空氣鉆井優(yōu)點(diǎn).

 

  (1)空氣鉆井可以大幅度提高鉆井速度,縮短建井周期,降低鉆井成本。

 

  空氣鉆井與常規(guī)鉆井相比,其機(jī)械鉆速可提高4~14倍,鉆頭消耗減少2 /3,大大降低鉆井液的成本消耗,這已經(jīng)為國(guó)內(nèi)外大量的空氣鉆井實(shí)踐所證明。

 

  空氣鉆井可以提高鉆井速度,其主要機(jī)理如下:

 

  在空氣鉆井中,地層孔隙壓力在負(fù)壓差條件下產(chǎn)生向井內(nèi)的/推力0,該/推力0有促使井底巖石破碎(或崩離井底)的趨勢(shì)。

 

  在空氣鉆井中,井內(nèi)幾乎無重量的氣柱大大改變了井底應(yīng)力狀態(tài),在鉆頭前方未破碎地層內(nèi)產(chǎn)生很大范圍的低應(yīng)力區(qū),便于破碎;同時(shí)在井底產(chǎn)生沿井筒向上的拉應(yīng)力,有/拉斷0巖石的趨勢(shì)(注意到巖石的抗拉強(qiáng)度很低)。

 

  相同地層、相同巖性、相同埋深的井下巖體,在空氣鉆井條件下易破碎,且地層越硬、井越深,該特點(diǎn)越顯著。而地下巖體,在高圍壓條件下普遍出現(xiàn)強(qiáng)度增大、硬度增大、研磨性增強(qiáng),由脆性向塑性過渡。因此,相同深度、相同巖性的地層,在鉆井液鉆井條件下會(huì)出現(xiàn)高強(qiáng)度、高硬度、高研磨性、高塑性,這些都極不利于地層破碎;而在空氣鉆井條件下,則表現(xiàn)低強(qiáng)度、低硬度、低研磨性和高脆性,從而使地層容易破碎。

 

  空氣鉆井的沖擊式破碎,更有利于提高硬地層鉆速,因?yàn)閺?qiáng)研磨性硬地層,沖擊式破碎的效率比剪切式高,破巖工具磨損小。在美國(guó)、加拿大,更多地采用空氣鉆井的空氣錘和錘擊鉆頭,可以更大幅度提高鉆速。目前美國(guó)DOE(DepartmentofEnergy)正在組織可轉(zhuǎn)向的空氣沖擊式鉆井系統(tǒng),以用于空氣鉆水平井、定向井。

 

  空氣鉆井井底清巖效率高,巖屑不會(huì)水化黏結(jié)而泥包鉆頭或在井底形成滲濾性泥餅而被黏附,因此不會(huì)因?yàn)閹r屑重復(fù)破碎而嚴(yán)重影響鉆速。

 

  表1 2003年以來開展的空氣鉆井井號(hào)施工日期井眼尺寸/mm井段/m空氣排量/(m3/min)機(jī)械鉆速/(m /h)相同構(gòu)造、井段機(jī)械鉆速/(m /h)空氣鉆井與鉆井液鉆井機(jī)械鉆速對(duì)比/倍正壩1 2003 -01 31112 138146~ 518100 110~150 15190 2127 7. 00核桃1 2003 -04 44415 18125~76180 85 2140 1113 2112礦2 2003 -05 31112 1 535127~1 901100 90 3121 1176 1182大天9 2003 -06 31112 29188~31123 86 6114 1196 3148(2)空氣鉆井利于高陡易斜構(gòu)造防斜打快。

 

  在高陡易斜構(gòu)造采用常規(guī)鉆井時(shí),本來鉆速就很慢,再加上為了控制井斜而對(duì)鉆井參數(shù)施加的限制,多半只能小鉆壓、低轉(zhuǎn)速的/輕壓吊打0,鉆壓一大就容易斜,這也是限制高陡易斜構(gòu)造鉆速提高的一大問題。

 

  在空氣鉆井中,由于地層容易被破碎,故所需鉆壓僅為常規(guī)鉆井的1 /3左右,該鉆壓值既滿足了空氣鉆井的需要,同時(shí)也滿足了/輕壓吊打0的要求。因此,既提高了鉆速,又控制了井斜。

 

  如果再采用井下空氣錘鉆進(jìn),其鉆進(jìn)的動(dòng)力主要來自于空氣錘的強(qiáng)力沖擊,所需的鉆壓更小(僅需要1~2 t鉆壓穩(wěn)住井下空氣錘),能更有利于控制井斜,且鉆速更快。

 

  (3)空氣鉆井在克服嚴(yán)重井漏、惡性井漏方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì),這一點(diǎn)已為國(guó)外多年的空氣鉆井實(shí)踐所證明。

 

  (4)在油氣勘探開發(fā)中,用空氣鉆井技術(shù)打開產(chǎn)層,可以有效地保護(hù)產(chǎn)層,提高勘探中發(fā)現(xiàn)的成功率和評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,提高開發(fā)中的單井產(chǎn)能和最終采收率,這是近10年國(guó)外空氣鉆井發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

 

  首先,空氣鉆井是負(fù)壓差的欠平衡鉆井,鉆開儲(chǔ)層過程中井內(nèi)壓力低于儲(chǔ)層壓力,這使得儲(chǔ)層內(nèi)的流體(油、氣)源源不斷地由地層內(nèi)流到井筒中,并被攜帶至地面加以控制、處理;此時(shí)不可能有井內(nèi)流體進(jìn)入儲(chǔ)層,從而完全消除了正壓差造成的固相傷害和液相傷害。

 

  其次,空氣鉆井是利用空氣鉆井的技術(shù),循環(huán)介質(zhì)中無任何水基流體,從而徹底消除了儲(chǔ)層自發(fā)吸水造成的水相圈閉傷害。

 

  由于空氣鉆井技術(shù)消除了儲(chǔ)層的正壓差傷害和水相圈閉傷害這兩大主要傷害,有效地保護(hù)了儲(chǔ)層,在國(guó)外被稱之為/無傷害鉆井0。

 

  空氣鉆井缺點(diǎn).

 

  (1)處理地層出水的能力差,尤其是砂泥巖地層造漿,是大多數(shù)空氣鉆井失敗的原因。

 

  (2)沒有對(duì)付井壁力學(xué)性失穩(wěn)(如破碎巖體、高構(gòu)造應(yīng)力、流變性巖體)的能力。

 

  (3)井底欠壓值太大,處于無控制的欠平衡狀態(tài),導(dǎo)致儲(chǔ)層速敏、出砂,甚至坍塌。尤其是鉆遇高壓、高產(chǎn)儲(chǔ)層,井控安全性較差。

 

  (4)需要昂貴的地面設(shè)備。