空氣鉆井條件下地質錄井新方法探究

邱 風 段宏臻

（1、大慶鉆探工程公司地質錄井一公司，黑龍江 大慶 163411；2、中國測井公司青海事業部，甘肅 敦煌 736202）

隨著石油鉆探技術不斷的進步和發展，空氣鉆井技術由于其自身的一些優勢，在石油鉆探中獲得了廣泛的應用。而傳統的錄井方法已經不能夠很好的適應當前空氣鉆井的需求，需要在鉆井方法上進行改進，從而做好地質錄井工作。

1 空氣鉆井原理

鉆頭在進行鉆進的時候，由于摩擦會產生大量的熱量，導致鉆頭溫度過高，通過空氣壓縮機將空氣進行壓縮，使其具有較大的壓力，然后將壓縮的空氣輸送到鉆具里面對鉆頭進行降溫。在這個過程當中，上返的空氣能夠將井底的巖屑帶出，通過對帶出的巖屑的水化降塵之后，可以對其取樣。空氣鉆井技術比一般的鉆井技術更具有相應的優點，主要表現在以下幾個方面：第一，在鉆井的速度方面，比一般的鉆井技術更加的迅速，能夠在較短的時間內完成鉆井作業，節省資金。第二，在產層被打開的時候，采用空氣鉆井能夠有效的對其進行相應的保護，防止由于底層結構復雜而導致的井漏，可以使整個鉆探過程對于環境的破壞降到最低。

2 現場樣品采集系統

2.1 巖屑撈取

在鉆井的過程當中，如果采用空氣鉆井技術，那么產生的巖屑是粉塵狀，巖屑的顆粒結構相對比較小，這就使得巖屑的撈取工作比較困難。可以通過在排沙管線位置安裝相應的閥門，并且安裝一個袋子。這樣在進行撈沙的時候可以將閥門關閉，防止在撈沙的時候出現較大的粉塵，保證撈取工作的順利進行。

2.2氣體采集及過濾

將硅膠筒安裝在過濾器和排氣管中間，設置好相應的過濾裝置，為了有效的延長過濾裝置的使用時間，可以在裝置和管線中間安裝相應的干燥裝置，從而有效的對粉塵進行過濾。

3 遲到時間的計算方法

3.1 在理論計算方面

針對不同的注氣量、氣體密度、井筒直徑、返出巖屑粒徑和密度、排砂管線大小等參數,建立了相應的數學模型,新編了遲到時間計算軟件，實現了氣體鉆井條件下遲到時間的連續計算，滿足了巖屑撈取、歸位和氣體檢測、歸位的要求。

3.2 在實物測量方面

以向井筒內輸送空氣開始作為時間起點，出氣口返屑為結束時間，二者時間差即為真實巖屑遲到時間。氣體遲到時間用環空與空氣流量比理論計算，因流速快，理論與實際誤差可忽略不計。

4 巖屑描述方法

與傳統的泥漿鉆井相比，空氣鉆井所產生的巖屑是以粉末的形式存在的，這在很大程度上影響了巖屑的描述，主要表現在以下幾個方面：第一，巖屑原本的構造被嚴重的損壞，第二，很難對砂樣進行只管的描述。因此要對巖屑進行準確的描述，首先要對附近的鉆井的相關資料進行探索，詳細的了解臨近鉆進的巖性，只有這樣才能夠對巖屑進行準確的識別。在實際的描述過程當中應該做到，對巖屑的大致形態進行相應的觀察，主要包括其顏色和狀態，然后借助相應的儀器，分析巖屑的相關的成分以及組成，從而對不同底層的巖屑性質進行詳細的掌握。

5 天然氣監測及應用技術

與傳統的泥漿鉆井相比，由于空氣鉆井在鉆進的過程當中產生的是負壓，因此底層中的各種氣體很容易被帶出地面，但是在被帶出地面的過程當中，遇到空氣使得各種底層的氣體的濃度大大的下降，這樣獲得的樣品往往都是被空氣稀釋過之后的。這就使得對空氣鉆井所取得的氣體樣本的分析應該采用具有較高靈敏度的分析儀器才可以保證分析數據的準確性，對天然氣的儲量進行比較準確的掌握。

天然氣相關的顯示層級在使用空氣鉆井的時候較低，因此為了確保準確性應該和周圍的井進行相應的比對，從而掌握相對比較準確的顯示數值。

6 地層出水的預測和監測

在進行底層出水預測的過程當中，應該充分的考慮附近的鄰井的相應的數據和資料，主要包括出水的位置以及量的大小。要對地層出水的情況進行判斷，可以根據巖屑的潮濕情況來具體的進行。在進行空氣鉆進的過程當中，相關底層的出水量的大小會導致鉆井中相關參數的變化，可以按出水量的大小及工程參數的表現特征，將地層出水分為3級:

6.1 小流量出水

地層出水量一般低于0.477m3/h。空氣鉆井時，如果上返鉆屑量減少，注人空氣壓力慢慢增大，鉆屑變大，鉆具轉動扭矩增大，上提、下放鉆具有阻力，說明遇到小水層。地層小流量出水是最危險的情況，因為少量的水將巖屑粘結在一起，在鉆桿上形成泥包，引起井眼縮小、循環阻力增大、卡鉆等復雜情況的發生。

6.2 中等流量出水

地層出水量0.477～7.95m3/h。地層中等流量出水發生巖屑結團的危險性較小，因為在空壓機功率足夠的情況下，可將水以氣泡形式吹至地面。由于井內水多，鉆屑被稀釋，不會使巖屑粘結成塊。但是，對于存在水敏性不穩定地層的井，可能導致嚴重的井塌。其最明顯的表現是注人壓力升高，鉆屑突然停止上返，鉆速降低，繼續注入氣體，排出管口出現液體。

6.3 大流量出水

地層出水量大于7.95m3/h。地層大流量出水危險性較大，由于大量的水出現，可能造成地層坍塌，而且空壓機功率也不能將水吹至地面。但是由于井內水多，鉆屑被稀釋，不會使巖屑粘結成塊。其最明顯的表現是注人壓力明顯升高，鉆屑突然停止上返，鉆速明顯降低。

由于地層出水使得井壁遇水后容易失穩、出現地層坍塌，造成井下事故。所以錄井人員應及時發現地層出水，判斷井壁失穩情況，必要時停止空氣鉆井，轉換為鉆井液鉆井，保證井內安全。

7 燃爆監測

在進行空氣鉆井的過程當中應該做好對爆燃的監測工作，一旦出現爆燃就會造成持續的高溫，對鉆具造成極大的破壞，造成不必要的損失。由于地層中存在大量的易燃氣體，而在空氣鉆井的過程當中由于這些可燃氣體和空氣接觸，當達到一定的濃度的時候就會發生燃燒。爆燃的發生受到很多因素的影響，當各種因素都具備的時候，如果遇到點火，那么就會產生爆燃。

為了及時發現井下燃爆的發生，現場增加了紅外一氧化碳分析儀與SK-2000C綜合錄井儀配套使用，監測井下燃爆。錄井人員應隨鉆監測返出氣體的可燃氣體濃度、氧氣濃度、甲烷濃度、硫化氫濃度，以及一氧化碳、二氧化碳濃度、溫度。井下一旦發生燃爆，在地面上表現為氧氣濃度、甲烷濃度下降，二氧化碳濃度、一氧化碳濃度、溫度上升，鉆頭處的燃爆在2min以內可以被監測到，立即通知鉆井隊采取滅火措施，整個過程時間控制在4～5min內，以免造成井下的鉆具破壞。

結束語

空氣鉆井技術作為近年來快速發展起來的一種鉆井新工藝，在大幅度提高鉆井實效、提高鉆井施工隊伍經濟效益的同時，給地質錄井工作者在施工現場資料的錄取工作帶來了不小的困難。本文在介紹空氣鉆井原理的基礎上，提出了現場空氣鉆井條件下的錄井新方法，包括:現場樣品采集系統、巖屑描述方法、遲到時間的計算方法、天然氣監測及應用技術等。同時，對空氣錄井條件下的地層出水監測技術及燃爆監測技術進行了探討，可為今后的錄井工作提供借鑒和參考。

[1]李永杰，陳一健，孟英峰.井下燃爆監測技術在氣體鉆井中的應用[J].天然氣工業，2008.28(5):50～52.

[2]歐陽昌.淺談定向井空氣鉆井及測量技術[J].石油科技論壇，2004，2(2):57～60.

[3]李永杰，陳一健，孟英峰.井下燃爆監測技術在氣體鉆井中的應用[J].天然氣工業，2008，(05).