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1、水平井氣體鉆井關鍵技術分析1.中石化勝利石油工程有限公司黃河鉆井五公司山東省東營市257000；2.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院山東省東營市257017目前氣體鉆井技術己在國內(nèi)外得到廣泛的應用，能夠有效提高鉆井機械鉆速，減少地層漏失，保護油氣儲層等。為了擴大氣體鉆井技術的應用范圍，提高致密砂巖、泥頁巖等非常規(guī)低滲透油氣藏的殲發(fā)效益，將氣體鉆井應用于水平井的開發(fā)成為發(fā)展的方向。木文調(diào)研分析了國內(nèi)外氣體鉆水平井實例，總結(jié)了現(xiàn)有設備的不足，分析了氣體鉆水平井的技術難題，為國內(nèi)開展相關研宄提供了借
2、鑒。關鍵詞：氣體鉆井；井眼軌跡；隨鉆測量；井下工具引言氣體鉆井技術能夠有效提高鉆井機械鉆速，減少地層漏失，保護油氣儲層等。近年來，隨著油氣勘探開發(fā)技術的進步，氣體鉆井技術在國內(nèi)外的應用越來越廣泛。為了提高低滲透油氣藏開發(fā)效益，將氣體鉆井應用于水平井鉆井成為未來發(fā)展的方向。自1986年以來國外先后使用氣體鉆井成功鉆成多口水平井，很好地解決了常規(guī)鉆進過程中存在的問題，似仍存在著一些問題，主要括：氣體鉆水平井井眼軌跡控制、隨鉆測量技術、大井斜條件下井眼清潔等。木文針對以上問題，調(diào)研分析相關的新技術和新方法，
3、為氣體鉆井在水平井中的應用提供了參考。1氣體鉆井地層造斜特性分析氣體鉆井的循環(huán)介質(zhì)為氣體，井底壓力很小，井底巖石的受力狀態(tài)等與常規(guī)鉆井不同，這就使得其地層造斜特性與常規(guī)鉆井存在很大差異。國內(nèi)外學者釆用多種研究方法分析了氣體鉆井條件下地層的造斜特性，認為：1）與常規(guī)鉆井液鉆井相比，氣體鉆井井底存在的負壓差，放大了傾斜地層上傾和下傾兩側(cè)巖石應力的不對稱性，使地層各向異性指數(shù)明顯增大，地層的造斜特性增強；2）相同鉆具組合條件下，氣體鉆井的鉆具降斜力比常規(guī)鉆井時有所增加，但增加幅度小于地層造斜力的增加幅度。在
4、相同的地層、相冋的鉆具組合條件下，氣體鉆井比常規(guī)鉆井更容易發(fā)生井斜［1-3］。2氣體鉆井井眼眼軌跡控制技術氣體鉆水平井過程中，井簡內(nèi)的震動容易造成工具故障，因此必須要選擇合適的導向減震系統(tǒng)。Smith公司研制了可導向氣體鉆井系統(tǒng)，能實現(xiàn)氣體鉆水平井過程中的軌跡控制。該系統(tǒng)包括能不受鉆柱轉(zhuǎn)動影響的沖擊鉆具（即空氣錘/馬達組合）、井底總成（包括彎接頭、穩(wěn)定器）和遙測工具。該系統(tǒng)有一個獨特的旋轉(zhuǎn)機構，能在活塞的兩次沖擊之間4o~5o,迫使活塞轉(zhuǎn)動，而活塞與鉆頭連接，所以帶動鉆頭呈分度式轉(zhuǎn)動，并對井眼進行定向
5、控制。2.1空氣錘空氣錘是氣體鉆井中常用的一種破巖工具，其采用沖擊破巖的鉆井方式,與傳統(tǒng)的鉆井方式相比，可以大大提高硬質(zhì)、研磨性地層的機械鉆速，提高低壓易漏地層的鉆井效率。定向鉆井過程中使用較多的是氣體馬達驅(qū)動式空氣錘。氣體螺桿馬達驅(qū)動式空氣錘定向鉆井過程中主要使用常規(guī)空氣錘，其解決了自冋轉(zhuǎn)式空氣錘鉆井過程中鉆壓不易控制和空氣錘冋轉(zhuǎn)扭矩增加而引起的輸出功率低的問題，可以保證較高的機械鉆速。但是氣體螺桿馬達驅(qū)動式空氣錘定向鉆井技術需要采用低速空氣螺桿鉆具，常規(guī)氣體螺桿馬達的轉(zhuǎn)速較高，達到80-150r/
6、min,而空氣錘的適用轉(zhuǎn)速為30-50r/min;冋吋高轉(zhuǎn)速增強了空氣錘鉆頭與巖石的剪切力，容易導致鉆頭過早磨損，因此在使用空氣錘吋盡量選擇低轉(zhuǎn)速的氣體螺桿。圖1氣體螺桿馬達驅(qū)動式空氣錘定向鉆具組合1-空氣錘；2-空氣錘上接頭；3-彎殼氣體馬達；4-減震器；5-螺旋穩(wěn)定器；6-鉆鋌及隨鉆測量裝置。美國Appalachian盆地Berea砂巖儲層研磨性強，含宵質(zhì)量分數(shù)近80%的石英質(zhì)，非側(cè)限抗壓強度達到137.8MPa,2009年以前使用傳統(tǒng)鉆井模式鉆探水平井，機械鉆速低。2009年后，EQT公司在該地
7、層使用氣體螺桿馬達驅(qū)動式空氣錘定向鉆井技術，共鉆探了37口井，單井鉆探成本可節(jié)約30%,應用結(jié)果表明，該技術具有較好的適應性，機械鉆速可提高至30m/h[4-5]。2.2氣體螺桿鉆具氣體螺桿鉆具是用氣體、泡沫等可壓縮流體鉆及各類特殊工藝井的必需工具，其結(jié)構包括：可調(diào)彎接頭、馬達、萬向節(jié)外殼/總成和軸承總成。國外從1960年就開始進行氣體螺桿現(xiàn)場測試，BakeHughes等多家石油公司擁有自己的7氣體螺桿產(chǎn)品?！銎渲蠦akeHughes具有從最大外徑為Ø241.3mm到最小外徑為&Osla
8、sh;79.4mm等尺寸最為齊全的氣體螺桿馬達系列產(chǎn)品。國內(nèi)方面，氣體螺桿鉆具的研究還處于起步階段。2002年，中國石油天然氣集團公司立項研制氣體螺桿鉆具，8月，由北京石油機械廠生產(chǎn)的試驗樣機在蘇里格氣田進行了天然氣驅(qū)動螺桿鉆具鉆直井試驗，并獲得初步成功。2004年7月，中國石油西南油氣田公司在白淺111-H水平井使用K7LZ120×7.0型氣體螺桿鉆具進行氣相欠平衡鉆井，由柴油機尾氣驅(qū)動氣體螺桿鉆具帶PDC鉆頭進行鉆進，后因試驗中的尾氣發(fā)生
