反循环钻井工艺技术及发展趋势

张 仟

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

反循环空气钻井是指气体从空气钻井装备（空压机、膜制氮、增压机）经气体管线从环空进入井筒到达井底，携带岩屑依次经过气体钻井反循环专用钻头、钻具内眼、水龙头、立管等上返至地面的一种钻井技术。反循环空气钻井作为欠平衡/气体钻井的重要分支，与钻井液常规钻井相比具有高钻速、保护油气储层、降低成本等优势，在国内外进行了较为越广泛的应用。具有代表性的是加拿大PressSolLtd公司，该公司借鉴了岩土钻掘工程中反循环钻进思路，开发出适合中浅层气资源的RCCD(Recycle Center Cycle Drilling Tech⁃nology)反循环钻井系统，近几年RCCD系统成功地应用到浅气层的商业开发中[1-4]。

因为空气密度低，并具有可压缩性，所以常规钻井的相关理论对空气钻井已不再适用。反循环空气钻井在国内处于起步阶段，相关的理论分析、计算方法尚未形成，急需开展反循环空气钻井相关理论的研究，为反循环空气钻井的装备选型、工艺技术参数优化提供理论基础和技术支持[2-8]。

1 反循环空气钻井技术的原理及特点

1.1 反循环空气钻井技术原理

图1 RCCD反循环钻井原理及结构示意图

根据不同的钻井和完井要求，需要配备RCCD反循环用特殊钻杆、钻井液马达、MWD工具、空气钻头、反循环钻头、隔离测试工具、套管脱气工具、固井工具、旋转防喷器、地面压井与节流防喷管线、反循环容积式气马达和注气水龙头等。

1.2 反循环空气钻井技术特点

反循环空气钻井技术具有如下特点：

（1）能及时、准确地反映钻遇地层特性。气体在钻具内上返速度高，携带岩屑能力强，能及时、准确地反映地层岩石的特性。

（2）能提高漏层钻井效率。在漏层钻井时，钻头处的气体对井底形成一定的抽汲作用，岩屑及时携带走，进一步减少压持效应，减少了岩屑重复破碎，提高钻井效率。

（3）保护油气储层，降低对储层的污染。由于反循环钻井时，循环介质在环空由上向下流动，与正循环时相比对井底的循环压耗降低。同时钻进产生岩屑从钻具内管被携走，不会增加环空钻井液密度，作用于地层的压力小，所以在易漏地层钻进时，可有效降低储层的污染，保护储层。

（4）丰富气体钻井手段，提高气体钻井效率。可采取正循环、反循环2种方法进行气体钻井，提高了气体钻井对复杂地层的处理能力。经计算，应用反循环空气钻井可适当减少注气量，进一步减小气体钻井所需的成本。

2 反循环空气钻井工艺流程

为了不影响正循环气体钻井作业，并同时有效地实现反循环空气钻井，对上述RCCD系统进行了简化，省去了双壁钻杆、动力头及旋流器等设备。简化的反循环空气钻井是指气体从气体发生设备（空压机、膜制氮、增压机）经气体管汇从环空进入井筒到达井底，携带岩屑依次经过气体钻井反循环专用钻头、钻具内眼、水龙头、立管等上返至地面。图2为反循环空气钻井工艺流程图。

图2 反循环空气钻井工艺流程图

3 反循环空气钻井钻井工艺参数及作业程序

反循环空气钻井现场施工工艺技术参数及作业程序如下：

第一，控制网。工作人员在开展测绘工作前，首先要根据GPS技术的使用条件和技术特点构建三维控制网络，还要设立一个基准站为GPS技术的运行创造良好的环境。需要注意的是，控制网要满足GPS测绘技术的要求。由于GPS技术具有灵活高效的特点，且受到干扰源的影响也较小，即使是复杂恶劣的地势环境也能应对自如，在工作过程中灵敏度高且抗性强，是当前测绘领域的重点应用手段之一。为了使数据更加准确，在构建控制网时要防止短边情况的发生。

（1）管线连接。由于气举时气体返至地面的冲击力较大，可能造成水龙带大幅摆动，产生不安全因素，所以还应该采用正循环气举。这就要求在连接气体钻井管线时要实现既能进行正循环气举又能进行反循环钻进的目的，经过分析研究可采取如下方法：

①在放气管汇后加装三通使进气管线分别连接到反循环流道的压井管汇和正循环的立管处并分别加装球阀；

②在防喷器壳体的液动平板阀和立管处分别连接排气管线并经三通连接到排砂管线并同样加装球阀。这样只要在工况需要时倒换阀门就能分别实现正反循环的功能。

（2）钻具组合。由于钻进采取反循环，气举采取正循环方式。所以在下入的钻具组合中不能下入单流阀。待正常钻进未进入产层前在钻具的上部加装反向单流阀以便在反循环空气钻井接单根操作中减少放气时间，进入产层前最后一趟钻要拆除所有单流阀以便特殊情况下可进行正反循环压井。

（3）气举。按照上述连接好气体钻井管线后，在气举时关闭反循环球阀打开正循环球阀按照常规气体钻井程序进行气举。气举完成进行反循环气体钻进前打开反循环球阀关闭正循环球阀进行反循环钻井等后续工作。

（4）注气量。反循环空气钻井中岩屑是从钻具内循环上返至地面，比正循环气体钻井时岩屑流经通道的截面积要小得多。经过计算软件计算，在3500m井深处，携带同样的岩屑反循环为仅需气量33.1m3，所需气量仅为正循环方式的三分之一，大大节省了设备量。

（5）钻进。在正式钻进前要进行试钻进工作，逐渐调整钻进参数，使岩屑能被气体通过钻头携带井底循环至地面，避免重复破岩影响钻速甚至无进尺。待钻进参数调整至最优后再进行反循环空气钻井的正常钻进工作。

（6）接单根。进行接单根操作时，同样要遵循正循环气体钻井时的原则，充分循环井底，待井底岩屑全部返至地面后进行停气作业，待井底气体压力降至大气压后再进行接单根作业，否则易造成岩屑冲击伤人。

（7）气液转换。气体钻井完成进行钻井液转换时要从压井管汇反循环灌注钻井液，待建立正常的钻井液循环后再进行起钻等后续作业。

4 反循环空气钻井技术的发展趋势

通过对反循环空气钻井技术进行研究，总结分析了国内外反循环空气钻井技术发展趋势[6-9]：

（1）需要开展反循环空气钻井流体理论模型研究与计算，特别是开展反循环空气钻井压力及排量的计算模型研究；

（2）开展反循环空气钻井地面配套设备的研究，特别是开展反循环空气钻井钻头及侧入式气水龙头的研究，并完善其性能；

（3）通过不断的现场试验，摸索出适合反循环空气钻井技术的现场施工技术参数。

5 结论和认识

（1）反循环空气钻井技术具有提高钻井效率、降低污染、及时与保护储层等特点，具有比较广阔的应用前景；

（2）在不影响正循环空气钻井作业的前提下，给出了具体的反循环空气钻井钻井工艺参数及作业程序，进行反循环空气钻井施工能够有效促进反循环钻井技术的发展；

（3）给出了反循环空气钻井技术的下步发展趋势及建议，为该技术的进一步发展提供了技术参考。

[1]PaulMackay，等.反循环钻井避免损害低压气层[J].国外油田工程,2003,19(9):19-20.

[2] 朱丽红.反循环空气钻井压力计算分析[J].钻井液与完井液,2009,26(4):34-37.

[3] 田玉栋.徐深气田空气钻井转换雾化钻井最佳时机确定[J].石油钻采工艺,2017,39(1):17-21.

[4] 杨顺吉,李军,柳贡慧.气体钻井井底低温对岩石破碎的影响机制[J].中国石油大学学报：自然科学版，2016,40(4)：90-94．

[5] 田玉栋.徐深气田气体钻井问题分析及技术对策[J].中国石油大学胜利学院学报,2016,30(2):12-14.

[6] 韩烈祥,孙海芳.气体反循环钻井技术发展现状[J].钻采工艺,2008,31(5):1-5.

[7] 王运美.反循环钻井技术在浅层气开发中的应用[J].石油机械,2007，35(5):59-61.

[8] 武乾文,柳贡慧,李军.气体循环钻井室内相似模拟方法研究[J].石油钻采工艺,2009,31(5):11-14.

[9] 田鲁财,宋瑞宏,赵凯来.气体反循环钻井工艺技术研究[J].中国科技博览,2013(14):1.