1、欠平衡钻井打捞技术服务中心欠平衡钻井打捞技术服务中心中国石油中国石油渤海钻探钻井技术服务公司渤海钻探钻井技术服务公司常青忠常青忠气体钻井的安全问题气体钻井的安全问题密度密度单位单位泥泥 浆浆 类类 型型异常加异常加重泥浆重泥浆常规常规泥浆泥浆清水清水可循可循环泡环泡沫沫充气泥浆充气泥浆稳定泡沫稳定泡沫/硬胶泡硬胶泡沫沫空气空气/氮气氮气/废气废气/天然气天然气SGSG克克/立方立方厘米厘米2.4-2.4-2.72.71.0-1.0-2.42.41.01.00.95-0.95-0.850.850.96-0.50.96-0.50.32-0.32-0.280.280.0280.028PPGPPG磅磅
2、/加仑加仑 22.4122.418.3-8.3-19.9219.928.48.47.8857.885-7.18.0-4.158.0-4.152.65-2.65-2.322.32适用适用井下井下条件条件超异常超异常高压地高压地层层正常正常钻井钻井地层地层正常正常钻井钻井地层地层地表地表漏失漏失异常低压异常低压地层地层,浅浅气层气层.异常低压异常低压地层地层;少量地层少量地层流体流体(盐水盐水、气体、气体)水敏性泥、页水敏性泥、页岩；岩；完全漏失地层完全漏失地层；无流体地层。无流体地层。设备设备要求要求普通普通钻机钻机小型空气小型空气设备设备大型脱气大型脱气设备设备.小型空气小型空气设备设备大型空
3、气设大型空气设备备一、气体钻井类型一、气体钻井类型 空气粉尘钻井应用于坚硬的干燥地层，即地空气粉尘钻井应用于坚硬的干燥地层，即地 层中无水或碳氢化合物等流体流出的地层；层中无水或碳氢化合物等流体流出的地层；也适用于无水的干燥的地热气流产层；也适用于无水的干燥的地热气流产层；空气粉尘钻井成功的关键在于要有足空气粉尘钻井成功的关键在于要有足 够大的空气排量，要保证携屑、清扫够大的空气排量，要保证携屑、清扫 井筒的目的。井筒的目的。2 2、充气钻井、充气钻井n 即在常规的钻井液中注入空气，形成一即在常规的钻井液中注入空气，形成一 种泥浆和空气的混合物，其密度可根据种泥浆和空气的混合物，其密度可根据
4、井深和注入的空气量进行调整，一般充井深和注入的空气量进行调整，一般充 气泥浆的密度控制在气泥浆的密度控制在4 48ppg8ppg（0.480.48 0.96g/cm3 0.96g/cm3）。其注入空气的方法有侧管）。其注入空气的方法有侧管 法、喷射接头法和立管注入法三种。法、喷射接头法和立管注入法三种。3 3、泡沫钻井、泡沫钻井当空气和雾化钻井因经济、机械或其它原因而不理想当空气和雾化钻井因经济、机械或其它原因而不理想时，可转为稳定泡沫或硬胶泡沫钻井。稳定泡沫和硬时，可转为稳定泡沫或硬胶泡沫钻井。稳定泡沫和硬胶泡沫不仅可以大大减少空气量，还因其携屑能力是胶泡沫不仅可以大大减少空气量，还因其携屑
5、能力是一般钻井液的一般钻井液的1010倍而更具优越性。倍而更具优越性。稳定泡沫的密度可在稳定泡沫的密度可在0.50.56.0ppg(0.06-0.72g/cm3)6.0ppg(0.06-0.72g/cm3)范围内调节范围内调节,抗盐抗盐CLCL30000mg/L30000mg/L、成本高。、成本高。硬胶泡沫是以足够数量的空气注入少量的般土泥浆硬胶泡沫是以足够数量的空气注入少量的般土泥浆101025GPM25GPM（加仑（加仑/分钟分钟），而保证出口附近的环空），而保证出口附近的环空返速达到返速达到0.50.51.0m/s1.0m/s，空气和泥浆体积的比例范围，空气和泥浆体积的比例范围为为100
6、100：1 1300300：1 1，抗盐，抗盐CL-150000mg/LCL-150000mg/L、成本低。、成本低。4 4、雾化钻井、雾化钻井n 空气钻井的最大敌人是高含水层。当地层出水空气钻井的最大敌人是高含水层。当地层出水 时，必须将地层水全部雾化才能携带到地面，时，必须将地层水全部雾化才能携带到地面，才能确保安全钻进。雾化钻井一般需要增加才能确保安全钻进。雾化钻井一般需要增加 30 304040的空气量，但由此也增加了相应空气的空气量，但由此也增加了相应空气 钻井设备、燃油和人员的费用。由于井下压力钻井设备、燃油和人员的费用。由于井下压力 的增加，满足携屑能力的实际空气排量也要增的增加
7、，满足携屑能力的实际空气排量也要增 加。加。5 5、氮气、氮气(废气废气)钻井钻井氮气氮气(废气废气)钻井技术钻井技术,仅用于储层仅用于储层(气层气层/油层油层)钻井钻井,以防止井下燃爆；以防止井下燃爆；氮气钻井设备较空气设备投资大；氮气钻井设备较空气设备投资大；废气钻井是利用钻机柴油机尾气，经过处理后废气钻井是利用钻机柴油机尾气，经过处理后用于储层钻井。用于储层钻井。二、气体钻井设备二、气体钻井设备气体钻井辅助设备气体钻井辅助设备惰惰气气空空气气空压机空压机增压器增压器雾化液注雾化液注入系统入系统发泡器发泡器基液基液注入注入监测监测系统系统气体气体监测监测系统系统排出排出监测监测系统系统强行
8、起下钻装置强行起下钻装置多相分离多相分离液体回收液体回收工作液回收工作液回收原油回收原油回收综合录井综合录井井下防喷器井下防喷器防爆接头防爆接头内防喷器内防喷器减振器减振器震击器震击器减阻器减阻器井下空气锤井下空气锤钻具附件钻具附件钻头钻头空 气 钻空 气 钻头头锤 击 钻锤 击 钻头头反循环钻头反循环钻头井口旋转头井口旋转头井口组合井口组合注入注入排出排出钻进钻进随钻试井随钻试井化学剂化学剂起下钻起下钻气气体体产产生及生及注入注入设备设备井下工具及井下工具及钻钻具附件具附件地面分离及地面分离及环环保保设备设备数数据据监测监测及采及采集集设备设备井口控制及不井口控制及不压压井起下装置井起下装置
9、气气体体钻钻井的井的实实施，施，需要一系列的新装需要一系列的新装备备、新工具，五大、新工具，五大部分。部分。气体钻井设备高压空气压缩机低压空气压缩机泡沫/雾化设备柴油机尾气处理设备90m3/90m3/分氮气能力钻井设备分氮气能力钻井设备高压空气钻井防喷井口高压空气钻井防喷井口气体排出管气体排出管气体接入立管和排气管线气体接入立管和排气管线化学剂注射泵化学剂注射泵进气管控制阀几种钻井方式的比较泥浆池泥浆池泥浆泵泥浆泵水龙头水龙头井下管柱井下管柱环环 空空地面除砂系统地面除砂系统分离系统地面管汇地面管汇 钻井液循环系统钻井液循环系统泥浆循环钻井泥浆循环钻井气体（空气、尾气、天然气、氮气）钻井气体（
10、空气、尾气、天然气、氮气）钻井放空或放空或燃烧燃烧井口系统井口系统环空环空井下管柱井下管柱立管立管增压机增压机压缩机压缩机气源气源气体钻井系统气体钻井系统一）、空气钻井的限定条件：一）、空气钻井的限定条件：1 1、对地层压力的控制能力降低。气体钻井作、对地层压力的控制能力降低。气体钻井作业业 一般只限于那些地层空隙压力较低的地区。一般只限于那些地层空隙压力较低的地区。2 2、适用于地层岩石较老且致密的地区，因为、适用于地层岩石较老且致密的地区，因为井井 内几乎不存在液柱压力来支撑井壁防止其内几乎不存在液柱压力来支撑井壁防止其坍坍 塌。塌。3 3、对付大量地层水侵入的能力是有限的。、对付大量地层
11、水侵入的能力是有限的。二）、气量问题：二）、气量问题：纯气体钻井气量没有上限限制，空气钻井的失败往纯气体钻井气量没有上限限制，空气钻井的失败往往是气量不足造成的。所有设备提供的气量都是在标准情往是气量不足造成的。所有设备提供的气量都是在标准情况下的理论排量。在实际运用中必须用当地的海拔高度和况下的理论排量。在实际运用中必须用当地的海拔高度和此海拔的温度、适度、大气压力予以修正，见下表。所计此海拔的温度、适度、大气压力予以修正，见下表。所计算的气量要有富裕，也即设备要有备用。算的气量要有富裕，也即设备要有备用。三）、设备配置问题三）、设备配置问题 1 1、气体钻井（包括、气体钻井（包括GasGa
12、s、N2N2、尾气）设备，除配备必要的、尾气）设备，除配备必要的空压机外，如果钻井压力超过空压机的压力，就必须配备空压机外，如果钻井压力超过空压机的压力，就必须配备相应排量的增压机。设备配置一定要有备用。相应排量的增压机。设备配置一定要有备用。2 2、即使用天然气，如天然气的自身供气压力不能满足钻、即使用天然气，如天然气的自身供气压力不能满足钻井要求也应当配备增压机增压。井要求也应当配备增压机增压。海拔高度（海拔高度（ftft）气压气压(psi)(psi)温度温度(F)F)014.69659.00200013.66251.87400012.68544.74600011.76937.608000
13、10.91130.471000010.10823.36海拔高度与温度、压力表海拔高度与温度、压力表四）、钻具腐蚀问题：四）、钻具腐蚀问题：在空气钻井中，存在着冲击腐蚀和化学腐蚀问题。在在空气钻井中，存在着冲击腐蚀和化学腐蚀问题。在AIR DRILLINGAIR DRILLING钻井手册中，明确指出钻井手册中，明确指出“在空气钻井中在空气钻井中不能使用随钻震击器，减震器的寿命也要大大缩短不能使用随钻震击器，减震器的寿命也要大大缩短”。在。在现场使用中也确实如此，随钻震击器和减震器损坏特别厉现场使用中也确实如此，随钻震击器和减震器损坏特别厉害，断落事故较为频繁。钻具浸泡在盐水中，其化学腐蚀害，断落
14、事故较为频繁。钻具浸泡在盐水中，其化学腐蚀也特别厉害。也特别厉害。对于延缓冲击腐蚀问题，使用适应空气钻井的随钻震对于延缓冲击腐蚀问题，使用适应空气钻井的随钻震击器和减震器，效果非常明显。击器和减震器，效果非常明显。对于减缓化学腐蚀问题，应当在钻遇盐水层后立即转对于减缓化学腐蚀问题，应当在钻遇盐水层后立即转换成泡沫钻进，并加入缓蚀剂。换成泡沫钻进，并加入缓蚀剂。五）、防止泥包、高温烧蚀和爆炸五）、防止泥包、高温烧蚀和爆炸 1 1、确保足够的气量：、确保足够的气量：“空气钻井失败往往是由于不能提供足够的空气量空气钻井失败往往是由于不能提供足够的空气量”而而 造成的。图造成的。图1313是岩屑运移示
15、意图。是岩屑运移示意图。2 2、干燥井眼：、干燥井眼：在转化成气体钻井以前，一定要用空气加泡沫液干燥井眼，至少在转化成气体钻井以前，一定要用空气加泡沫液干燥井眼，至少 要干燥一个小时，返出的气体无水气才能回复钻进。要干燥一个小时，返出的气体无水气才能回复钻进。3 3、如有地层流体侵入，立即转化为雾化或泡沫钻井。、如有地层流体侵入，立即转化为雾化或泡沫钻井。4 4、安装小量程的压力表，观察和记录立管压力的微小变化。如有突、安装小量程的压力表，观察和记录立管压力的微小变化。如有突 然变化立即停钻观察。然变化立即停钻观察。5 5、在油气层钻井时，要密切观察排砂管线自动点火装置运行情况，、在油气层钻井
16、时，要密切观察排砂管线自动点火装置运行情况，检测可燃气体返出，避免可燃气体达到爆炸极限。见图，可燃检测可燃气体返出，避免可燃气体达到爆炸极限。见图，可燃 气体爆炸极限示意图。气体爆炸极限示意图。易燃区域压力（）大气压力天然气混合物（体积%）可燃气体爆炸极限示意图可燃气体爆炸极限示意图六）、防斜：六）、防斜：扶正器有利于防斜，可用满眼钻具组合或钟摆钻具组扶正器有利于防斜，可用满眼钻具组合或钟摆钻具组合，方钻铤由于其刚度是圆钻铤的合，方钻铤由于其刚度是圆钻铤的160%160%，其防斜效果较好。，其防斜效果较好。如果在钻具结构中加入减震器，防斜效果更佳。在坚硬地如果在钻具结构中加入减震器，防斜效果更
17、佳。在坚硬地层的易斜段使用空气锤钻井可以达到很好的防斜效果。层的易斜段使用空气锤钻井可以达到很好的防斜效果。七）、钻具要多加个浮阀：七）、钻具要多加个浮阀：钻头上加浮阀，钻具上根据需要加入适量单流阀。钻头上加浮阀，钻具上根据需要加入适量单流阀。八）、钻头：八）、钻头：选用硬地层的强保径齿钻头，密封要可靠。装水眼更选用硬地层的强保径齿钻头，密封要可靠。装水眼更有利于冷却钻头延长寿命。可以装有利于冷却钻头延长寿命。可以装20/3220/32或或24/3224/32的大直径的大直径水眼，还可以堵一个水眼，但堵水眼的两边牙轮应保径是水眼，还可以堵一个水眼，但堵水眼的两边牙轮应保径是最好的。最好的。九）
18、、所有连接管线都必须栓保险绳并用地脚螺栓固定：九）、所有连接管线都必须栓保险绳并用地脚螺栓固定：十）、排砂管线尺寸、结构及安装：十）、排砂管线尺寸、结构及安装：排砂管线必须从井口直接接出，不能拐弯，并固定牢排砂管线必须从井口直接接出，不能拐弯，并固定牢靠。出口子啊下风靠。出口子啊下风6010060100米。米。排砂管线的直径不能太小也不能太大，其直径计算公排砂管线的直径不能太小也不能太大，其直径计算公式如下：式如下：d排砂管排砂管1.1(d套管内径套管内径-d钻杆外径钻杆外径)十二）、三位四通阀应有两个远程控制台，且应配十二）、三位四通阀应有两个远程控制台，且应配 备双阀。备双阀。十三）、钻井
19、操作十三）、钻井操作1、在钻头上必须接浮阀；每钻进100-200米要接一个单流阀；2、接单根前，必须循环3-5分钟；3、接单根或立柱前必须先停泵（泡沫），继续供气直至泡沫液进入最上一个单流阀以下，再打开旁通阀，关闭供气阀、打开泄压阀排空钻柱内和管线内压力；接好单根后立即恢复供液再供气。4、起钻前应至少循环一周；5、人员不得在高压管线和排空管线处逗留；6、远程控制阀（钻台上）必须专人操作；7、转化成气体钻进之前一定要彻底干燥和清洁井眼。用气 体雾化干燥后，再在钻杆内直接加入4080L发泡剂和 300600L水（有时可能要进行几次），把钻具下到井底 用正常钻井空气排量循环，发泡剂返出后至少用气体吹
20、 洗井眼1.0小时，直到返出的气体干燥位置。8、起钻到每一个单流阀均要用专用的工具接头排空单流阀 之间的高压气体或泡沫。9、浮阀和单流阀要定期检查、更新，防止单流阀失灵或芯 子脱落飞出伤人。10、密切监视出口返出情况，不定期关闭降尘阀，观察检验 井内是否钻遇水层，若发现出口空气潮湿或有水滴，应 该改成雾化或泡沫钻井。11、下钻要分段循环，将井内液体分次排出。1212、在出口管处用手感觉到稳定的空气流，则说明注入泡沫、在出口管处用手感觉到稳定的空气流，则说明注入泡沫 液较少，空气量较多，应增加泡沫液的注入量或减少空液较少，空气量较多，应增加泡沫液的注入量或减少空 气注入量；如果在出口管感觉到一股
21、柔和的气流吹出，气注入量；如果在出口管感觉到一股柔和的气流吹出，则说明已经形成了泡沫液柱。则说明已经形成了泡沫液柱。1313、当泡沫液以柔和的冲击性流出，则说明泡沫形成很理、当泡沫液以柔和的冲击性流出，则说明泡沫形成很理 想，达到了最佳携沙效果。想，达到了最佳携沙效果。1414、如泡沫冲击强烈，说明空气太多。这种、如泡沫冲击强烈，说明空气太多。这种“冲击冲击”不不 仅易造成地面事故还可能造成井壁垮塌。仅易造成地面事故还可能造成井壁垮塌。1515、钻柱中最好接上减震器、稳定器和随钻震击器以、钻柱中最好接上减震器、稳定器和随钻震击器以 防斜打直，增加突发事故的处理手段。防斜打直，增加突发事故的处理
22、手段。1616、如在油气层中钻进，起钻前可将原油或泥浆泵入、如在油气层中钻进，起钻前可将原油或泥浆泵入 井内，以建立一个静水压力平衡油气层压力。井内，以建立一个静水压力平衡油气层压力。17、如替入泥浆，性能要优良，失水要尽可能低。18、当发生卡钻时，应首先加大气体排量，循环解卡；如不 能解卡，应考虑掉块卡钻，可启动随钻震击器解卡。19、发现立管压力下降，立即停止钻进。排除地面问题确定 为钻具刺漏后，应将钻具放到井底，找出刺漏点（反循 环、流量计），然后倒出刺漏钻具，千万不能盲目起钻 使问题复杂化。20、发现立管压力有异常变化，应立停钻观察：1）如“腔室效应”或“闪爆”造成的燃烧，可能有黑烟返出
23、，气 体、岩屑潮湿。需检测返出的气体是干气还是湿 气，同时上下活动钻具干燥井眼，破坏泥饼环。2）干气：干燥井眼或破坏泥饼环后继续钻进；3）湿气：转为雾化或泡沫钻进；十四）、常规安全检查1、发动机防暴防火装置齐全。2、所有照明灯应能防蒸汽、防爆。井口、封井器和钻台应 安装荧光灯，放的尽可能远些，并要得到良好的照明。3、泥浆泵与立管及井口随时都处于完好状态，并在泥浆池 和储备罐中储存井筒容积1.5倍的泥浆。4、所有链条护罩应坚实牢固，应尽可能浸泡在油液中。5、如以天然气钻井或有天然气跑出情况，应使用防暴工具 和绳索（不用链条），钻具接头和方补心应涂上防暴涂 料。6、调整好所有的离合器，防止产生火花
24、。7、配备足够数量的灭火装置。8、距井场200米外各处设置警示板，说明此处在进行空气和 天然气钻井。9、严格用火制度。井场不许用明火，不许吸烟，除特殊许 可外不需用燃炉。10、来访者必须先接受安全知识培训。11、机动车辆应停在距井场一定距离的指定地点。12、无线电话和便携电话机应放在井场60m以外的地方。13、井口必须居中，误差不的大于5mm。14、定期检查封井器状态和工作情况，并定期试压，检查内 膛，对有锈蚀、斑点和凹坑的密封环不应使用。15、液压封井器应配备二至三个控制台。除常规的司钻操作 台和远程控制台外，最好在监督房处再配一个控制台，并用符合要求的管线连接。16、开钻前对所有封井器及控制管汇按要求严格试压。17、每次起下钻要开合一次封井器。18、每次起下钻由专人检查 保养钻柱浮阀和单流阀。19、当有高压油气侵入井内时，在没有打开节流阀之前，不 要关闭封井器，而且在井筒未被 液体充满前不要完全关死。20、在天然气或空气注入管线距井口30m外装一个开关阀。21、检查压风机安全装置和消防设施齐全。22、降尘设施完好。23、空气钻井作业之前，所有上岗人员都要经过培训，要完 全掌握BOP和RBOP的安装和使用。24、立管配小量程压力表、自动记录仪和报警装置。25、对入井钻具、工具、接头应定期探伤检查，确保完好。26、HSE监督、值班干部和司钻按规定 进行巡回检查。
