【正文】 提高了機械鉆速，增強了井眼穩(wěn)定性，延長了鉆頭壽命，降低了總成本 [8]。 控制氣體體系的壓力 用氣體流體和鉆井液體系凈化井眼所需的最小能量相同，已確定其值為144 J／m 3動能。在井徑規(guī)則的井眼中無論使用何種介質(zhì)，這一點一般在鉆鋌環(huán)空的頂部。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?！?主要由流體密度產(chǎn)生的液壓能◇ 主要由流體流量產(chǎn)生的氣壓能石油鉆井工程論文27用液壓系統(tǒng)鉆井時，很難消除這一浪費。不過在氣體鉆井中，可以在某一關(guān)鍵點將氣體分流，這就實際上提高了體系的總體效率。這是一種控制井眼中鉆桿和環(huán)空壓力的合適方法。圖41 使用鉆柱的常規(guī)井眼 控制壓力鉆井的目標 液壓系統(tǒng)◇ 保持環(huán)空井底壓力與地層壓力相同；◇ 防止地層流體進人井眼。 氣壓系統(tǒng)◇ 在系統(tǒng)中給定的氣體流量下盡可能降低環(huán)空井底壓力；石油鉆井工程論文28◇ 在確保凈化井眼和驅(qū)動井下裝置的前提下盡可能降低地面水功率。與鉆井液相比，用氣體鉆井時實際上在很多方面更有利于正確使用控制壓力鉆井技術(shù)，因為可壓縮流體的壓力和流量的能量幾乎可以100 作用于井底。適當應(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]。 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。(實際)◇ 降低井下流量； ◇ 可能會降低井眼凈化能力。誤解二：鉆頭處的氣體流量較大可以提高機械鉆速。(實際)◇ 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。誤解三：發(fā)生沉砂問題是因為環(huán)空底部的氣體循環(huán)不充分。(實際)◇ 大多是由于底部鉆具組合周圍過多的氣體循環(huán)所造成的井眼沖蝕。 沒有適當控制井眼壓力所造成的問題(1)沉砂和坍塌(2)改用鉆井液(3)黏附鉆桿(4)側(cè)鉆(5)鉆頭過早報廢(6)使用昂貴的鑲齒鉆頭(費用增加一倍，鉆速降低一半)(7)沖擊鉆具磨損費用分析顯示，在一段井眼使用氣體流體鉆井時，提高機械鉆速所取得石油鉆井工程論文29的效益可能高于配漿、穩(wěn)定井壁、用鉆井液鉆該井段所需費用。適當?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用；◇ 改善井眼凈化，提高井底鉆時和機械鉆速；◇ 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16～95m 3／h的條件下；◇ 降低鉆頭費用(減少所用鉆頭數(shù)量，使用便宜的鉆頭)。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。在鉆頭之上的某一點將部分氣體分流至井眼環(huán)空，這是以最低的費用獲得上述大多數(shù)效益的唯一方法。在許多情況下，到達鉆頭的氣體流量過多可能會不利于井眼穩(wěn)定，產(chǎn)生以下不利影響：◇ 環(huán)空井底壓力較高；◇ 增加對松軟巖層的沖蝕；◇ 增加鉆頭的磨損；◇ 降低沖擊鉆具性能。只要有足夠的氣體到達鉆頭，以最優(yōu)化性能驅(qū)動沖擊裝置，同時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，而且實際上會減少氣體流體的可用能量。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降低沖擊鉆具的性能，不利于利用氣體系統(tǒng)的能量。石油鉆井工程論文30 井下空氣分流器(DHAD)井下空氣分流器 [11]是一根鉆桿或鉆鋌短節(jié)()，一般在鉆柱上配有兩個噴嘴閥，以便將部分鉆柱內(nèi)的氣體分流至鉆鋌之上的環(huán)空。為簡便期間，本文中的空氣指所有氣體流體，如天然氣、脫氧空氣、壓縮空氣。這取決于應(yīng)用情況，可能有一個或多個這種短節(jié)連接在底部鉆具組合或鉆桿上。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。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。這種工具可以降低摩擦壓力，利用這種能量提高升舉能力。降低環(huán)空摩擦壓力可以提高通過沖擊鉆具的壓降，從而提高其使用效率。圖42 分流器短節(jié)示意圖DHAD不僅可以分流氣體，實際上還可以在其所處的環(huán)空內(nèi)產(chǎn)生文丘里效應(yīng)。石油鉆井工程論文31 壓力試驗結(jié)果在DHAD以下環(huán)空中所產(chǎn)生的井下壓力波動是“柏努利效應(yīng)”造成的。在實際鉆井作業(yè)中下人了井底壓力紀錄儀，于2022年3月在阿肯色州Franklin縣的1口1524m的井上，用三牙輪鑲齒鉆頭鉆進時完成了壓力試驗(用沖擊鉆具和平底鉆頭鉆進時井底壓力裝置所承受的條件非常惡劣)。波動壓力也與鉆頭類型無關(guān)，僅受噴嘴末端內(nèi)所分流的空氣壓力和噴嘴末端出口處的環(huán)空壓力的影響。鉆進期間地層出水量約為8m3／h時，井底壓力低于0kPa(表壓)?？筛鶕?jù)受下鉆時壓力波動影響的井口壓力來驗證測得壓力。應(yīng)用氣體流體鉆井模型繪制出的壓力曲線可以精確預測帶DHAD和不帶DHAD時的現(xiàn)場地面壓力和井下壓力，由此繪制出流速曲線和動能曲線。(1)(不帶DHAD時該井 MPa，開始鉆進前先循環(huán)氣體時DHAD之下3m處的環(huán)空壓力(低于大氣壓力)。(2)鉆進時井底壓力出現(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，這種情況就會消失。(3)從最小鉆桿壓力開始下人DHAD閥，以防止閥門振動造成的沉砂。 建議(1)在沖擊錘上使用封閉式節(jié)流器(帶封閉式節(jié)流器的沖擊錘能夠以最高效率運行)。(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縮短其使用壽命，有可能造成鉆頭“帶接頭”)。(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)。石油鉆井工程論文32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問成為空氣鉆井方面的專家。不過，工程實踐較少并不是理由 [10]。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。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33結(jié) 論(1) 空氣鉆井由于具有欠平衡鉆井的性質(zhì)，所以對于保護低滲透油氣藏來說具有比傳統(tǒng)鉆井方式明顯的優(yōu)勢。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]。石油鉆井工程論文34致 謝在論文完成之際，我要向?qū)煵浇淌诒硎咀钪孕牡母兄x!步恩師在我的學習、工作生活上都給予了很多的關(guān)心和幫助，在我學習及論文完成的各個階段都付出了辛勤勞動，使我感激不盡。導師的嚴謹治學、教書育人的作風，使我深受教育和熏陶，同導師寬廣的知識面以及在學術(shù)領(lǐng)域里極深的造詣，都是我終身追求的目標和學習的榜樣。從論文的選題到論文的撰寫都凝聚著導師的心血。在步老師的指導下，我感到自己的理論水平有了很大的提高，學到了許多新的東西。為我在以后的工作中打下來了扎實的基礎(chǔ)。最后向論文中引用到的學術(shù)論文、科研成果和科技書籍的作者們表示衷心的感謝!石油鉆井工程論文參考文獻[1] 晃文學，[J]， 石油鉆控技術(shù)2022，29（1）；39—40.[2] 任雙雙，劉剛，[J]，斷塊油氣田，2022，13（6）；62—64。[3] 何綸，劉榆，[J]，鉆井液與完井液，2022，24（9）；14—22。[4] [J],石油鉆采工藝，2022，25（2）；18—20.[5] Lyons W C，Guo D，Ceidel F A．Air and Gas Drilling Manul[J]．Mcaraw Hall，2022．[6] SY／T 56132022．泥頁巖理化性能試驗方法[s].[7] 吳仕榮，鄧傳光，[J]，鉆采工藝，2022，29（5）7—8.[8] 林強，等．平落006—5井空井固井技術(shù)初探[J]，鉆采工藝，2022，31(1)；3l一32，48.[9] 許期聰，劉奇林，侯偉，[J]，天然氣工業(yè)，2022，27(3)：60—62.[10] 朱江，王萍，蔡利山，[J]，鉆采工藝，2022，30(2)：145—14