第8章2：气体钻井技术.
国内气体钻井工艺技术现状
第一作者简介： 窦金永（ ９４） 男（ １ ８一 ， 汉族） 天津人 ， ， 助理工程师 ， 现从事气体／ 欠平衡钻井研究工作 。
２１ ００年第 １ 期 ２
西部探 矿工 程
２ ３
成 。气体 钻水平井 将 气体 钻 井保 护 储层 与水 平 井扩 大 渗流 面积的 优 点相 结 合 ， 三低 油 气 藏 开 发 的有 效 手 是 段 。国内存在大量 的低孔 、 渗 气 藏 ， 井 产 量 受裂 缝 低 单 发 育程度 影响较大 ， 为提 高单井 产量应 大力 推行气体 钻 水 平井技 术 、 水平 分支井 技术 ， 大钻 遇裂缝 机会 。 增
在 的差距 ， 图为 国内气体钻 井工艺技术 水平 的提 高提供 新 思路 ， 力 具有 一定 的参 考和指 导意 义。
关键 词 ： 气体 钻 井 ； 艺技 术 ； 状 工 现
中图分类号 ： Ｅ ４ 文献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ４ ５ １ （ ０ ０ １一 Ｏ ２ 一 Ｏ Ｔ ２ Ａ １０－ ７ ６２１） ２ Ｏ ２ ３ 近年来 ， 内各 油 田积 极 推广 应 用气 体 钻井 技 术 ， 国 有一 定 的影 响 。大 庆钻 井 院通 过研 究 得 出 了注气 排 量 与影 响 因素 之间 的定 量关 系 。
３ 气体钻 井取芯 技术
气体钻 井不存 在液柱 压力 ， 取岩 芯 由于应力快 速 所 释放 和钻柱 振动 易形成 薄片状 岩芯块 ； 岩芯人筒摩 阻较 大， 且受 到高速气 流 冲刷 ， 降低 了单 筒取 芯 进尺 及岩 芯
收获率 。此外 ， 刚石 或 Ｐ Ｃ钻 头在 气 体钻 井 条件 下 金 Ｄ 冷 却存 在 问题 ， 易 早 期 损 坏 。针对 气 体取 芯 技 术 难 极
２ ２
白音查干区块气体钻井技术研究与应用
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
钻井实施细则
钻井实施细则第一章总则第一条为贯彻公司《XX与油气钻井规定》和相关标准规范，确保公司工作的有效开展，防止井喷失控事故的发生，结合公司实际，制定本细则。
第二条井喷是钻井事故，井喷失控是灾难性事故。
一旦发生井喷失控或着火爆炸，将会打乱正常的生产和工作秩序，造成人员伤亡、设备毁坏、油气井报废、油气资源破坏和环境污染等严重后果。
第三条钻井工作是一项要求严格的系统工程，涉及到开发、钻井工程、安全环保和教育培训等部门。
各单位各部门必须认真贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，牢固树立“井喷是可以预防的、井喷失控是可以避免的”、“井喷失控是责任事故”的理念，坚持“、环保，联防联治”的原则，构建完善“积极”长效机制，加强基础工作，坚决杜绝井喷失控事故的发生。
第四条钻井技术是保证油气XX钻井安全的关键技术。
做好工作，既有利于发现和保护油气层，又可有效地防止钻井井喷、井喷失控事故的发生。
第五条本细则规定了公司钻井风险分级和管理、设计、装置、钻开油气层前的准备和检查验收、油气层钻井过程中的作业、防火、防爆、防硫化氢措施和井喷失控的处理、管理制度等九个方面的内容。
第六条本细则适用于公司钻井作业的管理。
公司有关部门、单位及进入公司区域作业的钻井和专业技术服务单位必须执行本细则。
第二章风险分级与管理第七条井位踏勘、钻前准备和编制钻井设计时，必须进行风险识别，针对主要危害和重要环境因素，制定有针对性和可操作性的防控措施和应急措施。
第八条根据公司实际，从设计井的地质条件、地面环境和工艺技术难度等入手，钻井风险分为三级：一级风险井：区域探井、油气井、高压油气井、高含硫油气井、深层潜山井、欠平衡钻井和海洋钻井平台施工井。
二级风险井：探井、评价井、含硫油气井、水平井、侧钻及中途测试等特殊工艺井，NP1-1人工端岛和NP1-2 、NP1-3、 NP4-1、NP 4-2人工岛上施工的其它井。
三级风险井：除一、二级风险井之外的其它井。
气体反循环钻井工艺技术研究
进 思想， 开 发 出 适合 浅层 气 资源 的 ＲＣ Ｃ Ｄ（ Ｒｅ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ Ｄ ｒ ｉ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）反 循环 钻 井 系 统 ， 近几 年 该 系统 成 功 地 投入 到 浅 气层 的商 业 开 发 中 ，走 在 了该 项 技 术 的世 界 前列 …。 由于 气 体 不 仅密 度 低 ， 而具 有 很 大 的可 压 缩性 ， 所 以常 规 钻井 液钻 井 的 有 关理 论对 气 体钻 井 已不 再 适用 。 气体 反循 环钻 井 在 中国 刚刚起 步 ， 很 多理 论分 析 、 计 算方 法 尚未形 成 ， 急 需开 展 气 体反 循环 钻 井理 论方 面 的研究 ， 为气 体 钻井 的设 计 、 设备 选 型 、 工 艺参数 优 化 提供 理 论 保 证 和 技术 支 持 ｌ
二 气 体反循 环钻 井 工艺 流程
蓑 ≮ 意
鎏 ｌ ： 翌 鼗 辇
图２反 循环 最 小注 气量 及压 力 曲 线
（ ３ ） 钻压 ： 进行反循环试钻进期间， 应以小钻压为主， 前期可采用１ ０ ～３ ０ １ （ Ｎ
进行 均匀 钻进 ， 同 时观察 返屑 情况 。 如 果返 屑正 常可进 一 步增 加钻压 。 （ ４ ） 转速 ： 转速可 通过钻 头厂家 技术人员进 行指导 ， 或采 用正 循环常规 转速
进 行钻进 。
为 了不影 响正循 环气 体钻井 作业 ， 同时简单 有效 的实现 反循环 气体 钻井 ，
对上 述ＲＣ Ｃ Ｄ 系统 进行 了简化 ， 省去 了双 壁钻 杆 、 动力头 及旋 流器等设 备 。 简化
四 气体 反循 环钻 井技 术的 发展 方向
钻井工程理论与技术课后题简答题答案
钻井⼯程理论与技术课后题简答题答案第⼀章钻井的⼯程地质条件1.简述地下各种压⼒的基本概念及上覆岩层压⼒、地层孔隙压⼒和基岩应⼒三者之间的关系。
答：静液压⼒：是由液柱⾃⾝的重⼒所引起的压⼒，它的⼤⼩与液体的密度、液柱的垂直⾼度或深度有关。
地应⼒：钻井⼯程施⼯之前存在于地下某点的应⼒状态为原地应⼒状态。
地层孔隙压⼒：岩⽯孔隙中流体所具有的压⼒。
也称地层压⼒。
上覆岩层压⼒：是指由上覆岩层重⼒产⽣的铅垂⽅向的地应⼒分量。
该处以上地层岩⽯基质和岩⽯孔隙中流体的总重⼒所产⽣的压⼒。
基岩应⼒：是指由岩⽯颗粒间相互接触⽀撑的那⼀部分上覆岩层压⼒。
也称有效上覆岩层压⼒或⾻架应⼒。
地层破裂压⼒：地层某深度处的井壁产⽣拉伸破坏时的应⼒地层坍塌压⼒：地层某深度处的井壁产⽣剪切破坏时的应⼒上覆岩层的重⼒是由岩⽯基质（基岩）和岩⽯孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压⼒是地层压⼒与基岩应⼒的和2、简述地层沉积⽋压实产⽣异常⾼压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩⽯颗粒就没有⾜够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩⽆法增加它的颗粒与颗粒之间的压⼒。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，⽽下⾯基岩的⽀撑能⼒没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地⽀撑本来应由岩⽯颗粒所⽀撑的那部分上覆岩层压⼒，从⽽导致了异常⾼压。
3、简述在正常压实的地层中岩⽯的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩⽯密度逐渐变⼤，⽽岩⽯的孔隙度变⼩。
随着井深的增加，岩⽯的强度增⼤。
在正常地层压⼒井段，随着井深增加，岩⽯的孔隙度减⼩，声波速度增⼤，声波时差减⼩。
在正常地层压⼒情况下，机械钻速随井深增加⽽减⼩，d指数随井深增加⽽增⼤。
所以dc指数也随井深的增加⽽增⼤。
4、解释地层破裂压⼒的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压⼒。
答：在井下⼀定深度的裸露地层，承受流体压⼒的能⼒是有限的，当液体压⼒达到⼀定数值时会使地层破裂，这个液体压⼒称为地层破裂压⼒。
石油与天然气钻井井控规定
石油与天然气钻井井控规定石油与天然气钻井井控规定第一章总则第一条：井控技术是保证石油天然气钻井作业安全的基础技术,做好井控工作, 既有利于发现和保护油气层,以可防止井喷和着火事故的发生.第二条：井喷失控是钻井工程中性质严重,损失巨大的灾难性事故.一但发生井喷失控,将使油气资源受到严重破坏,还易酿成火灾,造成人员伤亡,设备毁坏,油气井报废,自然环境污染,第三条：井控工作是一项要求严密的系统工程,涉及勘探,开发 ,钻井,技术监督,安全,环保,物资,装备,培训等部门,必须十分重视,各项工作必须有组织地协调进行.第四条：井控工作包括井控设计,井控装置,钻开油气前的准备工作,钻开油气层井控作业防火,防爆,防硫化氢安全措施,井喷失控的处理, 井控技术培训和井控管理制度等八个方面.第五条：本细则是为贯彻集团公司《石油与天然气钻井井控规定》而制定的，凡在新疆油田进行作业的相关单位都必须按此细则执行。
第六条：本细则井控设计、井控装置、钻开油（气）层前的准备工作、钻开油（气）层井控作业等部分，未全面考虑欠平衡钻井作业。
欠平衡钻井作业中的特殊井控技术和管理，由其钻井工程设计作详细规定。
第二章井控设计第七条：井控设计是钻井,地质工程设计中的重要组成部分,包括以下主要内容:一．满足井控安全的钻前工程及合理的井场布置。
参照执行Q/CNPC—XJ 0281—1999《钻井井场设备布置技术要求》规定的井场面积与设备布置。
二、钻井地质设计中应有：全井段的地层压力梯度，地层破裂压力梯度（预探井除外），注采井分层动态压力数据以及浅气层、邻近井资料；区域探井和重点探井设计时应安排地震测井（VSP）。
三、适合地层特性和满足井控要求的钻井液类型和密度，合理的加重钻井液、加重剂和其它处理剂储备。
（预探井或外甩井、无取芯和岩屑资料，可选用地面露头岩样分析，以获得钻井液设计的基础资料。
）四、合理的井身结构。
五、满足井控作业安全的各次开钻井控装备六、有针对性的井控技术措施。
气体钻井井壁稳定严究
• 气体钻井非常具有潜力，是一条解决易漏地 层钻井问题、保护低压低渗油藏、提高钻井 速度的有效途径，但是在施工中已经暴露了 气体钻井的诸多局限性。其中，井壁稳定问 题是限制气体钻井优势发挥的重要瓶颈问题 之一。 • 气体钻井条件下井眼内完全没有支撑力，在 这种极端条件下井壁如何保持稳定，需要从 力学上去深入研究和探讨。
1-3 应力 [MPa]
400 300 200 100 0 0
3=326MPa 3=165MPa =84.5MPa
3 3
=50MPa 3=23.5MPa =0MPa
3
0.01
0.02
0.03
0.04 1 应变
0.05
0.06
0.07
• 岩石内部微裂纹的扩展研究
– 岩石微观结构表征
则该微元z方向受力 为：
直井岩石受力的模型
该微元受到径向、切向和圆 柱轴向的三个方向压力，构 r0
O
σθ
成无切应力的三向围压状态。 极坐标系下的几何方程:
σr
pi
广义胡克定律：
极坐标下的无体力平衡方程: 得到径向位移的运动方程：
边界条件：1.当该微元远离井口时，径向的位移应为零；
2.在井壁上径向压力即为井内压力： 竖直圆柱井孔周围 岩石受力状态为：
– 石油钻井岩石特殊受力状态的合适准则
• 针对岩石--拉伸强度：压缩强度=1:15； • 三向/两向围压占主导地位，应该用哪个准则？ • 考虑岩石微观力学性质及结构。
需要深入研究和实验来验证。
• 岩石失效准则的合理选取及判断
1.4 1.2 1
应力
0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 应变 0.6 0.8 1
九龙山某井气体钻井技术及事故处理实践
