空气钻井介绍
空气钻井录井技术
空气钻井的录井介绍一、空气钻井工艺简介1、纯气体钻井纯气体钻井一般使用两种气体做为载体：一是纯空气钻井，二是纯惰性气体钻井。
工艺要求：井底压力当量密度约为0-0.05g/cm3，环空返速要求最低为15m/s。
（1）纯空气钻井。
主要应用在提高非储层段的机械钻速和对付非储层段井漏上，钻遇油气层时井下着火和爆炸的可能性极大。
（2）纯惰性气体钻井。
有氮气钻井、天然气钻井、柴油机尾气钻井等方式。
惰性气体钻井一般应用在油气层段钻进中，目的是为了避免储层伤害，可及时、无遗漏的发现和评价油气层，提高单井油气产量和采收率。
2、充气钻井液钻井将空气或惰性气体和钻井液同时注入井内来降低流体液柱压力，形成以钻井液为连续相的钻井循环流体为载体。
工艺要求：密度可根据充气量来调节，其液柱井底压力当量密度为0.70-0.80g/cm3左右较为合适；环空返速在0.8-8.0m/s较为合适。
二、气体钻井设备1、气体注入设备气体注入设备主要有空压机、增压机、制氮车、液氮泵车、邻井天然气、柴油机尾气发生装置等。
2、液体注入设备目前，注入液体的设备一般采用雾化泵、水泥车和钻井泵。
3、压力控制系统由井口装置、节流管汇、放喷管线、排砂管线、岩屑取样器、点火装置、防回火装置等设备组成。
井口装置要求在标准井口的基础上，加安装旋转控制头或旋转防喷器，主要起三方面的作用，一是井眼环空与钻台之间的封隔；二是提供安全有效的压力控制；三将井眼返出流体导离井口。
气体钻井过程中一般不控制回压，井口始终敞开或控制的井口回压一般小于2MPa，旋转控制头需要承受的压力很小。
4、井下工具为了安全钻井，气体钻井需要在钻具上安装浮阀等特殊工具。
（1）浮阀，安装在钻头或井下动力钻具之上，一般安装2个，防止空气、钻屑倒流和钻头堵水眼。
（2）单流阀，配合旋塞阀使用，安装在钻杆顶部，主要是为了缩短接单根时的放气时间和注气时间，防止钻头埋砂等复杂情况的发生。
（3）蝶阀，功能与单流阀相同，其特点是可通过测井仪器，钻进过程中测井时不须起钻将其取出。
空气钻井技术
充气泥浆
微泡沫
泥浆
（4）延长钻头使用寿命
2010/12/18
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（5）保证井眼清洁
气体钻井中钻屑爆裂粉碎能快速带出井筒。
Increasing Cutting Carrying Capacity Decreasing Velocity Requirements
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（6）有利于防斜 破岩所需的钻压小，有利于防斜打快。
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4、空气钻井的优越性
（1）提高机械钻速
与常规钻井相比，可提高钻速3-10倍， 在气体钻井中，地层孔隙压力在负压差 条件下产生向井内的“推力”，该“推 力”有促使井底岩石破碎（或崩离井 底）的趋势。而泥浆钻井时，井筒中高 的过平衡正压差产生由井内指向地层的 压力，阻碍钻头对地层的破碎和已破碎 岩体脱离井底。
(1)深部地层钻速太低 (2)复杂地层、深井井斜突出 (3)钻大尺寸井眼钻速低 空气钻井可有效解决上述问题
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2、空气钻井的概念
空气钻井是指钻井中以压缩空气或含有压 缩空气的气液混合物作为洗井介质，或用压 缩空气既作为破岩工具的动力又兼作洗井介 质的钻井技术。它是欠平衡钻井的一种形 式。
如果需要进行泡沫钻井时，采用化学剂泵将液体 发泡剂、缓蚀剂和水注入高压气体管路，这些化 学药剂与气体混合后形成泡沫。这类泵通常排量 很小，额定压力较高。
6、排屑管
废气及钻屑通过排屑 管至燃烧池，推荐管线长 度 ≥ 90m ， 其 横 截 面 面 积 与环空截面而积相等。管 线排出端应与风向垂直， 且外伸超过燃烧池壁1.8 m。排屑管线应该沿全长 安全地固定在地面，排屑 管上应安装取样器、天然 气检测器、点火装置。
国内外钻井新技术
国内外钻井新技术钻井作为石油勘探开发的重要环节，一直以来都在不断发展和创新。
近年来，随着科技的进步和需求的不断增长，国内外钻井行业涌现出了许多新技术，这些新技术为钻井作业提供了更高效、更安全、更环保的解决方案。
本文将重点介绍国内外钻井领域的一些新技术。
1. 气体钻井技术气体钻井技术是近年来钻井行业的一项重大技术突破。
相对于传统的液体钻井，气体钻井采用压缩空气或氮气作为钻进液，具有环保、清洁、高效等特点。
气体钻井技术不仅可以避免液态钻井液带来的环境问题，还能够减少地下水污染风险。
同时，气体钻井技术还能有效提高钻井速度，降低钻井成本。
2. 高压水力钻井技术高压水力钻井技术是一种利用高压水射流来切削地层的新型钻井技术。
该技术能够高效地切削硬岩和特殊地层，且对环境影响较小。
它采用高压水射流进行切削，可将地下岩层切削成细小的颗粒，减少钻井液量，降低钻井噪声和震动。
高压水力钻井技术不仅提高了钻进速度，还能够减少钻具磨损，延长钻头使用寿命。
3. 快速钻进技术快速钻进技术是一种钻井作业周期较短、效率较高的新技术。
通过优化钻井过程和提高钻具性能，快速钻进技术能够缩短钻进时间，减少钻井成本。
其中一项关键技术是采用高效钻井液和超强钻头，提高了钻进效率和钻头使用寿命。
此外，还可以采用一体化的钻井装置和自动化控制系统，提高钻井操作的精确度和安全性。
4. 智能钻井技术智能钻井技术是钻井行业的前沿技术之一。
它通过装备互联网、人工智能、大数据分析等技术，实现对钻井作业全过程的智能化控制和管理。
智能钻井技术可以实时监测钻井参数，预测地层变化，优化钻井方案，提高钻进效率和质量。
此外，智能钻井技术还可以对钻井装备进行远程监控和管理，减少了现场人员的风险和作业成本。
5. 高效钻井液技术高效钻井液技术是钻井作业中至关重要的一项技术。
它采用新型化学品和添加剂，改善钻井液的性能和稳定性，提高钻井作业的效率。
高效钻井液技术能够降低钻井过程中的摩擦阻力、降低地层损害、改善井壁稳定性等，从而提高钻井速度和质量。
空气钻井技术介绍
2016年7月
汇报内容
一、空气钻井技术介绍 二、空气钻井与传统泥浆钻井的区别 三、空气钻井与传统泥浆钻井的关联 四、空气钻井的适用范围 五、空气钻井的常规设备配置
一、空气钻井技术介绍
空气钻井是在钻井过程中，将传统钻井工艺中运用的液体循环 介质，用压缩空气所取代。同时，利用高压气体钻进，将其作为 击碎岩层的能量，是一种典型的欠平衡钻井技术。
二、空气钻井与传统泥浆钻井的区别
➢循环介质不同 传统钻井液钻井采用的是水基或油基泥浆等液体介质
作为循环介质，而空气钻井则采用空气作为循环介质。
➢井控手段不同 传统钻井液钻井时井筒内液注压力能很好的平衡地层
流体压力，即井筒内液注压力等于（或略大于地层流体 压力）；空气钻井是欠平衡钻井，井筒内压力要低于地 层流体压力，所以空气钻井对井口防喷设备要求更高、 更复杂。
一、空气钻井技术介绍
3.泡沫钻井：泡沫钻井中的泡沫是在地面预先合成，作为钻井 循环介质，钻屑悬浮在泡沫中被泡沫钻井液带出井筒达到清洁 井眼的目的，由于泡沫钻井液良好的携液能力，环空速度要求 大大降低，同时井眼冲蚀也减少。由于气体需求相对较少，对 气体供应设备的需求也相对减少。气体所占比例：55％～99％。 4.充气液钻井：在液基钻井中，在高压钻井液中注入气体，以 降低井筒中的液柱静压。充气液钻井可有效解决液基钻井与泡 沫钻井之间的钻井液比重在1-0.6左右的要求，通过调整泥浆泵 的排量可以有效的调节气体的体积最终达到环空平衡。由于充 气液钻需要较高压力的气体注入设备，其气体注入设备的成本 也较高。
五、空气钻井常规设备配置
空 气 钻 井 作 业
五、空气钻井常规设备配置
空 气 钻 井 作 业
五、空气钻井常规设备配置
空气钻井
空气钻井的应用于发展气体钻井，作为一种新型钻井方法，是一种以空气、氮气为循环介质，用气体压缩机等设备作为增压装置，用旋转防喷器作为井口控制设备的一种欠平衡钻井工艺。
气体钻进主要有循环压耗低、带砂能力强且迅速、井眼净化好、防止井漏、减少环境污染、机械钻速高缩短建井周期、有利于发现和保护浅气层、减少了对地面环境的污染等优点。
其缺点是，使用区域受到限制，需要大量专用配套设备，钻井事故复杂处理难度加大，在钻井到后期因空气锤震动，钻具易断等工艺缺陷空气钻井工艺是一种钻进效率比较高的技术手段，可以极大提高一口井的钻进时效，降低总的钻井作业成本。
但由于这种技术受客观情况影响比较大，不是任何场合均可以使用的，因此使用前必须对所施工的地层进行详细论证，对于不符合使用条件者不能勉强使用，对于部分条件适合于空气钻进技术要求的情况，应根据实际条件制定相应的技术措施，以便在施工时出现突发事件时能够确保安全。
从空气钻进与常规钻进两种工艺的对比情况看，空气钻进技术具有很好的经济效益，具有较好的推广应用价值，应当引起技术界的关注。
从空气钻井技术参数、应用条件、设备等方面对该技术进行简要介绍。
空气钻井的应用条件1、所钻地层平缓，地层倾角＜30°，无力学不稳定性应力垮塌，地层坍塌压力低。
2、所钻地层不出水，无浅层天然气，无膏盐层。
如今国内可以进行空气钻的比较多，其中较出名的是四川广汉的川庆钻探公司下属的钻采研究院。
而且他们配套的设备和一起相当完善，并有几十口井的空钻经验。
气体钻井也存在不少的限制因素，如：产水地层、含有塑性石膏等均会对气体钻进产生不利的影响，甚至不能采用气体钻进。
在气体钻进后或气体钻进过程中，为了进行一些特殊的施工作业，往往都需替入水基钻井液进行压井，以完成相应的施工作业或继续钻进。
此时，如何让一个干燥的、处于欠平衡状态的空井，在替入钻井液后，不发生垮塌、缩径、井漏、虚厚泥饼卡钻等复杂问题，尽快恢复正常钻进或其它施工作业，这就成了气体钻井后留给钻井液工作的最大难题。
空气钻井之空气锤钻井技术
空气钻井之空气锤钻井技术空气锤钻进技术属气体钻井技术的一个分支，它是将压缩空气既作为洗井介质，又作为破碎岩石的能量。
在油田气体钻井中应用空气锤钻进技术能显著提高机械钻速，并且随着钻井深度的增加对钻速影响很小；空气锤钻进要求的扭矩和钻压较低，可以减少井内钻杆的磨损和折损事故的发生；另外，井底清洗及冷却条件好，延长了钻头的使用寿命，因此，在许多方面优于目前油田使用的常规气体钻进技术。
国外空气钻井中也遇到井斜问题,如壳牌公司在加拿大洛基山进行钻井作业,遇到的主要问题也是地层太硬且存在严重的井斜问题。
可近几年来,随着空气锤钻井技术逐渐得以完善,解决了空气钻井中井斜问题。
通过采用空气钻井和空气锤钻井技术,显著提高了机械钻速。
因空气锤完全依靠空气锤活塞作用在钻头上的震击作用而不是钻压吃入地层,其作用就是用低转速(通常为20～30r/min)和极小的钻压震击岩石,钻具处于悬吊状态,从而使得钻头振动减少到最低限度,保持高钻速又不会造成井斜。
应用于油田气体钻井的空气锤的结构与工作原理1、空气锤的结构由中国石油勘探开发研究院研制并应用于油田气体钻井中的空气锤采用了无阀式中心排气结构。
中心排气结构可以保证有足够的气量直达井底，起到冷却钻头、清洗井底的作用；无阀式结构的配气气路简单，减少了气体压力的损失，有效地提高了冲击效果。
2、空气锤的工作原理图1为无阀式中心排气空气锤的结构示意图。
其工作原理为压缩空气经后接头1、逆止阀2进入配气座3的腔体中，然后压缩气体分两路前进，一路通过逆止阀上的径向和轴向孔，进入配气座、活塞和钻头的中心通孔，在井底冷却钻头和喷吹岩屑。
另一路经配气座上端的径向孔，进入外套管5与气缸4之间的环形空间，此时，压缩空气进入上腔A的通道受阻，只能经气缸下端的排气槽口、活塞与外套管之间的环形空间，进入空气锤下腔B，压缩空气推动活塞6上行。
当活塞下端中心通孔与钻头9上端的尾管7脱开时，空气锤下腔内的压缩空气经尾管、钻头的中心通孔排向井底，此时，压缩空气进入下腔的通道受阻，只能经气缸与活塞之间的环形缝隙，进入空气锤上腔，由于处于上腔内的配气座的尾杆已插入活塞上端中心通孔，将上腔封闭，腔内压力迅速上升。
气基流体空气钻井技术_大学论文
石油工程钻井论文题目：气基流体空气钻井技术专业：石油工程中国石油大学(华东)成人(网络)教育毕业论文摘要过去，对气基流体(空气、雾化液等)作为气体钻井循环流体缺乏深入的理论研究和现场应用经验。
为适应新的气基流体钻井方式及钻井工艺技术的进步，开展了气基流体空气的应用技术的研究。
空气作为循环流体，它在钻井过程中的主要作用是将井下的钻屑举升到井口并带出井眼，如果空气量不够，则难以有效地将井下钻屑携带出来，这样钻屑就会在井内沉降并在井底聚积造成卡钻。
介绍了气基流体空气的携岩机理、空气量的计算方法、空气循环系统以及气基流体空气、雾液在现场的应用效果、空气钻井国内外应用现状、优缺点及所用的设备.并阐述了空气钻井的一些关键技术,如钻具腐蚀问题、钻遇水层问题、固井等,最后介绍了空气钻井技术的改进技术[1]. 关键词: 气体钻井;气基流体;空气钻井; 携岩机理 ;钻具腐蚀 ;钻遇水层固井目录前言 (1)第1章气基流体空气钻井的基本概念和循环系统 (4)1.1基本概念 (2)1.2空气量的大小与井眼净化的关系 (2)1.2.1 空气携岩机理 (2)1.2.2 钻屑形状与下沉速度的关系 (3)1.2.3 空气注入量的确定 (4)1.3气基流体(空气／雾液)的循环系统 (5)第2章空气钻井技术的国内外研究现状 (7)2.1空气钻井在国内外应用现状 (7)2.2国内外关于空气钻井理论研究与参数计算的发展与现状 (8)2.3空气钻井的优缺点比较 (9)2.4空气钻井设备介绍 (10)2.5气体钻井所必需的条件井眼条件 (13)第3章空气钻井的关键技术与实例简 (14)3.1空气钻井与钻具腐蚀 (14)3.1.1 腐蚀物质与腐蚀形式 (14)3.1.2 防治措施 (15)3.2空气钻井地层出水限定值 (16)3.2.1 地层出水对空气钻井的影 (16)3.2.2 地层出水后空气钻井方法 (17)3.3空气钻固井技术实例 (20)3.3.1 平落006—5井空井固井初 (20)3.3.2 主要技术难点 (21)3.3.3 空井固井施工技术 (22)3.3.4 现场施工技术 (23)3.3.5 固井技术总结 (24)第4章气体钻井技术的改进 (25)4.1控制气体体系的压力 (25)4.2控制压力钻井的目标 (26)4.2.1 液压系统 (26)4.2.2 气压系统 (26)4.2.3 气体流体钻井——误解 (27)4.2.4 没有适当控制井眼压力所造成的问题 (27)4.3井下空气分流器(DHAD) (31)4.4压力试验结果 (32)4.5建议 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)前言气体钻井技术就是以气体为主要循环介质的欠平衡钻井技术,主要有纯气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井和充气钻井液钻井[1]。
空气钻井——精选推荐
摘要介绍空气钻井的主要设备、工艺流程、作业方法、注意事项及安全技术措施,对空气钻井施工设计、现场作业具有很好的实用性和指导意义。
空气钻井是用空气作循环介质的一种低压钻井技术。
空气钻井是实现地层压力系数小于1的欠平衡钻井的技术手段，对于保护和发现低压油气层，提高单井产量和采收率有重要的意义，还可用于严重漏失性地层的防漏。
在川渝地区3 口严重漏失井上应用空气钻井719. 48 m ,平均机械钻速7. 92m/ h ,平均钻井效率59. 96 m/ d ,与常规钻井、堵漏的方法相比,钻井效率提高8. 6 倍,对治理严重井漏见到明显效果,取得很好的技术经济效益。
关键词:空气钻井，欠平衡，井漏，气体型流体第1章空气钻井概况1.概念用于空气作为钻井流体所进行的钻井称作空气钻井。
用空气作为循环介质进行欠平衡钻井是最早发展的一种欠平衡钻井技术。
由于该技术是直接是使用大气中的空气，可减少环境污染和节约钻井液浪费。
2.国内外现状2.1国外国外在1950年后出现了试用空气作为循环介质钻井，获得成功。
并发现：（1）在相同地层条件下，钻头寿命和机械钻速比普通钻井液钻井有明显的提高；（2）在同一地区，原先使用常规钻井液钻井见不到油气的地层，使用空气钻井发现了工业性油流和天然气。
同一时期在泥浆中充气钻井开始应用，但直到80年代由于旋转防喷器、旋转控制头等为代表的欠平衡钻井装备的发展和成熟后，才在国外得到广泛应用。
由于充空气的充气泥浆在钻开产层时存在一定的井下燃爆危险，以及可能造成钻具的氧化腐蚀等问题，目前主要采用充氮气或是氮气与氧气按一定阻燃比例加入的混合气体方式。
应用空气流体作为循环介质的钻井技术先后在美国、加拿大、前苏联等国相继采用，并不断发展完善，并与其他钻井技术如水平井连续管钻井相结合，对低压油田增加单井产量提高采收率取得了明显的效果。
在美国气体、充气和泡沫钻井占到钻井总数的10%。
2.2 国内八十年代末，国内是新疆油田最早开展充气钻井技术的研究与应用，主要是解决低压层漏失的问题。
空气钻井技术难点
空气钻井技术难点摘要：空气钻井工艺是一种钻进效率比较高的技术手段,如果使用得当可以极大提高一口井的钻进时效,降低总的钻井作业成本。
本文对其特点、技术难点及对策进行了叙述。
关键词：空气钻井；钻井技术；特点；难点；对策引言目前，我国部分油田，如大庆油田、四川油气田、辽河油田等，也推广和采用了气体钻井技术，其经济效益显著。
气体钻井是在钻井过程中，将传统钻井工艺中运用的液体循环介质，用气体所取代，如，天然气、空气、氮气，以及其他一些惰性气体等。
同时，利用高压气体钻进，将其作为击碎岩层的能量，是一种典型的欠平衡钻井技术。
然而，作为一门新的应用技术，世界上各个国家到目前还尚未能研究出更为完善的技术，尤其是在我国，空气钻井技术依然存在着诸多的缺陷。
一、空气钻井的技术特点可以实现完全欠平衡钻进。
标准状况下,空气的密度为1.29g/l,根据满足正常钻进所需要的注气量计算,当井深超过3000m时环空气体密度不高于150g/l,远低于地层水的密度(纯水密度为1000g/l),可以轻易实现负压钻进。
以空气作为循环介质时彻底消除了井底压持效应,极大的解放了机械钻速,因此空气钻进具有较高的机械钻速,一般是常规钻井液钻进方式的3-8倍。
利用空气钻井技术可以比较容易的穿过非正常地层。
非正常地层是指天然裂缝、溶洞和盐类物质的夹层,例如硬石膏层,而且由于空气钻进无液相存在,因此不会涉及井壁的水化失稳问题。
空气钻井工艺所使用的设备比较简单,除主要设备压缩机系统外,只需在井口加装一个旋转防喷器即可。
此外钻井队应将常规钻杆换为斜坡钻杆,以避免旋转防喷器胶芯过度磨损。
空气钻井安全性较高,在正常的配套与监控手段下,一般不会发生有害气体污染和天然气的爆燃现象。
当井内气体溢出较多时可及时转换作业方式,以避免井口失控。
尽管空气钻井具有一些明显的技术优势,但介于气体性质的特殊性,因此无法全面替代钻井液完成一口井的建井作业,亦即空气钻井具有诸多技术难题。
空气钻井技术
空气钻井技术为了节约钻井周期、优质高效打好LT1井,在一、二开钻井施工中采用了空气钻井技术,在实际应用中取得了非常好的效果。
现将本井空气钻井技术总结如下:一、基础数据：LT1井设计井深6300米，目的层为飞仙关组鲕滩白云岩储层、长兴组生物储层。
钻探目的：以飞仙关组鲕滩白云岩储层、长兴组生物储层为主要目的层。
二、空气钻前井眼准备用660.4mm钻头试钻至井深56米,下508mm导管至56米.固井后钻水泥塞至井深52米。
安装好旋转控制头后进行气举钻井液，将井筒内钻井液全部排完。
然后对旋转控制头进行试压:静止试压4.0MPa,旋转试压2.8MPa。
试压合格后拆排砂口挡板,安装排砂管线。
向井内大排量注气干燥井眼，直到排砂口返出粉尘后开始钻进,钻达至井深：62米,为了提高钻速,起钻后换成空气锤。
三、设备：1.气体钻井的设备2.生产流程：1）纯气体钻井流程2）气体+泡沫钻井流程四、钻具组合由于空气钻进在地层微出水产生泥环、地层垮塌时易引起井下复杂,在钻进时采用塔式组合:一开:Φ444.5mm空气锤/牙轮钻头+Φ229mm常闭止回阀+Φ228.6mmDC×5根＋Φ228.6mm无磁×1根＋Φ203mmDC×6根＋Φ165mmDC×3根＋Φ127mmDP 二开: Φ311mm空气锤/牙轮钻头+Φ275mm空气空气锤＋浮阀×1＋Φ228.6mmDC×5根＋Φ203mm无磁DC×1根+Φ203mmDC×6根＋Φ165mmDC×3根＋旁通阀×1＋Φ127mmDP＋旋塞×1＋回压阀×1＋Φ127mmDP六、空气钻进施工情况：2021年1月25日21：30一开空气钻至井深62.65米起钻, １月26日12:20试运转空气锤正常后下钻到62m开始钻进，前期因钻铤较少,轻压钻进(20KN),随着钻铤增加钻压增加到40KN, １月28日8:30钻进至井深214m,因地层微出水,钻速慢起钻换牙轮钻头继续空气钻进, 钻至264米因地层出水较大，出口无粉尘出现，井内携砂困难，开启8台压缩机和2台增压机在短起下钻时，上提下放均有挂阻现象。
空气、泡沫钻井技术
空-气-、泡-沫-钻-井－技－术————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:空气/泡沫钻井技术西部钻探集团克拉玛依钻井工艺研究院1空气、泡沫钻井技术介绍空气钻井就是采用以气体为循环介质的钻井技术的总称。
泡沫钻井则是指用泡沫液与气体的混合物做为循环介质所进行的钻井作业。
从类型上分,依据气液比的不同,气基流体钻井可划分为：•空气钻井99%~1００％(气体所占比例)•氮气钻井•天然气钻井•雾化钻井96％~99％•泡沫钻井55％~99％从钻井方式角度讲,空气、泡沫钻井属于气基流体钻井分类，但从相态角度划分则不完全相同。
其中,空气钻井属于单相流钻井方式，泡沫钻井则属于多相流钻井方式。
雾化钻井循环介质相态处于两者之间。
从工程的角度，气液混合流动相对单相流要相对复杂的多，这就导致泡沫钻井相对于空气钻井要更具有挑战性。
美国早于五十年代初即开始空气、泡沫钻井试验。
气基流体欠平衡钻井技术一出现，就以它的高钻速和低成本吸引了石油钻井界。
五十年代至六十年代在北美形成了发展高潮,具备了应用规模。
专用的大功率空压机、雾化泵、井下空气锤、空气钻井专用钻头、井口旋转头等主要设备和工具都在这段时间得到发展和完善。
一般而言,空气、泡沫钻井的流程可用下图来表示：图1 空气、泡沫钻井流程图在八十年代之前,空气钻井的应用目的主要是提高经济效益和克服某些钻井中的特殊困难。
空气钻井的经济效益主要体现在高钻速(约为泥浆钻井钻速的４至10倍）、低的钻头消耗量(约节约30%~５0%的钻头消耗量)、低的钻井液成本。
再加之完善的设备租赁制度和技术服务系统，使得人们可以在本公司不具备空气钻井设备和技术力量的条件下，投入较少的费用便可完成空气钻井施工。
八十年代之前空气钻井应用的另一个重要领域是解决某些特殊的钻井困难，如:严重井漏、严重水敏性泥页岩、极地永冻带钻井、沙漠缺水区钻井、地热资源钻井等等，这些条件下用常规泥浆钻井往往难以成功或成本太高。
空气钻井的优点
空气钻井优点
空气法钻井是一种空气钻进技术，其主要是用压缩空气代替常规钻进时用水或泥浆循环，起冷却钻头、排除岩屑和保护井壁的作用，与常规钻进技术相比，主要有以下优点：
1、空气密度低，明显降低对井底的压力，有利于提高钻速。
2、空气对不稳地层和复杂岩矿层、漏失层钻进都有明显效果，对低压含水层有保护作用。
3、空气在井内循环流速快，能迅速将井底岩屑（样）输至地表，有利于及时判明井底情况。
4、空气在井内的循环方式可以根据需要采用正循环或反循环。
5、气液混合介质容易制备，在干旱缺水、高寒冰冻、供水困难等地区钻探施工，减少用水成本。
6、压缩空气除在井内循环作用外，还可作为动力源实现冲击回转（空气潜孔锤）钻进，大幅度提高基岩井钻井速度，并能克服水井常遇的卵砾层钻进困难。
空气钻井的工作原理
空气钻井的工作原理
空气钻井的工作原理主要是利用压缩空气既作为循环介质又作为破碎岩石能量的一种欠平衡钻井技术。
具体来说，空气钻井通过地面的空气压缩机组将空气变成压力为的压缩气体，排气量为m/min的高压空气，然后经由输气管汇注人钻井平台上的立压管线内，以高压空气替代普通钻井液。
在钻井过程中，压缩空气起到冷却钻头、排出岩屑和保护井壁的作用。
同时，空气在井内循环速度快，能迅速将井底岩屑输至地面，便于判明井底情况。
以上信息仅供参考，建议咨询专业人士以获取更准确的信息。
气体钻井技术应用
3.缺点与不足
✓ 对地层压力的控制能力降低 ✓ 气体钻井局限于井壁稳定的地层 ✓ 地层出水会导致井下复杂的加剧 ✓ 含砂气流对钻具的磨损会加剧
4.气体钻井应该注意的问题
➢ 严禁在有硫化氢的地层进行气体钻井； ➢ 严禁有高压油气的储层进行气体钻井； ➢ 极易坍塌地层严禁进行气体钻井； ➢ 对于出水不适合气体钻井的地层应回避气体钻井； ➢ 对于有塑性流动岩性的地层也应回避气体钻井； ➢ 对于地质认识不祥的地区应回避气体钻井。
2.气体钻井分类
纯气体钻井 雾化钻井
空气钻井 氮气钻井 天然气钻井 尾气钻井
泡沫钻井
名称
充气钻井
气体
密度（g/cm3） 0.001～0.01
雾化
0.01～0.03
泡沫
0.03～0.06
充气钻井
0.6～0.9或更高
99% - 100%
96% - 99.9%
< 55%
55% - 96%
携岩能力增加，所需气量减少
携岩能力及应对地层出水能力更强。
空气/天然气
H2O
泡沫 (50-96 % 气体)
雾化 (9.9 % 气体)
雾化/泡沫钻井工艺流程
3. 充气钻井
（1）充气钻井技术基本要点
液相中充入气相的两相流体作为钻井循环介质获得欠压 值的欠平衡钻井，其中液相是连续相，气相为分散相。
（2）充气钻井技术适用地层
合，两相流体由钻柱经钻头 进入井底环空获得欠压值。 该种方式方便、经济、无需 改变下入管柱的结构，目前 国内外欠平衡钻井一般都采 用这种注气方式。但不能实 现连续注气。
（4）充气方式
● 寄生管充气方式 即在下入的中间套管柱外寄
生一根一定尺寸的充气管柱，在 欠平衡钻井时，液相由钻柱注入， 气相由寄生管注入，气液两相在 环空混合获得欠压值。该种方式 可保持环空连续充气，可采用 MWD进行定向井钻井作业，但前 期工程复杂，下部井眼受单相液 相作用，易污染产层。
定向井空气钻井和测量技术应用探讨
定向井空气钻井和测量技术应用探讨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。
标签：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。
空气钻井
编辑本段空气钻井与录井
1、工程参数特点
其次利用临井资料得到的不同层位砂泥岩颜色，也可以有助于砂泥岩判断。
灰岩和云岩的识别一般利用采用滴稀盐酸的方法来鉴别。但注意云岩和冷的稀盐酸反应微弱，但云岩的粉末和稀盐酸反应较强，给鉴定带来困难。最可靠的方法是取样利用碳酸盐分析仪分析1g岩屑粉末岩样中灰质云质和泥质含量多少，可以准确快速定名。
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经过以上步骤，可以保证进入室内的气样比较纯正。
4、岩性的鉴别
空气钻井时由于空气锤钻进为“旋冲式”破岩，循环返出的岩屑都呈粉末状，这无异于加大了岩屑识别的难度，特别是泥岩和砂岩识别的难度。
泥砂都呈粉末状，砂岩手捻颗粒感也不强，肉眼区分很困难。可以利用放大镜放大岩屑倍数来看，砂岩有明显的石英，长石颗粒，片状云母，而泥岩没有。
空气钻井时，钻台上的立压，悬重，扭矩，转盘这些工程参数可以正常采集。而泵冲，电导，温度，密度，池体积，流量等这些与钻井液钻井相关的传感器均无法安装，无法采集。
空气钻井时实测迟到时间是很困难的，因为空气钻井整个循环系统是封闭的。所以一般通过理论计算得出，即采用如下公式：
迟到时间=外环空体积/排量
因为空气钻井的排量较钻井液钻井时的排量大得多（一般达到130m3/min)，所以迟到时间很小,即使井深在2600米，迟到时间也只有两分钟。
空气钻井较常规钻井具有钻压小、转速低、立压小、钻时小、迟到时间小、排量大的特点。
2、岩屑的采集
空气钻井安全技术知识
空气钻井安全技术知识1.空气钻井技术适用的地质条件。
空气钻井适用于对地层情况认识较为清楚的井，主要适用地层是：1.1井壁稳定，非常规裂缝地层和水敏性地层。
1.2地层干燥，不含水或地层出水速度小于5m3/h。
1.3地层流体不含H2S。
1.4地层不含气或返出气体中全烃含量连续小于3％。
2.空气钻井施工前，制定防喷、防火、防毒及井下复杂事故的应急预案。
各施工作业单位制订相应的具体措施并相互沟通，应急预案和措施需经过现场领导小组审定，报上级主管领导批准。
3.空气钻井施工前，进行地质、工程、钻井液等方面技术交底和空气钻井技术方案、空气钻井安全方案的交底，明确各岗位职责，使每个参与施工的人员知道干什么和怎么干。
4.干燥井壁完成后，进行空气试钻进，记录好立压、扭矩等参数，并以此作为基准判断井下情况。
进行试钻时，以立管压力2.0MPa，扭矩30kN·m为基准。
5.空气钻进时，送钻均匀，注意立管压力及钻井各参数变化，发现立管压力突然变化、扭矩增大、蹩跳严重、上提遇卡等井下异常现象时，立即停钻，活动钻具，循环观察，及时处理。
具体措施如下：5.1钻进中发现立压、扭矩等参数变化，及时通报，分析原因，正确处理。
5.2加强地层出气、出H2S监测，尽可能多家单位各自实施检测，互相联系，确保检测的准确性。
发现气测异常，立即通知停止供气，按“四·七动作”关井。
地质录井加强观察，发现井壁垮塌、地层出水等情况，及时通知井队及空气钻井服务人员。
5.3当钻速较快或存在放空现象时，控制钻时在3min/m以上，防止卡钻。
5.4为了控制井身质量，每个单根最后1m吊打，每个单根扩划眼一次；使用顶驱接立柱时，每个立柱扩划眼一次。
5.5每钻进100-300m测斜一次，也可根据层位变化、邻井资料和井身质量控制情况来调整测斜间距。
5.6观察分析取出岩屑的粒度、湿度和返量，判断井下出水量大小及井壁稳定性，根据不同情况分别采取循环、增大注气量等措施。
空气钻井技术难点分析
空气钻井技术难点分析空气钻井技术相对于传统钻井液具有负压钻井、钻速快、易穿过地层、设备简单和安全性高的特点，但是仍然面临着诸多技术难点，文章综合分析了地层出水、井斜控制、井下燃爆和井壁失稳发生的原因和相应的处理措施，并对空气钻井技术进行了展望。
标签：空气钻井；难点；展望引言空气钻井是将传统钻井过程中使用的液体循环介质由气体代替，通过气体压缩机形成环空气，将井底钻屑带出，这是一种欠平衡的钻井方式。
它大大减少了钻井完井液的使用，消除了钻井液对环境的污染，适用在供水困难的地区。
同时空气钻井的速度是使用普通钻井液速度的三倍[1]，具有建井快、成本低的优点。
它是水平井钻井技术之后又一新钻井技术，正在迅速发展。
但是目前该项技术还不成熟，特别是欠平衡技术的发展还有待完善。
基于上述优势，空气钻井技术得到石油行业的日益重视。
1 空气钻井技术特点（1）负压钻进。
空气密度远远小于水的密度，根据正常钻井的注气量计算，当井深超过3000m时，空气密度也不大于150g/l，可以实现负压钻进，也能够较好地控制孔隙压力。
（2）钻速快。
空气钻井技术消除了井底持压效应，持压越小，钻头周围的围压就会越小，因此具有更高的机械钻速。
（3）易穿过地层。
在穿过非正常地层时，常规的钻井液会进入裂缝或者溶解盐类，空气钻井技术没有水的存在，不会发生井壁的水化失稳。
如果钻井介质的在井底的压力大于岩石的孔隙压力，介质就会流入孔隙，产生表皮效应，降低产能。
（4）设备简单。
空气钻井的主要设备是空气压缩机系统，除此之外还需在井口安装气体防喷器和斜坡钻杆，以减小防喷器旋转的摩擦。
（5）安全性高。
空气钻井可以避免有害气体和天然气的燃爆，当井内气体较多时可以转换钻井方式，在正常的监控手段下具有较高的安全性。
2 空气钻井技术难点及对策2.1 地层出水在干硬等稳定地层，可以通过控制气量、钻速等保证井眼清洁。
但是在非稳定地层，空气钻井无法携带井眼稳定添加剂，井壁产生的粉尘遇到地层出水会阻塞空气流动，产生卡钻现象。
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Fig2-5 Control of the inflow of formation water Fig2-6 Penetrate the hard
2.1.2空气钻井的局限性
进；改用天然气钻进；改用雾化空气钻进(现场多采用此方法)。
此外，软地层不适用于空气钻井，并且金刚石钻头较少应用于空气钻井中
多使用牙轮钻头。
2.2空气钻井的设备和循环系统介绍
空气钻井系统与常规的泥浆钻井一样，也采用两种类型的循环技术：正循
环。正循环广泛应用于浅井的空气钻井作业中。一般来说，正循环用于钻小井
钻头牙齿可以更好的切削井底，并把钻屑带离井底，这样对于清洗井底和提高
都有好处，如图2-1。在同样的地层钻进，其速度可达到普通泥浆钻井的10倍以
的机械钻速是很容易达到的。由于泥浆费用和钻头费用大大减少，以及钻头进
寿命延长，从而降低了起下钻次数等优点综合起来使总的钻井成本降低。
(2)减轻或消除钻井流体对油气层的伤害，并且能够随钻评价产层，如图
分类当量密度分类当量密
干气0.001～0.01充气液0.6～0
雾化0.01～0.03玻璃微珠，塑料微珠>0.7
泡沫0.03～0.46，有回压时更高液体0.96以
空气钻井适宜于非常干燥的，无任何流体侵入的层段，尤其是在白云岩、
石英砂等坚硬地层，钻速可以大幅度提高。在水敏性泥页岩，孔洞裂缝性易漏
空气钻井是十分理想的钻井手段。另外，空气钻井适宜于地层压力系数不高，
井口环空截面的1.1倍。
岩取样器：用于获得井口处的岩屑样本。
气体探测器：用于检测烃类气体，便于钻工采取安全措施。
除尘器：用于向排管内的气固混合物喷水，减少粉尘污染。
燃烧池：用于沉降岩屑和燃烧井底产生的烃类气体。
引火器：将从排管中带出来的井底产生的烃类混合气体点燃，保证安全钻
排出管线的控制阀：用于控制井口回压，也可用于配合试井测试。
空气钻井井底压力低于地层压力，在钻遇油层时，能够及时连续不断地发现碳
从而对产层进行评价。
(3)有利于环境保护。由于采用空气钻井时，不使用钻井泥浆，而且钻井
整口井减少了钻井液的消耗和维护量，同时也减少了废弃钻井液的处理量，可
钻井液费用和减少化工产品对环境造成的污染。
(4)消除井漏对钻井的影响：井漏是指在钻井过程中循环介质不返出地面
缩短了钻井时间，减少了钻具和扶正器的磨损；而且，钻压低使得钻具负荷轻
钻具磨损和疲劳损坏，延长了钻具的使用寿命；再者，气体钻井的注气压力低
钻具的刺漏，确保了钻具使用的安全。
除此之外空气钻井还具有延长钻头使用寿命，克服水敏性页岩坍塌，减少中国石油大学（华东）硕士学位论文
9
点。
Fig2-1 Improved penetration rate Fig2-2 Formation damage av
并把这些空气再送往钻机前压缩到更大的压力。这个单元的压缩机都是往复式
可以是单级或多级。
2.2.1空气钻井作业主要设备第二章空气钻井介绍
12
图2-8压缩机分类
Fig2-8 Compressor classification
井口装置：所有的空气和气体钻井作业都需要使用安装在转盘底下面的旋
安装防喷器(ROP)组。
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-6钻硬地层的能力
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-5控制地层水流入的能力
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-3避免漏失的能力图2-4控制较高孔隙压力的能力
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
循环则是钻大井眼井的首选。反循环作业需要专门制造的钻头。空气钻井所用
艺流程有别于传统钻井方式，下面介绍一下主要设备及其工艺流程。中国石油大学（华东）硕士学位论文
11
(1)空气钻井作业井场图
几乎所有的空气和气体钻井作业都是陆上作业，图2-7为典型的钻机和其
地面设备的井场设计图。
图2-7空气钻井井场图
Fig2-7 Drilling rig location plan for air drilling operations
任何技术都有其一定的适应性，空气钻井技术也一样。除了以上的优势之
钻井也有其技术和经济上的局限性。气体钻井的局限性主要表现在井壁稳定性
层出水问题以及井下燃爆问题上。
(1)井壁稳定问题。空气钻井的井筒压力比常规的过平衡钻井要小，这可
井壁坍塌，且低的井眼压力还可能会引起一些井段的缩径。常规过平衡钻井时
空气和气体
易发生粘结，形成大的岩屑团。这种岩上，从而形成泥饼圈。
如果裸眼段地层中含有一定量的水敏性泥页岩，则在遭遇地层水后，泥页
水化膨胀，其强度也会降低。由于空气钻井缺乏对井壁的支撑和稳定作用，井
地层会发生坍塌，引起井径扩大。井径扩大将会带来井眼净化和井斜等问题。
(3)井下着火和爆炸。空气钻井在钻遇碳氢化合物时，可能出现燃料、氧
后造成井下着火。这样会造成烧毁井下设备和对地层造成伤害，井下着火对地
害不大，但对井下钻具，井眼的破坏极大，所以损失非常大。引起点火有三种
饼圈(由于岩屑堆积形成泥环，封住了环空，空气流动受阻)；井下火花；钻柱
缝或小孔，刺漏出的空气在其周围产生局部高温。目前常用的预防方法有：改
设计旋转头或类似的气体导流器，是气体钻井作业中为了防止携带岩屑的
转盘方补心喷向钻台。对于钻井作业，从钻台导流这些钻井流体是必须要做的
给钻井操作者提供一个安全的工作空间。
空气钻井中主要使用两种防喷器：一种为环形防喷器(或旋转防喷器)，它
用使胶芯挤向井口中心，直到抱紧钻具或全封闭井口，从而实现其封井的目的
较低的裂缝及溶洞性地层和严重漏失的地层，或者用泥浆不能建立正常的循环
用[13-20]。
2.1.1空气钻井的优势
(1)提高机械钻速，缩短建井周期，降低钻井总成本。由于气体密度很小
的压力很小，因此造成三轴围压严重失衡，岩石强度降低，塑性减弱，井底应
化，不但各点处压持应力小，而且在某些部分还出现岩石局部受拉现象。没有
泥浆
递增
机械钻速
空气和气体
不稳定泡沫
稳定泡沫
充气泥浆
泥浆
递增
图2-1逐步提高机械钻速图2-2避免地层受损的能力第二章空气钻井介绍
10
柱压力在一定程度上起到了支撑井壁的作用。空气钻井中，这种支撑作用失去
周围岩石是否稳定取决于地应力的状态、岩石强度、实际地层压力和井眼的几
对于大部分地层，采用空气钻井不会发生井壁失稳的问题，但是在某些高应
2.2.2空气钻井循环系统
图2-9空气钻井正循环系统工艺流程图
Fig2-9 Direct circulation air system
空气钻井工艺流程如图2-9所示，在实施空气钻井时，首先用空压机对空
级加压，降温、除水之后经过增压机增压将高压气体通过立管三通压入钻具。
钻头时对钻头进行冷却，同时完成携带岩屑的任务，再返回井口。接着空气和
(2)空气和气体钻井主要设备及其功能
压缩机：与泵的分类一样，通常将压缩机分为两大类：连续流压缩机和间
机(见图2-8)
[14]
。
压缩机单元分为：初级压缩机系统单元和增压压缩机系统单元。初级压缩
大气环境中获取空气，这种压缩机系统可以是旋转式或往复式压缩机，可以是
级。增压机系统单元在初级压缩机下游操作，它们接受来自初级压缩系统的压
性强的地层。对于有些地层就不能应用空气钻井，比如：比较松软的地层或倾
层，因为此时使用空气钻井不能提供足够大的压力以防止井眼坍塌，而且很容
眼倾斜，这种情况下应当采用密度更高的钻井液。钻遇稳定性差的地层，易造第二章空气钻井介绍
8
钻遇高压油气层、含硫化氢地层及煤层，可能引起井下爆炸，导致钻井事故。
钻井在钻遇天然气或油层时有一定的燃爆的危险性，现在国内空气钻井主要用
失进入地层的现象。气体钻井井内压力远低于地层压力，循环流体进入地层的
有了，因此可以完全避免井漏的发生，如图2-3。气体钻井或者气基流体欠平
经成为钻穿漏失层位的重要技术手段。
(5)适用于严重缺水地区。由于空气钻井采用干空气进行钻进，可以解决
缺水的困难，以保证正常钻进。
(6)有利于延长钻具使用寿命，减少井下复杂事故的发生。由于气体钻井
空气中加入水或起泡剂，或向空气螺杆马达注入润滑剂时使用。
固体注入泵：当地层出现少量水时，可向井筒内注入干燥剂，有利于气体
压力计、温度计、流量计:用来监测流管中气体状态。
增压机控制阀：控制增压机移出或接入空气循环系统。
流管中的安全阀：当流管中气体压力过高时，通过开启安全阀释放过高的
空气吸湿器：干空气钻井时要求空气进入井筒前除去水分。当空气较湿润
(1)空气钻井(Air drilling)：仅使用压缩空气或其它气体作为循环介质
≦2.5%)。
(2)雾化钻井(Mist drilling)：把一定的乳化水溶于空气中注入井内，地层
滴的形式被带返出井眼。雾化钻井所需空气量一般增加30%-40%。
(3)泡沫钻井(Foam drilling)：使用压缩空气或其它气体混以不可压缩的流
层、破碎带、超深井等)和弱岩地层(如低胶结强度松散砂岩、破碎性岩体、流变
则可能诱发井壁的力学失稳。
井壁不稳定大致分为两种形式：井壁剥落、掉块，并且不能及时排走造成