張 仟

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

反循環(huán)空氣鉆井是指氣體從空氣鉆井裝備（空壓機(jī)、膜制氮、增壓機(jī)）經(jīng)氣體管線從環(huán)空進(jìn)入井筒到達(dá)井底，攜帶巖屑依次經(jīng)過氣體鉆井反循環(huán)專用鉆頭、鉆具內(nèi)眼、水龍頭、立管等上返至地面的一種鉆井技術(shù)。反循環(huán)空氣鉆井作為欠平衡/氣體鉆井的重要分支，與鉆井液常規(guī)鉆井相比具有高鉆速、保護(hù)油氣儲(chǔ)層、降低成本等優(yōu)勢，在國內(nèi)外進(jìn)行了較為越廣泛的應(yīng)用。具有代表性的是加拿大PressSolLtd公司，該公司借鑒了巖土鉆掘工程中反循環(huán)鉆進(jìn)思路，開發(fā)出適合中淺層氣資源的RCCD(Recycle Center Cycle Drilling Tech?nology)反循環(huán)鉆井系統(tǒng)，近幾年RCCD系統(tǒng)成功地應(yīng)用到淺氣層的商業(yè)開發(fā)中[1-4]。

因?yàn)榭諝饷芏鹊?，并具有可壓縮性，所以常規(guī)鉆井的相關(guān)理論對(duì)空氣鉆井已不再適用。反循環(huán)空氣鉆井在國內(nèi)處于起步階段，相關(guān)的理論分析、計(jì)算方法尚未形成，急需開展反循環(huán)空氣鉆井相關(guān)理論的研究，為反循環(huán)空氣鉆井的裝備選型、工藝技術(shù)參數(shù)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持[2-8]。

1 反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)的原理及特點(diǎn)

1.1 反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)原理

圖1 RCCD反循環(huán)鉆井原理及結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)不同的鉆井和完井要求，需要配備RCCD反循環(huán)用特殊鉆桿、鉆井液馬達(dá)、MWD工具、空氣鉆頭、反循環(huán)鉆頭、隔離測試工具、套管脫氣工具、固井工具、旋轉(zhuǎn)防噴器、地面壓井與節(jié)流防噴管線、反循環(huán)容積式氣馬達(dá)和注氣水龍頭等。

1.2 反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)特點(diǎn)

反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

（1）能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映鉆遇地層特性。氣體在鉆具內(nèi)上返速度高，攜帶巖屑能力強(qiáng)，能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映地層巖石的特性。

（2）能提高漏層鉆井效率。在漏層鉆井時(shí)，鉆頭處的氣體對(duì)井底形成一定的抽汲作用，巖屑及時(shí)攜帶走，進(jìn)一步減少壓持效應(yīng)，減少了巖屑重復(fù)破碎，提高鉆井效率。

（3）保護(hù)油氣儲(chǔ)層，降低對(duì)儲(chǔ)層的污染。由于反循環(huán)鉆井時(shí)，循環(huán)介質(zhì)在環(huán)空由上向下流動(dòng)，與正循環(huán)時(shí)相比對(duì)井底的循環(huán)壓耗降低。同時(shí)鉆進(jìn)產(chǎn)生巖屑從鉆具內(nèi)管被攜走，不會(huì)增加環(huán)空鉆井液密度，作用于地層的壓力小，所以在易漏地層鉆進(jìn)時(shí)，可有效降低儲(chǔ)層的污染，保護(hù)儲(chǔ)層。

（4）豐富氣體鉆井手段，提高氣體鉆井效率。可采取正循環(huán)、反循環(huán)2種方法進(jìn)行氣體鉆井，提高了氣體鉆井對(duì)復(fù)雜地層的處理能力。經(jīng)計(jì)算，應(yīng)用反循環(huán)空氣鉆井可適當(dāng)減少注氣量，進(jìn)一步減小氣體鉆井所需的成本。

2 反循環(huán)空氣鉆井工藝流程

為了不影響正循環(huán)氣體鉆井作業(yè)，并同時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)反循環(huán)空氣鉆井，對(duì)上述RCCD系統(tǒng)進(jìn)行了簡化，省去了雙壁鉆桿、動(dòng)力頭及旋流器等設(shè)備。簡化的反循環(huán)空氣鉆井是指氣體從氣體發(fā)生設(shè)備（空壓機(jī)、膜制氮、增壓機(jī)）經(jīng)氣體管匯從環(huán)空進(jìn)入井筒到達(dá)井底，攜帶巖屑依次經(jīng)過氣體鉆井反循環(huán)專用鉆頭、鉆具內(nèi)眼、水龍頭、立管等上返至地面。圖2為反循環(huán)空氣鉆井工藝流程圖。

圖2 反循環(huán)空氣鉆井工藝流程圖

3 反循環(huán)空氣鉆井鉆井工藝參數(shù)及作業(yè)程序

反循環(huán)空氣鉆井現(xiàn)場施工工藝技術(shù)參數(shù)及作業(yè)程序如下：

第一，控制網(wǎng)。工作人員在開展測繪工作前，首先要根據(jù)GPS技術(shù)的使用條件和技術(shù)特點(diǎn)構(gòu)建三維控制網(wǎng)絡(luò)，還要設(shè)立一個(gè)基準(zhǔn)站為GPS技術(shù)的運(yùn)行創(chuàng)造良好的環(huán)境。需要注意的是，控制網(wǎng)要滿足GPS測繪技術(shù)的要求。由于GPS技術(shù)具有靈活高效的特點(diǎn)，且受到干擾源的影響也較小，即使是復(fù)雜惡劣的地勢環(huán)境也能應(yīng)對(duì)自如，在工作過程中靈敏度高且抗性強(qiáng)，是當(dāng)前測繪領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用手段之一。為了使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，在構(gòu)建控制網(wǎng)時(shí)要防止短邊情況的發(fā)生。

（1）管線連接。由于氣舉時(shí)氣體返至地面的沖擊力較大，可能造成水龍帶大幅擺動(dòng)，產(chǎn)生不安全因素，所以還應(yīng)該采用正循環(huán)氣舉。這就要求在連接氣體鉆井管線時(shí)要實(shí)現(xiàn)既能進(jìn)行正循環(huán)氣舉又能進(jìn)行反循環(huán)鉆進(jìn)的目的，經(jīng)過分析研究可采取如下方法：

①在放氣管匯后加裝三通使進(jìn)氣管線分別連接到反循環(huán)流道的壓井管匯和正循環(huán)的立管處并分別加裝球閥；

②在防噴器殼體的液動(dòng)平板閥和立管處分別連接排氣管線并經(jīng)三通連接到排砂管線并同樣加裝球閥。這樣只要在工況需要時(shí)倒換閥門就能分別實(shí)現(xiàn)正反循環(huán)的功能。

（2）鉆具組合。由于鉆進(jìn)采取反循環(huán)，氣舉采取正循環(huán)方式。所以在下入的鉆具組合中不能下入單流閥。待正常鉆進(jìn)未進(jìn)入產(chǎn)層前在鉆具的上部加裝反向單流閥以便在反循環(huán)空氣鉆井接單根操作中減少放氣時(shí)間，進(jìn)入產(chǎn)層前最后一趟鉆要拆除所有單流閥以便特殊情況下可進(jìn)行正反循環(huán)壓井。

（3）氣舉。按照上述連接好氣體鉆井管線后，在氣舉時(shí)關(guān)閉反循環(huán)球閥打開正循環(huán)球閥按照常規(guī)氣體鉆井程序進(jìn)行氣舉。氣舉完成進(jìn)行反循環(huán)氣體鉆進(jìn)前打開反循環(huán)球閥關(guān)閉正循環(huán)球閥進(jìn)行反循環(huán)鉆井等后續(xù)工作。

（4）注氣量。反循環(huán)空氣鉆井中巖屑是從鉆具內(nèi)循環(huán)上返至地面，比正循環(huán)氣體鉆井時(shí)巖屑流經(jīng)通道的截面積要小得多。經(jīng)過計(jì)算軟件計(jì)算，在3500m井深處，攜帶同樣的巖屑反循環(huán)為僅需氣量33.1m3，所需氣量僅為正循環(huán)方式的三分之一，大大節(jié)省了設(shè)備量。

（5）鉆進(jìn)。在正式鉆進(jìn)前要進(jìn)行試鉆進(jìn)工作，逐漸調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，使巖屑能被氣體通過鉆頭攜帶井底循環(huán)至地面，避免重復(fù)破巖影響鉆速甚至無進(jìn)尺。待鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整至最優(yōu)后再進(jìn)行反循環(huán)空氣鉆井的正常鉆進(jìn)工作。

（6）接單根。進(jìn)行接單根操作時(shí)，同樣要遵循正循環(huán)氣體鉆井時(shí)的原則，充分循環(huán)井底，待井底巖屑全部返至地面后進(jìn)行停氣作業(yè)，待井底氣體壓力降至大氣壓后再進(jìn)行接單根作業(yè)，否則易造成巖屑沖擊傷人。

（7）氣液轉(zhuǎn)換。氣體鉆井完成進(jìn)行鉆井液轉(zhuǎn)換時(shí)要從壓井管匯反循環(huán)灌注鉆井液，待建立正常的鉆井液循環(huán)后再進(jìn)行起鉆等后續(xù)作業(yè)。

4 反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢

通過對(duì)反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)分析了國內(nèi)外反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)發(fā)展趨勢[6-9]：

（1）需要開展反循環(huán)空氣鉆井流體理論模型研究與計(jì)算，特別是開展反循環(huán)空氣鉆井壓力及排量的計(jì)算模型研究；

（2）開展反循環(huán)空氣鉆井地面配套設(shè)備的研究，特別是開展反循環(huán)空氣鉆井鉆頭及側(cè)入式氣水龍頭的研究，并完善其性能；

（3）通過不斷的現(xiàn)場試驗(yàn)，摸索出適合反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)的現(xiàn)場施工技術(shù)參數(shù)。

5 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)具有提高鉆井效率、降低污染、及時(shí)與保護(hù)儲(chǔ)層等特點(diǎn)，具有比較廣闊的應(yīng)用前景；

（2）在不影響正循環(huán)空氣鉆井作業(yè)的前提下，給出了具體的反循環(huán)空氣鉆井鉆井工藝參數(shù)及作業(yè)程序，進(jìn)行反循環(huán)空氣鉆井施工能夠有效促進(jìn)反循環(huán)鉆井技術(shù)的發(fā)展；

（3）給出了反循環(huán)空氣鉆井技術(shù)的下步發(fā)展趨勢及建議，為該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了技術(shù)參考。

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