空气钻井技术：低压钻井技术系列专题之一

介绍了空气钻井的发展,优点及应用范围,着重分析了有关空气钻井参数优选理论和新疆克拉玛依油田空气雾化钻井的现场试验,并介绍了国内外有关空气钻井先进的地面和井下设备,通过介绍空气钻井的常见问题,展示了空气钻井的发展前景和研究方向。     

浅析泡沫钻井的优点

利用泡沫流体钻低压油气区的井,可以较好地解决泥浆漏失、油层污染及影响产能等要害问题,极有利于保护、发现和正确评价油气资源。在低压油气区内的详探井、扩边井应用泡沫钻井工艺,效果十分明显。本文在介绍泡沫钻井为什么能防止低压油气区的油层污染的机理基础上,对比了常规泥浆钻井与泡沫流体钻井在低压油气区的钻探实效和电测资料,分析了两种不同钻井液体系对低压油气区产生不同钻探效果的原因。生产实践证明,泡沫流体钻井不但能保护油层,多产油,而且还可发现用常规钻井所不能发现的油层。所以在低压油气区,泡沫钻井是有广泛前途的理想的钻井新工艺。     

钻井参数对泡沫环空携岩能力的影响机理研究

泡沫钻井过程中，环空流型不同泡沫的携岩机理有所不同，许多钻井参数直接决定了环空中泡沫的流型和岩屑的滑脱速度，因此，有必要从理论和实例计算两方面进行影响因素分析，文中旨在介绍泡沫钻井环空流型的判别方法，以及不同流型下的携岩率数学模型，并结合现场钻井实例进行计算对比，从定性和定量的角度分析钻井参数对泡沫携岩能力的影响。     

泡沫钻井流体环空携岩能力的影响因素

阐述了泡沫钻井流体环空流型的判别方法，给出了不同流型下的求解岩屑滑脱速度和携岩率的数学模型，并结合现场钻井实例，计算和分析了各主要相关钻井参数对泡沫携岩能力的影响，给出了能维持较高携岩率的各钻井参数的适宜范围，对现场施工具有一定的指导意义。     

泡沫钻井流体消泡技术研究进展

泡沫钻井技术具有携岩能力强、耗气量少、能够防止地层漏失、有效处理地层出水等优点.从钻井实践看,泡沫流体稳定性强,返至地表后难以消泡,泡沫基液只能一次性使用,泡沫材料消耗多、成本高,制约了泡沫钻井技术的发展.对国内外现有消泡技术进行了调研分析,对自然消泡法、物理消泡法和化学消泡法的消泡机理及特点进行了详细介绍和分析.     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。     

泡沫欠平衡钻井气液流量组合优选研究

泡沫欠平衡钻井过程中,气体、液体和固相岩屑混合在一起,沿井筒环空向上流动,属于典型的“气-液-固”多相流。为了保护储层,避免发生井壁失稳坍塌事故,在泡沫欠平衡钻井时,必须保证井底压力小于地层压力并高于地层坍塌压力,同时还要保证整个井段泡沫钻井液处于最佳泡沫质量区,以具有足够的携岩能力。针对工程施工实际情况,对井筒环空进行网格划分,利用欠平衡钻井井筒多相流模型分段求解井筒流态和流动压力,综合分析井底压力与注入气液流量组合的对应关系,从而将井底压力安全窗口转化为可直接控制的气液流量安全窗口,为安全施工提供依据。该研究成果在也门某区块泡沫欠平衡钻井中的钻井实效对比分析表明,该方法较为实用可靠。     

也门32区块空气泡沫钻井技术

也门32区块和53区块地层可钻性差、存在断层漏失，采用泡沫钻井液有效地解决了井漏问题，应用空气锤钻井加 快了硬地层的钻进速度，并且利用国外先进技术成功地进行了取心和定向钻进；已在也门顺利完成5口井，全部安全优质高效地完成，经济效益显著。     

泡沫钻井计算机设计程序

本程序综合考虑了泡沫钻井的各种影响因素,用SASIC语言编制而成。它可根据井身结构、钻头水眼大小、机械钻速及钻屑颗粒尺寸等数据计算钻至一定井深处所需的最小气液注入量、井口泡沫注入压力、井底压力及井底泡沫质量参数等,为指导泡沫钻井提供施工设计数据。     

超高温地热井泡沫钻井流体技术

针对地热井的温度变化极其异常,常规泡沫流体很难满足施工要求这一问题,研制出了抗高温保护剂HT-1.实验结果表明,在形成泡沫的基液中加入抗高温保护剂HT-1,能在一定程度上提高发泡剂的抗温能力,将发泡剂的抗温极限从180℃提高到240℃;HT-1对Ca2+、Cl-的污染不敏感,不会影响原有发泡剂的抗污染能力;HT-1具有保护泡沫流体在高温条件下有良好活性的作用;其适用范围广,应用成本较低,对现场工艺无特殊要求,且维护方便,可以满足现场施工要求.     

空气泡沫钻井模拟试验装置

高效携岩和有效消泡是空气泡沫钻井安全、优质、高效钻进的重要保障,而模拟试验装置是开展相应研究的关键设施和必要手段。设计了空气泡沫钻井模拟试验装置,并就试验装置的设计思想、设计原则、主要结构参数及研制过程进行了详细的分析。该泡沫钻井试验装置可以观察不同气液比条件下的泡沫流动状态、环空压力损失,可以进行垂直井、大斜度井以及水平井空气泡沫携岩方面的试验研究。可以考察风量、风压、泡沫性质对机械消泡装置消泡效率的影响规律,为机械消泡装置的结构优化设计提供了重要的理论和试验依据。     

泡沫欠平衡钻井技术在滴16井应用实践

通过分析泡沫钻井技术在滴16井的可行性评价,结合目标井的实际情况,对泡沫钻井的合理参数进行了优化。同时对合理转换工艺,泡沫钻井配方进行了设计。鉴于地层强度高,空气、泡沫钻井条件下井眼易于偏斜的特点,提出采用双稳定器钟摆钻具组合控制井身质量的方案。结合钻进期间设备气量问题,利用多相流软件,分析了保证泡沫钻井的合理参数。最终,给出了滴16井机械钻速提高的指标。     

空气泡沫钻井流体体系及性能评价

从保护井壁、提高井壁稳定性等技术要求出发,筛选了高效发泡剂、稳泡剂、泥页岩抑制剂,并确定各组分最佳含量,研制了空气泡沫钻井流体体系,该体系由0．3％TWS＋0．15％XC＋0．03％YIM＋0．5％GXG组成。考察了空气泡沫流体抑制页岩水化膨胀、水化分散能力、岩芯浸泡效果及抗温性能。结果表明,该空气泡沫流体体系页岩24h水化膨胀量2．64mm,页岩滚动回收率91．4％,岩芯在配方体系中浸泡24h完好无损,温度90℃时泡沫体系的半衰期仍保持30min以上,表明该泡沫配方体系具有较强的抑制性和良好的抗温性,能够较好地解决空气泡沫钻井中井壁失稳问题。     

空气泡沫钻井技术在伊朗SNL-7井的应用

伊朗南部SHANUL气田地层岩性主要是碳酸盐岩和页岩。碳酸盐岩地层裂缝发育、连通性好，海平面以上500m左右有一个低压淡水层，基本无孔隙压力，海平面以下有盐水层和气层，最高盐水层压力系数0．85MPa／100m，气层压力系数0．75～0．91MPa／100m，钻井过程中漏失严重。页岩地层，水敏性极强，易垮塌缩径。根据上部地层特性，确定了以空气／泡沫防漏防塌的技术路线。现场施工证明，空气／泡沫钻井速度快，不漏失，井眼清洁，井壁稳定。对空气、泡沫钻井工艺在SHANUL-7井的施工进行了介绍。并对SHANUL-7井空气、泡沫钻井进行了经验总结。     

流沙层硬胶泡沫钻井技术

也门1区块上部地层250~750 m井段存在大段的流沙层,钻进过程中存在井壁失稳、漏失严重、机械钻速低等问题,单纯依靠常规钻井加堵漏、清水盲钻、空气钻井或稳定泡沫钻井等方式得不到有效解决。因此,提出采用硬胶泡沫钻井方法解决该问题。通过硬胶泡沫钻井流体发泡剂室内优选试验,考虑泡沫质量、发泡剂抗污染性能、硬胶泡沫半衰期及经济效益,选择FMA-100为硬胶泡沫钻井流体的发泡剂,确定其最佳加量为0.3%~0.6%,并初步优选出钻井流体配方。根据硬胶泡沫钻井施工参数设计要求,以低返速降低井壁冲刷防塌、合适当量循环密度防塌防漏为目标,通过理论计算及分析,优选了施工参数、钻井配套设备,形成了适用于也门1区块流沙层的硬胶泡沫钻井方案。该方案在该区块Abyed-2井进行了应用,不但成功解决了大尺寸疏松流沙层井漏与井塌并存的钻井难题,还提高了流沙层的机械钻速,相比同条件邻井平均机械钻速提高3.2倍。该井的应用成功,也为流沙层安全快速钻进积累了经验。      

可循环氮气泡沫钻井液技术

针对现有钻井液技术在钻压力系数低于0．8的地层时存在的诸多不足，提出了可循环氮气泡沫钻井液技术。对发泡剂及配套处理剂进行了优选，确定了低压条件下的可循环氮气泡沫钻井液配方。性能评价结果表明，该体系具有较好的抗盐、抗温及耐油性能，可循环次数在10次以上。根据欠平衡钻井的技术要求，制定了可循环氮气泡沫钻井液的现场施工工艺。该技术在史3-3-斜91井和樊142—8井的欠平衡钻进中进行了应用。应用结果表明，该钻井液密度低，有利于提高钻速，可以作为解决超低压地层的井漏及油层保护难题的抟术．     

大订调整井刮刀钻头优选参数钻井技术

在庆油田普遍采用刮刀钻头调整井。现场试验表明，对刮刀钻头钻井参数进行优选优配，在同等条件下比牙轮钻头可获得更高的经济效益。本文主要介绍大庆油田１９９２年２０多口井现场试验情况，同时探讨了钻头选型、喷嘴组合、泵压、排量、钻压、转速及钻井液参数对刮刀钻头钻速的影响规律。