氣體鉆井工藝技術理論及應用探討

童金松

摘 要：氣體鉆井相比于利用鉆井液的傳統鉆井方式，具備鉆速高、可對油氣層進行保護、鉆井整體成本較低等優點，在國內外受重視程度越來越高，得到了日益廣泛的應用。我國國內對于氣體鉆井理論及計算參數的深入研究起步較晚，當前加緊對于氣體鉆井中流體動力學的系統研究，抓緊研發一套便捷、精確、系統的氣體鉆井流體力學參數計算、設計及控制體系，是我國石油行業亟需解決的重要課題。本文對氣體鉆井中的技術理論進行了深入的研究分析，以期對氣體鉆井技術中流體動力學的參數計算體系形成提供一定的幫助。

關鍵詞：氣體鉆井工藝;技術理論;應用

中圖分類號： TE242 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-178-2

1 ?氣體鉆井的應用前景及適用范圍

1.1 氣體鉆井的應用前景

現在的氣體鉆井技術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，并且防止井漏的產生。而當前我國的大多數油田都處在開發的尾期，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提供了較為廣闊的應用前景。最近一段時間內，我國投入開發了大量的低滲透油氣藏，人們在這種油氣藏的保護上聚集了較多的精力，而氣體鉆井技術相對于傳統的鉆井液鉆井來說，能夠更好地對低滲透油氣藏進行保護，同時，氣體鉆井的鉆井過程具備花費較低、造成環境污染較小等優點。總而言之，由于在各方面都具有傳統鉆井技術不具備的優勢，氣體鉆井技術在我國的應用前景越來越廣闊。

1.2 氣體鉆井技術的適用范圍

氣體鉆井技術因其自身的特性具備著極為突出的優點，但與此同時其必然因這些特性而存在適用范圍上的限制，這里對氣體鉆井技術的適用范圍及局限性進行了簡單的介紹。

1.2.1 ?氣體鉆井技術的適用范圍

①巖石較為堅硬的地層;

②具有穩定性較強井壁的地層;

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;

⑥對液體循環介質較為敏感的地層。

1.2.2 ?氣體鉆井技術的局限性

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用，空氣鉆井中應用較為廣泛的是牙輪鉆頭。

③空氣鉆井技術不能應用于地質較軟的地層之中。一般情況下，軟質地層中會產生尺寸較大的巖層碎屑，會對井深較大時的氣體攜屑造成一定阻礙。

④存在井底著火的現象。當油井內烴類氣體與空氣的含量達到一定的比例時，就有可能造成燃燒現象的出現。而采用分支水平井，也就是說以主井筒為中心向周圍打出向生產層深入數百米的輔助井筒，將其作為排油通道連通普通井之間沒有投入開發的油藏，從經濟上來講，其投入基本相當于在建設完成的礦場區內重新開了新油田。在建設完成的油田利用原井眼進行側鉆水平井眼的二次完井是如今可行且更為經濟的方法。

2 ?氣體鉆井工藝流程優化

2.1 井口地面控制分流系統

2.1.1 ?設計原則

氣體鉆井這種鉆井技術具有很高的風險，常規的鉆井液鉆井技術是對地層流體進行控制，讓其進入井筒，而氣體鉆井技術則是準許地層進入井筒。所以在氣體鉆井中在井口和地面實施有效的控制手段對允許進入井筒的流體進行控制是十分關鍵的。綜上，氣體鉆井井口地面控制分流系統的設計必須要滿足下列原則：

①達到井口的設計壓力;

②已在油田試用，證實安全、可行。

2.1.2 ?井場布局

①氣體鉆井井場布置如圖1所示。

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圖1 ?氣體鉆井井場布置圖

②井頭設備布置。

旋轉頭：由旋轉與非旋轉兩部分組成，其中旋轉部分會隨著鉆柱旋轉而旋轉，而非旋轉部分則會配合同密封裝置，保證從環空中流出的含巖屑氣流流入排出管線，從而達到保護鉆井工作人員與鉆井平臺安全的目的。

防噴器組合：空氣鉆井過程中使用的防噴器主要有兩種。一種是環形防噴器（又稱旋轉防噴器），其主要是靠液動作用將膠芯向井口重心擠，直到將鉆具抱緊或將井口全封閉，從而達到封閉井口的目的;另一種是閘板防噴器，其要求同時具備半封與全封。氣體鉆井井口示意圖如圖2所示。

2.2 氣體鉆井工藝技術流程設計

2.2.1 ?設計原則

氣體鉆井的風險性較高，其整個過程都是對流體的控制。因此，在氣體鉆井過程中必須遵循以下幾點原則：

①對井壁的穩定性做出有力保證;

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都可以應用在碎屑巖儲層和碳酸巖儲層中，并且可以在此過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計

氣體鉆井工藝設計的流程如下：

①收集儲層中特殊物質的數據，包括巖石性質、儲層的地層壓力、孔隙率、滲透率、地層中流體流量、溫度及儲層中的潛在敏感物等;

②根據儲層特點選擇完井方式;

③選擇氣體鉆井使用的氣體類型，包括天然氣、柴油機尾氣、空氣及惰性氣體等;

④對井口地面控制分類系統進行設計;

⑤設計鉆柱，主要包括鉆柱組合方式和強度的設計選擇;

⑥對氣舉進行設計;

⑦設計氣體流動力學參數，主要包括注氣量、注氣壓力、井底壓力、鉆頭內壓力等幾方面的數據;

⑧設計機械破碎參數，主要包括鉆頭、鉆壓以及其轉速的選擇設計;

⑨安全、井控的設計。

3 ?結束語

綜上，本文對氣體鉆井工藝技術理論及應用進行了簡單的介紹與分析，當前我國的氣體鉆井工藝還不完善，這就要求相關的科研人員加緊對氣體鉆井技術的研究，對其進行不斷地完善與更新，為我國油田的良好開發打好堅實的基礎。

參 考 文 獻

[1] 張書瑞.大慶油田氣體鉆井關鍵技術研究[D].東北石油大學，2011.

[2] 肖洲，吳俊，顏小兵，李宬曉.氣體鉆井技術的發展趨勢與新技術探討[J].鉆采工藝，2014，05：5-7+117.

[3] 黃濤.淺議氣體鉆井后續工藝技術的應用[J].石化技術，2015，03：71.