552--气体钻井技术培训讲义PPT图文并茂
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效果越明显） ➢ 可提高钻头使用寿命 ➢ 工作条件和环境变得更为清洁
气体钻井的局限性：
➢局限于井壁稳定的层段，不稳定地层易造成卡钻。 ➢对付地层大量出水、出油能力有限。 ➢井控风险更大。
一、气体钻井技术的ห้องสมุดไป่ตู้展
国外技术的总体发展状况
气体钻井发源、发展于美国，经历了两个发展阶段。
1950年至1990年，空气钻井用于不含油气的非储层的钻井提速、 防漏治漏等。该阶段空气钻井的进尺比例占总进尺的16％左右（美国 能源部1986年）。
一、气体钻井技术的发展
循环介质
密度范围（g/cm3）
• 干气（空气、氮气、天然气等）
0.0012～0.012
• 雾化液
0.012 ～0.24
• 泡沫
0.24～0.48
• 充气液
0.48～0.84
一、气体钻井技术的发展
循环介质 空气
氮气或天然气 雾化液 泡沫 充气液
适用条件
井壁稳定、地层不出水的非油气产层，以提高机械 钻速或是解决恶性井漏
报告提纲
一、气体钻井技术的发展 二、气体钻井技术及装备 三、应用效果及典型井例
一、气体钻井技术的发展
气体钻井技术1953年 起源于美国，是以气体 、气液混合流体作为循 环介质代替钻井液的钻 井技术。
注入泥浆
注入气体、气 液混合流体
一、气体钻井技术的发展
气体钻井技术的优点：
➢ 极大降低对产层的损害，提高勘探开发效益 ➢ 消除井漏对钻井作业的影响 ➢ 可获得更高的钻进速度，降低钻井作业的总成本（井越深，其
一、气体钻井技术的发展
美国能源部与公司共同投资TULSA大学1700万美元研究气体钻井井 筒流动。81/2”井筒可任意倾斜、41/2”钻杆可旋转。美国SHELL公司 也投资斯坦福大学类似装置。
一、气体钻井技术的发展
第二阶段（1990～现在）由于大量的低压低渗油气资源、致密气藏 等难动用油气资源开发的需要，拓展到储层提高勘探发现率、开发产 能和采收率。目前成为主流钻井技术中的重要组成部分，进尺占总钻 井进尺的30％（美国能源部）。
层不出水、井壁稳定的低压低渗油气层，尤其是水 敏伤害严重的低压碎屑岩油气藏。易于获得天然气源时 ，可选用天然气作为循环介质
于地层出水量小，但干气类钻井无法维持正常钻进 且井壁稳定的地层
地层出水量较大，雾化钻井无法维持正常钻进，且 井壁稳定的地层，或用于漏层钻进
地层压力当量密度在0.6～1.05g/cm3的低压低渗 油气层实现欠平衡状态或用于处理井漏
➢ 研制了旋转防喷器、不压井装置等装备 ➢ 试验了空气锤、空气螺杆等井下工具 ➢ 开展了空气钻井的理论体系和工艺技术研究
一、气体钻井技术的发展
发展形成了4类气体钻井技术。
➢ 干气体钻井技术（空 气、氮气、天然气）
➢ 雾化钻井技术 ➢ 泡沫钻井技术 ➢ 充气钻井技术
干气 雾化 充气 泡沫
99% - 100% 96% - 99% < 55% 55% - 99%
美国能源部则将气体钻井与分支井、盘管钻井相结合的 技术列为二十一世纪“钻得更深、钻得更快、钻得更清洁 、钻得更便宜”的最有潜力技术之一。
一、气体钻井技术的发展
国内技术的总体发展状况
气体钻井技术在国内起步晚，四川在上世纪50～70年代开始零星尝 试，80年代末新疆局进口了我国第一套空气钻井设备，开始了空气钻 井的现场试验。通过十多年的探索，到2000年以后有了较快发展， 2005年以后四川盆地气体钻井的迅速发展，气体钻井显现了革命性技 术进步的特点，展现了该技术的巨大潜力。但目前国内总体上处于试 验推广阶段。
1990年至今，由于“难动用油气资源”勘探开发的需要，发展了 惰性气体钻井技术，尤其是与特殊轨道井相结合的气体钻井技术。该 阶段气体钻井的进尺占总进尺的30％以上（美国能源部2005年）。
一、气体钻井技术的发展
目前，在欧美等发达国家，气体钻井已是常规钻井技术中的一 个重要组成部分，是用于提速增效、对付井下复杂、提高勘探发现 率、提高单井原始产能的首选技术。
一、气体钻井技术的发展
同时，针对井壁稳定、地层出水等难题，国外还发展了基于测井 资料分析井壁稳定、出水预测的公司专有技术，并未形成商业化软 件。针对地层出水，也发展了包括雾化、泡沫、充气钻井在内的技 术系列，以及一些堵水、固结松散地层的公司专有技术。为了研究 气体钻井井筒流动规律，美国Tulsa大学、斯坦福大学、宾西法尼亚 大学以及挪威的国家实验室，都建立了模拟流动试验架，进行了试 验研究与理论研究，在此基础上形成了气体钻井流动的理论体系。
与气体钻井应用发展的两个阶段相对应，美国气体钻井技术的 发展有明显的“两阶段”痕迹。
一、气体钻井技术的发展
第一阶段（1950～1990年）应用于非储层的提速、增效，进 尺占总钻井进尺的16％（美国能源部）
该阶段主要成果 ➢ 大功率空气压缩机、增压机等核心装备研制 ➢ 空气锤、空气钻井系列牙轮钻头等工具研制 ➢ 空气钻井的理论体系、专用软件配套工艺研究
一、气体钻井技术的发展
国内外气体现状对比
项目 应用 规模
装备
国外
国内
进尺占总进尺的30%
进尺不足总进尺的1%
成熟配套，已商业化，质优， 装备已经配套，但核心部件如空压机机头
但价高
、膜制氮机膜组仍依赖进口
仪器 高端仪器比较成熟，配套工具 高端仪器电磁波随钻测量处于研究试验阶
工具 较完善，商业化
段，空气锤、取心工具等工具基本成熟
一、气体钻井技术的发展
基于上述三方面的技术配套，形成了相对成熟完善的非油气 储层、直井的空气钻井技术。此时的空气钻井不提倡、甚至立 法禁止钻开油气层，其原因是空气与地层油气混和后的井下燃 爆问题。对于事先未知的偶遇性油气层，美国发展了井下灭火 阀—— 一旦发生井下着火，温度高使灭火阀一次性关闭，断氧 灭火，然后起钻转换钻井方式。
工艺 技术
基础理论研究和工艺技术比较 成熟，开发了系统的地质适应 性评价技术和设计软件
该阶段主要成果 ➢ 1992年加拿大卡尔加里大学研究了含氧气体与可燃气体混合在井下
的燃爆规律。 ➢ 液氮蒸发气混合、柴油机尾气、膜分离现场制氮等技术。 ➢ 气体钻水平井技术，空气螺杆、电磁波随钻测量技术。 ➢ 气体钻井配套工艺技术的改进和完善，气体钻井逐渐与分支井、盘管
钻井相结合等。
一、气体钻井技术的发展
气体钻井的局限性：
➢局限于井壁稳定的层段，不稳定地层易造成卡钻。 ➢对付地层大量出水、出油能力有限。 ➢井控风险更大。
一、气体钻井技术的ห้องสมุดไป่ตู้展
国外技术的总体发展状况
气体钻井发源、发展于美国，经历了两个发展阶段。
1950年至1990年，空气钻井用于不含油气的非储层的钻井提速、 防漏治漏等。该阶段空气钻井的进尺比例占总进尺的16％左右（美国 能源部1986年）。
一、气体钻井技术的发展
循环介质
密度范围（g/cm3）
• 干气（空气、氮气、天然气等）
0.0012～0.012
• 雾化液
0.012 ～0.24
• 泡沫
0.24～0.48
• 充气液
0.48～0.84
一、气体钻井技术的发展
循环介质 空气
氮气或天然气 雾化液 泡沫 充气液
适用条件
井壁稳定、地层不出水的非油气产层，以提高机械 钻速或是解决恶性井漏
报告提纲
一、气体钻井技术的发展 二、气体钻井技术及装备 三、应用效果及典型井例
一、气体钻井技术的发展
气体钻井技术1953年 起源于美国，是以气体 、气液混合流体作为循 环介质代替钻井液的钻 井技术。
注入泥浆
注入气体、气 液混合流体
一、气体钻井技术的发展
气体钻井技术的优点：
➢ 极大降低对产层的损害，提高勘探开发效益 ➢ 消除井漏对钻井作业的影响 ➢ 可获得更高的钻进速度，降低钻井作业的总成本（井越深，其
一、气体钻井技术的发展
美国能源部与公司共同投资TULSA大学1700万美元研究气体钻井井 筒流动。81/2”井筒可任意倾斜、41/2”钻杆可旋转。美国SHELL公司 也投资斯坦福大学类似装置。
一、气体钻井技术的发展
第二阶段（1990～现在）由于大量的低压低渗油气资源、致密气藏 等难动用油气资源开发的需要，拓展到储层提高勘探发现率、开发产 能和采收率。目前成为主流钻井技术中的重要组成部分，进尺占总钻 井进尺的30％（美国能源部）。
层不出水、井壁稳定的低压低渗油气层，尤其是水 敏伤害严重的低压碎屑岩油气藏。易于获得天然气源时 ，可选用天然气作为循环介质
于地层出水量小，但干气类钻井无法维持正常钻进 且井壁稳定的地层
地层出水量较大，雾化钻井无法维持正常钻进，且 井壁稳定的地层，或用于漏层钻进
地层压力当量密度在0.6～1.05g/cm3的低压低渗 油气层实现欠平衡状态或用于处理井漏
➢ 研制了旋转防喷器、不压井装置等装备 ➢ 试验了空气锤、空气螺杆等井下工具 ➢ 开展了空气钻井的理论体系和工艺技术研究
一、气体钻井技术的发展
发展形成了4类气体钻井技术。
➢ 干气体钻井技术（空 气、氮气、天然气）
➢ 雾化钻井技术 ➢ 泡沫钻井技术 ➢ 充气钻井技术
干气 雾化 充气 泡沫
99% - 100% 96% - 99% < 55% 55% - 99%
美国能源部则将气体钻井与分支井、盘管钻井相结合的 技术列为二十一世纪“钻得更深、钻得更快、钻得更清洁 、钻得更便宜”的最有潜力技术之一。
一、气体钻井技术的发展
国内技术的总体发展状况
气体钻井技术在国内起步晚，四川在上世纪50～70年代开始零星尝 试，80年代末新疆局进口了我国第一套空气钻井设备，开始了空气钻 井的现场试验。通过十多年的探索，到2000年以后有了较快发展， 2005年以后四川盆地气体钻井的迅速发展，气体钻井显现了革命性技 术进步的特点，展现了该技术的巨大潜力。但目前国内总体上处于试 验推广阶段。
1990年至今，由于“难动用油气资源”勘探开发的需要，发展了 惰性气体钻井技术，尤其是与特殊轨道井相结合的气体钻井技术。该 阶段气体钻井的进尺占总进尺的30％以上（美国能源部2005年）。
一、气体钻井技术的发展
目前，在欧美等发达国家，气体钻井已是常规钻井技术中的一 个重要组成部分，是用于提速增效、对付井下复杂、提高勘探发现 率、提高单井原始产能的首选技术。
一、气体钻井技术的发展
同时，针对井壁稳定、地层出水等难题，国外还发展了基于测井 资料分析井壁稳定、出水预测的公司专有技术，并未形成商业化软 件。针对地层出水，也发展了包括雾化、泡沫、充气钻井在内的技 术系列，以及一些堵水、固结松散地层的公司专有技术。为了研究 气体钻井井筒流动规律，美国Tulsa大学、斯坦福大学、宾西法尼亚 大学以及挪威的国家实验室，都建立了模拟流动试验架，进行了试 验研究与理论研究，在此基础上形成了气体钻井流动的理论体系。
与气体钻井应用发展的两个阶段相对应，美国气体钻井技术的 发展有明显的“两阶段”痕迹。
一、气体钻井技术的发展
第一阶段（1950～1990年）应用于非储层的提速、增效，进 尺占总钻井进尺的16％（美国能源部）
该阶段主要成果 ➢ 大功率空气压缩机、增压机等核心装备研制 ➢ 空气锤、空气钻井系列牙轮钻头等工具研制 ➢ 空气钻井的理论体系、专用软件配套工艺研究
一、气体钻井技术的发展
国内外气体现状对比
项目 应用 规模
装备
国外
国内
进尺占总进尺的30%
进尺不足总进尺的1%
成熟配套，已商业化，质优， 装备已经配套，但核心部件如空压机机头
但价高
、膜制氮机膜组仍依赖进口
仪器 高端仪器比较成熟，配套工具 高端仪器电磁波随钻测量处于研究试验阶
工具 较完善，商业化
段，空气锤、取心工具等工具基本成熟
一、气体钻井技术的发展
基于上述三方面的技术配套，形成了相对成熟完善的非油气 储层、直井的空气钻井技术。此时的空气钻井不提倡、甚至立 法禁止钻开油气层，其原因是空气与地层油气混和后的井下燃 爆问题。对于事先未知的偶遇性油气层，美国发展了井下灭火 阀—— 一旦发生井下着火，温度高使灭火阀一次性关闭，断氧 灭火，然后起钻转换钻井方式。
工艺 技术
基础理论研究和工艺技术比较 成熟，开发了系统的地质适应 性评价技术和设计软件
该阶段主要成果 ➢ 1992年加拿大卡尔加里大学研究了含氧气体与可燃气体混合在井下
的燃爆规律。 ➢ 液氮蒸发气混合、柴油机尾气、膜分离现场制氮等技术。 ➢ 气体钻水平井技术，空气螺杆、电磁波随钻测量技术。 ➢ 气体钻井配套工艺技术的改进和完善，气体钻井逐渐与分支井、盘管
钻井相结合等。
一、气体钻井技术的发展