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1、空气钻井技术研究与应用摘要空气钻井技术在普光气田现场应用取得成功，解决了裂缝性地层漏失严重、地层可钻性差等钻井问题，机械钻速成倍提高，使得该地区的钻井技术水平有了质的飞跃。本文介绍了空气钻井、空气锤钻井、空气雾化钻井等空气钻井技术在普光的现场应用情况，对气液转换和打开气层防爆问题，提出了明确的要求。对在其他地区进一步推广应用具有一定的指导意义。论文关键词：空气钻井,漏失,应用,效果,裂缝性地层前言普光气田陆、海相地层复杂，深处的碳酸盐岩裂缝性气藏普遍存在多产层、多压力系统、高压、高含硫以及高陡构造，而且地层可钻性低、井眼稳定性差。喷、卡、漏、塌、斜、硬、毒（H2S）等复杂情况相对集中，断钻具、
2、套管磨损等钻井难题多，造成钻井施工投入高，机械钻速和生产时效很低，周期长、难度大、风险大。采用空气钻井技术、空气雾化钻井技术和氮气钻井技术，极大的提高了钻井速度，解决了钻井周期长的难题，安全快速钻穿陆相地层，钻井工艺上取得了重大飞跃。1 空气钻井技术1.1 空气钻井工艺流程空气钻井工艺是以空气为工作对象,用空压机对空气先进行初级加压,然后经过增压机增压后打入井中,最后完成携带岩屑的任务,具体流程见图1和图2。图1 空气钻井工艺流程图图2 空气钻井循环方式图表1 空气钻井主要设备一览表 序号 名称 型号 参数 数量 1 增压机 FY400 74m3/min 15MPa 3
3、台 2 空压机 XRVS 976 27.5m3/min 2.5MPa 10台 3 膜制氮 NPU3600-95 60.0m3/min 2.2MPa 1台 NPU1800-95 30.0m3/min 2.2MPa 1台 C5551-3600 60.0m3/min 2.2MPa 1台 4 雾泵 1台 5 方钻杆 / 5¼ 1根 6 滚子方补芯 / 5¼ 1个 7 地面配套管汇 / 2套 8 旋转控制头 FX35-3.5/7.0 / 2套 9 排砂管线 / / 2套 10 可燃气体监测仪 /
4、 / 4个 11 空气呼吸器 / / 4个 12 H2S监测仪 / / 4个 1.2 空气钻井工艺空气钻井对钻具要求较高，开钻前必须使用一级钻具、钻铤，每趟钻必须对钻铤、接头、内防喷工具进行仔细的探伤，剔除不合格部件。空气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合基本相似，在钻头上安装一只止回阀，在靠近井口的钻具上安装一只止回阀，方钻杆安装上下旋塞。空气钻井实钻钻具组合见表2。表2 实钻钻具组合 钻头分类 钻具组合 钻塞 311.2mm牙轮钻头+浮阀+228.6mmDC×3根+203.2mmDC×3根+177.8mmDC×2根+139.7mmD
5、P+止回阀+127 mmDP +下旋塞+方钻杆（六棱） 空气锤 312.6mm钻头+空气锤+浮阀+228.6mmDC×6根+203.2mmDC×9根+旁通阀+177.8mm DC×2根+139.7mmDP +127mmDP+止回阀+127mmDP +下旋塞+方钻杆（六棱） 钻头 311.2mm牙轮钻头+浮阀+228mm减震器+228.6mmDC×6根+203.2mmDC×9根+旁通阀+177.8mmDC×2根+139.7mmDP+127mmDP+回压阀+127mmDP +下旋塞+方钻杆（六棱） 牙轮钻头钻井参数:钻压：6
6、080 kN，转盘转速：60r/min，气量：120150 m3/min，立压：1.8MPa。空气锤钻井参数:钻压：1020kN，转盘转速：3035 r/min，气量：120160 m3/min，立压：1.92.0 MPa。空气雾化钻井钻具组合及参数为：牙轮钻头钻具组合：444.5mm钻头+浮阀(730×730)+228mm减震器+228mm钻铤×3根+203mm钻铤×6根+159mm随钻震击器+178mm钻铤×6根+127mm加重钻杆×6根+139.7mmDP钻井参数：钻压80-120KN，转速60-70r/min,气量120180m3/mi
7、m,泵压2MPa空气锤钻具组合：444.5mm空气锤钻头+浮阀(730×730)+228mm钻铤×3根+203mm钻铤×6根+159mm随钻震击器+178mm钻铤×6根+127mm加重钻杆×6根+139.7mmDP钻井参数：钻压20-30KN，转速20r/min,气量133m3/mim,泵压2MPa。1.3 空气钻井转换为钻井液钻井的原则当井下出现情况之一（或一种以上情况）时，必须立即将空气钻井改为常规钻井(纯钻井液):地层出水大于5m3/h(地面表现为见液滴)；井斜大于井身质量要求且纠斜效果差；返出流体中含H2S；扭矩、摩阻突然增大或起下钻困
8、难影响钻井安全；钻达设计层段或设计井深。2 空气钻井技术措施空气钻井与钻井液钻井有所区别，它是直接用大气中的空气作为循环介质来冷却钻头和携带岩屑，满足钻井工程需要的一种特殊钻井方法。在做好各种应急预案、操作程序的基础上，重点采取以下技术措施：空气钻井前应先用钻井液钻完水泥塞，再用空气举出井筒内的钻井液，并吹干井筒，继续用牙轮钻头小钻压空气钻进，约510m后，处理清洁井眼起钻换空气锤钻进。钻头不装喷嘴。空气锤钻进，若钻遇水层及时更换为牙轮钻头钻进。空气正式钻进前，控制机械钻速进行试钻，摸索各种参数的合理匹配。以立管压力2MPa，扭矩30kN·m为基准判断井下钻进情况。当钻速较快或存在放
9、空现象时，控制钻时在5分钟以上。起钻或接单根前必须进行充分循环，将井下钻屑或其它沉积物带到地面。循环至钻屑含量明显降低了，才能开始起钻或接单根作业。每2趟钻进钻具及辅助工具进行探伤检查，尽可能减少钻具事故。根据发生的钻具问题及时调整钻具结构。根据不同情况分别采取循环、增大注气量等措施。3 应用及效果3.1 空气钻井技术应用普光102-3井进入须家河组后，采用牙轮钻头空气钻井。从井深3309m开始，钻至井深4040.02m结束，安全快速钻穿须家河组高压气层，共钻穿须家河高压气层11层55m，气测全烃最高达20.38。在钻穿须家河组地层过程中，每次起下钻后，排沙口均有起火现象，火焰最长持续15mi
10、n。3.2 空气雾化钻井技术应用普光102-3井一开使用牙轮钻头空气钻进，至40.62m时，地层出水量增大，转为空气雾化钻井，钻至井深703m一开完钻。空气雾化钻井井段40.62703m，进尺662.38m。共使用444.5mm钻头4只（牙轮钻头2只、空气锤钻头2只）。循环干净井筒起钻转换钻井液。下光钻杆距井底60m开始注入密度1.15g/cm3钻井液113m3返出地面。3.3 效果分析普光102-3井一开采用空气雾化钻井，转换钻井液过程中未发生井漏、井塌等复杂情况。而邻井普光102-2井的一开应用钻井液钻井中，曾漏失钻井液1400m3，共花费了41天的时间，而且井斜较大。普光102-3井二开
11、应用空气钻井技术钻至井深4040.02m，空气钻进及钻井液钻进施工中未发生井漏等复杂情况。转换钻井液，继续钻进至4073m中完。二开空气钻进累计进尺3337.02m，纯钻进时间339.08h，平均机械钻速9.84m/h。使用钻头空气锤钻头4只（含1只旧空气锤），牙轮钻头4只。其中空气锤钻头钻进井段为704m2748m、3118m3309m，进尺2222m，平均机械钻速15.59m/h。第一只空气锤进尺1409m，机械钻速17.5m/h。须家河组钻进共使用牙轮钻头3只，进尺731.02m，平均机械钻速5.03m/h，其中第一只HJT537GK钻头钻进井段3309m3781.97m，进尺472.97m，机械钻速6.03m/h，创普光地区牙轮钻头钻须家河组最高纪录。普光102-2井钻至井深35143515m，钻遇须家河组高压气层，进行循环压井，将钻井液密度由1.44 g/cm3逐步提至1.74 g/cm3。井深3559m发生井漏，钻井液只进不出，注入堵漏剂40m3。普光102-3井与普光102-2井实钻情况对比见表3和表4。