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空气泡沫钻井技术在川东北地区的应用

前言

空气钻井钻遇严重出水地层后，井底岩屑无法顺利返出，导致空气钻井无法实施。空气泡沫钻井技术在川东北的成功应用，不仅大大提高了机械钻速，缩短了陆相地层的钻井周期，有效解决了该工区“硬”、“斜’、“漏”三大技术难题，并且有效的避免了井下燃爆，为欠平衡钻井技术广泛应用拓展了新的空间。

川东北地质构造为陆相、海陆相交互和海相沉积。其中上部陆相地层为高陡构造，砂、泥、页岩互层频繁，硬度大，研磨性强，须家河组石英砂岩硬度达8级，可钻性差，漏层多，中下部地层破碎，井眼稳定性差，钻井中时常发生井漏，井漏后往往诱发井塌，并且漏失井段长，极易造成井下复杂，处理难度大。下部深层碳酸盐岩气藏普遍存在多产层、多套压力系统、高压、高含硫、裂缝和溶洞发育，漏失严重，钻井风险大。不仅机械钻速低、钻井周期长，而且极易发生断钻具等井下复杂事故，严重制约了天然气勘探开发进程。空气泡沫钻井技术为大幅度提高川东北上部地层机械钻速提供了有效的钻探手段，进一步拓宽了技术服务领域。

目前川东北工区共有胜利石油管理局钻井工艺研究院、中原石油勘探局管具工程处、四川石油管理局钻采工艺技术研究院空气钻井公司以及威德福公司等6家气体钻井施工服务单位，具备同时进行12口空气钻井的施工能力。自去年1月21日开始应用气体钻井技术以来，已相继在普光气田及周边、元坝及通南巴河坝等构造上成功应用，截至今年4月30日，已成功应用40口井，气体钻井进尺82079米，占工区钻井总进尺的40.91%。

然而，采用空气钻井时，经常会遇到地层出水的情况，严重制约了空气钻井的应用。由于地层出水，会把空气钻井形成的粉尘凝结，糊在井壁上，造成扭矩增加、局部过热、井壁岩石出现裂缝，吸水膨胀后造

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3成井壁坍塌或者卡钻，一旦出现这种情况，大多认为在出水量达到5m/h就应该转化成雾化钻井或空气泡沫钻井。

一、空气泡沫钻井工艺技术流程

空气泡沫钻井工艺技术流程:是以泡沫基液为工作对象，用空压机对空气先进行初级加压，然后经过增压机增压后的气体再与雾化泵泵出泡沫基液混合，经立管三通进入钻具，泡沫通过钻头时对钻头进行冷却，再通过井口的旋转头(旋转密封)，泡沫和钻屑进入排砂管线，最后到岩屑池，完成携带岩屑和消除粉尘的任务，泡沫自然破泡后基液回收到上水池进行再利用。

泡沫钻井施工作业工艺流程图如下:空气?空压机?增压机?雾化泵(基液与气体混合)?立管?钻具?钻头?环空?井口?排砂管?岩屑池?破泡后基液?上水池

二、空气泡沫钻井设备

空气钻井和泡沫钻井对设备配置要求有所不同，但主体配置基本相同，都必须配置空压机和增压机，并要求设备在正常工作状态下能够连续运转，根据井下工艺技术要求选择不同的设备，但空气钻井设备总体

3要具有100m/min以上的供气量。目前四川钻采工艺技术研究院空气钻井公司用于空气、泡沫气体钻井的主要设备为:?FY400型增压机2台，排气量为80Nm/min，最高压力为17MPa，由成都天然气压缩机厂制造。?

3XRVS976型空压机6台，排气量为27m/min，最高压力为2.5MPa，阿特拉斯制造.?T100-3雾化泵二台。?旋转头1台(要有备用)，最高工作压力为4.5MPa，由四川石油局广汉钻采设备制造厂制造。?高低压管汇各一套。

四川钻采院空气钻井公司在普光、元坝、清溪区块等提供气体钻井服务设备基本相同，根据井深的不同增加排量或增加空压机的台数，以满足深井及不同井径携砂的需要。

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三、泡沫基液的基本性能

泡沫钻井是指钻井时将大量的气体(如空气和氮气)分散在少量含起泡剂(表面活性剂)的液体中作为循环介质的工艺，液体是外相(连续相)，气体是内相(非连续相)，其产生粘度的机理是气泡间的相互作用。

泡沫钻井时，泡沫基液性能的好坏直接影响到泡沫钻井的成败，井下流体和所钻岩性的化学性质发生变化时，其相应的泡沫基液性能要求也就不一样，一般泡沫流体要求其热稳定性能好、抗盐性强、低腐蚀性、稳定的流变特性。根据川东北所钻井的井下特性，结合现场应用，形成了一套适合该区域地层的泡沫基液配方。泡沫基液具有足够的热稳定性，

，能达到下述要求:?具有很强的抗盐(Cl-大于50g/L)、抗钙(Ca2，大于50g/L)的能力。?良好的高温热稳定性(120?条件下泡沫稳定16h)，?具有低腐蚀性。?稳定的流变特性。?抑制地层泥页岩的水化膨胀。

四、空气泡沫钻井施工

4.1空气泡沫钻井施工工序

空气泡沫钻井与常规的泥浆钻井有所区别，它是直接用空气加泡沫作为钻井循环介质，满足钻井工程作业需要的一种钻井方式。

空气泡沫钻井主要施工工序如下:

.1设备的安装及试压4.1

空气泡沫钻井要严格的按照《空气钻井技术规范》安装，特别要保证井口旋转控制头安装试压合格，