【正文】 部裸眼段無(wú)水層，正鉆進(jìn)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(dòng)時(shí)在漏失層處形成的壓力小于漏失壓力即可正常鉆進(jìn)。2）.裸眼井段有漏失層當(dāng)裸眼井段有漏失層時(shí)，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。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(dá)到3m 3／h或者5m 3／h才轉(zhuǎn)化成其它的鉆井方式。一方面，地層水要被鉆屑吸收一部分，所吸收水量與鉆時(shí)有關(guān)，當(dāng)鉆速快時(shí)，鉆出的巖屑多，被石油鉆井工程論文19鉆屑吸收得就多。當(dāng)?shù)貙佑兴a(chǎn)出時(shí)，地層巖性主要是砂泥巖或頁(yè)巖，而這些巖屑吸水后會(huì)粘結(jié)成團(tuán)，在井眼里可能會(huì)形成濾餅環(huán)，從而引起卡鉆事故，這樣的地層就不適宜進(jìn)行空氣鉆井。如大天9井嘉陵江地層空氣鉆井中，初步測(cè)量在地層出水量達(dá)到30m 3／h，空氣鉆井仍能正常鉆進(jìn)。表31 巖石吸水膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果注：表中H原表示原始巖屑高度，H2表示2h后測(cè)得高度，H16表示16h后測(cè)得高度。同時(shí)也可看出不同巖性的吸水膨脹有較大的差別。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。不同頁(yè)巖的膨脹性強(qiáng)弱，用相同條件下測(cè)定的2h和16h的線膨脹百分?jǐn)?shù)來(lái)進(jìn)行比較，表1選取具有代表性的幾種巖樣的吸水膨脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)。頁(yè)巖膨脹實(shí)驗(yàn)是讓頁(yè)巖巖屑直接與水接觸，測(cè)定巖屑在不同時(shí)間的線膨脹百分?jǐn)?shù)。為了了解不同巖石吸水膨脹性能，對(duì)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(shí)驗(yàn)。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]。(3)空氣量增加，作業(yè)費(fèi)用增加。一旦混合物達(dá)到燃燒范圍，混合氣體壓縮本身就可能會(huì)引起燃燒。井下著火是空氣鉆井的一大缺點(diǎn)。地層出水引起巖屑吸水，巖屑就會(huì)水化膨脹，當(dāng)?shù)貙映鏊^多時(shí)，巖屑容易粘糊成團(tuán)，在井眼的周圍形成泥環(huán)，從而引起卡鉆。這一規(guī)定沒(méi)有考慮地層巖性和物性，對(duì)某些地層來(lái)說(shuō)這一要求過(guò)嚴(yán)，因而在一定程度上會(huì)影響到空氣鉆井的應(yīng)用范圍，本文就對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行探討。事實(shí)上不同的地層巖石特性不同，對(duì)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。同時(shí)，通過(guò)高pH值和緩蝕劑的協(xié)同作用，減輕鉆具腐蝕。3）. 在高壓水層使用泡沫鉆井石油鉆井工程論文16當(dāng)?shù)貙映鏊枯^大，含鹽量較高時(shí)，干泡沫鉆井無(wú)法作業(yè)，必須采用泡沫鉆井。在這種情況下，必須采用干泡沫鉆井。而且，由于地層出水，必須增加30％～40％空氣排量進(jìn)行霧化鉆井。在干燥環(huán)境下，空氣不腐蝕鉆具，所以，當(dāng)?shù)貙硬怀鏊畷r(shí)，可以進(jìn)行干空氣鉆井。因此，空氣鉆井時(shí)，應(yīng)采取以下工藝措施。必須根據(jù)井下情況采取合理措施，揚(yáng)長(zhǎng)避短。 防治措施空氣鉆井離不開(kāi)空氣，要清除空氣中的氧氣也是不可能的。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(diǎn)腐蝕和失重腐蝕，這種腐蝕易引起鉆具疲勞、穿孔、斷裂，導(dǎo)致鉆具壽命縮短和井下嚴(yán)重事故發(fā)生。空氣鉆井過(guò)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(huì)發(fā)生。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(xué)腐蝕。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(jī)注入的空氣，其次是地層鹽水和硫化氫。不過(guò)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。 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(zhǔn)確預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)不同情況時(shí)井下流動(dòng)條件下的氣體鉆井模型，即能夠預(yù)測(cè)各種井深下的井徑擴(kuò)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。一種為環(huán)形防噴器(或旋轉(zhuǎn)防噴器)，它靠液動(dòng)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(shí)現(xiàn)其封井的目的。非旋轉(zhuǎn)部分和同密封裝置配合，使從環(huán)空中出來(lái)的含巖屑的氣流流向排出管線，保證鉆井平臺(tái)和人員的安全。 (二 )、井口設(shè)備石油鉆井工程論文12圖 22 井口設(shè)備布置圖旋轉(zhuǎn)頭:它分為旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)兩部分。燃燒池:用于沉降巖屑和燃燒井底產(chǎn)生的烴類氣體。氣體探測(cè)器:用于檢測(cè)烴類氣體，便于鉆工采取安全措施。排出管線:從環(huán)空中出來(lái)的氣固混合物通過(guò)排出管線排離鉆臺(tái)，其內(nèi)截。空氣吸濕器:干空氣鉆井時(shí)要求空氣進(jìn)入井筒前除去水分。壓力計(jì)、溫度計(jì)、流量計(jì):用來(lái)監(jiān)測(cè)流管中氣體狀態(tài).泥漿罐:儲(chǔ)備泥漿，用于特殊情況下，由空氣鉆井轉(zhuǎn)為常規(guī)泥漿鉆井時(shí)使用.壓力釋放管線:用于釋放空氣流動(dòng)系統(tǒng)中過(guò)高的壓力。或向空氣螺桿馬達(dá)注入潤(rùn)滑劑時(shí)使用。流管中的安全閥:當(dāng)流管中氣體壓力過(guò)高時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟安全閥釋放過(guò)高的壓力。增壓機(jī):提高壓縮空氣的壓力等級(jí)，以補(bǔ)償當(dāng)空氣鉆進(jìn)時(shí)使用小尺寸噴嘴或井下動(dòng)力鉆具造成的過(guò)大的壓力損耗。石油鉆井工程論文10 空氣鉆井設(shè)備介紹空氣鉆井中所用設(shè)備和井場(chǎng)布置明顯有別于傳統(tǒng)鉆井方式，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹一下主要設(shè)備的功能及其井場(chǎng)布置原則。井底著火。軟地層不適用于空氣與氣體鉆井。鉆頭的適用范圍窄。下面簡(jiǎn)要介紹一下哪些情況較適合空氣鉆井以及其局限性。中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院鉆井所碩士研究生龐保平的碩士論文《空氣鉆井流體壓力計(jì)算與空氣螺桿馬達(dá)的初步研究》，對(duì)空氣鉆井沿程壓力分布規(guī)律及空氣螺桿馬達(dá)的設(shè)計(jì)也做出了有益的探討。近兩年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者多把注意力放在環(huán)空攜屑的研究上，例如Y. Masuda研究了泥漿鉆井中彎曲井段環(huán)空攜屑的規(guī)律并給石油鉆井工程論文9出了控制方程。1984年，W. C. Lyons總結(jié)了當(dāng)時(shí)的各項(xiàng)公式，提出計(jì)算空壓機(jī)和增壓器所需功率的七個(gè)步驟，并與當(dāng)年出版了第一版的《Airand Gas Drilling Maunal》。該公式的影響極其深遠(yuǎn)，此后所推導(dǎo)的包含各種考慮因素的公式皆是在該公式基礎(chǔ)上的修正或引用。盡管當(dāng)時(shí)他沒(méi)有考慮環(huán)空巖屑的影響，但是他啟發(fā)了人們使用數(shù)學(xué)的方法來(lái)解決空氣鉆井的若干問(wèn)題。經(jīng)過(guò)雙方人員的共同努力，樣機(jī)研制獲得成功，并已在伊朗項(xiàng)目中使用，獲得較滿意的效果。2022年，石油鉆井工程論文8我集團(tuán)公司國(guó)際工程公司在伊朗承包了欠平衡鉆井項(xiàng)目，根據(jù)有關(guān)方面所設(shè)計(jì)的工程施工方案，需要空氣或泡沫作為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)螺桿鉆具進(jìn)行鉆井作業(yè)。事實(shí)證明采用空氣或氣體鉆井可大幅度地提高機(jī)械鉆速，保護(hù)產(chǎn)層。為了尋求硬地層井段提高機(jī)械鉆速的新方法，降低勘探開(kāi)發(fā)綜合成本，加快隆9井推覆體井段鉆井速度決定在2970至3300m井段采用空氣(霧化)鉆井枝術(shù)結(jié)果實(shí)驗(yàn)取得成功，為原鉆速的620倍。例如，玉門青西油田的隆9井一開(kāi)后，所鉆遇的地層均為逆掩推覆體地層，由于逆掩推覆體老地層傾角大，最大達(dá)到70 o。美國(guó)能源部要求，到2022年用空氣或氣體鉆井技術(shù)的油井要達(dá)到30%以上，美國(guó)年鉆井33000口左右，也就是說(shuō)到2022年將有10000口以上的油井采用空氣或氣體鉆井技術(shù)。到70年代末，估計(jì)有10%的深井鉆井和完井作業(yè)采用了空氣與氣體鉆井技術(shù)。據(jù)文獻(xiàn)記載空氣鉆井首次使用是在十九世紀(jì)中期，有文字記載的是1953年美國(guó)猶他州使用空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井?？諝忏@井是指以空氣作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行欠平衡鉆井，它是最早發(fā)展起來(lái)的一種欠平衡鉆井技術(shù)。旁通管線和泄壓 mm [3]。旁通管線可以直接導(dǎo)流到排砂管線。此外，在這些連接管線中應(yīng)安裝相應(yīng)的單流閥、安全閥和球閥，以保護(hù)壓縮機(jī)和便于泄壓。在空氣鉆井作業(yè)中，需要將壓縮機(jī)系統(tǒng)的壓縮空氣輸送到鉆機(jī)的立管管匯，因此就需要連接較大直徑(76～)的鋼管或軟管。空氣鉆井時(shí)，對(duì)于 mm、 mm、 mm不同尺寸的井眼，一般情況下的注氣量分別為180～2110～15O、8O～120 m3／min。利用 Angel 軟件，以某井為例，計(jì)算了 井眼與 127mm 鉆桿環(huán)空、井深為 500m、機(jī)械鉆速為 8m／h、球形鉆屑直徑為 3mm 時(shí)空氣注入量與注入壓力、巖屑含量和巖屑運(yùn)移速度的關(guān)系，分別如圖 1圖 12 和圖 13 所示。Angel 提出了一種方法，該方法假設(shè)空氣沖擊每粒鉆屑的動(dòng)能與空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下給予鉆屑的動(dòng)能是相同的。國(guó)外研究了多種預(yù)測(cè)方法，其中多數(shù)方法用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)都遇到一個(gè)共同問(wèn)題，這就是難以提供鉆屑的形狀和尺寸。同時(shí)，攜帶圓球形鉆屑所需空氣量比扁平狀鉆屑所需空氣量大。但沒(méi)有考慮鉆屑之間或鉆屑與井壁之間的相互作用，而這些作用會(huì)引起鉆屑下沉速度的降低。結(jié)合氣體狀態(tài)方程，可推導(dǎo)出扁平狀鉆屑的自由下沉速度為：（13）次圓角狀鉆屑的自由下沉速度為：（14）石油鉆井工程論文4式中：T為井底溫度，K；P為井底壓力，MPa。研究發(fā)現(xiàn)，在空氣鉆井中，環(huán)空中的空氣一般為紊流，這時(shí)鉆屑的阻力系數(shù)與流動(dòng)速度無(wú)關(guān)，為一定值。 研究發(fā)現(xiàn)，球形微 粒的自由下沉速 度為： （12)在公示（12)中：dc為鉆屑直徑，mm；C d為阻力系數(shù)；ρ c為鉆屑密度，g／cm 3；ρ f為流體密度，g／cm 3。如果鉆屑的自由沉降速度為V t ，空氣沿井眼環(huán)空向上的流速為V f ，那么鉆屑向上的運(yùn)動(dòng)速度V c 可由下式表示：Vc = VfVt (11)由公式(11)可知，鉆屑的自由下沉速度越大，運(yùn)移鉆屑所需的空氣石油鉆井工程論文3流速越大。 空氣攜巖機(jī)理在空氣鉆井中，循環(huán)的空氣對(duì)鉆屑施加一個(gè)與鉆屑重力方向相反的舉升力，當(dāng)舉升力大于重力時(shí)，鉆屑就沿井眼向上移動(dòng)，相反鉆屑就會(huì)沉降。如果空氣量不夠，則難以有效地將井下鉆屑攜帶出來(lái)，這樣鉆屑就會(huì)在井內(nèi)沉降并在井底聚積造成卡鉆。干空氣和充空氣、的地層實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)的鉆井技術(shù)，是目前使用較多的一種氣體型流體。石油鉆井工程論文2第 1 章 氣基流體空氣鉆井的基本概念和循環(huán)系統(tǒng) 基本概念氣基流體空氣鉆井是利用大