气体钻井工艺技术理论及应用探讨

童金松

摘 要：气体钻井相比于利用钻井液的传统钻井方式，具备钻速高、可对油气层进行保护、钻井整体成本较低等优点，在国内外受重视程度越来越高，得到了日益广泛的应用。我国国内对于气体钻井理论及计算参数的深入研究起步较晚，当前加紧对于气体钻井中流体动力学的系统研究，抓紧研发一套便捷、精确、系统的气体钻井流体力学参数计算、设计及控制体系，是我国石油行业亟需解决的重要课题。本文对气体钻井中的技术理论进行了深入的研究分析，以期对气体钻井技术中流体动力学的参数计算体系形成提供一定的帮助。

关键词：气体钻井工艺;技术理论;应用

中图分类号： TE242             文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2017）01-178-2

1  气体钻井的应用前景及适用范围

1.1 气体钻井的应用前景

现在的气体钻井技术主要是在中低压地层中使用，可以使钻井速度得到较大幅度的提升，并且防止井漏的产生。而当前我国的大多数油田都处在开发的尾期，地层中的压力或多或少都有一定幅度的降低，这就为气体钻井技术提供了较为广阔的应用前景。最近一段时间内，我国投入开发了大量的低渗透油气藏，人们在这种油气藏的保护上聚集了较多的精力，而气体钻井技术相对于传统的钻井液钻井来说，能够更好地对低渗透油气藏进行保护，同时，气体钻井的钻井过程具备花费较低、造成环境污染较小等优点。总而言之，由于在各方面都具有传统钻井技术不具备的优势，气体钻井技术在我国的应用前景越来越广阔。

1.2 气体钻井技术的适用范围

气体钻井技术因其自身的特性具备着极为突出的优点，但与此同时其必然因这些特性而存在适用范围上的限制，这里对气体钻井技术的适用范围及局限性进行了简单的介绍。

1.2.1  气体钻井技术的适用范围

①岩石较为坚硬的地层;

②具有稳定性较强井壁的地层;

③流体侵入较少的地层;

④孔隙压力中等偏低的地层;

⑤较为干旱的缺水地区;

⑥对液体循环介质较为敏感的地层。

1.2.2  气体钻井技术的局限性

①不能很好地控制侵入地层的流体。

②钻头适用的范围较小。耐高温性能不强的金刚石类钻头等，由于空气冷却钻头的效果较差而很少在空气钻井中得到应用，空气钻井中应用较为广泛的是牙轮钻头。

③空气钻井技术不能应用于地质较软的地层之中。一般情况下，软质地层中会产生尺寸较大的岩层碎屑，会对井深较大时的气体携屑造成一定阻碍。

④存在井底着火的现象。当油井内烃类气体与空气的含量达到一定的比例时，就有可能造成燃烧现象的出现。而采用分支水平井，也就是说以主井筒为中心向周围打出向生产层深入数百米的辅助井筒，将其作为排油通道连通普通井之间没有投入开发的油藏，从经济上来讲，其投入基本相当于在建设完成的矿场区内重新开了新油田。在建设完成的油田利用原井眼进行侧钻水平井眼的二次完井是如今可行且更为经济的方法。

2  气体钻井工艺流程优化

2.1 井口地面控制分流系统

2.1.1  设计原则

气体钻井这种钻井技术具有很高的风险，常规的钻井液钻井技术是对地层流体进行控制，让其进入井筒，而气体钻井技术则是准许地层进入井筒。所以在气体钻井中在井口和地面实施有效的控制手段对允许进入井筒的流体进行控制是十分关键的。综上，气体钻井井口地面控制分流系统的设计必须要满足下列原则：

①达到井口的设计压力;

②已在油田试用，证实安全、可行。

2.1.2  井场布局

①气体钻井井场布置如图1所示。

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图1  气体钻井井场布置图

②井头设备布置。

旋转头：由旋转与非旋转两部分组成，其中旋转部分会随着钻柱旋转而旋转，而非旋转部分则会配合同密封装置，保证从环空中流出的含岩屑气流流入排出管线，从而达到保护钻井工作人员与钻井平台安全的目的。

防喷器组合：空气钻井过程中使用的防喷器主要有两种。一种是环形防喷器（又称旋转防喷器），其主要是靠液动作用将胶芯向井口重心挤，直到将钻具抱紧或将井口全封闭，从而达到封闭井口的目的;另一种是闸板防喷器，其要求同时具备半封与全封。气体钻井井口示意图如图2所示。

2.2 气体钻井工艺技术流程设计

2.2.1  设计原则

气体钻井的风险性较高，其整个过程都是对流体的控制。因此，在气体钻井过程中必须遵循以下几点原则：

①对井壁的稳定性做出有力保证;

②地层出水量（油）必须小于气体的最大携带能力;

③利用惰性气体及天然气钻井是硫化氢的含量每立方米低于二十毫克;

④在以上几个基本条件得以满足的情况下，利用天然气及惰性气体的钻井技术都可以应用在碎屑岩储层和碳酸岩储层中，并且可以在此过程中使用先期裸眼的完井方式。

2.2.2  气体钻井工艺流程设计

气体钻井工艺设计的流程如下：

①收集储层中特殊物质的数据，包括岩石性质、储层的地层压力、孔隙率、渗透率、地层中流体流量、温度及储层中的潜在敏感物等;

②根据储层特点选择完井方式;

③选择气体钻井使用的气体类型，包括天然气、柴油机尾气、空气及惰性气体等;

④对井口地面控制分类系统进行设计;

⑤设计钻柱，主要包括钻柱组合方式和强度的设计选择;

⑥对气举进行设计;

⑦设计气体流动力学参数，主要包括注气量、注气压力、井底压力、钻头内压力等几方面的数据;

⑧设计机械破碎参数，主要包括钻头、钻压以及其转速的选择设计;

⑨安全、井控的设计。

3  结束语

综上，本文对气体钻井工艺技术理论及应用进行了简单的介绍与分析，当前我国的气体钻井工艺还不完善，这就要求相关的科研人员加紧对气体钻井技术的研究，对其进行不断地完善与更新，为我国油田的良好开发打好坚实的基础。

参 考 文 献

[1] 张书瑞.大庆油田气体钻井关键技术研究[D].东北石油大学，2011.

[2] 肖洲，吴俊，颜小兵，李宬晓.气体钻井技术的发展趋势与新技术探讨[J].钻采工艺，2014，05：5-7+117.

[3] 黄涛.浅议气体钻井后续工艺技术的应用[J].石化技术，2015，03：71.