空气锤在石油钻井中的应用前景

针对目前深部、复杂地层钻速低和易产生井斜、大直径井眼和水平井施加钻压困难、钻井成本高等问题进行了大量的调研。通过相关文献提供的数据和图表资料分析得出：空气锤结合了冲击回转钻井和空气钻井的两大钻井优势，转速低，扭矩小，钻压小，降低了钻具循环应力和磨损，控制井斜容易，在很大程度上提高了机械钻速、降低了钻井时间和成本，钻硬地层时优点更为突出，由此提出了研究空气锤的必要性，并全面总结了空气锤钻井的优越性，同时也指出了它应用的局限性。最后分析了我国油气资源现状、钻井状况和空气锤在国内外的应用实例，得出空气锤在低压低渗层欠平衡钻井、欠平衡钻水平井、深井、超深井、复杂地层、大直径井中开发油气资源有着广泛地应用前景。     

KQC系列空气锤在油田气体钻井中的应用

在油田气体钻井中使用KQC系列空气锤,解决了泥浆钻井在中硬以上地层中钻速慢、易井斜的难题。钻机通过钻杆对井底空气锤施加钻压和转矩,空压机产生的高压气体驱动空气锤钻头对井底岩石进行冲击,形成快速的旋冲式破岩钻进。这种破岩方式要求的钻压和转矩较低,有效地降低了井斜,减少井下事故的发生。现场试验表明,使用KQC系列空气锤钻井,平均机械钻速比泥浆钻井提高5倍以上,同时具备防斜和纠斜的能力。介绍了KQC系列空气锤的结构特点、工作原理、技术参数、台架试验与现场试验情况及空气锤钻进中应注意的问题。     

哈山101井火成岩地层空气锤钻井技术

准噶尔盆地哈山地区火成岩岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,采用常规空气/泡沫+牙轮钻井技术存在着单只钻头进尺少、井斜增长快等技术难题。首先分析了空气锤结构特点、破岩机理及其在火成岩中的适应性,指出采用以冲击动载为主、剪切破碎为辅的空气锤钻井技术钻进火成岩,较常规气体钻井方式具有明显的防斜打快技术优势。在邻井空气锤钻井试验基础上,通过优化空气锤复合结构钻头齿材料与气流布局,改进空气锤保径结构与防掉机构设计,并且建立了空气锤钻井的钻压、转速、耗风量及风压等参数计算方法,形成了火成岩地层空气/雾化+空气锤钻井技术。经在哈山101井火成岩中进行现场应用,在保证井斜始终控制在1°以内情况下,单只空气锤平均进尺367.86 m,较邻井提高了56%以上,取得了显著的应用效果,为今后准噶尔盆地火成岩地层防斜打快提供了一种有效手段。     

气体钻井井斜控制的发展与新技术探讨

回顾了井斜控制技术的发展过程,总结了气体钻井井斜失控的原因及危害,探讨了空气锤钻井技术、空气螺杆钻井技术、扩眼保满防斜技术和自动防斜技术等气体钻井井斜控制新技术。空气锤钻井技术是目前最有效且可行性较高的钻井技术。文章提出了空气锤钻井技术的后续研究重点是:研究该工艺方式下钻具振动机理,研究空气锤的使用寿命、内部润滑机理及其结构优化等。提出了该课题组研制的气体钻水平井、垂直井两种专用扶正器和气体钻井滚轮扶正器,解决了钻井液钻井扶正器用在气体钻井中所产生的问题。同时提出了研究气体钻井专用防斜工具和研究气体钻井钻柱系统动力学是以后井斜控制技术的研究方向。     

空气锤钻井技术在哈深201井火成岩地层的应用

准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、研磨性强、可钻性差,钻进过程中井斜问题突出、机械钻速低、钻井周期长,严重影响了火成岩目的层的勘探开发进程。首先分析了牙轮钻头气体钻井技术难点,通过开展火成岩岩石力学特性实验,分析空气锤破岩机理及其在火成岩中的适应性,结合KQC型空气锤主要结构、技术性能特点,提出空气锤钻井低钻压、低转速、高频率冲击的破岩方式,在实现山前带火成岩防斜打快的同时,能有效避免钻具磨损、疲劳断裂等情况发生。在准噶尔盆地哈深201井火成岩中进行了现场应用,在保证井斜始终控制在2°以内情况下,平均机械钻速和单趟钻进尺较牙轮钻头气体钻井同比分别提高了2.45倍和6.42倍以上,哈山区块?444.5 mm井眼单趟钻机械钻速14.29 m/h,?311.2 mm井眼单趟钻进尺470.62 m,取得了显著的防斜打快应用效果,为今后火成岩地层优快钻井探索出了一种有效的技术手段。     

空气锤钻具防斜机理研究

空气锤在提高气体钻井机械钻速的同时可以有效控制井斜。通过对井底应力及空气锤破岩过程的研究,利用摩尔-库伦准则建立了考虑岩石本身以及周围压力的各向异性指数计算公式。结合空气锤的破岩特性得出空气锤钻具的防斜机理为:空气锤钻具的破岩力主要来自于内部冲击力,较小的钻压使钻具变形较小;空气锤的半圆形牙齿以及巨大冲击载荷使待破碎岩石的局部各向异性指数变小;空气锤低转速条件下的高频冲击有利于克服岩石的各向异性而实现平衡破碎。      

气体冲旋钻井技术及其应用

川渝地区的深探井、评价井,由于井眼尺寸大,当钻遏坚硬、复杂、高倾斜地层时,极易出现机械钻速低、井斜严重超标。研究表明,对牙轮钻头塔式钻具组合来说,机械钻速和井斜对钻压很敏感,井斜形成快。采用空气锤钻井技术可大幅度提高钻井速度,同比钻井液钻井机械钻速提高3～15倍,同时有效地保证井身质量,最大井斜不超过3°。     

应用空气锤钻进提高钻速机理分析

气体钻井是目前国际上迅猛发展的一项技术,被广泛应用于钻井提速、降低成本、保护油气藏等方面。在气体钻井中应用空气锤能够改善钻井性能,提高钻速。从空气锤钻进过程中井底岩石的力学性质、冲击旋转的钻井方法以及清洁井底方面分析了提高钻速的原因,并结合实验室岩石破碎状态,对空气锤钻井破岩特点进行分析,得出提高钻速得利于井底负压、高频冲击动载及清洁的井底。     

空气锤撞击应力波模拟研究

空气锤钻井具有转速低、钻压小、控制井斜容易、提高机械钻速、减少钻井时间和成本等优点，因而在国内外各个领域受到广泛的重视和应用。但是研制大直径、高性能空气锤仍然是目前的难题，空气锤活塞和钻头在撞击过程中产生极高应力，严重制约了空气锤尺寸的设计，导致构件寿命大大降低。根据应力波传播理论及赫兹非线性撞击理论，应用差分原理对空气锤整个撞击过程、撞击过程中活塞和钻头受力进行了模拟研究，并编制了空气锤撞击应力波的模拟程序；应用此程序就活塞中截面位置变化对其性能的影响进行了研究。通过实例分析，得出空气锤活塞中截面位置对活塞受力影响较大，对整个凿入效率影响不大的认识。     

空气钻井井斜控制技术的探讨

空气钻井在提高机械钻速、缩短钻井周期、降低钻井成本、发现保护气田和提高产能有着重大贡献。但在井斜控制方面的研究还很欠缺。文中介绍了目前空气钻井在井斜控制上的一些措施,尤其重点阐述了空气锤和空气螺杆钻井技术。空气锤技术在四川地区现场试验中,取得了显著效果,防斜成功率在95％以上,是目前最有效最可行的防斜打快技术。空气螺杆技术较空气锤技术不成熟,效果不明显,还要不断研究和摸索。     

带空气锤的空气钻井破岩机理

国内外对空气钻井的井壁稳定性、最小体积流量、地层出水和井斜的控制、提高钻速的机理等方面作了深入的研究,但对破岩机理的研究却较少。为了弄清楚空气钻井尤其是带空气锤的空气钻井破岩机理, 依据空气钻井中的专用钻具空气锤的工作特性及其破岩特点,从井底破碎坑的分布、岩石的破碎形态两个方面对岩石破碎、空气钻井破岩机理进行了定性与定量分析,分析了空气钻井的工艺参数与空气锤的工作参数对破岩的影响,进而建议开展空气钻井破岩机理仿真、实验台架研制及专用空气钻井设备选型的研究工作。     

空气锤钻井技术在气体钻井中的应用

空气锤钻井是一种低钻压、低转速、高冲击破岩回转钻进技术,它兼容了气体钻井和冲击回转钻井的优势,其机械钻速一般比回转钻井高,是当今解决硬岩钻井难题的一种有效方法。在气体钻井中,空气锤钻井技术解决了不能在打快的前提下控制井斜的难题,是目前最可行最有效的技术。介绍了空气锤结构与工作原理、钻井参数的选取、现场取得的效果和存在的问题等。     

空气锤钻头应用研究

对空气锤钻头在国外的应用进行了调研。在冲击回转钻进中,根据地层条件不同选择不同的端面设计平底钻头能很好地控制井斜,平底钻头的钻速是三牙轮钻头的3~6倍,但平底钻头径向磨损严重,常用三牙轮进行扩眼。为解决钻头径向磨损问题从而发展了增强齿平底钻头,在以陡倾角而著称的Stillwater、Allegheny高原及Arkoma、Permian、Appalachian盆地进行了大量试验,结果证明:与平底钻头相比,钻速快,寿命长,成本低,更耐磨,能更好控制井斜和狗腿严重度,而且井眼更平滑。     

气体钻井井斜的原因及防斜技术

在归纳气体钻井井斜规律的基础上,对比分析了气体钻井与钻井液钻井两种情况下,地层各向异性、地层倾角、井眼几何参数及钻井参数等因素对井斜的影响。结果表明：气体钻井与钻井液钻井相比,地层各向异性显著增加是气体钻井容易井斜,且井斜后较难控制的根本原因;在中、大钻压下,井径扩大是气体钻井容易井斜的重要原因;而地层倾角、钻压、钻头切削各向异性和钻具组合对气体钻井井斜的影响与钻井液钻井相似。建议在现场推广应用空气锤、钟摆钻具组合和空气螺杆钻具组合三项气体钻井防斜技术来防止气体钻井井斜。     

空气钻井井斜控制问题的探讨

玉门青西油田地县岩性不均，岩性变化频繁，地层极硬、研磨性极强，可钻性差，机械钻速较低，造成全井钻井速度较慢。为了提高机械钻速，在窿9井等4口井试验了空气钻井，大幅度地提高机械钻速，但出现空气钻井井斜不易控制的问题。文中阐述和分析了影响空气钻井可控因素和不可控因素对井斜影响的机理；阐述了空气锤防斜技术，分析了空气锤在窿15井试验未起到防斜的原因，对今后空气钻井的设计和施工具有一定的指导意义。     

濮深8井φ444.5mm大井眼钻井技术

濮深８井位于东濮凹陷孟岗集洼陷方里集构造带，设计井深６０００ｍ二开井段φ４４４．５ｍｍ并眼尺寸大，钻遇到地层复杂，极易发生井眼缩径，井壁坍塌，井漏，卡钻和井斜等井下复杂情况，施工中采取了六项技术措施，１．优越钻头，最大限度地提高机械钻速；２．优化钻井参数，用试钻法来确定钻压和钻速；３．采用满眼钻具有组合，减少了地层因素对井斜影响，避免出现严重狗腿；４．优选聚合物钻井液体系并合理维护，有效地抑制了井     

钟摆钻具在东湾l井大尺寸井眼的应用

东湾1井是准噶尔盆地南缘地区一口重点预探井，其上部地层第四系长段砾石层井斜控制难度大，钻速慢是该井段钻井施工的技术难点。通过系统地分析地层特点及防斜工作原理，优选钟摆钻具组合控制井斜。讨论了稳定器的安放高度对钟摆钻具的影响，并结合本井提出了钻压、井斜角、井眼大小对钟摆钻具使用的影响及相关的技术措施。实践证明东湾1井使用双稳定器钟摆钻具组合成功地解决了大尺寸长段砾石层的防斜问题，并能加大钻压，提高机械钻速。     

元坝地区气体钻井井斜控制技术与应用

元坝地区侏罗系上沙溪庙组及以上地层实施气体钻井技术提速效果明显,但是井斜问题一直是制约气体钻井优快钻进的技术难题。基于实钻资料统计,分析认为蓬莱镇组中下部~上沙溪庙组上部地层是元坝地区空气钻井的易斜井段;岩性软硬交错是引起井斜的客观地质因素,而大尺寸钻铤数量不够和钻进过程中钻压较大是造成井斜的直接原因。结合目前现场采用的吊测井斜监测手段,提出优化塔式钻具组合和钻井参数,选用大尺寸钻铤配合牙轮钻头,控制钻压不超过140~160 k N,现场成功应用10余井次,最大井斜控制在2°以内,目前已成为元坝地区海相井中最经济有效的防斜技术;陆相井通过应用空气锤钻井技术,易斜井段控制井斜在1°以内,同时提速效果显著,建议推广应用。     

贝克休斯垂直钻井系统在大湾1井的应用

大湾1井在钻进千佛崖组到须家河组地层时,由于地层倾角较大,自然造斜能力强,从而造成其井斜很难控制,采用常规纠斜钻具组合亦不能有效控制井斜,井斜控制十分困难,钻速极慢。为了解决上述问题,在该井从1828．96m千佛崖组开始试验使用贝克休斯公司的VertiTrak垂直钻井系统。介绍了现场应用情况,分析了VertiTrak垂直钻井系统的应用效果,指出了应用中需要注意的问题。实践表明：应用VertiTrak垂直钻井系统能够较好地解决钻井提速施工中井斜与钻压之间的矛盾,提高机械钻速并缩短钻井周期。     

φ311mm自动垂直钻井系统在宣页1井的应用

宣页1井的地质构造具有地层倾角大、各向异性、可钻性差及自然造斜能力强等特点,采用多种传统防斜钻具组合钻进,依然无法较好地防止井斜。为此,研制了φ311 mm自动垂直钻井系统。该钻井系统包括稳定平台及防斜纠斜执行机构2部分,可以有效解决高陡构造及大倾角地层的防斜打快问题,能够完全释放钻压,在保证井斜精度的前提下,可大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本。该系统在宣页1井的应用中总进尺210.88 m,纯钻时间64 h,机械钻速3.29 m/h,与传统钻具相比,钻速提高114%,并收到明显的纠斜效果。