空氣鉆井優點.

 

  (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。

 

  空氣鉆井與常規鉆井相比,其機械鉆速可提高4~14倍,鉆頭消耗減少2 /3,大大降低鉆井液的成本消耗,這已經為國內外大量的空氣鉆井實踐所證明。

 

  空氣鉆井可以提高鉆井速度,其主要機理如下:

 

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

 

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

 

  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,該特點越顯著。而地下巖體,在高圍壓條件下普遍出現強度增大、硬度增大、研磨性增強,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出現高強度、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,則表現低強度、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,因為強研磨性硬地層,沖擊式破碎的效率比剪切式高,破巖工具磨損小。在美國、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DOE(DepartmentofEnergy)正在組織可轉向的空氣沖擊式鉆井系統,以用于空氣鉆水平井、定向井。

 

  空氣鉆井井底清巖效率高,巖屑不會水化黏結而泥包鉆頭或在井底形成滲濾性泥餅而被黏附,因此不會因為巖屑重復破碎而嚴重影響鉆速。

 

  表1 2003年以來開展的空氣鉆井井號施工日期井眼尺寸/mm井段/m空氣排量/(m3/min)機械鉆速/(m /h)相同構造、井段機械鉆速/(m /h)空氣鉆井與鉆井液鉆井機械鉆速對比/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造防斜打快。

 

  在高陡易斜構造采用常規鉆井時,本來鉆速就很慢,再加上為了控制井斜而對鉆井參數施加的限制,多半只能小鉆壓、低轉速的/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鉆井的1 /3左右,該鉆壓值既滿足了空氣鉆井的需要,同時也滿足了/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,其鉆進的動力主要來自于空氣錘的強力沖擊,所需的鉆壓更小(僅需要1~2 t鉆壓穩住井下空氣錘),能更有利于控制井斜,且鉆速更快。

 

  (3)空氣鉆井在克服嚴重井漏、惡性井漏方面有著不可替代的優勢,這一點已為國外多年的空氣鉆井實踐所證明。

 

  (4)在油氣勘探開發中,用空氣鉆井技術打開產層,可以有效地保護產層,提高勘探中發現的成功率和評價的準確性,提高開發中的單井產能和最終采收率,這是近10年國外空氣鉆井發展的熱點之一。

 

  首先,空氣鉆井是負壓差的欠平衡鉆井,鉆開儲層過程中井內壓力低于儲層壓力,這使得儲層內的流體(油、氣)源源不斷地由地層內流到井筒中,并被攜帶至地面加以控制、處理;此時不可能有井內流體進入儲層,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,循環介質中無任何水基流體,從而徹底消除了儲層自發吸水造成的水相圈閉傷害。

 

  由于空氣鉆井技術消除了儲層的正壓差傷害和水相圈閉傷害這兩大主要傷害,有效地保護了儲層,在國外被稱之為/無傷害鉆井0。

 

  空氣鉆井缺點.

 

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

 

  (2)沒有對付井壁力學性失穩(如破碎巖體、高構造應力、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,導致儲層速敏、出砂,甚至坍塌。尤其是鉆遇高壓、高產儲層,井控安全性較差。

 

  (4)需要昂貴的地面設備。