某油井空气钻井技术（学术论文）.doc

某油井空气钻井技术(学术论文)
摘要:随着空气钻井技术的发展和设备的完善,我国陆相油气田特种钻探技术兴起了又一轮的空气钻井热。利用空气钻井技术的来达到提高钻速、降低综合开发成本的目的,一直是长庆油田开发苏里格气田的主导思想。本文就空气钻井技术作一简要介绍。并结合苏6-11-8井空气钻井的现场施工情况及出现的问题作一分析和总结。
关键词:空气钻井苏里格气田地层出水携岩压力分析
一、前言
空气钻井技术是以纯空气作为钻井循环介质,经过空气钻井地面设备的压缩和增压后,进入井内,依靠高速气体的动能建立循环,携带岩屑、冷却钻头。由于空气钻井的诸多优点和具备解决工程上特殊钻井问题的能力,近些年来,全国各大油田普遍关注和重视该项技术的研究和现场应用。我院先后购置两套(共计175m3/min)空气钻井设备,并率先在80年代初进行该项技术的理论研究和现场试验,在国内的空气钻井领域具有一定的领先优势。
二、空气钻井工艺技术简述
1、空气钻井的优、缺点
空气钻井所使用的循环介质是空气。空气的主要成分是氮气(78%)和氧气(21%),其相对平均分子量钻井工程上通常取29,.
空气钻井的优点:
·空气自身密度低,能有效解决井漏,适用于低压、衰竭油气层的钻井;
·对储层的伤害小,有利于发现和保护油气层,增加油气产量;
·对非储层段地层能最大限度地提高机械钻速和单只钻头进尺,从而降低钻机作业时间,降低
开发成本;
·在缺水、钻井液费用昂贵的情况下,可以减少钻井液和水的费用;
·与天然气、氮气、雾化和泡沫钻井技术相比,费用较低。
空气钻井的缺点:
·钻含水地层会发生钻屑润湿、泥包,形成泥饼环,切断环空气流,导致卡钻。
·不适用含硫化氢、二氧化碳等酸性气体的地层,会发生氢脆现象而腐蚀钻具;
·空气作为循环流体对井壁的支撑能力是最低的, 对于以地应力为主要因素导致井壁不稳定的地层和含高压流体地层不能采用空气钻井。
2、空气钻井工艺技术要点

在空气钻井技术中,由于气体本身无悬浮能力,携岩完全是靠上升气流的动能。因此,气体的上返速度就决定了其携岩能力。通常情况下要求气流的上返速度达到15m/s以上,只要满足气量要求和各钻井参数的要求就可顺利施工。但如出现地层出水,在空气雾化钻井实践中,井眼环空携岩流动是一种较为复杂的气、液、固多相流动,其携岩机理和流动规律就变得较为复杂。在这种情况下,经常出现因地层出水而导致无法顺利钻进的情况,主要表现为携岩不好、钻井效率低、环空形成泥饼环、段塞,井壁跨塌、卡钻事故。所以,井眼环空的携岩是空气/雾化钻井工艺技术顺利实施的必要条件。

空气钻井与常规钻井相比,机械钻速可大幅度提高。空气钻井中,地层孔隙压力在较大负压差的条件下,产生向井内的“内挤推力”,该力有促使井底岩石破碎的趋势,使得地下岩石的岩体特性表现出低强度、低硬度、低研磨性和高脆的性质,从而使得岩石更容易破碎。克服了泥浆钻井中钻井液对井底岩石的压实效应。另外在空气钻井条件下,空气钻井以高速气流冲击、旋转剪切的方式破碎岩石,使钻屑快速离开井底,减少了重复研磨,更有利于提高硬地层的钻速。一般情况下,钻头的使用寿命可延长1/3~1/2。

空气钻井是一种适合在“干燥”地层或流入的地层水足以被空气吸收和携带的地层中应用的优化钻井介质。当钻遇水层,粉尘有可能结团形成段塞。自由水在井筒内上升的该过程中,会导致水敏性泥页岩的润湿、水化,进而在钻具外壁和环空关键点处形成泥饼环,严重时造成卡钻事故的发生。同时当地层出水后,水雾将消耗气流的内能,降低环空气流的上返速度,因此要增加气量,转换雾化状态(即气体达到含水饱和态,使水呈微小水滴状,像固体颗粒一样被携带出来)钻进。空气钻井解决地层出水,要根据设备能力和地层岩性等因素综合确定。
在空气钻井中,钻具变径处或套管鞋处的环空面积突然增大,环空流速会突然降低,是岩屑上升过程中可能产生滑落的“关键点”,岩屑颗粒在这些关键点处的举升力是整个环空最低的,特别容易导致岩屑的加速沉降,气量达不到足够的上返速度就会在此位置出现岩屑粘附堆积并逐渐形成泥饼环,发生卡钻事故。所以,空气钻井的钻具组合设计应考虑井身结构尽量简单,避免钻具尺寸的突然变化,尤其要注意这些关键点的气流上升速度。

空气钻井工艺包括准备工作、气举、钻进等。施工作业前要根据井眼尺寸、井身结构、钻具组合、携岩、处理复杂情况、作业地区海拔、温度、湿度等因素设计确定最大注入气量和注入压力,从而确定空压机和增压器的数量,以及相关管汇和仪器等。安装完毕后,应进行严格的试压、试运转。气举过程中,根据实际情况可采用一级替浆和多级替