【正文】 TVD) TD = 1,440 m MD 在 90 井斜角 , 696 m TVD 159mm (61/4 in.) 井眼直徑 o o o o o 同心套管注氣井口裝置 注入口 mm套管切掉的長度 ,寬度 mm 微環(huán)空 200.1 mm 444.5 mm 609.6 mm 雙層鉆柱注氣技術 泥漿入口 空氣 旋轉(zhuǎn)頭 氣液混合物返出 雙 層旋轉(zhuǎn) 5“ 同心管 注入接頭 4 1/2“ 常規(guī)鉆桿 鉆鋌 雙層鉆柱注氣技術 ? 與同心套管注氣技術相同； ? 接單根期間停止注氣； ? 需要特殊的方鉆桿，增加接單根時間； ? 不常用。注氣點位于水平井的 “ 腳跟 ” 附近。 同心管注入技術 ，同心管臨時下入井內(nèi)，氣體通過兩層套管環(huán)空注入井內(nèi)； ，可以使用常規(guī)定向井工具和測量儀器； 。注入的氣體在環(huán)空與返回的鉆井液相混合，從而通過降低注氣點以上的靜液柱壓力來降低環(huán)空井底壓力。 環(huán)空注氣法 包括寄生管柱法和微環(huán)空注氣法兩種環(huán)空注氣工藝 典型寄生側管 充氣液 表套鞋 技套井筒 水泥 鉆具 鉆井液 壓縮空氣 寄生管 (固定于技術套管側 ) 注入口 套管鞋 將 U形彎頭上焊接在套管體上，避免焊接帶應力集中 寄生管注入裝置 下 端 上端 寄生管注入接頭 (Westermark, 1986) 平行管柱注入接頭 (Teichrob) 3‖ 開口槽 連接 2 1/16‖ 管子 寄生管充氣實例 氣體 2 1/16‖ 注氣管 注入點 750米 8 5/8‖ 技套下深 850米 7 7/8‖井眼 氣液混合物 工藝流程 寄生管柱注氣井下流程如圖所示，通過固定在套管外部的油管和注入接頭進行注氣。 5. 還會出現(xiàn)在鉆頭或滲透性地層重新獲得汽化時 ， 如果井眼壓力超過了地層壓力且流體漏失控制不好 ， 注入的氣體就有可能進入到揭開的滲透性地層而不會上升到環(huán)空 。 接單根時的井底壓力變化 液柱壓力 地層壓力 在接單根之前注入氮氣 在接單根時形成的壓力峰值 壓 力 時 間 時間 分鐘 環(huán)空壓力 （psi） 地面壓力 井底壓力 起鉆壓力峰值 井眼清洗不足 井眼發(fā)生堵塞 地面壓力沒有增加 循環(huán)開始出現(xiàn)的 大的液體塞 段 塞 流 態(tài) 接單根作業(yè) 環(huán)空摩阻為 井底壓力（psi） 時間 分鐘 充氣鉆井過程中井底壓力的變化 鉆柱注氣缺點總結 4. 在環(huán)空注入和鉆柱注入中 ， 可壓縮相 （ 氣泡 ） 會迅速減弱任何 MWD的壓力脈沖信號 ， 因此不能使用常規(guī)的脈沖 MWD。 2. 由于各種鉆柱單流閥使鉆柱中的氣體有一定壓力 ， 因此在接單根或起鉆卸壓時要花一定的時間 ， 這一操作比鉆柱中只有液體時要慢 。 鉆柱注氣缺點總結 1. 在接單根或起下鉆停止循環(huán)時 ， 不能實現(xiàn)連續(xù)注氣 ，很難維持欠平衡狀態(tài) 。 3. 同一原因 ， 任何特定的井底壓力需要的氣體注入速度比環(huán)空注氣的要低 。 工藝特點 鉆柱注氣優(yōu)點總結 1. 它不需要任何井下輔助工具 ， 因此其基本成本比其它注氣方式要低 。當重新建立循環(huán)后，主要摩擦壓降作用在井的下部，而且鉆具內(nèi)下部的液體段塞先被泵入環(huán)空，這樣就增加了環(huán)空液柱壓力和流動阻力（ ECD增大），井底出現(xiàn)壓力激動，有可能導致出現(xiàn)過平衡。缺點是在鉆井過程中注氣、注液的不連續(xù)性（接單根，起下鉆等），井底壓力會因為摩擦壓降消失而降低，其結果導致已鉆開的儲層的出油量、出氣量增加，在鉆開的長水平井段后效更加明顯，即接一個單根出現(xiàn)一個井口高壓單根峰，給井口壓力控制和油、氣、鉆井液的分離帶來困難；由于停止循環(huán)，鉆具內(nèi)外的鉆井液發(fā)生液氣分離，靜液壓力剖面發(fā)生變化，井筒上部是氣，下部是液體。 在摩阻壓力控制狀態(tài)下 液、氣注入量對井底壓力的影響 16 14 12 10 8 6 4 2 0 環(huán)空井底壓力 2100m (MPa) 氮氣注入量 ( m3 /min) 20 10 40 50 30 0 注入柴油 mm 套管 mm 水平井眼 注入油量 100 L/min 200 L/min 300 L/min 最佳注入量 需要的氣體標準量計算圖表 (After Phillips Pet. Co.) 每方泥漿需要的氣體量（ m3 ） 鉆井深度（ 米） 32 28 0 25 21 18 14 11 7 300 600 2700 3000 900 1200 1500 1800 2100 2400 設計充氣液密度 需要降低的密度 注氣方式 鉆桿注入 寄生管 同心套管 氣體 寄生管 氣體 同心管 氣體 鉆桿 鉆桿注氣法 工藝流程： 來自氣體注入設備的壓縮氣體與來自液體注入設備的液體經(jīng)過混合裝置的混合，形成均勻的氣液兩相流體，通過立管、鉆具內(nèi)、鉆頭到井筒環(huán)空，再經(jīng)過井口、節(jié)流管匯（或直接通過旋轉(zhuǎn)頭側口、排放管線）進入分離系統(tǒng)（或經(jīng)過密閉循環(huán)系統(tǒng)）進行氣、液、固分離。 在靜液柱壓力控制狀態(tài)， 氣體、液體注入量與井底壓力之間的互動關系 1. 循環(huán)系統(tǒng)更穩(wěn)定； 2. 氣體注入量的變化引起井底壓力波動??； 3. 在地層氣體進入井內(nèi)時，井內(nèi)氣體量的增加將使井底壓力適度的增加，同時也阻止了地層氣體向井內(nèi)的流入。 3. 井內(nèi)氣體（注入的 /或地層流入井內(nèi)的）少量的變化可能引起井底壓力的急劇變化，井內(nèi)壓力的波動對所有已鉆開的地層產(chǎn)生影響，可能導致過平衡或井眼不穩(wěn)定。對各種地層流體的流入進行評價，以確定其對循環(huán)系統(tǒng)的影響和對循環(huán)系統(tǒng)的各種限制是很重要的，實現(xiàn)必須充分考慮。因為增加氣體的注入量并不總是使井底壓力減少，反而造成因過多的增加氣體泵入量，而增加成本。臨界值決定于環(huán)空幾何形狀、井深和液體密度。 注氣量與壓力關系 (Saponja, 1995) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 環(huán)空井底壓力 2100m (MPa) 氮氣注入量 (st m3 /min ) 20 10 40 50 30 0 最佳點 在一定的液體注入量條件下，降低流體密度所需的最小注氣量。特別需要指出的是，當注液量一定時，隨著注氣量的增加，環(huán)空壓耗增加，因此存在著最佳注氣量范圍，現(xiàn)場應根據(jù)具體情況進行選擇。 ? 充氣鉆井液井筒壓力計算 充氣鉆井的注氣量、注液量、井筒流體柱壓力、循環(huán)壓耗、注入壓力 （泵壓）、當量密度計算與模擬均需要專門軟件。 T1=273℃ +t1， t1井筒某點溫度 ， ℃ ； T2——井筒另一點熱力學溫度 ， K。而氣體密度大約為 。 3000米的井深 1. 0的“基漿” 在地面的氣液比： 25:1 ，泡沫質(zhì)量為 %，此時的泥漿幾乎全是氣體，密度 ?；旌衔锏竭_井筒上部井段，氣泡體積更大，形成環(huán)狀流，流速增加。隨著液柱壓力降低、溫度的下降，小氣泡結為大泡，混合物中氣體體積增加，由泡狀流變?yōu)槎稳?，再進一步變?yōu)檫^度流。 充氣鉆井液屬于塑性流體，隨著氣液比的增加，塑性粘度與動切力增加；隨著溫度的升高，相同的氣液比下的充氣鉆井液粘度下降，動切力下降。 ? 環(huán)空氣液混合流體特征分析 1994年 Williams發(fā)表了氣液混合物兩相流流態(tài)結構。因此該技術應用比較廣泛。 ⑴ 在 ～ ，從而降低靜液柱壓力，實現(xiàn)近平衡或欠平衡鉆井，保護油氣層； ⑵需要較高靜液柱壓力（而其它氣體系不能產(chǎn)生）的油氣藏，可以采用充氣鉆井液來鉆，從而最大程度地降低地層損害； ⑶將充氣鉆井液應用到其它氣體體系不能奏效的情況下，例如，在欠平衡鉆井過程中，能夠產(chǎn)出大量水的嚴重漏失地層，通過調(diào)整注氣量和液量，可以在環(huán)空中獲得平衡狀態(tài)，從而既不漏失，也不井涌；對井塌等鉆井復雜問題亦較泡沫有較強適應能力； ? 充氣鉆井技術優(yōu)點 ⑷ 基液可以是鉆井液而不是水，因此可以在鉆穿水敏性地層時，維持井眼的穩(wěn)定性； ⑸減少鉆具磨損和井下鉆具著火的危險； ⑹鉆井時效高，能大幅提高鉆機作業(yè)效率； ⑺保持較高的 PH值用于克服內(nèi)在的腐蝕損害和對充氣鉆井液的破壞； ⑻消除了著火和灰塵危害，有利于保護環(huán)境； ⑼ 可用于任何類型的地層，包括硬地層、軟地層、干地層或濕地層，而空氣鉆井需要干燥的條件； ⑽根據(jù)壓力變化隨時調(diào)整注液量和基液密度控制井口和井底壓力的變化，阻止鹽水流入或井噴事故的發(fā)生； ⑾可采用常規(guī)測井和常規(guī)固井； ⑿易于施工，是費用最低的低壓欠平衡鉆井技術。 充氣鉆井液的分散相氣體可以是空氣、天然氣、氮氣等氣體； 連續(xù)相可以是各種類型的常規(guī)鉆井液，也可以是淡水、清潔鹽水、地層水、柴油等液體，但作為連續(xù)相的鉆井液必須是易充氣、易脫氣且很穩(wěn)定。充氣泥漿的密度可根據(jù)用用戶要求在 ，從而達到防止漏失和防止油氣層污染的目的。 自井深 1180m開始實施泡沫鉆井 井 號 滴 16井 滴 15井 井 段 m 1120 2300 1205 1280 平均機械鉆速 (m/hr) 機械鉆速 最高： 20m/h 平均： A. 相對滴 15井提高 ? 充氣泥漿鉆井技術 充氣泥漿鉆井是將一定量的氣體（空氣、氮氣、天然氣等）連續(xù)不斷注入泥漿內(nèi)，使其呈均勻氣泡分散于泥漿中，形成充氣泥漿。 鉆前，通過對鄰井地層巖石理化特性與風化殼特點的研究分析，得出該區(qū)石炭系地層風化殼厚度約 50m的一般規(guī)律。 擬鉆探的石炭系層厚達 1000m以上，而準噶爾盆地石炭系基底地層機械鉆速普遍不高。 白 22井泡沫鉆井段機械鉆速圖 白 22井轉(zhuǎn)換為鉆井液井段機械鉆速圖 鉆后統(tǒng)計，泡沫鉆井相對于常規(guī)泥漿鉆井，機械鉆速提高幅度 610%。改變了前期評價該區(qū)儲層為低壓、低滲的認識。 白 22井井身結構圖 ?第一：實現(xiàn)了對該區(qū)儲層的重新認識與評價 該井鉆進至井深 3755m，泡沫鉆井出口返出異常，流速加快。 ? BJ7168井井身結構圖 012345平均機械鉆速（m/h)白003井 白004井 白014井 BJ7168井不同循環(huán)介質(zhì)相同層位平均機械鉆速對比圖? 泡沫鉆井應用情況 ?白 22井 位于克白斷裂帶 檢烏 26井西夏子街組扇體。 SH 空壓機 增壓器 霧化泵 基液罐 泡沫鉆井 ? 泡沫 (097 % 氣體 ) 空氣 /天然氣 /氮氣 / 或其他惰性氣體 H2O或者水基 /油基 BJ7168井 泡沫鉆井井段 1600m 2020m，多數(shù)井段全烴對比升至 10萬 ppm以上 ，隨鉆始終有油 /氣進入井筒，實現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)與保護油氣層的目標。 缺點是： 泡沫是一次性流體，目前的技術可循環(huán)利用量小，成本高。它一般適用于地層壓力系數(shù)小于 ?？諝忮N鉆進平均機械鉆速 ，為常規(guī)鉆井液條件下 。 0204060801001201401601802002520 2620 2720 2820 2920 3020 3120 3220 3320 3420井深（m )鉆時（min/m）滴北 1井二開石炭系層段鉆時曲線 平均機械鉆速 010203040506070803380 3430 3480 3530 3580 3630 3680 3730 3780 3830 3880井深（m )鉆時(min/m)三開空氣鉆井空氣錘鉆進井段機械鉆速曲線 平均機械鉆速 02468牙輪鉆頭 PDC鉆頭 牙輪鉆頭 PDC鉆頭泥 漿 空氣S1泥 漿 牙輪鉆頭泥 漿