空气钻井条件下地质录井新方法探究

邱 风 段宏臻

（1、大庆钻探工程公司地质录井一公司，黑龙江 大庆 163411；2、中国测井公司青海事业部，甘肃 敦煌 736202）

随着石油钻探技术不断的进步和发展，空气钻井技术由于其自身的一些优势，在石油钻探中获得了广泛的应用。而传统的录井方法已经不能够很好的适应当前空气钻井的需求，需要在钻井方法上进行改进，从而做好地质录井工作。

1 空气钻井原理

钻头在进行钻进的时候，由于摩擦会产生大量的热量，导致钻头温度过高，通过空气压缩机将空气进行压缩，使其具有较大的压力，然后将压缩的空气输送到钻具里面对钻头进行降温。在这个过程当中，上返的空气能够将井底的岩屑带出，通过对带出的岩屑的水化降尘之后，可以对其取样。空气钻井技术比一般的钻井技术更具有相应的优点，主要表现在以下几个方面：第一，在钻井的速度方面，比一般的钻井技术更加的迅速，能够在较短的时间内完成钻井作业，节省资金。第二，在产层被打开的时候，采用空气钻井能够有效的对其进行相应的保护，防止由于底层结构复杂而导致的井漏，可以使整个钻探过程对于环境的破坏降到最低。

2 现场样品采集系统

2.1 岩屑捞取

在钻井的过程当中，如果采用空气钻井技术，那么产生的岩屑是粉尘状，岩屑的颗粒结构相对比较小，这就使得岩屑的捞取工作比较困难。可以通过在排沙管线位置安装相应的阀门，并且安装一个袋子。这样在进行捞沙的时候可以将阀门关闭，防止在捞沙的时候出现较大的粉尘，保证捞取工作的顺利进行。

2.2气体采集及过滤

将硅胶筒安装在过滤器和排气管中间，设置好相应的过滤装置，为了有效的延长过滤装置的使用时间，可以在装置和管线中间安装相应的干燥装置，从而有效的对粉尘进行过滤。

3 迟到时间的计算方法

3.1 在理论计算方面

针对不同的注气量、气体密度、井筒直径、返出岩屑粒径和密度、排砂管线大小等参数,建立了相应的数学模型,新编了迟到时间计算软件，实现了气体钻井条件下迟到时间的连续计算，满足了岩屑捞取、归位和气体检测、归位的要求。

3.2 在实物测量方面

以向井筒内输送空气开始作为时间起点，出气口返屑为结束时间，二者时间差即为真实岩屑迟到时间。气体迟到时间用环空与空气流量比理论计算，因流速快，理论与实际误差可忽略不计。

4 岩屑描述方法

与传统的泥浆钻井相比，空气钻井所产生的岩屑是以粉末的形式存在的，这在很大程度上影响了岩屑的描述，主要表现在以下几个方面：第一，岩屑原本的构造被严重的损坏，第二，很难对砂样进行只管的描述。因此要对岩屑进行准确的描述，首先要对附近的钻井的相关资料进行探索，详细的了解临近钻进的岩性，只有这样才能够对岩屑进行准确的识别。在实际的描述过程当中应该做到，对岩屑的大致形态进行相应的观察，主要包括其颜色和状态，然后借助相应的仪器，分析岩屑的相关的成分以及组成，从而对不同底层的岩屑性质进行详细的掌握。

5 天然气监测及应用技术

与传统的泥浆钻井相比，由于空气钻井在钻进的过程当中产生的是负压，因此底层中的各种气体很容易被带出地面，但是在被带出地面的过程当中，遇到空气使得各种底层的气体的浓度大大的下降，这样获得的样品往往都是被空气稀释过之后的。这就使得对空气钻井所取得的气体样本的分析应该采用具有较高灵敏度的分析仪器才可以保证分析数据的准确性，对天然气的储量进行比较准确的掌握。

天然气相关的显示层级在使用空气钻井的时候较低，因此为了确保准确性应该和周围的井进行相应的比对，从而掌握相对比较准确的显示数值。

6 地层出水的预测和监测

在进行底层出水预测的过程当中，应该充分的考虑附近的邻井的相应的数据和资料，主要包括出水的位置以及量的大小。要对地层出水的情况进行判断，可以根据岩屑的潮湿情况来具体的进行。在进行空气钻进的过程当中，相关底层的出水量的大小会导致钻井中相关参数的变化，可以按出水量的大小及工程参数的表现特征，将地层出水分为3级:

6.1 小流量出水

地层出水量一般低于0.477m3/h。空气钻井时，如果上返钻屑量减少，注人空气压力慢慢增大，钻屑变大，钻具转动扭矩增大，上提、下放钻具有阻力，说明遇到小水层。地层小流量出水是最危险的情况，因为少量的水将岩屑粘结在一起，在钻杆上形成泥包，引起井眼缩小、循环阻力增大、卡钻等复杂情况的发生。

6.2 中等流量出水

地层出水量0.477～7.95m3/h。地层中等流量出水发生岩屑结团的危险性较小，因为在空压机功率足够的情况下，可将水以气泡形式吹至地面。由于井内水多，钻屑被稀释，不会使岩屑粘结成块。但是，对于存在水敏性不稳定地层的井，可能导致严重的井塌。其最明显的表现是注人压力升高，钻屑突然停止上返，钻速降低，继续注入气体，排出管口出现液体。

6.3 大流量出水

地层出水量大于7.95m3/h。地层大流量出水危险性较大，由于大量的水出现，可能造成地层坍塌，而且空压机功率也不能将水吹至地面。但是由于井内水多，钻屑被稀释，不会使岩屑粘结成块。其最明显的表现是注人压力明显升高，钻屑突然停止上返，钻速明显降低。

由于地层出水使得井壁遇水后容易失稳、出现地层坍塌，造成井下事故。所以录井人员应及时发现地层出水，判断井壁失稳情况，必要时停止空气钻井，转换为钻井液钻井，保证井内安全。

7 燃爆监测

在进行空气钻井的过程当中应该做好对爆燃的监测工作，一旦出现爆燃就会造成持续的高温，对钻具造成极大的破坏，造成不必要的损失。由于地层中存在大量的易燃气体，而在空气钻井的过程当中由于这些可燃气体和空气接触，当达到一定的浓度的时候就会发生燃烧。爆燃的发生受到很多因素的影响，当各种因素都具备的时候，如果遇到点火，那么就会产生爆燃。

为了及时发现井下燃爆的发生，现场增加了红外一氧化碳分析仪与SK-2000C综合录井仪配套使用，监测井下燃爆。录井人员应随钻监测返出气体的可燃气体浓度、氧气浓度、甲烷浓度、硫化氢浓度，以及一氧化碳、二氧化碳浓度、温度。井下一旦发生燃爆，在地面上表现为氧气浓度、甲烷浓度下降，二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、温度上升，钻头处的燃爆在2min以内可以被监测到，立即通知钻井队采取灭火措施，整个过程时间控制在4～5min内，以免造成井下的钻具破坏。

结束语

空气钻井技术作为近年来快速发展起来的一种钻井新工艺，在大幅度提高钻井实效、提高钻井施工队伍经济效益的同时，给地质录井工作者在施工现场资料的录取工作带来了不小的困难。本文在介绍空气钻井原理的基础上，提出了现场空气钻井条件下的录井新方法，包括:现场样品采集系统、岩屑描述方法、迟到时间的计算方法、天然气监测及应用技术等。同时，对空气录井条件下的地层出水监测技术及燃爆监测技术进行了探讨，可为今后的录井工作提供借鉴和参考。

[1]李永杰，陈一健，孟英峰.井下燃爆监测技术在气体钻井中的应用[J].天然气工业，2008.28(5):50～52.

[2]欧阳昌.浅谈定向井空气钻井及测量技术[J].石油科技论坛，2004，2(2):57～60.

[3]李永杰，陈一健，孟英峰.井下燃爆监测技术在气体钻井中的应用[J].天然气工业，2008，(05).