张长印

（胜利油田川东北工委技术管理部，山东东营 257000）

空气钻井的施工技术分析

张长印

（胜利油田川东北工委技术管理部，山东东营 257000）

空气钻井技术被大量用于油田钻井施工，是一种钻进效率比较高的钻井技术。空气钻井技术使用娴熟程度直接影响到钻井进度以及钻井成本的高低，如何提高钻井施工技术是一门值得研究的学问。就空气钻井的特点和技术要点，分析空气钻井施工过程中技术难点，并对如何提高空气钻井施工技术提出对策。

空气钻井施工；技术难点；对策

钻井一直是国际上钻井技术研究的一个热点，钻井是利用压缩气体来作为动力进行运动的。国外有技术称现在已经解决了空气作为动力在钻井过程中的易漏、钻机速度低下的技术难题，这项新的技术就是空气钻井技术，空气钻井技术有效地提高了钻进的效率和速度，同时和传统的钻井相比有着较大的优势。空气钻井一方面提高了钻屑的排除效率，另一方面在空气钻井方式下岩石的受压力分布更加的均匀，这就增大钻头与岩石接触的面积，同时钻身受到的挤压力变小了，并有利于钻头更深的吃入底层和破碎岩石。这样就能大大地提高钻机的转速。空气钻井最大的优点是对原油层没有污染，能及时在钻进过程中发现油藏。本文就基于空气钻井的优越性，着重地谈一下空气钻井施工技术中的一些细节。

1 空气钻井施工的技术特点

空气钻井技术与以往的钻井技术相比有以下优点和特点。（1）实现全面欠平衡钻进

空气密度在标准状态下是1.29g/L，钻机在正常工作状态时，所需要的注气量是满足的，但是当钻井的深度超过3000米时，钻井的环气体密度不能高于150g/L，远远低于钻进底层中水的密度，那么钻机所受的掘进压力几乎为零，就可以轻松地实现负压力钻进。

（2）把空气当成钻机循环动力就能消除钻井底部的压力，钻机的钻速能大幅度的提高，比传统的液压钻井钻进速度提高至少3～8倍以上。

（3）空气钻井技术较以往传统的钻井技术能顺利地穿过非正常底层。钻进过程中所指的非正常底层是指底层中的天然裂缝、溶洞、盐碱地层的夹层等，例如空气钻井机在硬石膏层中的钻进时不存在液体压力，不会因钻井温度引起井壁中水化的能力失衡问题，保护了井壁的安全。

（4）空气钻井机设备简单便于操作。空气钻井和以往的钻井机相比设备简单，除了主要压缩机系统外，只需要在井口加一个旋转防喷器就可以。省去了以往钻井的复杂设备安装，节省了时间。

（5）空气钻井机的安全性能高。空气钻井机由于使用的是空气作为传动力，因此不会发生钻进过程中与有害气体污染和天然气的爆炸现象。使用空气钻井机进行钻井时，能及时发现井内溢出的有害气体，也能及时的转换钻进作业方式，避免了井口爆炸。

2 空气钻井的施工技术难点

虽然新的空气钻井技术有明显的优势，但空气本身也是有特殊性的，所以不可能全面代替传统钻井液完成钻井井口的作业过程，空气钻井的很多技术难点仍待解决。

2.1井斜钻进控制难度大

空气钻井施工中斜井的施工控制难度非常大，国际上对于斜井控制技术没有一个很好的解决法案，我国目前在斜井钻进施工上主要采用轻压吊打等对设备破坏较大的施工工艺。而实际分析造成井斜的原因主要有以下三点：①空气钻井机械设备造斜率不规律，没有研究清楚造成斜率的原因；②井斜出现的时候没有及时调整钻机位置，钻屑没有及时清理，使得钻头靠近井壁而斜度增加的更快，从而使得井斜更加严峻。③钻井过程中由于空气钻井的高速旋转气流对井壁的冲击力太大，固定钻机的稳定架不起作用，造成井直径严重扩大，也是造成井斜原因之一。

2.2钻进层突然冒水

空气钻井机由于不能再空气的传输中添加井壁稳定剂，所以在不稳定底层不能直接使用空气钻井技术。空气钻在遇到底层中饱和水时，粉尘和水混合会堵塞钻管，容易造成卡钻，这个难题到现在一直没有解决。

2.3岩石硬度

大量的钻探实践证明了空气钻井在坚硬岩石中效果最为理想，但遇到软层岩石效果就大打折扣。因此在使用空气钻井技术时要很好的掌握地质情况，划定岩石的硬度范围。

2.4不稳定底层坍塌

空气钻井是否能运用到坍塌底层中目前是一个正在研究的课题。

2.5选择空气钻井配套的空气压缩机

空气钻进设备出了配备地面监测设备外，还要配备雾化设备，防止钻进过程中飞屑过多，堵塞钻头孔。

2.6防止井下不明气体爆炸

空气用于欠平衡钻井具有一般气体欠平衡钻井的特点，但由于空气中含有腐蚀和着火来源的氧气，容易造成腐蚀和井下着火。只要压缩空气中的氧同烃液或天然气混合，就极易燃烧或爆炸。

2.7做好排出管路的清理工作

空气钻井在钻井过程中最害怕突然管道堵塞，一般认为当排出管内的气流速度大于25.4m/s时，是不会产生堵塞现象的。

3 空气钻井施工技术难点对策

（1）根据设计要求配备和所钻井眼尺寸，配备满足施工的空压机，以满足钻井所需要的空气量，准备好其他的被套设备如雾化泵、化学外加剂送入泵，防止空气钻井机在遇到出水时候的危险，及时的转化为雾化或者泡沫钻井。

（2）做好钻井施工前的所有准备工作，进行井口和地面设备的调试运行。调试设备压力是否满足钻机功率，调试合格才能进行施工。

（3）对施工人员进行技术和安全培训，要明确施工工艺、技术措施、注意事项等。保证每个现场操作人员都是持证上岗，避免违规操作造成事故。

（4）空气钻井机在工作过程中要注意监测设备的压力变化情况，如果出现压力突然的升高或者降低，应该立即停止钻机地钻进工作，检查原因，循环观察，查明原因后继续施工。

（5）钻进过程中出现大量泛水时，应该立即关掉钻机，同时加大空气的排量使钻头周围的水不至于倒灌进钻机。如果泛水过一段时间后水量减小，这是可以把钻机的钻速调低，边调节变观察，等到钻机稳定时记住此时的钻速参数，继续进行钻进。

（6）入井钻具必须安装两只以上钻具止回阀，一只接在钻头上，另一只接在井口附近的钻柱上。在有条件的井队，还应在钻挺与钻杆之间装一只井下防火阀。同时，在空气钻井时，每钻进50～100m应在钻具上加接一只钻具止回阀。

4 总结

空气钻井的施工技术是低压钻井技术的一种，钻井可调控范围大，能很好地起到保护油层的效果，目前是世界钻井施工使用最广泛的技术。但空气钻井技术能然有很多的难点目前还没有一个解决的优化方案，但空气钻井技术的优越性如降低开发成本，提高经济效益已经深受好评，空气钻井技术必将有一个广阔的前景。

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[3] 范希连，袁骐骥，王军波.空气钻井选井分析[J].西部探矿工程，2009，（5）.

[4] 刘彪，杨明合，钟文健，等.空气钻井井斜因素分析及工艺应用[J].断块油气田，2009，（2）.

Construction Technique of Air Drilling

Zhang Chang-yin

Air drilling technology was extensively used in oil drilling，drilling is a more effi cient drilling techniques.Air drilling technology uses skilled directly affects the cost of drilling and drilling progress level，how to improve the construction of drilling is a technique worth studying science.In this paper，the characteristics and air drilling techniques，the analysis of air drilling process technical diffi culties，and how to improve the construction technology of air drilling to propose a solution.

air drilling；technical diffi culties；countermeasure

TE242.6

A

1003-6490（2016）01-0085-02

2015-12-28

张长印（1976—），男，工程师，主要从事钻井工程工作。