【正文】 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(dāng)?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。 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)。 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(jì)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(yù)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)。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(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。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。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]。致 謝在論文完成之際，我要向?qū)煵接癍h(huán)教授表示最衷心的感謝!步玉環(huán)恩師在我的學(xué)習(xí)、工作生活上都給予了很多的關(guān)心和幫助，在我學(xué)習(xí)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(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、教書育人的作風(fēng)，使我深受教育和熏陶，同導(dǎo)師寬廣的知識面以及在學(xué)術(shù)領(lǐng)域里極深的造詣，都是我終身追求的目標(biāo)和學(xué)習(xí)的榜樣。從論文的選題到論文的撰寫都凝聚著導(dǎo)師的心血。在步老師的指導(dǎo)下，我感到自己的理論水平有了很大的提高，學(xué)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(xué)術(shù)論文、科研成果和科技書籍的作者們表示衷心的感謝!參考文獻[1] 晃文學(xué)，[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—148.[11] 國外油田工程第23卷第7期(2022．7)；28—32.中國石油大學(xué)遠程與教育學(xué)院指導(dǎo)教師 ： 職稱： 工作單位： 對函授（網(wǎng)絡(luò)） 03 級 季 層次專業(yè)學(xué)員 所完成畢業(yè)設(shè)計（論文）的評 語 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日中國石油大學(xué)成人（網(wǎng)絡(luò)）教育學(xué)院中國石油大學(xué) 學(xué)院 系 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計答辯小組對函授（網(wǎng)絡(luò)） 級 季 層次 專業(yè)學(xué)生 所完成畢業(yè)設(shè)計（論文）的結(jié) 論 答辯（評審）組成員：姓名 職稱 姓名 職稱 姓名 職稱 姓名 職稱 答辯（評審）組長簽名：