气体钻井技术及现场应用
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空气钻井工艺研究与应用
２ ． １ 井斜
与常规 钻井 相 比， 使 用 空气钻 井 时 ， 机 械钻 速可 增加 ３ —８ 倍， 具有钻速快 ， 钻井成 本低等优点 ， 见表
１。
表１ 某常规钻井与空气钻 井钻速 比较表
井斜 是 气体 钻 井 中遇 到 的 比较 突 出的 问题 ， 由 于空气钻井 的钻速高， 一旦发生井斜， 则会出现井斜 增 长很 快 ， 导致 井 眼偏离 设计 井位 ； 钻柱在斜 井 内易 靠在井壁下侧 ， 导致钻井事故 ； 下套管困难和下入套 管 不居 中 ， 直 接 影响 固井 的质量 等 问题 。 在气体钻井 中， 目前解决井斜最可行最有效的 技术 ， 即采用 空气 锤钻 井 ， 它是 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 ， 具 有 防斜打 直效果 好 ， 机械 钻速 高 等特点 。如 图 １龙 岗 １井 现 场实验 中 ， 井段 ８ ｏ ０ — ２ ０ ０ ０ ｍ 采 用 空气 锤 钻 进 ， 此 阶 段 的井斜 控 制在 ２ 。 左 右， 而在井段 ２ ０ ０ ０ ｍ￣ ． ． ３ ５ ０ ０ ｍ 采 用 牙 轮钻 头 钻 进 时， 井斜 明显增 大 ， 接近 ６ 。 。
整体钻进速度。这也是为什么气体钻井与泥浆钻井 相 比， 机械钻 速 明显提 高 的主 要原 因。
收 稿 日期 ｌ ２ ０ １ ２ 一ｌ １ —２ ６
空气 钻井 时 ， 下套 管 和注水 泥过程 中， 井 眼基本 上是 干 的 ， 当 水 泥流 经 套 管鞋 到 达未 处 理 的裸 眼 中 会 立 即凝 固 ， 阻止后 续 水泥浆 继续 进入环 空 ， 以至影 响后 续 的固井 质量 。另 外 ， 在 气体 条件下 ， 套管在 重 力作用下具有下贴近效应 ， 套管柱居中困难， 使水泥 环 难 以实现 对套 管柱 的 均质封 固。
与常规 钻井 相 比， 使 用 空气钻 井 时 ， 机 械钻 速可 增加 ３ —８ 倍， 具有钻速快 ， 钻井成 本低等优点 ， 见表
１。
表１ 某常规钻井与空气钻 井钻速 比较表
井斜 是 气体 钻 井 中遇 到 的 比较 突 出的 问题 ， 由 于空气钻井 的钻速高， 一旦发生井斜， 则会出现井斜 增 长很 快 ， 导致 井 眼偏离 设计 井位 ； 钻柱在斜 井 内易 靠在井壁下侧 ， 导致钻井事故 ； 下套管困难和下入套 管 不居 中 ， 直 接 影响 固井 的质量 等 问题 。 在气体钻井 中， 目前解决井斜最可行最有效的 技术 ， 即采用 空气 锤钻 井 ， 它是 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 ， 具 有 防斜打 直效果 好 ， 机械 钻速 高 等特点 。如 图 １龙 岗 １井 现 场实验 中 ， 井段 ８ ｏ ０ — ２ ０ ０ ０ ｍ 采 用 空气 锤 钻 进 ， 此 阶 段 的井斜 控 制在 ２ 。 左 右， 而在井段 ２ ０ ０ ０ ｍ￣ ． ． ３ ５ ０ ０ ｍ 采 用 牙 轮钻 头 钻 进 时， 井斜 明显增 大 ， 接近 ６ 。 。
整体钻进速度。这也是为什么气体钻井与泥浆钻井 相 比， 机械钻 速 明显提 高 的主 要原 因。
收 稿 日期 ｌ ２ ０ １ ２ 一ｌ １ —２ ６
空气 钻井 时 ， 下套 管 和注水 泥过程 中， 井 眼基本 上是 干 的 ， 当 水 泥流 经 套 管鞋 到 达未 处 理 的裸 眼 中 会 立 即凝 固 ， 阻止后 续 水泥浆 继续 进入环 空 ， 以至影 响后 续 的固井 质量 。另 外 ， 在 气体 条件下 ， 套管在 重 力作用下具有下贴近效应 ， 套管柱居中困难， 使水泥 环 难 以实现 对套 管柱 的 均质封 固。
国内外钻井新技术
国内外钻井新技术钻井作为石油勘探开发的重要环节，一直以来都在不断发展和创新。
近年来，随着科技的进步和需求的不断增长，国内外钻井行业涌现出了许多新技术，这些新技术为钻井作业提供了更高效、更安全、更环保的解决方案。
本文将重点介绍国内外钻井领域的一些新技术。
1. 气体钻井技术气体钻井技术是近年来钻井行业的一项重大技术突破。
相对于传统的液体钻井，气体钻井采用压缩空气或氮气作为钻进液，具有环保、清洁、高效等特点。
气体钻井技术不仅可以避免液态钻井液带来的环境问题，还能够减少地下水污染风险。
同时，气体钻井技术还能有效提高钻井速度，降低钻井成本。
2. 高压水力钻井技术高压水力钻井技术是一种利用高压水射流来切削地层的新型钻井技术。
该技术能够高效地切削硬岩和特殊地层，且对环境影响较小。
它采用高压水射流进行切削，可将地下岩层切削成细小的颗粒，减少钻井液量，降低钻井噪声和震动。
高压水力钻井技术不仅提高了钻进速度，还能够减少钻具磨损，延长钻头使用寿命。
3. 快速钻进技术快速钻进技术是一种钻井作业周期较短、效率较高的新技术。
通过优化钻井过程和提高钻具性能，快速钻进技术能够缩短钻进时间，减少钻井成本。
其中一项关键技术是采用高效钻井液和超强钻头，提高了钻进效率和钻头使用寿命。
此外，还可以采用一体化的钻井装置和自动化控制系统，提高钻井操作的精确度和安全性。
4. 智能钻井技术智能钻井技术是钻井行业的前沿技术之一。
它通过装备互联网、人工智能、大数据分析等技术，实现对钻井作业全过程的智能化控制和管理。
智能钻井技术可以实时监测钻井参数，预测地层变化，优化钻井方案，提高钻进效率和质量。
此外，智能钻井技术还可以对钻井装备进行远程监控和管理，减少了现场人员的风险和作业成本。
5. 高效钻井液技术高效钻井液技术是钻井作业中至关重要的一项技术。
它采用新型化学品和添加剂，改善钻井液的性能和稳定性，提高钻井作业的效率。
高效钻井液技术能够降低钻井过程中的摩擦阻力、降低地层损害、改善井壁稳定性等，从而提高钻井速度和质量。
白音查干区块气体钻井技术研究与应用
强 。 以 空气 为 介 质 进 行 钻 井 施 工 ，可 以避 免 因泥 、
壁稳定性 、出水情况和地层 出油情况综合分析可以 看 出，最适合空气钻井 的井段为苏 红图组 、巴音戈
壁组二段地层 。同时在钻进银根组 、巴音戈壁一段 地层时应加强地层监测 ，做到水层 、膏层 、油层及
时发现 、及 时处理 。
二次开钻裸眼段 较长 ，且 白垩 系苏红 图组有大段水
根据 空气钻施工特点 ，选用钟摆钻具结构 ：牙 轮钻头 ＋ １ ４ ｎ Ｃ 根 ＋ １ ｍ ６ ／ ｘ ｉＤ ２ ２ 扶正器 ＋ １ ４ ｎ ｍ ６ ／ ｉ
ＤＣ ｌ 根 ＋５ｉ Ｐ ｘ５ Ｄ 。 ｎ
一
敏性较强 的玄武岩地层 ，井壁 易失稳 ，为确保 目的 层的安全钻进施 工 ，需要下人一定深度 的技术套管 将玄武岩封住 ，为第三次开钻井段快速安全施工提 供一个 良好 的井 眼条件 。针 对施工 中存 在的风 险 ， 科学合理地设计井身结构 ，能较好地满足空气钻井
表 １ 空气钻 井施工钻 头优选表
就 要转化 ｕ ，国内采用空气钻井时通常 的做法是地 层 出水大于５ｍ ／ 时转化为雾化钻井 ；而水敏性较 。 ｈ
强 的玄武岩地层极 易吸水 ，造成井壁坍塌失稳 ，且
目的层的出油现象 ，控制不得 当极易造成井下复杂
事故 ［ ２ １ 。 １ ． 井身结构设计 的科学性 ．２ ２ 针对新生界砂砾岩 、泥岩地层未成岩 ，压实程
该 区块 已完多 口施工井资料显示 ，白垩系整个
地层不同层段存在多个水层 ，据统计最大 出水量在
收稿 日期 ：２ １ —０ ０ １ ５—１ 修订 日期 ：２ １ —１ — ８ ３ ０ １ １ ２ 作者简介：周勇 （９ １ ，工程师 ，从 事气体钻井技术服务工作 。Ｅ ｍａ ：３ ０ ３ ３ ６ ｑ ｏ １７ 一） － ｉ １６ ６ ３ ＠ｑ ． ｍ ｌ ｃ
壁稳定性 、出水情况和地层 出油情况综合分析可以 看 出，最适合空气钻井 的井段为苏 红图组 、巴音戈
壁组二段地层 。同时在钻进银根组 、巴音戈壁一段 地层时应加强地层监测 ，做到水层 、膏层 、油层及
时发现 、及 时处理 。
二次开钻裸眼段 较长 ，且 白垩 系苏红 图组有大段水
根据 空气钻施工特点 ，选用钟摆钻具结构 ：牙 轮钻头 ＋ １ ４ ｎ Ｃ 根 ＋ １ ｍ ６ ／ ｘ ｉＤ ２ ２ 扶正器 ＋ １ ４ ｎ ｍ ６ ／ ｉ
ＤＣ ｌ 根 ＋５ｉ Ｐ ｘ５ Ｄ 。 ｎ
一
敏性较强 的玄武岩地层 ，井壁 易失稳 ，为确保 目的 层的安全钻进施 工 ，需要下人一定深度 的技术套管 将玄武岩封住 ，为第三次开钻井段快速安全施工提 供一个 良好 的井 眼条件 。针 对施工 中存 在的风 险 ， 科学合理地设计井身结构 ，能较好地满足空气钻井
表 １ 空气钻 井施工钻 头优选表
就 要转化 ｕ ，国内采用空气钻井时通常 的做法是地 层 出水大于５ｍ ／ 时转化为雾化钻井 ；而水敏性较 。 ｈ
强 的玄武岩地层极 易吸水 ，造成井壁坍塌失稳 ，且
目的层的出油现象 ，控制不得 当极易造成井下复杂
事故 ［ ２ １ 。 １ ． 井身结构设计 的科学性 ．２ ２ 针对新生界砂砾岩 、泥岩地层未成岩 ，压实程
该 区块 已完多 口施工井资料显示 ，白垩系整个
地层不同层段存在多个水层 ，据统计最大 出水量在
收稿 日期 ：２ １ —０ ０ １ ５—１ 修订 日期 ：２ １ —１ — ８ ３ ０ １ １ ２ 作者简介：周勇 （９ １ ，工程师 ，从 事气体钻井技术服务工作 。Ｅ ｍａ ：３ ０ ３ ３ ６ ｑ ｏ １７ 一） － ｉ １６ ６ ３ ＠ｑ ． ｍ ｌ ｃ
空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用
空气螺杆钻具研制、特性分析及现场实验与应用中国石油勘探开发研究院钻井所北京石油机械厂作为新型的钻井技术，以空气钻井为代表的气体钻井和欠平衡钻井在国外油气勘探与开发中获得广泛应用，在国内也正呈快速发展趋势。
空气螺杆钻具是应用这类新型钻井技术钻定向井及其他特殊工艺井所必需的工具。
一、概述近些年来，气体钻井和欠平衡钻井在国外获得了比较普遍的应用，取得了显著的技术效益和重大经济效益。
例如，在满足相应的前提下，气体钻井如空气钻井、天然气钻井、氮气钻井、尾气钻井等，可成倍提高机械钻速，明显缩短钻井周期，降低钻井成本；欠平衡钻井，则可对储层进行有效保护，有利于提高钻遇率和开发率。
为推广和扩大空气钻井的应用规模，美国能源部曾规定2004年的空气钻井口数不低于本土总钻井口数的30%。
近些年来，我国也开始关注、尝试应用空气钻井技术，在一定规模上采用欠平衡钻井技术，取得了可喜的进展。
随着对这些技术在直井上应用经验的逐步积累和日渐成熟，在定向井及其他特殊工艺井上应用这些技术，已成为必然的发展趋势，这将在很大程度上扩展气体钻井与欠平衡钻井的应用领域。
空气螺杆钻具(或称气体螺杆钻具)是用气体钻井或欠平衡钻井技术钻定向井及各类特殊工艺井的必需工具。
但在2001年底以前，此类新型螺杆钻具产品在国内仍为空白。
中国石油集团长城钻井公司在伊朗承担的空气钻井项目，急需φ244(9-5/8")的空气螺杆钻具，经与外商询价，每台价格在13万美元以上，无法承受，大批量的购买更无从谈起。
为了解决生产急需和节约外汇，集团公司科技发展部考虑利用国内技术力量解决伊朗项目的现场急需，并为国内欠平衡钻井与空气钻井提供工具，决定成立“伊朗欠平衡钻井空气螺杆钻具研制”课题组，由中国石油勘探开发研究院钻井所和北京石油机械厂承担，并任命苏义脑为课题组长，组织攻关。
在2001年5月~2002年11月这一年半时间中，课题组克服了重重难关，终于完成了K7LZ120和K7LZ244两种系列的空气螺杆钻具样机的设计、制造、室内实验台架设计和空气钻井的有关理论研究工作，并于2002年7月进行了K7LZ120样机的地面实钻实验和2002年8月在长庆苏35－18井的下井实验，均取得成功。
充气钻井技术在大庆油田的应用
常规 钻探过 程 中易 受 污 染 ， 致 产 能 较 低 ， 几 年 导 近
０９ — ．６ ｃ ． ５ ０９ ｍ 。他们都取得 了很显 著 的成果 。
在 大 庆外 围 深 层 升 深 ２—１ ７井 实 施 充 气 钻 现 场 试
验， 取得了很大成功 ， 该井是国内首次采用井底压力
庆 １３ １ ） ６ ４ ３
摘
要： 升深 ２—１ ７井是大 庆油 田第一 口充气钻井 。该 井采 用立 管充氮气 的钻井技 术 ， 在钻 探过 程 中， 通过对 充气
钻井工艺技术 、 套设备的优选等进行研 究 ， 配 应用井底压 力温度测 试技 术 ， 国 内第一 次实测 出充气 钻井井底 压力 在 温度变化情况 ， 证充气钻井 的成功 ， 保 有效地解决 了该 区块 地层可钻性差 、 岩石硬度 高 以及低 压低渗 火 山岩 储层 易
收稿 日期 ：０ ６— ２—０ ２０ ０ ８
降低井底压差 ， 减少对地层损害 ； （ ） 气钻 井 的钻 井 液 可 以利 用 常规 钻 井 液 充 ４充
气， 成本较低 ； （） ５ 充气钻井液携屑性能更好 ； （ ） 以减少 钻具磨 损和井 下 钻具 着火 的危 ６可
作者简 介： 周英操 （９ ２ ， 汉族 ） 黑龙江佳木斯人 ， １６ 一） 男（ ， 大庆石油 管理局钻探集 团副总经理兼 总工程师 、 教授级高级 工程师 ， 大庆石油学 院 博士后， 油气井 工程专业 ， 工学博 士， 从事 钻井科研 与管理工作 ， 黑龙江省大庆市乘风庄 ，０ ５ ）６ ６ ３ ， ｏ ｙ ｇ ｏ ｙ． ｑ ｃｐ ．ｏ ．ｎ （４ ９ ５ ８０ ９ ｚ ｕ ｉ ｃ ＠ｚｓｄ ．ｎ ｃ ｃｒ ｃ 。 ｈ ｎ ａ ｎ
较少。 １２ 充气钻 井 技术 的特点 ． １２ １ 优点 ．．
０９ — ．６ ｃ ． ５ ０９ ｍ 。他们都取得 了很显 著 的成果 。
在 大 庆外 围 深 层 升 深 ２—１ ７井 实 施 充 气 钻 现 场 试
验， 取得了很大成功 ， 该井是国内首次采用井底压力
庆 １３ １ ） ６ ４ ３
摘
要： 升深 ２—１ ７井是大 庆油 田第一 口充气钻井 。该 井采 用立 管充氮气 的钻井技 术 ， 在钻 探过 程 中， 通过对 充气
钻井工艺技术 、 套设备的优选等进行研 究 ， 配 应用井底压 力温度测 试技 术 ， 国 内第一 次实测 出充气 钻井井底 压力 在 温度变化情况 ， 证充气钻井 的成功 ， 保 有效地解决 了该 区块 地层可钻性差 、 岩石硬度 高 以及低 压低渗 火 山岩 储层 易
收稿 日期 ：０ ６— ２—０ ２０ ０ ８
降低井底压差 ， 减少对地层损害 ； （ ） 气钻 井 的钻 井 液 可 以利 用 常规 钻 井 液 充 ４充
气， 成本较低 ； （） ５ 充气钻井液携屑性能更好 ； （ ） 以减少 钻具磨 损和井 下 钻具 着火 的危 ６可
作者简 介： 周英操 （９ ２ ， 汉族 ） 黑龙江佳木斯人 ， １６ 一） 男（ ， 大庆石油 管理局钻探集 团副总经理兼 总工程师 、 教授级高级 工程师 ， 大庆石油学 院 博士后， 油气井 工程专业 ， 工学博 士， 从事 钻井科研 与管理工作 ， 黑龙江省大庆市乘风庄 ，０ ５ ）６ ６ ３ ， ｏ ｙ ｇ ｏ ｙ． ｑ ｃｐ ．ｏ ．ｎ （４ ９ ５ ８０ ９ ｚ ｕ ｉ ｃ ＠ｚｓｄ ．ｎ ｃ ｃｒ ｃ 。 ｈ ｎ ａ ｎ
较少。 １２ 充气钻 井 技术 的特点 ． １２ １ 优点 ．．
煤层气井钻井技术
１ 煤层气 井钻 井的特 殊性
缩小可钻性较差的地层进尺 。例如尽量避开研磨性的地 层。④ 钻柱摩
（ ） 壁稳定性差 。容易发生井 下复杂故障 。煤层 强度低 ，胶 １井 结性差 ．均质性差 ，存在较高剪切应力作用。 （ ） 层易受污 染 。实施煤层保 护措施难度 大。煤层段孔隙压 ２煤 力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液 、完井液和固井水泥浆中固相 颗粒 及滤液 的污染 ； 但在钻 井完井过程 中，为安全钻穿 煤层 ，防止井 壁坍塌 ，又要适 当提 高钻 井液完井液的密度 ， 持一 定的压 力平衡 ， 保 这 就必然会增加其固相含量和滤失量 ，加重螨层的污染。 ｝ （ ）煤层破碎含 游离气 多，取 心困难。煤层机械 强度低 ，胶结 ３ 性差， 空隙 大 ， 一般 煤层 取心收获率低。而且煤 层气 井都是选择在 含 气量较 高的煤 区，割心提升 时 ，随着取心筒与井 口距 离的缩 短 ， 心 煤 中游离气不断逸 出 ，当达 到一定值时会将煤 心冲出取Ｊ ， 成取心 筒 造
低密度水泥浆种类多， 有空心徽珠低密度、 泡沫低密度、 山 火． 灰
低密度和其他类型低密度水泥浆等 。 空心微珠是煤燃烧后 经水和 电除尘处理的产品 ，与煤的亲合力较 好 ，密度低 、 破能力 可达 １０ ａ 抗 ４Ｍｐ ，能满 足煤层气 固井和生产 作业 的需要 。中原固井研制的高强度 、低密度水泥浆 ，其密度可降至 １ Ｏ ． ２ ｅ ｍ＇ ｇ ，水泥石抗压强度可达 １Ｍｐ以上 ，在油层固井 中应用较多 ，在 ｃ ５ ａ 煤层气固井 中也进行了成功应用 ，效果好 。 泡沫低 密度水泥浆 由于其 强度低 ，不能满足射孔和酸化压力的需 要 ，—般只能作为填充水泥浆使 用。火 山灰和其他类型低密度水泥浆 的密度相对较高 ．对储层保护不利。
缩小可钻性较差的地层进尺 。例如尽量避开研磨性的地 层。④ 钻柱摩
（ ） 壁稳定性差 。容易发生井 下复杂故障 。煤层 强度低 ，胶 １井 结性差 ．均质性差 ，存在较高剪切应力作用。 （ ） 层易受污 染 。实施煤层保 护措施难度 大。煤层段孔隙压 ２煤 力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液 、完井液和固井水泥浆中固相 颗粒 及滤液 的污染 ； 但在钻 井完井过程 中，为安全钻穿 煤层 ，防止井 壁坍塌 ，又要适 当提 高钻 井液完井液的密度 ， 持一 定的压 力平衡 ， 保 这 就必然会增加其固相含量和滤失量 ，加重螨层的污染。 ｝ （ ）煤层破碎含 游离气 多，取 心困难。煤层机械 强度低 ，胶结 ３ 性差， 空隙 大 ， 一般 煤层 取心收获率低。而且煤 层气 井都是选择在 含 气量较 高的煤 区，割心提升 时 ，随着取心筒与井 口距 离的缩 短 ， 心 煤 中游离气不断逸 出 ，当达 到一定值时会将煤 心冲出取Ｊ ， 成取心 筒 造
低密度水泥浆种类多， 有空心徽珠低密度、 泡沫低密度、 山 火． 灰
低密度和其他类型低密度水泥浆等 。 空心微珠是煤燃烧后 经水和 电除尘处理的产品 ，与煤的亲合力较 好 ，密度低 、 破能力 可达 １０ ａ 抗 ４Ｍｐ ，能满 足煤层气 固井和生产 作业 的需要 。中原固井研制的高强度 、低密度水泥浆 ，其密度可降至 １ Ｏ ． ２ ｅ ｍ＇ ｇ ，水泥石抗压强度可达 １Ｍｐ以上 ，在油层固井 中应用较多 ，在 ｃ ５ ａ 煤层气固井 中也进行了成功应用 ，效果好 。 泡沫低 密度水泥浆 由于其 强度低 ，不能满足射孔和酸化压力的需 要 ，—般只能作为填充水泥浆使 用。火 山灰和其他类型低密度水泥浆 的密度相对较高 ．对储层保护不利。
雾化钻井解决空气钻井地层出水问题
火北022 火北021
四、雾化钻井现场应用
火北地区空气钻井地层出水情况
火北021井311.2mm井眼自井深34m开始使用空气钻井，当空气钻进至井 深207m时排沙口岩屑返出减少，继续钻至213m时不返岩屑，同时发现排砂 口返出少量水。短提发现钻具本体上粘附有泥饼，增加气量至200m3/min， 循环观察，排砂口返出岩屑呈“糊状”。空气钻井无法继续进行，现场研 究决定转化为雾化钻井。
三、雾化钻井携岩、携水机理
乳化地层水、保持环空呈雾化稳态流
通过含有表面活性剂的雾化液，充分乳化少量的地层产出液，有效降低地层 水的表面张力，增强气体的卷席作用，气流将液膜卷席呈颗粒状液滴进入气流中 ，井筒周围的环形液膜逐渐减薄，促使环雾流向雾状流转变，使整个循环系统气 液固分布均匀。井眼循环畅通无阻，有利于空气流/雾化液使钻屑从井底快速返 出，实现正常的雾化钻井。
四、雾化钻井现场应用
雾化钻井实施情况
根据空气钻井地层出水时返出的“糊状”岩屑分析，地层水与钻屑 “粉尘”发生造浆反应，形成的泥饼环无法通过单纯的提高空气排量带 出井筒。现场配制了加入有发泡剂、井壁稳定剂的雾化液，用于分散岩 屑和地层产出液，使环空内气、液、固态物质呈雾态流，增强气流的举 屑能力。现场雾化液注入排量为40L/min，空气排量120～150m3/min。建 立循环后，注入的雾化液全部雾化，排砂口返出岩屑正常，说明雾化液 清洗井筒及携岩效果良好。
三、雾化钻井携岩、携水机理
分散“岩屑团”，增强空气举升力
雾化液特有的起泡、吸附、润湿反转等作用，将 遇水粘结成的钻屑团和粘附井壁的钻屑分离开来，防 止液滴聚集、钻屑堆积现象再度发生。这样可以大大 增强空气流举屑、携水能力。
四、雾化钻井现场应用
2012年新疆油田公司在火北区块火北021井、火北022 井实施了两口空气/雾化钻井。该区石炭系推覆体火成岩地 层预测厚度达2360m，火成岩地层坚硬，可钻性差，机械钻 速低。鉴于气体钻井技术在提高机械钻速方面具有较大的 优势，在该区石炭系较稳定地层实施空气钻井。
四、雾化钻井现场应用
火北地区空气钻井地层出水情况
火北021井311.2mm井眼自井深34m开始使用空气钻井，当空气钻进至井 深207m时排沙口岩屑返出减少，继续钻至213m时不返岩屑，同时发现排砂 口返出少量水。短提发现钻具本体上粘附有泥饼，增加气量至200m3/min， 循环观察，排砂口返出岩屑呈“糊状”。空气钻井无法继续进行，现场研 究决定转化为雾化钻井。
三、雾化钻井携岩、携水机理
乳化地层水、保持环空呈雾化稳态流
通过含有表面活性剂的雾化液，充分乳化少量的地层产出液，有效降低地层 水的表面张力，增强气体的卷席作用，气流将液膜卷席呈颗粒状液滴进入气流中 ，井筒周围的环形液膜逐渐减薄，促使环雾流向雾状流转变，使整个循环系统气 液固分布均匀。井眼循环畅通无阻，有利于空气流/雾化液使钻屑从井底快速返 出，实现正常的雾化钻井。
四、雾化钻井现场应用
雾化钻井实施情况
根据空气钻井地层出水时返出的“糊状”岩屑分析，地层水与钻屑 “粉尘”发生造浆反应，形成的泥饼环无法通过单纯的提高空气排量带 出井筒。现场配制了加入有发泡剂、井壁稳定剂的雾化液，用于分散岩 屑和地层产出液，使环空内气、液、固态物质呈雾态流，增强气流的举 屑能力。现场雾化液注入排量为40L/min，空气排量120～150m3/min。建 立循环后，注入的雾化液全部雾化，排砂口返出岩屑正常，说明雾化液 清洗井筒及携岩效果良好。
三、雾化钻井携岩、携水机理
分散“岩屑团”，增强空气举升力
雾化液特有的起泡、吸附、润湿反转等作用，将 遇水粘结成的钻屑团和粘附井壁的钻屑分离开来，防 止液滴聚集、钻屑堆积现象再度发生。这样可以大大 增强空气流举屑、携水能力。
四、雾化钻井现场应用
2012年新疆油田公司在火北区块火北021井、火北022 井实施了两口空气/雾化钻井。该区石炭系推覆体火成岩地 层预测厚度达2360m，火成岩地层坚硬，可钻性差，机械钻 速低。鉴于气体钻井技术在提高机械钻速方面具有较大的 优势，在该区石炭系较稳定地层实施空气钻井。
《气体钻井教程》课件
气体钻井的应用场景
总结词
气体钻井适用于多种地层和复杂地质条件下的钻井作业，尤其适用于易漏失地层和低渗 透地层的钻井。
详细描述
由于气体钻井具有对地层伤害小、可有效防止地层漏失和降低环境污染等优点，因此适 用于多种地层和复杂地质条件下的钻井作业。例如，在页岩气、煤层气等非常规能源开 发中，气体钻井技术得到了广泛应用。此外，在石油、天然气等常规能源开发中，气体
案例二：某气田气体钻井技术应用
总结词
解决复杂地层问题、提高产能、安全 可靠
详细描述
某气田针对复杂地层采用气体钻井技 术，有效解决了地层漏失和井壁不稳 定等问题，提高了单井产能和采收率 ，同时也保障了钻井施工的安全可靠 。
案例三
总结词
应对复杂地质条件、优化技术方案、提高安全性
详细描述
针对某地区复杂地层的特点，采用气体钻井技术时面临着诸多挑战。通过优化气体钻井技术方案，改 进钻井液性能，加强现场监测与控制，有效提高了钻井施工的安全性和成功率。
环保要求与可持续发展
严格环保法规
01
各国政府将加强环保法规的制定和执行，对气体钻井的环保要
求将更加严格。
清洁能源利用
02
气体钻井将更多地利用清洁能源，如天然气、氢气等，减少对
化石燃料的依赖。
可持续发展战略
03
气体钻井将更加注重可持续发展，通过技术创新和环保措施实
现经济效益和环境效益的双赢。
市场竞争与合作
采收率。
降低摩擦阻力
气体钻井的流体阻力较 小，有利于提高钻柱的
稳定性和旋转速度。
减少环境污染
气体钻井使用的流体不 含有水、盐或其他化学 物质，从而减少了对环
境的污染。
缺点分析
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一、气体钻井现场试验情况
（2）井壁稳定评估 对邻井窿10井200－ 4600m井段岩屑进行了室内 水化膨胀实验。200m取一 个岩屑样品，利用玉门青西 地区地层水对22个岩样进行 了岩屑水化实验。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000
机械钻速 （m/h）
6.81
8.42
6.91 4.66 5.29 2.67 7.19 2.93 2.50 2.89 4.16
一、气体钻井现场试验情况
与邻井机械钻速对比
井号
钻进井段 （m）
进尺 井眼尺寸 纯钻时间 （m） （mm） （h）
窿14 窿10 窿106
1358－1456.63 1456.63－1977.13 1977.13－2670.02
一、气体钻井现场试验情况
（4）空气螺杆试验 在雾化钻井过程中，在2255.86-2335.84m井段试验了φ197mm 的空气螺杆，钻进79.98m起钻后检测发现空气螺杆不转动，空气 螺杆使用寿命10h。 钻井参数：钻压10-20KN，转速30-40rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注入压力3.0MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min 平均机械钻速7.19m/h,最快机械钻速60m/h。钻至井深2331m 以后机械钻速基本在1.0m/h左右。
一、气体钻井现场试验情况
（3）牙轮钻头空气/雾化钻井 空气锤钻井后，下入牙轮钻头进行空 气钻井，由于地层出水，钻进过程始终不 见岩屑返出，钻进10m后转化为雾化钻井， 岩屑返出正常。钻进井段1456.632430.19m，进尺973.56m，平均机械钻速 4.58m/h。 钻井参数：钻压10-30KN,转速70－ 80rpm 空气注入参数：注入量100m3/min,注 入压力2.8MPa左右 胶液注入参数：注入量25L/min
一、气体钻井现场试验情况
2、可行性论证 在前期区域可行性论证的基础上进行了水层预测和井壁稳定评 估。 （1）窿14井水层预测 利用窿14井邻井窿14井和隆106井测井资料、地质分层及其对 比、岩性特征等，对窿14井井深500－3800m井段储层及其含水情况 进行了评价预测。 500－2240m：无水层。 2240－2740m：存在水层的可能性。 2740－2850m：存在水层。 2850－3330m：水层发育段。 3330－3760m：有发育水层。 3760－4940m：裂缝较发育，未进行储层划分。
气层厚度(Байду номын сангаас)
2 7 5 3 5 2 6 6 /
钻遇概率 (%) 50 50 50 50 50 50 50 50 50
油气水层预测
气层 水层 气层 气层 气层 气层 气层 气层 水层
一、气体钻井现场试验情况
红台地区储层产能情况
井号
疙8 疙9 红台2 红台6 红台8
层位
J2s J2s J2s J2s J2s
Φ152.4mm钻头×5200m Φ127mm表套×5200m
一、气体钻井现场试验情况
（三）现场应用情况
1、主要设备
序号 1
设备名称 顶驱
2
空压机
3
空压机
4
空压机
5
制氮车
6 井口控制系统
7
空气锤
8
空气螺杆
9 空气震击器
10
雾化泵
数量 1台
2台
4台 1台 1台 1套 1支 1支 1支 1台
规格型号 DQ－60P
一、气体钻井现场试验情况
4、应用效果 窿14井气体钻井钻头使用指标
序号
钻头 型号
钻进 方式
0 HJ517G
转盘
1 空气锤
空气锤
2 HJ537G
转盘
3 HJ537G
转盘
2 HJ537G 4 HJ517G 5 GP536D 5 GP536D 6 HJ517G
转盘 转盘 复合 转盘 转盘
7 HJ517G
1406－1515.93 1515.93－1972 1972－2674.41 1448.32－1597
1597－2870
98.63 520.50 692.89 109.93 456.07 702.41 148.68 1273
244.5 241.3 241.3 375 375 214.3 311 311
钻井参数：钻压30KN,转速60rpm 空气注入参数： 气量90m3/min,注入压力0.7MPa
为试验空气锤钻井技术，井深1392.43m起钻更换为空气锤钻井 （2）空气锤钻井 （1392.43-1456.63m,进尺64.23m，平均机械钻速8.42m/h， 最快机械钻速达98m/h） 钻井参数：钻压30KN,转速25－30rpm 空气注入参数：气量90m3/min,注入压力0.9-2.8MPa 钻至井深1453m后机械钻速明显下降，井深1456.63m起钻发 现不工作，空气锤使用寿命7h。
12.68 78.75 204.33 34.83 261.92 346.00 35.83 582
机械钻速 （m/h）
7.78 5.27 3.39 3.14 1.74 2.03 4.15 2.19
平均机械 钻速
（m/h） 4.16
1.97
2.30
一、气体钻井现场试验情况
二、吐哈地区红台2-15井氮气钻井
一、气体钻井现场试验情况
1、钻井速度慢的两个原因分析 （1）逆掩推覆体钻井难度大，速度慢。 地层硬度大。实钻资料显示，逆掩推覆体地层岩石密度为 2.6—2.94g/cm3，有些已经超过3g/cm3 ，与花岗岩相同。 可钻性差。玉门青西地区窿9井逆掩推覆体地层志留系、白垩 系取心资料显示，可钻性在6-8级之间。 研磨性强。窿9井在逆掩推覆体地层1254.78-1255.55m井段用 NC623取心钻头工程取心，取心进尺0.77m，心长0.21m，收获率 27.3%，取心钻头报废。
有效渗透率 （10-3μm2）
0.604 0.568 0.656 0.009 0.062 0.029 0.0013
表皮系数
9.00 32.97 20.53 6.54 11.86 10.62 7.20
储层中部压力 平均气产量
（MPa）
（m3/d）
0.91
7310
0.93
24010
0.90
/
0.89
5892
LMF-70/150DS高低压一体机
英格索兰1070型低压空压机 Cooper40X-80高低压分体机
NIPU-900 williams7100ep
197mm 180mm 177.8mm 排量18-360L／min 压力20MPa
使用情况
损坏16次，损失196h 1台正常，1台气举后损坏， 不能使用 1台不能使用 低压部分 正常 排砂管线23次刺穿 工作寿命9h 工作寿命11h 震击后现场不能复位 正常使用
4
6
8
10
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
一、气体钻井现场试验情况
（二）方案设计
2200m以上井段空气钻井 -3800m井段雾化钻井 -4700m井段泡沫钻井
Φ444.5mm钻头×1358m Φ339.7mm表套×1356.01m
Φ241.3mm钻头×4700m Φ177.8mm表套×4700m
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
低 膨 胀 区
高 膨 胀 区 低 膨 胀 区
一、气体钻井现场试验情况
针对高膨胀区，利用泡 沫胶液作膨胀液进行了膨胀 实验，膨胀率大幅度降低至5 ％以下，具有较好的抑制作 用，确定了泡沫胶液的配方：
水＋HVCMC＋SPS＋烧碱 ＋泥岩抑制剂
0
2
0.84
6988
0.86
／
0.88
2542
平均气产量 （m3/d）
/ / / 0.42 / / /
一、气体钻井现场试验情况
蹩跳钻严重。地层含砾、破碎，钻压超过50-80KN后减震器不 能有效缓解蹩、跳钻，使得钻具损伤严重。
井斜控制困难。地层倾角大（高达60－70°） 、倾向变化小， 采用常规的井斜控制方法收效甚微。
（2）深部白垩系泥云岩地层钻速慢 中、下沟组地层胶结比较致密，主要为致密的白云质泥岩、泥 质白云岩及砾岩，富含线状黄铁矿，裂缝发育，地层均质性差，且 非常致密，不仅硬度和密度增加，机械性能也向塑--脆性或塑性转 化，高围压下的岩石可钻性很差。可钻性在6-9级之间，最高达 9.73，在该层段采用160-180KN大钻压钻进日进尺只有10-20m。
一、气体钻井现场试验情况
2、工艺流程
一、气体钻井现场试验情况
3、现场应用概况
Φ444.5mm钻头×1358m Φ339.7mm表套×1356.01m Φ241.3mm钻头×2670.02m （4700m）
Φ152.4mm钻头×5200m
一、气体钻井现场试验情况
（1）空气钻井
（1358-1392.43m,进尺34.40m，平均机械钻速6.81m/h）
（一）红台地区基本情况 红台－疙瘩台构造主力气层在侏罗系三间房组，地质条件
复杂，地层压力普遍在0.8-0.9g/cm3之间，岩性主要为浅灰色 粉砂岩、细砂岩、砂砾岩，储层有效孔隙度为3-11％，渗透率 为0.5-2.0×10-3μm2，属中低孔低渗型储层。储层以泥质胶 结为主，水敏性强，孔隙间连通性差，属低压、低产储层。
一、气体钻井现场试验情况