【文章內(nèi)容簡介】 配合，使從環(huán)空中出來的含巖屑的氣流流向排出管線，保證鉆井平臺和人員的安全。防噴器組合：空氣鉆井中主要使用兩種防噴器。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，從而實現(xiàn)其封井的目的。另一種為閘板防噴器，要求半封、全封齊全 [4]。 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：◇ 能夠準確預測現(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。石油鉆井工程論文13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)濟效益。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。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。石油鉆井工程論文14第 3 章 空氣鉆井的一些關(guān)鍵技術(shù) 空氣鉆井與鉆具腐蝕 腐蝕物質(zhì)與腐蝕形式1）. 腐蝕物質(zhì)空氣鉆井腐蝕鉆具的主要介質(zhì)是空壓機注入的空氣，其次是地層鹽水和硫化氫。在注入的空氣中含有21％的氧氣和不到1％的二氧化碳。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，加劇氧化和電化學腐蝕。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重?？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。地層水不僅提供了潮濕環(huán)境，而且含有電解質(zhì)，具有導電性，更有甚者，它還顯酸性，加劇腐蝕，是氧和二氧化碳腐蝕的土壤和溫床。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腐蝕和失重腐蝕，這種腐蝕易引起鉆具疲勞、穿孔、斷裂，導致鉆具壽命縮短和井下嚴重事故發(fā)生。 3）. 腐蝕機理氧氣的腐蝕2Fe++H2O→2FeO(OH)→Fe 2O3↓+H 2O石油鉆井工程論文15二氧化碳腐蝕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、沖蝕與腐蝕越嚴重。 防治措施空氣鉆井離不開空氣，要清除空氣中的氧氣也是不可能的。由于空氣鉆井的氣柱壓力很低，不讓地層流體進入井眼也是不可能的。必須根據(jù)井下情況采取合理措施，揚長避短。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。因此，空氣鉆井時，應(yīng)采取以下工藝措施。1）. 干地層使用純空氣鉆井由腐蝕機理可知：空氣(氧氣和二氧化碳)對鉆具產(chǎn)生腐蝕，必須有水存在。在干燥環(huán)境下，空氣不腐蝕鉆具，所以，當?shù)貙硬怀鏊畷r，可以進行干空氣鉆井。2）低壓水層使用干泡沫鉆井當?shù)貙映鏊?，氧和二氧化碳對鉆具的腐蝕作用開始發(fā)生。而且，由于地層出水，必須增加30％～40％空氣排量進行霧化鉆井。因氣柱壓力增高，氧在水中的溶解度增大，氧對鉆具的腐蝕加劇。在這種情況下，必須采用干泡沫鉆井?！痬in的加有緩蝕劑的高pH、高發(fā)泡劑濃度的發(fā)泡液，保護鉆具，捕集水流，將鉆屑和水流帶至地面。3）. 在高壓水層使用泡沫鉆井石油鉆井工程論文16當?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。這樣既可降低空氣排量和環(huán)空返速，減少鉆具沖蝕，又可用泡沫將空氣包裹起來，減少空氣與鉆具接觸的機會。同時，通過高pH值和緩蝕劑的協(xié)同作用，減輕鉆具腐蝕。 空氣鉆井地層出水限定值采用空氣鉆井時，經(jīng)常會遇到地層出水的情況，大多認為在出水量達到5m 3／h就應(yīng)該轉(zhuǎn)化成霧化鉆井或其它方式鉆井，更有甚者認為出水量大于2m 3／h時就應(yīng)該轉(zhuǎn)化 [5]。事實上不同的地層巖石特性不同，對于地層出水的限制也應(yīng)該不同，所以應(yīng)根據(jù)裸眼井段的地層巖性、井壁穩(wěn)定性、裸眼井段是否有漏失層等條件而定?？諝忏@井中遇到地層出水時就要轉(zhuǎn)化為霧化鉆井或泡沫鉆井，國外推薦在地層出水大于2m 3／h時就要轉(zhuǎn)化，國內(nèi)采用空氣鉆井時通常的做法是地層出水大于5m 3／h，轉(zhuǎn)化為霧化鉆井，現(xiàn)場施工措施中有時還要求更嚴，當?shù)貙映鏊笥?m 3／h就要求轉(zhuǎn)化為其它的鉆井方式。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，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行探討。 地層出水對空氣鉆井的影響(1)引起卡鉆。地層出水引起巖屑吸水，巖屑就會水化膨脹，當?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。(2)井下著火。井下著火是空氣鉆井的一大缺點。空氣鉆井作業(yè)時，若有地層水進入井眼，使鉆屑變濕形成泥環(huán)，井內(nèi)流動受阻，井下壓力迅速上升，泥環(huán)以下的氣體溫度升高，這時，即使天然氣等烴類物質(zhì)進入井眼的流速很低，也可能會迅速形成可燃的混合物。一旦混合物達到燃燒范圍，混合氣體壓縮本身就可能會引起燃燒。另外，鉆柱與井壁的摩擦、鉆頭在石油鉆井工程論文17鉆硬地層時會產(chǎn)生火花也會把井下 昆合氣體點燃。(3)空氣量增加，作業(yè)費用增加?？諝忏@井時，當?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。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]。 地層出水后空氣鉆井方法1）.裸眼井段無漏失層此種情況較簡單，只需要考慮地層的巖性、井壁穩(wěn)定性。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)吸水膨脹實驗。實驗是按照中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準參考文獻進行的 [6]。頁巖膨脹實驗是讓頁巖巖屑直接與水接觸，測定巖屑在不同時間的線膨脹百分數(shù)。頁巖吸水膨脹百分數(shù)的測定是在限制條件下，只允許巖屑在一個方向膨脹。不同頁巖的膨脹性強弱，用相同條件下測定的2h和16h的線膨脹百分數(shù)來進行比較，表1選取具有代表性的幾種巖樣的吸水膨脹試驗數(shù)據(jù)。這里只對易水化膨脹的巖石做了吸水膨脹實驗。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。2h的吸水特性與16h的吸水特性相差不大。同時也可看出不同巖性的吸水膨脹有較大的差別。從前面地層出水對空氣鉆井三個方面的影響中可以看出，除需要額外增加空氣量之外，其余兩個因素都與地層巖屑吸水后膨脹有關(guān)，因此對于有些地層，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屑吸水后本身不會粘結(jié)成團，那么此時的空氣鉆井中就不會發(fā)生由于地層出水使鉆屑粘結(jié)成團而引起的卡鉆事故，也不易引起井下著火，即是說此時的空氣鉆井是安全的石油鉆井工程論文18。表31 巖石吸水膨脹實驗結(jié)果注：表中H原表示原始巖屑高度，H2表示2h后測得高度，H16表示16h后測得高度。當然這種情況下的空氣鉆井，在地層穩(wěn)定、巖性吸水膨脹能力弱，空氣量足夠，即空氣量能及時將地層水帶出到地面，且地面對地層出水有足夠處理能力的條件下，完全可進行空氣鉆井。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到30m 3／h，空氣鉆井仍能正常鉆進。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。當?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。事實上，在這種情況下，地層的準確出水量是難以測量的。一方面，地層水要被鉆屑吸收一部分，所吸收水量與鉆時有關(guān)，當鉆速快時，鉆出的巖屑多，被石油鉆井工程論文19鉆屑吸收得就多。另一方面，在地層水被攜帶出井眼的過程中，也會被井壁吸收一部分，如果吸收地層水的井段越長，吸收地層水就越多。因此，遇到這種情況，就要十分慎重，并不一定就非要地層出水量達到3m 3／h或者5m 3／h才轉(zhuǎn)化成其它的鉆井方式。如果發(fā)現(xiàn)上提鉆具重量增加或發(fā)現(xiàn)井下不正常就應(yīng)及時轉(zhuǎn)化，以免造成不必要的事故。2）.裸眼井段有漏失層當裸眼井段有漏失層時，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?？諝忏@井作為治理復雜井漏的有效措施之一，但當?shù)貙映鏊?，特別是當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。（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。如果氣一固兩相流動時在漏失層處形成的壓力大于漏失壓力，且鉆屑容易進入漏失層，也仍然可以正常鉆進；如果巖屑進不漏失層，那么就需要進行堵漏等作業(yè)后才能繼續(xù)鉆進。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，就應(yīng)轉(zhuǎn)化成泡沫或常規(guī)鉆井液鉆進。（2）. 正鉆進段有漏失層對于漏失層、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。但這個壓力(密度)窗口太小很難控制，而且這種地層水的絕對壓力都很低。因此在空氣鉆進中，地層水一般將進入井筒。如果鉆屑能全部進入漏失層，那么可正常鉆進，否則可采取增大空氣注入