井筒內(nèi)注入干燥劑，有利于氣體攜屑。減塵器:用于向排管內(nèi)的氣固混合物噴水，減少粉塵污染。另一種為閘板防噴器，要求半封、全封齊全 [4]。雖然井史中介紹，地層可能含有硫化氫，但空氣鉆井時沒有檢測到硫化氫氣體，所以它的腐蝕并不嚴(yán)重。既要發(fā)揮空氣鉆井的優(yōu)勢，提高機械鉆速，縮短鉆井周期，又要盡可能地減輕腐蝕，保護鉆具，延長使用壽命，提高經(jīng)濟效益。～／min的加有緩蝕劑的高pH、高發(fā)泡劑濃度的發(fā)泡液，保護鉆具，捕集水流，將鉆屑和水流帶至地面。 地層出水對空氣鉆井的影響(1)引起卡鉆?？諝忏@井時，當(dāng)?shù)貙映鏊螅坏褞r屑帶出井眼，同時還要把地層水帶出井眼。這里只對易水化膨脹的巖石做了吸水膨脹實驗。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，此時就需要轉(zhuǎn)化成充氣或常規(guī)鉆井液鉆進，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?？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。（3）. 上部地層是出水層，正鉆進地層是漏失層若在漏層上部井段有水層。設(shè)計。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]。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)，但各個地層地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力不盡相同。水泥漿從1000m以上的井口自由下落，沿程對固井工具及套管附件沖擊力很大，施工時間較長，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使干燥的井壁失穩(wěn)掉塊，水泥漿具有較強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)空堵塞的機率。 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；。因此，設(shè)計時應(yīng)充分考慮套管、套管附件的機械性能，并進行相應(yīng)的模擬計算與校核；現(xiàn)場施工時，套管進人裸眼井段后嚴(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。為防止大排量氣體對人井固井附件的損害，未進行空氣循環(huán)吹掃，直接下入127光鉆桿加內(nèi)插管管柱注水泥。監(jiān)測表明，水泥漿在充滿上套管鞋以上管柱前和替配漿水時，流量和壓力變化劇烈，再次印證了空井固井的難點；水泥漿開始進入環(huán)空流量和壓力整體變化不大，也即形成了“U”形液柱 [7]。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。不過，為達此目的在底部鉆具組合內(nèi)外所消耗的能量會浪費，并有可能不利于井眼穩(wěn)定。 氣體流體鉆井—— 誤解誤解一：氣體流量較大時可以提高井底流量。采用合適的工程鉆柱和井眼設(shè)計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，所消耗的費用可能會超出所獲得的效益。從短節(jié)處將部分空氣進行分流而非強制注入鉆鋌、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)時提高流動效率。鉆進期間地層出水量約為8m3／h時，井底壓力低于0kPa(表壓)。(3)環(huán)空回壓會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)。同時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：(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．針對可鉆性差的堅硬不垮塌地層，純空氣鉆井工藝技術(shù)能夠大大地提高鉆井機械鉆速．是相同地層常規(guī)鉆井機械鉆速的5 倍以上，同時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行鉆進，以提高進尺效率．降低鉆井費用 [11