關(guān)于定向井空氣鉆井和測量技術(shù)的分析

王海煒　楊國光　楊拓(中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司定向井分公司，河北　滄州　062550)

關(guān)于定向井空氣鉆井和測量技術(shù)的分析

王海煒楊國光楊拓(中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司定向井分公司，河北滄州062550)

在石油開采中定向井的作用很大，其鉆井工作也是非常重要的一項(xiàng)工作。空氣鉆井在定向井中的應(yīng)用表現(xiàn)出了不小的優(yōu)勢，得到了業(yè)界的廣泛使用?；诖耍疚木歪槍Χㄏ蚓目諝忏@井技術(shù)作了簡要分析，然后探討了其對應(yīng)的測量技術(shù)，希望可以對相關(guān)工作起到一定的參考作用。

定向井；空氣鉆井；測量技術(shù)

在實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中，空氣鉆井技術(shù)表現(xiàn)出比較顯著的優(yōu)點(diǎn)，近些年在國內(nèi)的運(yùn)用逐漸廣泛。由于油氣藏的分布范圍較廣，巖性復(fù)雜，給鉆井工作造成了不小的難度，這也直接增大了鉆井施工的成本投入，使得經(jīng)濟(jì)效益有所減少。因此，必須對定向井的鉆井技術(shù)進(jìn)行革新，加強(qiáng)空氣鉆井技術(shù)的運(yùn)用，同時(shí)做好測量工作，確保定向井的鉆井工作順利高效。

1　定向井的空氣鉆井技術(shù)分析

1.1空氣動(dòng)力馬達(dá)

空氣動(dòng)力馬達(dá)在定向井的鉆井工作中是常用的設(shè)備之一，工作原理是通過壓縮機(jī)壓縮空氣使其成為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力，帶動(dòng)鉆井鉆頭運(yùn)動(dòng)對地層巖石進(jìn)行切削，同時(shí)在鉆頭鉆進(jìn)的過程中還可以將地層巖石切削產(chǎn)生的粉末通過高壓氣流攜帶到地面。

目前，很多型號的空氣動(dòng)力馬達(dá)在定向井的鉆井工作中得以使用，其中Navi～Drill鉆井馬達(dá)是空氣動(dòng)力馬達(dá)的開山之作，在許多定向井鉆井工作中都得到了運(yùn)用。具體說來，該型井下馬達(dá)在霧化、泡沫和空氣作為循環(huán)介質(zhì)的定向井鉆井工作中都得到了使用。通過一系列鉆井實(shí)驗(yàn)表明，Navi～Drill空氣動(dòng)力馬達(dá)在霧化、泡沫和空氣為介質(zhì)的定向井中具有很高的鉆井效率，而且鉆井成本低廉，安全性很高。

1.2空氣泡沫鉆井

在裂縫發(fā)達(dá)、地層破碎多或是易產(chǎn)生漏失的地段的定向井鉆井作業(yè)當(dāng)中，空氣泡沫鉆井是比較適用的。在進(jìn)行鉆井的過程中當(dāng)中，經(jīng)過空氣壓縮機(jī)將外部空氣壓縮成為高壓氣流，通過鉆柱上的水眼進(jìn)入到定向井下的馬達(dá)內(nèi)，以此對馬達(dá)轉(zhuǎn)子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆頭對巖層進(jìn)行切削，并將巖屑帶出地面。再將泡沫混入到空氣流當(dāng)中，對馬達(dá)和鉆頭進(jìn)行潤滑，確保設(shè)備的安全和高效。空氣泡沫鉆進(jìn)的空氣泡沫流體中不存在固相顆粒，不會(huì)對油氣層形成污染。同時(shí)，由于其密度較低，不會(huì)引起地層漏壓對定向井造成危害［1］。不僅如此，這種方法還可以達(dá)到平衡鉆井，不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)鉆井方法中的泥漿，對環(huán)境破壞較小。

1.3技術(shù)要點(diǎn)

若是要利用空氣泡沫鉆井必須明確相關(guān)的技術(shù)要點(diǎn)。首先，需要對空氣排量進(jìn)行換算。一般情況下，將鉆井作業(yè)時(shí)的正常液體泥漿使用量按照一定的關(guān)系系數(shù)換算成為空氣流量，其關(guān)系系數(shù)為lL/min（泥漿）=30～33L/min（空氣），按照這樣的關(guān)系系數(shù)就可以將泥漿使用量換算稱為空氣流量。在此基礎(chǔ)上，需要對泡沫的混入量進(jìn)行計(jì)算，其可以按照一定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得到。通常情況下，空氣流量在100L/min～126L/min范圍時(shí)，泡沫的混入量在38L/min～380L/min范圍。其中的浮動(dòng)值可以根據(jù)定向井的實(shí)際情況進(jìn)行選取。然后需要對壓力進(jìn)行計(jì)算，由于這種鉆井方式對穩(wěn)定性的要求較高，因此，利用連續(xù)的高壓氣流作為鉆井動(dòng)力，需要對壓縮空氣的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。在用量上，其一般是液體泥漿的兩倍壓力。潤滑劑是保持鉆井設(shè)備維持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，若是空氣較為干燥，就會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生較大的摩擦，進(jìn)而使得設(shè)備壽命和性能下降。因此，需要結(jié)合實(shí)際情況，對潤滑劑進(jìn)行合理選擇，具體配方為液體皂1.8～3.8L，石墨鉛粉1.5到2.2kg，膠結(jié)劑0.2到0.4kg，油每小時(shí)0.4到0.6L。在鉆頭選擇上，應(yīng)該選擇軸承密封性能好，且對空氣機(jī)壓力需求小的鉆頭。值得注意的是，下井鉆頭不宜設(shè)置噴嘴。

2　定向井測量技術(shù)分析

在定向井的鉆井過程中進(jìn)行測量是保證鉆井工作符合要求的關(guān)鍵。由于空氣泡沫不會(huì)使用傳統(tǒng)的泥漿，因此無法使用依托泥漿進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y量系統(tǒng)。在這種情況下，基于電磁波的MWD隨鉆測量系統(tǒng)就成為了最佳選擇，以此對定向井鉆井過程的隨鉆測量、實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鬟M(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

MWD隨鉆測量系統(tǒng)是以電磁波技術(shù)為基礎(chǔ)，對井下的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，其測量速度能夠達(dá)到普通泥漿脈沖測量系統(tǒng)的幾倍。MED隨鉆測量系統(tǒng)的基本參數(shù)為44.45mm外徑、可與79.63mm～241.30mm的鉆頭進(jìn)行配合使用。其工具的長度范圍一般在8.23到9.75m之間，測量點(diǎn)和工具底部的距離達(dá)到了0.92～1.23m［2］。在該套測量系統(tǒng)當(dāng)中，其包含了諸多傳感器，主要有測斜儀、工具面、震動(dòng)頻譜、伽馬儀、導(dǎo)向傳感器以及方位儀等。通過這些大量的傳感器，可以對定向井鉆井過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行精確全面的測量，再將其運(yùn)用到各項(xiàng)具體的工作之中。

通過實(shí)際運(yùn)用，MWD隨鉆測量系統(tǒng)表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，其可以分為以下幾個(gè)方面。一是能夠在普通的泥漿環(huán)境下運(yùn)行，適用性較強(qiáng)。二是可以在定向井井口沒有出現(xiàn)泥漿返出的條件下進(jìn)行操作。三是可以在空氣、氮?dú)?、天然氣等多種泥漿環(huán)境下進(jìn)行操作。四是能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通訊，功能強(qiáng)大。五是壓力降很小，設(shè)備損耗低，可以長時(shí)間使用。

3　結(jié)語

空氣泡沫流體技術(shù)在定向井鉆井中的實(shí)際應(yīng)用，表現(xiàn)出了低污染、高效率的顯著優(yōu)勢，促使其實(shí)際運(yùn)用不斷廣泛。在鉆井過程中，根據(jù)空氣泡沫流體技術(shù)的原理特點(diǎn)，MWD隨鉆測量系統(tǒng)是比較貼合該技術(shù)的測量系統(tǒng)，通測斜儀、導(dǎo)向傳感器以及方位角等測量工具，對定向井的鉆井工作全面掌控，如此可以最大程度保證定向井的鉆井效果。

［1］楊海平.泡沫定向鉆井技術(shù)在涪陵焦石壩地區(qū)頁巖氣井的試驗(yàn)［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，12：121～124+8.

［2］付小營.大斜度近水平井井定向技術(shù)分析［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（04）：341.