定向井空气钻井和测量技术应用探讨

林正平

摘要：定向井在石油开采领域应用较广，定向井空气钻井也逐渐得到业界的广泛认可与应用。空气钻井技术的优势在国际钻井领域日益显现，定向井空气钻井和测量技术使钻井施工安全性大大提高，钻井机械钻速和钻井成功率有效提升，建井周期缩短，作业成本得到有效控制。在使用先进钻井技术的同时，还要做好测量工作，才能保证钻井工作的顺利进行。

关键词：定向井;空气钻井;测量技术

1空气钻井技术

空气钻井施工是将常规的液体钻井液的循环，应用空气代替，通过空气的作用，达到钻探施工的目标。利用空气压缩机的作用，将空气的压力升高，携带井底的岩屑，保证钻井施工的顺利进行，达到预期的钻井进尺。空气钻井技术措施是目前为止钻速最快的钻井施工技术措施，属于欠平衡钻井的范畴。

1.1空气动力马达

定向井空气动力马达动力来源主要是压缩的高压空气气流，通过高压气流带动钻头转动，达到削切地层岩石的目的并将所产生的岩石粉末携带到地面。

1.2空气泡沫钻井

对于地层破碎、裂缝性及漏失容易发生的井段展开钻井作业应当采用空气泡沫钻井流体技术，高压空气压缩机将空气压缩为高压气流，再经由钻柱水孔钻入井下马达，达到驱动马达转子转动并带动钻头削切岩石的目的，最终将削切产生的石屑携出地面。通过将无固相颗粒的空气泡沫流体混入空气流便可达到马达与钻头充分润滑的目的，既不会污染油气层，又会因密度低而避免地层压漏防止井下事故发生，钻井平衡有效避免传统钻井中泥浆污染环境的问题，发挥传统液体泥浆钻井所不具备的技术优势。

空气中钻具的操作敏感性比液体中更强，只需对钻具施加很小的钻压便可展开钻井作业，一旦遭遇低压状态钻具便会自动关闭。空气钻井中的钻头通常选择密封轴承钻头，为控制钻头对空压机的压力要求，钻头下井最好避免喷嘴安装。为保证定向井空气钻井技术效果，空气动力马达应在低钻压和泵入空气流条件下启动，且钻具不能离开井底，一旦钻具脱离井底，则压力释放后膨胀的空气将通过钻头从而导致马达飞速转动，定子必将因摩擦过热而损坏，动力转动系统也可能因钻压的瞬间升高而损坏。

2空气钻井技术难点及其技术措施

空气钻井过程中极易发生卡钻事故，也会出现水侵的现象，给石油钻探带来安全隐患，影响到钻井施工的顺利进行。分析地层的出水程度，降低水侵对钻井施工的影响，才能保证安全钻探，达到设计的钻井施工的效果。

2.1空气钻井的技术难点问题分析

当地层小流量出水后，地层水与泥饼结合，在钻杆上形成泥包，导致井眼缩小，循环的阻力增大，极易发生卡钻的事故，给钻井施工增加工作量。利用硅胶或者硬脂酸钙对油层的出水进行吸收处理，才能避免发生卡钻事故，保证安全钻探。地层中等出水后，需要加注泡沫剂，变成雾化钻井，保持继续钻探施工，达到预期的钻井施工的效果。岩石的硬度影响到空气钻井施工的效率。如果岩石的硬度大，气体钻井的效果好，反之，岩石的硬度低，钻井施工的效果不理想。在选择钻井施工技术措施的时候，必须明确预钻探地层的岩石的硬度状况，才能发挥空气钻井的优势，提高机械钻速。如果出现地层坍塌的现象，会影响到空气钻井的安全。井筒中的空气柱对储层的压力低，依靠静液柱的压力来平衡坍塌层的方式，不能使用空气钻井的技术措施。

2.2提高空气钻井效率的技术措施

合理解决影响空气钻井效率的技术难点问题，不断提高空气钻井的效率，满足油田勘探开发的需要。处理地层出水的技术措施，应用保护膜将泥饼包住，防止岩屑粘附，形成更多的泥饼，而影响到钻具的顺利起下。在空气中加入少量的水分，分散钻屑，将其携带出井筒，防止发生卡钻的事故;也可以在空气中加入发泡剂，形成泡沫，提高携带岩屑的能力，保证安全钻探施工。通过提高压缩机的作用效率，增加空气的压力，进而提高空气的携带岩屑的能力;利用封堵水层的方式，预防钻井过程中，出水情况的发生，才能达到空气钻井施工的技术要求。

建立空气钻井的模型，通过施工现场的研究，确定最佳的空气的压力和空气的量，保证空气的顺利循环，提高携带岩屑的能力，避免空气的携屑能力下降，而发生安全事故，影响到钻井施工的进度。选择合适的钻井设备，确定最佳的工艺流程，保证空气钻井液的正常循环，才能达到预期的钻探施工的状态，避免发生卡钻等事故。研究钻具的磨损规律，对岩屑的运动形态进行分析，通过加大空气的压力，将更多的岩屑携带出井，才能達到设计的钻井施工的技术标准。

3定向井测量技术应用

空气泡沫钻井通常不使用传统泥浆，所以以泥浆为依托和数据传输载体的数据传输测量系统难以使用，使用定向井测量技术进行准确测量，能保证钻井工作符合要求。在实际作业中，只能采用以电磁波为传输载体的MWD随钻测量系统完成定向井随钻测量、数据传输和井眼轨迹的实时控制。MWD随钻测量系统适用于普通泥浆环境，甚至在泥浆循环流失、井口无泥浆返回的情况也能正常运行，同样适用于含有天然气、氮气和空气等气态介质的泥浆条件。电磁波MWD随钻测量系统主要利用电磁波传输技术进行井下数据传输，其传输速度为普通泥浆脉冲系统数据传输的4倍。此外，空气钻井的钻进速度高于普通泥浆，所以定向井测量效率将显著提升。

结束语

通过对空气钻井技术难点及其技术措施的研究，提高空气钻井技术的应用效果，保证安全平稳地完成钻井施工的任务。满足油田开发不同时期钻井施工的需要，不断研究和开发空气钻井的新技术措施，提高石油钻探施工的效率;研究和开发适合空气钻井的地层，提高机械钻速，降低钻井施工的成本，达到钻井施工的技术标准。

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