气体钻井技术及现场应用共45页文档
气体钻井技术现状与应用前景展望1-肖国益
钻 尾气钻井 井 天然气钻井
非产层 产层
纯空气 空气雾化 空气泡沫 充空气
雾化钻井（雾的密度一般为0.02-0.07g／cm3）
纯氮气 氮气泡沫 充氮气
纯尾气 尾气泡沫 充尾气
泡沫钻井（气相可为空气、氮气、天然气）
(泡沫密度一般为0.07－0.6g／cm3，气体占泡沫体积的55%－96％)
ZPEB
四川盆地60年代曾经在8口井中使用天然气钻开产层， 见到一定效果，由于井控设备落后、工艺技术差、装备不 配套而没有进行下去。
四川油气田最近几年为了解决长段低压破碎地层的钻 井问题，提高低压、低渗油气藏的开发效益，提高钻井速 度，用天然气钻开低压低渗透储层，提高了机械钻速。
川西南矿区在天然气钻井的基础上，在20世纪90年代 中后期，针对不同的地质要求，进行了空气泡沫、空气钻 井以及空气充气钻井、尾气钻井、尾气泡沫钻井、尾气充 气钻井等多种钻井方式的实践；2003年6月川西南核桃１井 空气钻井首获成功。
井号 X1023 X1016 乌24
百1841
百1827
1653 1671 彩28
井段 （m）
1407.72-1512.02
1745.00-1865.00
1626.00-2106.92
ZPEB
适用的地质条件： （1）地层情况清楚，岩层坚硬、干燥，井壁稳定 （2）非常规裂缝地层，严重漏失地层 （3）水敏性强的地层 （4）地层压力系数低于正常压力梯度的地层 （5）严重缺水的沙漠、高原地区 （6）煤层气钻井 （7）低压产层
两次飞跃(30∽50/80∽90年代)，基于不同的
发展动力
勘探开发
非常规15% 克服施工困 应用25% 难 60%
其它30% 勘探开发 经济效直接钻井成本, 提高综合效益.
气体钻井技术在川渝地区的应用
气体钻井技术在川渝地区的应用四川石油管理局钻采工艺技术研究院二００六年六月（四川石油管理局钻采工艺技术研究院艾惊涛）一、概况川渝地区气体钻井技术的发展主要经历了三个阶段：第一阶段，上世纪60～70年代，开展了天然气钻井技术的试验，用于保护和发现油气层，并取得了一些经验。
受到当时气体钻井装备的限制，天然气钻井经过一段时间的试验很快陷于停顿状态。
第二阶段，上世纪90年代，很多的气田的开采都到了后期，储层压力系数远远低于1，迫于石油天然气的勘探开发形势的需要，在修井作业中开展少量气体修井工作，主要是应用柴油机尾气工艺技术，但气体钻井的成功经验非常少，对国外气体钻井技术了解不多，再加上气体钻井装备投资大，使得该项技术在川渝地区的发展缓慢。
第三阶段，进入21世纪后，比较系统地研究气体钻井理论与装备，并进行大量试验，气体钻井初具规模。
有三个方面的因素加快了气体钻井技术的发展，第一个原因就是钻井工程技术服务走向国际市场、降低成本提高效益的需要，“伊朗项目”迫使我们不得不采用气体钻井技术；第二个原因就是随着国民经济的快速发展，石油天然气供求矛盾日益突出，急切需要在国内找到更多的石油天然气资源，气体钻井技术是解决“难动用资源”有效技术途径之一；第三个原因就是解决钻井工程复杂的需要，由于近几年石油天然气勘探工作量加大，钻井面临的难度也加大，钻井速度慢、井漏复杂成为制约勘探开发的瓶颈，这也迫使我们加快气体钻井技术的发展。
经过几代石油人的不断探索，气体钻井装备不断配套完善，气体钻井工艺日益成熟，气体钻井专业化服务队伍逐步壮大。
2004年专业化重组通过整合钻井公司资源，组建了专业化的空气钻井公司，气体钻井装备得到升级换代。
现有各型空压机31台，供气能力达到900m3/min，各型增压机18台，膜制氮4套，制氮能力210 m3/min ，雾泵4台，空气钻井公司现有专业技术服务人员51人，具备5口井同时作业的能力。
截止2006年5月在川渝地区有针对性的开展了各种类型气体钻井77井次，其中空气/泡沫40井次，氮气钻井19井次，天然气15井次，尾气钻井3井次，气体钻井技术逐渐走向成熟。
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。
气体钻井教程-1
十）、排砂管线尺寸、结构及安装：
排砂管线必须从井口直接接出，不能拐弯，并固定牢 靠。出口子啊下风60—100米。 排砂管线的直径不能太小也不能太大，其直径计算公 式如下：
d排砂管≥√1.1(d² 套管内径-d² 钻杆外径)
窿9
十二）、三位四通阀应有两个远程控制台，且应配 备双阀。 十三）、钻井操作 1、在钻头上必须接浮阀；每钻进100-200米要接一个单流阀； 2、接单根前，必须循环3-5分钟； 3、接单根或立柱前必须先停泵（泡沫），继续供气直至泡沫 液进入最上一个单流阀以下，再打开旁通阀，关闭供气阀、 打开泄压阀排空钻柱内和管线内压力；接好单根后立即恢复 供液再供气。 4、起钻前应至少循环一周； 5、人员不得在高压管线和排空管线处逗留； 6、远程控制阀（钻台上）必须专人操作；
7、配备足够数量的灭火装置。 8、距井场200米外各处设置警示板，说明此处在进行空气和 天然气钻井。 9、严格用火制度。井场不许用明火，不许吸烟，除特殊许 可外不需用燃炉。 10、来访者必须先接受安全知识培训。 11、机动车辆应停在距井场一定距离的指定地点。 12、无线电话和便携电话机应放在井场60m以外的地方。 13、井口必须居中，误差不的大于5mm。 14、定期检查封井器状态和工作情况，并定期试压，检查内 膛，对有锈蚀、斑点和凹坑的密封环不应使用。
压力（
）
易燃区域
大气压力 天然气混合物（体积%）
可燃气体爆炸极限示意图
六）、防斜： 扶正器有利于防斜，可用满眼钻具组合或钟摆钻具组 合，方钻铤由于其刚度是圆钻铤的160%，其防斜效果较好。 如果在钻具结构中加入减震器，防斜效果更佳。在坚硬地 层的易斜段使用空气锤钻井可以达到很好的防斜效果。 七）、钻具要多加个浮阀： 钻头上加浮阀，钻具上根据需要加入适量单流阀。 八）、钻头： 选用硬地层的强保径齿钻头，密封要可靠。装水眼更 有利于冷却钻头延长寿命。可以装20/32或24/32的大直径 水眼，还可以堵一个水眼，但堵水眼的两边牙轮应保径是 最好的。 九）、所有连接管线都必须栓保险绳并用地脚螺栓固定：
气体钻井后续工艺技术研究与应用
在空气钻井有 毒气体 ， 至于井 内气 体浓 度增 加至 不 燃 爆点 发生燃 爆或 高浓 度 的可燃 有 毒 气 体 从井 口溢 出 伤人 ， 在起下 钻 、 井时 要求采 用氮 气抽 吸 、 环排 砂等 通 循 措施 ， 引导 、 排除井 内气 体 ， 持井 内清 洁 。 保 ３ ２ 浅层气 溢 出情况 下下套 管 固井技 术措 施 ．
将 出 现弹性 区和塑 性软 化 区 ； 如果 地 应 力 载荷 很 大 ， 井 眼周 围塑性 软 化 区进 一 步扩 展 ， 井 眼周 围会 出现 残余 在
区 川。
一 一 一 区 一 一 一
圈 １ 气体钻井井壁稳定性分析模型
１２ 气 体钻 井 转换 介质 后 井壁失 稳分 析 ． 气 体钻 井转 换介 质 后 的井 壁失 稳 问题 是 限制 气 体 钻井 优 势发 挥 的重要 瓶 颈 问题 之 一 。气 体钻井 完成 后 ， 转换 为泡 沫 钻井 ， 因泡 沫失 水 对 井 壁 岩 石 的 水 化 作 会
摘
要： 气体钻 井 已经成 为 比较成 熟的 一项钻 井技 术 ， 它可 以 大幅度 地提 高机 械 钻速 ， 有效 地保 护 储
层 。但在气体钻井后续工艺中， 常常因为介质转换而发 生井壁坍塌、 卡钻等井壁失稳现 象， 影响气体 钻 井 的整体 时效 。分析 了气体 钻 井及 转换 介质 后 井壁 失稳 的力 学特 点 ， 结合 川渝地 区气体钻 井 实践 ，
岩石 的力学 的不 稳定 性 ＿ 。 １ 】
研究 结果 表 明 ： 体 钻井条 件下 在井 壁周 围 由于应 气
水平井气体钻井关键技术分析
水平井气体钻井关键技术分析发表时间：2016-11-08T16:27:34.810Z 来源：《基层建设》2015年11期作者：夏磊1 路志平2 曹继飞2 崔海林2[导读] 摘要：目前气体钻井技术已在国内外得到广泛的应用，能够有效提高钻井机械钻速，减少地层漏失，保护油气储层等。
为了扩大气体钻井技术的应用范围，提高致密砂岩、泥页岩等非常规低渗透油气藏的开发效益，将气体钻井应用于水平井的开发成为发展的方向。
1.中石化胜利石油工程有限公司黄河钻井五公司山东省东营市 257000；2.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东省东营市 257017摘要：目前气体钻井技术已在国内外得到广泛的应用，能够有效提高钻井机械钻速，减少地层漏失，保护油气储层等。
为了扩大气体钻井技术的应用范围，提高致密砂岩、泥页岩等非常规低渗透油气藏的开发效益，将气体钻井应用于水平井的开发成为发展的方向。
本文调研分析了国内外气体钻水平井实例，总结了现有设备的不足，分析了气体钻水平井的技术难题，为国内开展相关研究提供了借鉴。
关键词：气体钻井；井眼轨迹；随钻测量；井下工具引言气体钻井技术能够有效提高钻井机械钻速，减少地层漏失，保护油气储层等。
近年来，随着油气勘探开发技术的进步，气体钻井技术在国内外的应用越来越广泛。
为了提高低渗透油气藏开发效益，将气体钻井应用于水平井钻井成为未来发展的方向。
自1986年以来国外先后使用气体钻井成功钻成多口水平井，很好地解决了常规钻进过程中存在的问题，但仍存在着一些问题，主要包括：气体钻水平井井眼轨迹控制、随钻测量技术、大井斜条件下井眼清洁等。
本文针对以上问题，调研分析相关的新技术和新方法，为气体钻井在水平井中的应用提供了参考。
1 气体钻井地层造斜特性分析气体钻井的循环介质为气体，井底压力很小，井底岩石的受力状态等与常规钻井不同，这就使得其地层造斜特性与常规钻井存在很大差异。
国内外学者采用多种研究方法分析了气体钻井条件下地层的造斜特性，认为：1）与常规钻井液钻井相比，气体钻井井底存在的负压差，放大了倾斜地层上倾和下倾两侧岩石应力的不对称性，使地层各向异性指数明显增大，地层的造斜特性增强；2）相同钻具组合条件下，气体钻井的钻具降斜力比常规钻井时有所增加，但增加幅度小于地层造斜力的增加幅度。
气体钻井工艺技术研究
气体钻井工艺技术研究摘要：文章对气体钻井技术的发展状况进行梳理，阐释气体钻井技术的分类，如：空气钻井、氮气钻井、天然气钻井和柴油机尾气钻井。
分析气体钻井工艺流程。
提出气体钻井的优势与局限性，优势方面主要有：提高钻井速度，缩短钻井周期；消除井漏对一钻井的影响；克服水敏性页岩坍塌；减轻或消除钻井流体对油气层的伤害，能随钻评价产层。
局限性方面主要为井壁稳定问题和井壁稳定问题。
关键词：气体钻井工艺技术油气勘探一、引言我国对气体钻井技术进行系统的研究和应用始于20世纪80年代末。
1989年新疆石油管理局钻采研究院从国外引进了第一套移动式专用空气钻井设备，其供气能力为75m3/min。
新疆石油管理局利用该设备实施了空气雾化和空气泡沫钻井工艺。
随着欠平衡钻井技术在我国的兴起，20世纪末本世纪初，四川、长庆、辽河、胜利、吐哈等油气田也相继开展了气基流体欠平衡钻井技术的应用。
二、气体钻井技术的分类1.空气钻井空气是气体钻井中使用较多的循环介质，主要用于非储层段钻进。
钻进时，空气压缩机从大气中吸入空气，经过增压以及冷凝析水后入井，由于空气可以直接从周围环境中提取，所以该项技术的成本相对较低。
但是，如果钻进过程中遇到可燃气体，则井下有发生燃爆的危险，因此，在钻进时需要密切监视返出物中烃类含量的变化。
典型的空气钻井地面管汇，2.氮气钻井在钻井过程中，氮气既可以单独作为循环介质，也可以与其他流体一起入井。
氮气优于空气的地方在于氮气与烃类混合时不会燃烧，因此氮气钻井可有效地避免井下燃爆。
钻井过程中氮气的来源一般有低温供氮和膜分离制氮两种。
由于低温供氮方法所能提供的氮气较少，因此很少用于长井段氮气钻井作业，在现场主要用于压裂作业。
膜分离制氮装置能够在现场制氮，可满足连续钻进的要求，但制氮设备价格较为昂贵，相应地会增加钻井成本，因此，一般用于钻穿产层段。
3.天然气钻井由于天然气钻井入井流体与地层产出的烃类之间不发生反应，因此在井下没有燃爆的危险。
天然气井钻井与井控技术
天然气井钻井与井控技术摘要介绍天然气井的特点以及井控技术。
关键词天然气;特性;井控天然气具有发热量大、燃烧完全、运输方便、对空气污染少等优点,在世界能源消费结构中占有重要地位。
据专家预测,21世纪上半叶,天然气将成为第一能源。
但是,天然气具有密度低、可压缩、可膨胀、易燃烧、易爆炸等不同于石油的许多特殊性质,决定了其开采利用的复杂性、风险性和危险性,特别是更易导致恶性井喷、火灾爆炸、硫化氢中毒、管柱腐蚀等常见事故。
1天然气井的特点1.1天然气侵入井筒的方式天然气侵入井筒的方式主要有:随破碎的岩屑侵入——岩屑气;浓度扩散侵入——扩散气;重力置换侵入——置换气;压力差侵入——压差气。
前三种情况在钻井施工中无法通过提高钻井液密度来阻止气体进入井内,但岩屑气和扩散气进入是一个缓慢而少量的过程,对井内的压力平衡影响较小,在地面加强除气就可以了;如钻遇大的裂缝、溶洞,发生置换,可能会进入大量的气体,但操作人员可以立即发现并采取措施关井循环除气;最关键的是第四种压差气,一旦井内平衡遭破坏而出现负压差,地层气体就会大量进入井内,不能及时发现则会酿成严重后果。
1.2气侵的特点及危害1)侵入井内的气体由井底向井口运移时,体积逐渐膨胀,越接近地面,膨胀越快。
因此,在地面看起来气侵很严重的钻井液,在井底只有少量气体侵入。
2)一般情况下,气体侵入钻井液后呈分散状态,井底泥浆液柱压力的降低是非常有限的。
只要及时有效地除气,就可有效避免井喷。
3)当井底积聚相当体积的气体形成气柱时,随着气柱的上升(滑脱上升或循环上升),在井口未关闭的情况下,环境压力降低,体积膨胀变大,替代的钻井液量越来越多,使井底压力大大降低,更多的气体将以更快的速度侵入井内,最终导致井喷。
4)气侵关井后,气体将滑脱上升,在井口积聚。
但体积变化并不大。
使气体几乎仍保持原来的井底压力。
这个压力与泥浆柱压力叠加作用于整个井筒,容易导致井漏和地下井喷。
1.3气侵情况下的气液两相流的流动特点气体进入井眼后,井内为气液两相流,由于二者密度不同,气体将会滑脱上升,在泡状流时,气体的滑脱速度不大,一般为150~300m/h;在段塞流时的滑脱速度约为1800~3000m/h。