【正文】 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]。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)。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。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。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(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]。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。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(shí)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(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。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]。（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。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?？諝忏@井時(shí)，當(dāng)?shù)貙映鏊?，不但要把巖屑帶出井眼，同時(shí)還要把地層水帶出井眼?！痬in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。雖然井史中介紹，地層可能含有硫化氫，但空氣鉆井時(shí)沒有檢測到硫化氫氣體，所以它的腐蝕并不嚴(yán)重。減塵器:用于向排管內(nèi)的氣固混合物噴水，減少粉塵污染。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]。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。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。目前該方法已廣泛成為預(yù)測空氣注入量的基礎(chǔ)。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(dòng)有一個(gè)臨界速度，當(dāng)空氣在環(huán)空中的流動(dòng)速度超過臨界速度時(shí)，鉆屑就向上運(yùn)動(dòng)。介紹了氣基流體空氣的攜巖機(jī)理、空氣量的計(jì)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。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)。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(huì)引起鉆屑下沉速度的降低。旁通管線可以直接導(dǎo)流到排砂管線。事實(shí)證明采用空氣或氣體鉆井可大幅度地提高機(jī)械鉆速，保護(hù)產(chǎn)層。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。壓力計(jì)、溫度計(jì)、流量計(jì):用來監(jiān)測流管中氣體狀態(tài).泥漿罐:儲(chǔ)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(shí)使用.壓力釋放管線:用于釋放空氣流動(dòng)系統(tǒng)中過高的壓力。 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(shí)井下流動(dòng)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(kuò)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。因此，空氣鉆井時(shí)，應(yīng)采取以下工藝措施。地層出水引起巖屑吸水，巖屑就會(huì)水化膨脹，當(dāng)?shù)貙映鏊^多時(shí)，巖屑容易粘糊成團(tuán)，在井眼的周圍形成泥環(huán)，從而引起卡鉆。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。（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(jìn)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(dòng)時(shí)在漏失層處形成的壓力小于漏失壓力即可正常鉆進(jìn)。為了解決空氣鉆井達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)施了空氣正注水鉆井液固井作業(yè)。因而，在沒有液柱壓力的情況下，坍塌壓力很容易使井眼掉塊、坍塌進(jìn)而失穩(wěn)。這種鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井時(shí)使用的鉆具結(jié)構(gòu)一樣，稱為模擬鉆具結(jié)構(gòu)。2）注水泥固井準(zhǔn)備結(jié)束后，清水沖洗內(nèi)插管，然后排出地面管線清水。這種新的工具——井下空氣分流器安裝在鉆柱上，可以根據(jù)模型的模擬， 精確分流最適宜的氣體流量。(實(shí)際)◇ 降低井下流量； ◇ 可能會(huì)降低井眼凈化能力。從空氣分流中所獲得的有利因素能夠提高鉆井性能，減少井眼沖蝕，這取決于應(yīng)用情況。由于所有鉆井作業(yè)中只有10％的井應(yīng)用氣體鉆井，因此，沖擊鉆具的作業(yè)人員未能充分地全面了解氣體鉆井技術(shù)以便提供這種服務(wù)，作業(yè)公司的工作人員沒有足夠的時(shí)問成為空氣鉆井方面的專家。 指導(dǎo)教師簽名：。(2)循環(huán)通過活塞區(qū)的氣體流量不超過沖擊鉆具的額定最大流量(過多的氣體通過沖擊錘會(huì)縮短其使用壽命，有可能造成鉆頭“帶接頭”)。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。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]。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(dòng)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。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+。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。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。 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。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。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)。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(huì)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。必須根據(jù)井下情況采取合理措施，揚(yáng)長避短。一種為環(huán)形防噴器(或旋轉(zhuǎn)防噴器)，它靠液動(dòng)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?；蛳蚩諝饴輻U馬達(dá)注入潤滑劑時(shí)使用。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。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。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。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。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。空氣鉆井。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)。圖11 注入壓力與空氣注入量的關(guān)系圖13 巖屑運(yùn)移速度與空氣注入量的關(guān)系圖11表明，隨空氣注入量增加，注入壓力降低，最終趨于一個(gè)比較恒定的值；圖12表明，巖屑含量隨空氣注入量的增加而下降，當(dāng)空氣注入量達(dá)到一定值后，巖屑含量變化趨勢減緩；圖13表明，空氣注入量增加，巖屑在環(huán)空的運(yùn)移速度增加，當(dāng)空氣注入量達(dá)到一定值后，運(yùn)移速度呈顯著上升趨勢。截止到2022年，據(jù)美國能源部統(tǒng)計(jì)30%左右的石油、天然氣鉆井和完井作業(yè)采用了該技術(shù)，最深井已鉆達(dá)19000英尺，特別是在美國東部阿巴拉契亞山脈地區(qū)、新墨西哥州基山脈地區(qū)，空氣鉆井