【正文】 論文撰寫之前深入科研和生產(chǎn)單位進行大量的調(diào)查研究，收集相關(guān)的技術(shù)資料，為最后比較順利的完成本論文奠定了基礎(chǔ)。[3] 何綸，劉榆，鉆井液與完井液，2022，24（9）；14—22。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。不過，工程實踐較少并不是理由 [10]。 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)。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。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)。這種工具可以降低摩擦壓力，利用這種能量提高升舉能力。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。在許多情況下，到達(dá)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。 沒有適當(dāng)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。誤解二：鉆頭處的氣體流量較大可以提高機械鉆速。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。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。 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。應(yīng)用這種新技術(shù)控制鉆頭處的井底壓力的結(jié)果是，通常由于摩擦而損失的能量可以轉(zhuǎn)化為有利因素，可以降低地面壓縮氣體的費用、減少井眼沖蝕、提高機械鉆速、延長鉆頭壽命、提高鉆達(dá)總井深的成功率，而不會轉(zhuǎn)化為不可壓縮流體。第 4 章 氣體鉆井技術(shù)的改進這種可以提高鉆井性能的新技術(shù)已在理論上和實踐中得到證實。該井順利施工為今后空井固井作業(yè)提供了可借鑒的經(jīng)驗。替漿結(jié)束檢查無回流，拔出插入管，起鉆完，候凝。注水泥領(lǐng)漿10m 3,／cm 3。固井附件也可迅速淹沒在水泥漿中，減小了空井水泥漿對附件的沖擊破壞；與此同時，注入的水泥漿基本上直接向環(huán)空流動，便于施工參數(shù)動態(tài)監(jiān)測，有利于及時發(fā)現(xiàn)和處理井下復(fù)雜情況 [6] 現(xiàn)場施工技術(shù)1）井眼準(zhǔn)備與管柱下入平落006—，按照設(shè)計要求加人29295扶正器，空井通井2次，確保井眼通暢、清潔后，下入套管到指定位置。若施工前期注入低于水泥漿密度的前置液，隨后注人的水泥漿以自由落體的速度墜人前置液 造成混漿，影響水泥漿性能而且降低水泥漿的膠結(jié)強度。設(shè)計合適數(shù)量的剛性扶正器，增強套管柱過臺階能力并提高其居中度?？站ň畷r，首先要防止始終處于拉伸狀態(tài)下的鉆具事故；二是合適的通井穩(wěn)定器大小及安放位置，是通井及套管柱順利下入的關(guān)鍵?？站⑻嫔婕肮ぷ鳝h(huán)節(jié)多、工作量大，而且各環(huán)節(jié)存在大量的潛在因素，稍有不慎，很可能引起其它風(fēng)險因素，因此施工難度大，風(fēng)險高。施工過程中，井下出現(xiàn)水泥漿漏失時，掌握和控制水泥漿返高困難。在水泥漿重力、地層與水泥漿液柱壓差的作用下，水泥漿注入空井過程中無法形成連續(xù)流動，注水泥施工壓力、排量設(shè)計困難，施工參數(shù)也不可能準(zhǔn)確反映井下實際情況。如果依靠空氣徹底清除鉆屑和掉塊，現(xiàn)場施工比較困難，特別是體積較大的掉塊。平落006—5井在空氣鉆成井眼后，不再替人鉆井液，而是直接進行下套管和注水泥固井施工作業(yè)。因此，空氣鉆井完成后，在不替人任何液體鉆井液的情況下，如果能直接進行表層套管或技術(shù)套管固井即空井固井，就可以減少替人鉆井液、避免處理井下復(fù)雜等中間環(huán)節(jié)，從而減少鉆井液處理劑，縮短鉆井周期，降低鉆井綜合成本。近年來，四川盆地應(yīng)用氣體鉆井技術(shù)在提高鉆井速度、防漏堵漏、發(fā)現(xiàn)和保護油氣層等方面取得了明顯效果 [9]。分析了空氣固井的7項技術(shù)難點。因此采用空氣鉆井時，在地層出水后，應(yīng)該根據(jù)所鉆地層巖石特性和井眼具體情況確定是否仍采用空氣鉆井，離開這些具體條件只考慮地層出水量的大小這一因素是不全面的。如長慶油田隴東慶陽一馬嶺一帶的洛河水層，但通常情況若漏層為一常規(guī)堵漏方法都無法堵漏的地層，那么水層壓力比漏層壓力大。因此在空氣鉆進中，地層水一般將進入井筒。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。事實上，在這種情況下，地層的準(zhǔn)確出水量是難以測量的。當(dāng)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。2h的吸水特性與16h的吸水特性相差不大。頁巖吸水膨脹百分?jǐn)?shù)的測定是在限制條件下，只允許巖屑在一個方向膨脹。 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。另外，鉆柱與井壁的摩擦、鉆頭在鉆硬地層時會產(chǎn)生火花也會把井下 昆合氣體點燃。(2)井下著火?？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(yán)，當(dāng)?shù)貙映鏊笥?m 3／h就要求轉(zhuǎn)化為其它的鉆井方式。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。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。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。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。地層水不僅提供了潮濕環(huán)境，而且含有電解質(zhì)，具有導(dǎo)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。在注入的空氣中含有21％的氧氣和不到1％的二氧化碳。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。防噴器組合：空氣鉆井中主要使用兩種防噴器。引火器:將從排管中帶出來的井底產(chǎn)生的烴類混合氣體點燃，保證安全鉆進。排出管線的控制閥:用于控制井口回壓，也可用于配合試井測試.巖屑捕獲器:用于獲得井口處的巖屑樣本。常用于起下鉆、接單根或其它需要開口操作的場合。液體注入泵:由于地層大量出水而需將空氣鉆井轉(zhuǎn)為霧化或泡沫鉆井時，用來向空氣中加入水或起泡劑。(一)、空氣鉆井井場布置圖 圖21 空氣鉆井井場布置圖:空壓機:空氣鉆井中最主要的設(shè)備，高壓氣體產(chǎn)生的源泉。通常情況下軟地層產(chǎn)生的巖屑尺寸較大，不利于在較大井深情況下氣體攜屑。(一) 空氣鉆井尤其適合用于下述情況地層巖石堅硬井壁穩(wěn)定性強較少的地層流體侵入具有中低孔隙壓力的地層缺水干旱地區(qū)對水基或油基鉆井液敏感的地層(二) 空氣鉆井的局限性對地層流體的侵入控制力不強。 Liu HuiXing等研究了在實驗室條件下環(huán)空攜屑的各種情況并推導(dǎo)了攜屑數(shù)學(xué)模型，但其結(jié)果只停留在實驗室階段，未經(jīng)現(xiàn)場實鉆檢驗。比如:1980年，Ikoko和Williams就是把該公式與砂巖、石灰?guī)r和頁巖的顆粒運移速度以及環(huán)空摩擦系數(shù)關(guān)聯(lián)起來。 國內(nèi)外關(guān)于空氣鉆井理論研究與參數(shù)計算的發(fā)展與現(xiàn)狀 Martin，他于1952年發(fā)表的題為《Use of Air or Gas as a Circulating Fluid in RotaryDrilling–Volumetric Requirements》的論文，首次提出用數(shù)學(xué)的方法來預(yù)估干空氣鉆井所需的氣量。同時在空氣鉆井工具上，我國也取得了突破性的進展。裂縫發(fā)育，斜、跳、慢是制約該井機械鉆速的主要因素，機械鉆速很低。截止到2022年，據(jù)美國能源部統(tǒng)計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)，空氣鉆井得到廣泛的應(yīng)用。空氣鉆井在美國及加拿大應(yīng)用較為廣泛。另外在旁通管線與立管之間也需安裝一條泄壓管線，用以在接單根前放掉立管和鉆具內(nèi)的壓縮空氣，以便壓縮機在接單根期間保持運轉(zhuǎn)。這些連接管線的額定壓力值應(yīng)與增壓機的最大壓力相匹配或更高。圖11 注入壓力與空氣注入量的關(guān)系圖13 巖屑運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)空的運移速度增加，當(dāng)空氣注入量達(dá)到一定值后，運移速度呈顯著上升趨勢。同時還需要知道井眼的幾何形狀，因為在井徑擴大處，環(huán)空空氣流速會明顯下降，攜帶鉆屑