空气钻井技术1
空气钻井技术难点分析及安全技术措施
空气钻井技术难点分析及安全技术措施摘要：首先阐述了空气钻井技术的设备及作业方法，随后对空气钻井的难点问题进行分析，并在此基础上提出了安全技术措施。
期望通过本文的研究能够对提高空气钻井作业效率和确保作业安全有所帮助。
关键词：空气钻井技术难点安全措施一、空气钻井技术的设备及作业方法综述（一）空气钻井设备所谓的空气钻井实质上就是利用空气作为循环介质进行钻井的过程，在这一过程需要使用到如下设备：1.空气压缩机。
这是空气钻井过程中最为重要的设备之一，它的主要作用是为钻井过程提供所需的空气。
空气压缩机的种类较多，如旋转叶片式、往复活塞式、旋转螺杆式等等，油田钻井作业中一般采用的都是螺杆式空气压缩机。
2.增压机。
在空气钻井中使用的增压机一般多为往复活塞式，其工作原理是将来自空气压缩机的空气增加至更高的压力，从而满足钻井过程对空气压力的要求。
增压机分为单级、双级和多级，通常情况下，1台增压机能够同时处理2台或是多台空气压缩机提供的空气。
3.管线与阀门。
管线的主要作用是输送经过空气压缩机出来的压缩空气，通常管线的额定压力与增压机的最大压力相匹配；在管线连接的位置处安装有相应的阀门，主要分为单流阀、球阀和安全阀，其作用是保护压缩机和方便泄压。
4.防喷装置。
基本上每一种钻井技术工艺井口返出的流体都具有一定的压力，为了保证钻井的过程的安全，都需要在井口安装放喷装置，空气钻井技术也不例外。
5.钻具止回阀。
通常情况下，在空气钻井过程中，需要安装至少两个钻具止回阀，其中一个需要接在钻头上，其作用是防止钻屑回流，另外一个则安装在井口附近的钻具上，其作用是防止空气喷出。
（二）空气钻井技术的作业方法空气钻井技术与常规的钻井液钻井技术有所不同，具体体现在它是用空气作为循环介质对钻头进行冷却，并以此来满足钻井作业需要。
正因如此，使得空气钻井技术的作业方法相对比较复杂，大体上可分为以下几个步骤：1.设备安装连接。
空气钻井技术中需要使用到一些特殊设备以及与之相应的附属配件，在进行钻井之前，需要将这些设备安装并连接在一起，所以这是空气钻井技术作业方法的关键环节。
空气钻井技术难点及其技术措施探析
空气钻井技术难点及其技术措施探析发布时间：2021-07-22T23:56:37.571Z 来源：《防护工程》2021年9期作者：任祖英[导读] 随着人们生活水平的提高和汽车的普及化，石油资源的开采也变得越来越紧张，因此对钻井技术的要求也随之增高。
中国石化中原石油工程公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要：随着人们生活水平的提高和汽车的普及化，石油资源的开采也变得越来越紧张，因此对钻井技术的要求也随之增高。
在这种情况下，如何更好的解决油田的采油问题，成为了我们必须要考虑的重要因素。
在实际的生产中，由于各种原因，往往会出现一些钻井事故，这些事故不仅给国家造成巨大的损失而且还影响着人民群众的生命财产安全。
关键词：空气钻井；技术难点；技术措施引言目前，国内对于空气钻孔的研究还比较少，但是近年来，国内外对环境的保护意识逐渐加强，这就使得空气的污染程度日益严重，而空气的清洁度又是衡量一个地区的生存状况的关键之一。
为了保证施工的质量以及延长其使用寿命，就需要不断地改进和完善相关的技术措施。
一、空气钻井技术的理论基础空气钻井技术是一种新型的钻井设备，其主要由空气过滤器、空气滤清器、水洗液装置等织成。
其中，空气滤清器的作用是将来自于海底的竞质进行清除，使其能够在水中自由悬浮，从而达到清洁的目的；而水洗液则通过对污水的清洗来实现对污染物的去除和处理。
在实际应用过程中，由于不同的环境条件和施工工艺的差异，以及操作人员的水平等因素的影响，使得空气净化效果也存在很大的差别；因此，为了保证该技术的使用性能，还需要对其的工作原理与结构做进一步的研究分析。
二、空气钻井技术现状分析目前，我国在海上钻井技术上已经有了很大的进步和发展，并且在很多方面都取得了显著的成就；但是，与国外先进国家相比，仍然存在着较；的差距和不足。
由于经济全球化的影响以及海洋资源的开发利用，使得全球空气环境质量不断恶化，严重危害着人类的身体健康。
因此，越来越多的人开始关注起空气钻井技术，并将其作为一种有效的手段来解决这个问题。
乌1井空气钻施工工艺技术
乌1井空气钻施工工艺技术摘要：乌1井位于新疆维吾尔自治区克拉玛依市乌尔禾区西北部。
是胜利油田在准噶尔盆地西部隆起哈山山前构造带部署的一口预探井。
介绍了乌1井空钻施工前基本情况和空钻施工难点、征兆及应对措施，阐述了施工工艺技术应用情况和效果。
关键词：空气钻、危害、征兆、应对措施1 乌1井空钻施工前基本情况乌1井设计井深7000米，4550米以上地层主要为石炭系，岩性是火成岩（主要为凝灰岩、玄武岩和安山岩）。
井身结构设计为一口非标井（非标准尺寸），导管：φ508mm×89.7m，表层：φ365.1mm×2020m，技套：φ273.1mm×4460m（未下）。
下完表层，井控装置试压合格，安装完空气钻相关设备及管线，各种原料、器材（见附件1）储备充足、完善，人员、措施部署到位，召开验收会，准备就绪。
2 空钻施工难点、征兆及应对措施2.1 地层出水危害：空气钻过程中，地层出水，极易导致岩屑滞留在井底及附着在钻杆外壁和井壁上，甚至聚集成块儿、形成水泥环，导致井眼缩径，起下钻困难。
严重的将导致卡钻故障。
征兆：①注气压力增大；②取样器中返出岩屑湿润；③停止喷淋后排屑管出口有雾状物出现。
应对措施：一旦发现出水，应及时采取措施，若少量出水且还有岩屑返出，可采用加大气量，循环排水，并根据出屑情况，再决定起钻、短起下或者继续钻进。
若根据岩屑返出情况和立压判断大量出水，则应及时起钻至套管鞋内，条件允许可转化为泡沫钻井，根据泡沫返出情况、出水情况、携岩情况，适时调整注液量和注气量，以满足正常钻井要求。
2.2 地层出气危害：空气钻过程中，地层出现可燃性气体，将会增加施工难度，因天然气在空气中的爆炸极限浓度为5%-15%，一旦井下出现燃爆情况，势必要造成钻具炸断、或者井壁坍塌。
征兆：①气测全烃值含量有明显的升高；②排屑管出口返出气体有异味。
应对措施：（1）监测和预防：①钻进时，设备摆放区域、排放管出口等处，均要有专人值班观察；②钻进时，检测人员要全程连续监测注入压力、流量；返出气体中的甲烷浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度的变化，发现返出气体的甲烷、硫化氢等参数异常变化时要立即通知相关人员；③钻进过程中，应加强对H2S和可燃气体的检测，在钻台、排放管口等处设置H2S报警仪和可然气体监测仪，现场作业人员携带便携式报警仪，发现H2S和可燃气体，及时报警，按应急程序采取相应措施。
空气钻井安全技术规范
《空气钻井安全技术规范》宣贯教材指挥部安全环保部程广存二〇〇七年一月十九日《空气钻井安全技术规范》宣贯教材一、标准编制的目的和意义川东北地区地质构造复杂多变，岩石致密坚硬，岩性变化大,机械钻速很低；高陡构造地层倾角大，井身质量不易控制，严重地制约了钻井速度和质量，进而延缓了该地区天然气田的勘探进度和开发速度。
为了解决这一难题，钻井施工单位根据国内外的经验，并与国内石油院校及国际专业公司合作，积极采用了空气钻井工艺。
实践证明，空气钻井技术具有提高机械钻速、解决恶性井漏、解决压差卡钻等诸多优点，对加快油气藏的勘探、开发具有重要作用。
但空气钻井对井眼的要求比较严格，不仅要求地层压力剖面、岩性剖面清楚，井身结构合理，裸眼井段井壁稳定，而且地层流体不能含硫化氢，不能含油气水层。
但是在实际工作中，我们不能非常准确地掌握地层的预告，由于一些不可预见的因素，随时有可能钻开高压油气水层或含硫化氢气层。
一旦用空气钻井钻开了高压油气水层或含硫化氢气层，油气迅速上升，关井井口压力非常大，如果处理措施不当，就会造成特大的灾难性事故，给人民生命财产和国家财产带来巨大的损失，因此空气钻井较常规钻井有更高的施工风险，且目前在我国没有一套成熟的空气钻井安全技术规范。
为了加快川东北特大气田的开发，我们编制了企业标准《空气钻井安全技术规范》，其目的就是规范空气钻井安全技术，降低空气钻井的作业风险，确保安全生产，促进我国空气钻井技术的发展。
二、标准编制的过程根据集团公司领导的指示，中石化集团公司科技开发部和安全环保部牵头，于2006年5月底在北京召开了会议，决定组织人员编制有关川东北特大气田勘探开发的26项标准，并确定了标准名称、标准主要内容及主要起草人，《空气钻井安全技术规范》就是26个标准之一。
为了适应川东北开发形势的需要，加快标准编制的速度，6月底在成都会议上又决定将标准起草人集中在乌鲁木齐，由科技开发部、勘探开发研究院派专人指导标准的编写。
空气钻井——精选推荐
摘要介绍空气钻井的主要设备、工艺流程、作业方法、注意事项及安全技术措施,对空气钻井施工设计、现场作业具有很好的实用性和指导意义。
空气钻井是用空气作循环介质的一种低压钻井技术。
空气钻井是实现地层压力系数小于1的欠平衡钻井的技术手段，对于保护和发现低压油气层，提高单井产量和采收率有重要的意义，还可用于严重漏失性地层的防漏。
在川渝地区3 口严重漏失井上应用空气钻井719. 48 m ,平均机械钻速7. 92m/ h ,平均钻井效率59. 96 m/ d ,与常规钻井、堵漏的方法相比,钻井效率提高8. 6 倍,对治理严重井漏见到明显效果,取得很好的技术经济效益。
关键词:空气钻井，欠平衡，井漏，气体型流体第1章空气钻井概况1.概念用于空气作为钻井流体所进行的钻井称作空气钻井。
用空气作为循环介质进行欠平衡钻井是最早发展的一种欠平衡钻井技术。
由于该技术是直接是使用大气中的空气，可减少环境污染和节约钻井液浪费。
2.国内外现状2.1国外国外在1950年后出现了试用空气作为循环介质钻井，获得成功。
并发现：（1）在相同地层条件下，钻头寿命和机械钻速比普通钻井液钻井有明显的提高；（2）在同一地区，原先使用常规钻井液钻井见不到油气的地层，使用空气钻井发现了工业性油流和天然气。
同一时期在泥浆中充气钻井开始应用，但直到80年代由于旋转防喷器、旋转控制头等为代表的欠平衡钻井装备的发展和成熟后，才在国外得到广泛应用。
由于充空气的充气泥浆在钻开产层时存在一定的井下燃爆危险，以及可能造成钻具的氧化腐蚀等问题，目前主要采用充氮气或是氮气与氧气按一定阻燃比例加入的混合气体方式。
应用空气流体作为循环介质的钻井技术先后在美国、加拿大、前苏联等国相继采用，并不断发展完善，并与其他钻井技术如水平井连续管钻井相结合，对低压油田增加单井产量提高采收率取得了明显的效果。
在美国气体、充气和泡沫钻井占到钻井总数的10%。
2.2 国内八十年代末，国内是新疆油田最早开展充气钻井技术的研究与应用，主要是解决低压层漏失的问题。
精简版空气锤钻井技术
转速过小，空气锤两次冲击之间的 扇形区域较小，容易导致空气锤钻 头齿重复破碎，影响机械钻速； 空气锤钻头重复破碎容易导致空气 锤钻头齿掉入已钻的凹坑内，导致 钻头齿的埋齿，严重时导致断齿掉 齿。
2020/4/13
中国石油勘探开发研究院工程技术研究所
16
空气锤钻井对转速要求
根据现场空气锤应用经验，一般转速根据以下公式加载：
R=b*ROP
其中： R：转速，r/h; b:转速系数， r/m,一般取96； ROP：钻进机械钻速，m/h；
空气锤机械钻速为30 m/h 钻进时，推荐加载转速应为2880r/h，即为： 48 r/min。
2020/4/13
中国石油勘探开发研究院工程技术研究所
17
空气锤钻井对气量要求
立压与气量： ● 立压的主要作用是克服压缩空气在循环过程中的沿程损失和局部损 失。 ● 立压过低，空气锤的冲击频率和冲击能都较低，影响钻速。立压过 高，对空压机的要求将提高。同时在换单杆时注气的时间较长，影响 钻井周期。一般立压大概在1.5-3Mpa之间最好。 ● 气量的作用是为空气锤提供活塞运动的能量和井底携屑以及冷却钻 头。气量的选取首先应满足所钻井眼所需的气量,其次根据所需气量 和井眼大小来选择匹配。注气量一般在80-270m3/min不等。
根据现场空气锤应用经验，一般钻压根据以下公式加载：
F=a*D
其中： Ｆ：钻压，kN; a:钻压系数， kN/mm,一般取0.09； D：钻头的尺寸，mm；
当然上述公式也不是绝对的，现场作业时只是作为推荐值。一般维 持在推荐值左右为好。
312mm的空气锤钻头钻进时，加载钻压推荐值应为312*0.09， 即为：28KN，即为2.8T。
空气锤钻井技术定义
空气钻井技术难点及对策
ｌｇ ｌ ｌ ｌ
空 气 钻 井 技 术难 点及 对 策
余红波
（ 河南省中原油 田钻井一公司 苏丹７ ７ ７队 河南 濮阳 ４７０ ） ５ ０ １
摘
要 ： 空气钻 井工 艺是一种 钻进效 率 比较 高的技术 手段 ，如 果使用得 当可 以极 大提高一 １ 井 的钻进 时效 ，降低总 的钻井作业 成本 。因此 ，介绍 空气钻井 的 ３
根 据满 足 正常钻 进 所需 要 的注气 量 计算 ， 当井深 超过 ３０ｍ ０ ０ 时环 空气 体密 度 不 高 于 １０ ／ ，远 低于 地层 水 的密 度 （ ５ｇ ｌ 纯水 密度 为 ｌ０ｇ １ ，可 以轻 易实 Ｏ ０／ ）
现 负压 钻进 。２ 以空气 作为 循环 介质 时彻 底 消除 了井底 压 持效 应 ，极大 的 ） 解 放 了机 械钻 速 ， 因此 空气 钻 进 具有 较 高 的机 械钻 速 ，一 般 是常 规钻 井 液
然 升高 、扭 矩变 化 、憋 跳严 重 、上 提 钻具 遇 卡等 井下 异常 现 象 时，应 立 即 停 钻， 活动钻 具 ，循环 观察 ，并及 时处 理。６ ）空气 钻进过 程 中 ，若 发现 地 层 出水 ，应 立 即停 钻 ，加 大 空气排 量 循环 观 察 。若 出水 量较 小 ，则 低速 钻 进 观察 ，确 认井 下 安全 后 ，按 摸索 出合理 的 钻进 参数 继 续钻 进 。若 出水 量
钻 进 方 式 的 ３８ 。３ —倍 ）利 用 空 气 钻。非 正常 地层 是 指天 然 裂缝 、溶洞 和 盐类 物 质 的夹 层 ，例 如硬 石 膏层 ， 而且 由于 空气 钻进 无液 相存 在 ， 因此不 会涉 及井 壁 的水化 失稳 问题 。４ ）空
技术特 点、分析空气钻井 技术难 点，并给 出运用空气钻 井技术时 的对策。
精简版空气锤钻井技术
钻
2 KQC系列空气锤及其成果
井
技
3 国内空气锤钻井技术应用
术
研
4 空气锤钻井技术展望
究
2020/4/13
中国石油勘探开发研究院工程技术研究所
21
第二部分 KQC系列空气锤研制及其成果
内容
KQC系列空气锤概况 KQC系列空气锤基本型号 KQC系列空气锤性能参数 KQC系列空气锤研究成果
2020/4/13
长寿命空气锤研究
改进易失效零部件：为使空气锤延长空气锤的使用寿命，对空气锤容易失效 的零部件进行了失效分析并改进； 加强空气锤的润滑：加强空气锤的润滑机理研究，保证空气锤良好的润滑性 能； 加强钻头钢体破坏研究：加强对钻头钢体进行破坏机理研究，对钢体应力集 中部位进行了结构改进设计； 加强钻头齿研究：对钻头齿材料进行优选，并经特殊工艺处理，加工出不种 材料复合而成的钻头齿，使钻头不仅有良好的抗冲击韧性，而且硬度高、耐 磨性强，在提高保径效果的同时提高了钻头的使用寿命。 单只钻头的最高进尺记录已经达到1899.35m.
2020/4/13
中国石油勘探开发研究院工程技术研究所
12
空气锤钻井对钻压要求
施加不合适的钻压的后果
钻压过大
钻压过大，空气锤钻头齿与岩石接 触过于紧密，不便于旋转，增加了 钻具的扭矩，增加钻具事故的可能 性；
钻头齿与岩石接触过于紧密，使得 钻头齿处于高度研磨状态，加重对 空气锤钻头齿的磨损，影响空气锤 钻头的使用寿命。
转速过小，空气锤两次冲击之间的 扇形区域较小，容易导致空气锤钻 头齿重复破碎，影响机械钻速； 空气锤钻头重复破碎容易导致空气 锤钻头齿掉入已钻的凹坑内，导致 钻头齿的埋齿，严重时导致断齿掉 齿。
2020/4/13