氣體鉆井工藝技術(shù)理論及應(yīng)用探討

童金松

摘 要：氣體鉆井相比于利用鉆井液的傳統(tǒng)鉆井方式，具備鉆速高、可對(duì)油氣層進(jìn)行保護(hù)、鉆井整體成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外受重視程度越來(lái)越高，得到了日益廣泛的應(yīng)用。我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于氣體鉆井理論及計(jì)算參數(shù)的深入研究起步較晚，當(dāng)前加緊對(duì)于氣體鉆井中流體動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)研究，抓緊研發(fā)一套便捷、精確、系統(tǒng)的氣體鉆井流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算、設(shè)計(jì)及控制體系，是我國(guó)石油行業(yè)亟需解決的重要課題。本文對(duì)氣體鉆井中的技術(shù)理論進(jìn)行了深入的研究分析，以期對(duì)氣體鉆井技術(shù)中流體動(dòng)力學(xué)的參數(shù)計(jì)算體系形成提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：氣體鉆井工藝;技術(shù)理論;應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TE242 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2017）01-178-2

1 ?氣體鉆井的應(yīng)用前景及適用范圍

1.1 氣體鉆井的應(yīng)用前景

現(xiàn)在的氣體鉆井技術(shù)主要是在中低壓地層中使用，可以使鉆井速度得到較大幅度的提升，并且防止井漏的產(chǎn)生。而當(dāng)前我國(guó)的大多數(shù)油田都處在開(kāi)發(fā)的尾期，地層中的壓力或多或少都有一定幅度的降低，這就為氣體鉆井技術(shù)提供了較為廣闊的應(yīng)用前景。最近一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)投入開(kāi)發(fā)了大量的低滲透油氣藏，人們?cè)谶@種油氣藏的保護(hù)上聚集了較多的精力，而氣體鉆井技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的鉆井液鉆井來(lái)說(shuō)，能夠更好地對(duì)低滲透油氣藏進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)，氣體鉆井的鉆井過(guò)程具備花費(fèi)較低、造成環(huán)境污染較小等優(yōu)點(diǎn)。總而言之，由于在各方面都具有傳統(tǒng)鉆井技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)，氣體鉆井技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊。

1.2 氣體鉆井技術(shù)的適用范圍

氣體鉆井技術(shù)因其自身的特性具備著極為突出的優(yōu)點(diǎn)，但與此同時(shí)其必然因這些特性而存在適用范圍上的限制，這里對(duì)氣體鉆井技術(shù)的適用范圍及局限性進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

1.2.1 ?氣體鉆井技術(shù)的適用范圍

①巖石較為堅(jiān)硬的地層;

②具有穩(wěn)定性較強(qiáng)井壁的地層;

③流體侵入較少的地層;

④孔隙壓力中等偏低的地層;

⑤較為干旱的缺水地區(qū);

⑥對(duì)液體循環(huán)介質(zhì)較為敏感的地層。

1.2.2 ?氣體鉆井技術(shù)的局限性

①不能很好地控制侵入地層的流體。

②鉆頭適用的范圍較小。耐高溫性能不強(qiáng)的金剛石類鉆頭等，由于空氣冷卻鉆頭的效果較差而很少在空氣鉆井中得到應(yīng)用，空氣鉆井中應(yīng)用較為廣泛的是牙輪鉆頭。

③空氣鉆井技術(shù)不能應(yīng)用于地質(zhì)較軟的地層之中。一般情況下，軟質(zhì)地層中會(huì)產(chǎn)生尺寸較大的巖層碎屑，會(huì)對(duì)井深較大時(shí)的氣體攜屑造成一定阻礙。

④存在井底著火的現(xiàn)象。當(dāng)油井內(nèi)烴類氣體與空氣的含量達(dá)到一定的比例時(shí)，就有可能造成燃燒現(xiàn)象的出現(xiàn)。而采用分支水平井，也就是說(shuō)以主井筒為中心向周圍打出向生產(chǎn)層深入數(shù)百米的輔助井筒，將其作為排油通道連通普通井之間沒(méi)有投入開(kāi)發(fā)的油藏，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)講，其投入基本相當(dāng)于在建設(shè)完成的礦場(chǎng)區(qū)內(nèi)重新開(kāi)了新油田。在建設(shè)完成的油田利用原井眼進(jìn)行側(cè)鉆水平井眼的二次完井是如今可行且更為經(jīng)濟(jì)的方法。

2 ?氣體鉆井工藝流程優(yōu)化

2.1 井口地面控制分流系統(tǒng)

2.1.1 ?設(shè)計(jì)原則

氣體鉆井這種鉆井技術(shù)具有很高的風(fēng)險(xiǎn)，常規(guī)的鉆井液鉆井技術(shù)是對(duì)地層流體進(jìn)行控制，讓其進(jìn)入井筒，而氣體鉆井技術(shù)則是準(zhǔn)許地層進(jìn)入井筒。所以在氣體鉆井中在井口和地面實(shí)施有效的控制手段對(duì)允許進(jìn)入井筒的流體進(jìn)行控制是十分關(guān)鍵的。綜上，氣體鉆井井口地面控制分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須要滿足下列原則：

①達(dá)到井口的設(shè)計(jì)壓力;

②已在油田試用，證實(shí)安全、可行。

2.1.2 ?井場(chǎng)布局

①氣體鉆井井場(chǎng)布置如圖1所示。

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圖1 ?氣體鉆井井場(chǎng)布置圖

②井頭設(shè)備布置。

旋轉(zhuǎn)頭：由旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)兩部分組成，其中旋轉(zhuǎn)部分會(huì)隨著鉆柱旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，而非旋轉(zhuǎn)部分則會(huì)配合同密封裝置，保證從環(huán)空中流出的含巖屑?xì)饬髁魅肱懦龉芫€，從而達(dá)到保護(hù)鉆井工作人員與鉆井平臺(tái)安全的目的。

防噴器組合：空氣鉆井過(guò)程中使用的防噴器主要有兩種。一種是環(huán)形防噴器（又稱旋轉(zhuǎn)防噴器），其主要是靠液動(dòng)作用將膠芯向井口重心擠，直到將鉆具抱緊或?qū)⒕谌忾]，從而達(dá)到封閉井口的目的;另一種是閘板防噴器，其要求同時(shí)具備半封與全封。氣體鉆井井口示意圖如圖2所示。

2.2 氣體鉆井工藝技術(shù)流程設(shè)計(jì)

2.2.1 ?設(shè)計(jì)原則

氣體鉆井的風(fēng)險(xiǎn)性較高，其整個(gè)過(guò)程都是對(duì)流體的控制。因此，在氣體鉆井過(guò)程中必須遵循以下幾點(diǎn)原則：

①對(duì)井壁的穩(wěn)定性做出有力保證;

②地層出水量（油）必須小于氣體的最大攜帶能力;

③利用惰性氣體及天然氣鉆井是硫化氫的含量每立方米低于二十毫克;

④在以上幾個(gè)基本條件得以滿足的情況下，利用天然氣及惰性氣體的鉆井技術(shù)都可以應(yīng)用在碎屑巖儲(chǔ)層和碳酸巖儲(chǔ)層中，并且可以在此過(guò)程中使用先期裸眼的完井方式。

2.2.2 ?氣體鉆井工藝流程設(shè)計(jì)

氣體鉆井工藝設(shè)計(jì)的流程如下：

①收集儲(chǔ)層中特殊物質(zhì)的數(shù)據(jù)，包括巖石性質(zhì)、儲(chǔ)層的地層壓力、孔隙率、滲透率、地層中流體流量、溫度及儲(chǔ)層中的潛在敏感物等;

②根據(jù)儲(chǔ)層特點(diǎn)選擇完井方式;

③選擇氣體鉆井使用的氣體類型，包括天然氣、柴油機(jī)尾氣、空氣及惰性氣體等;

④對(duì)井口地面控制分類系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì);

⑤設(shè)計(jì)鉆柱，主要包括鉆柱組合方式和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)選擇;

⑥對(duì)氣舉進(jìn)行設(shè)計(jì);

⑦設(shè)計(jì)氣體流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，主要包括注氣量、注氣壓力、井底壓力、鉆頭內(nèi)壓力等幾方面的數(shù)據(jù);

⑧設(shè)計(jì)機(jī)械破碎參數(shù)，主要包括鉆頭、鉆壓以及其轉(zhuǎn)速的選擇設(shè)計(jì);

⑨安全、井控的設(shè)計(jì)。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上，本文對(duì)氣體鉆井工藝技術(shù)理論及應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹與分析，當(dāng)前我國(guó)的氣體鉆井工藝還不完善，這就要求相關(guān)的科研人員加緊對(duì)氣體鉆井技術(shù)的研究，對(duì)其進(jìn)行不斷地完善與更新，為我國(guó)油田的良好開(kāi)發(fā)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

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