关于定向井空气钻井和测量技术的分析

王海炜　杨国光　杨拓(中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井分公司，河北　沧州　062550)

关于定向井空气钻井和测量技术的分析

王海炜杨国光杨拓(中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井分公司，河北沧州062550)

在石油开采中定向井的作用很大，其钻井工作也是非常重要的一项工作。空气钻井在定向井中的应用表现出了不小的优势，得到了业界的广泛使用。基于此，本文就针对定向井的空气钻井技术作了简要分析，然后探讨了其对应的测量技术，希望可以对相关工作起到一定的参考作用。

定向井；空气钻井；测量技术

在实际的生产作业当中，空气钻井技术表现出比较显著的优点，近些年在国内的运用逐渐广泛。由于油气藏的分布范围较广，岩性复杂，给钻井工作造成了不小的难度，这也直接增大了钻井施工的成本投入，使得经济效益有所减少。因此，必须对定向井的钻井技术进行革新，加强空气钻井技术的运用，同时做好测量工作，确保定向井的钻井工作顺利高效。

1　定向井的空气钻井技术分析

1.1空气动力马达

空气动力马达在定向井的钻井工作中是常用的设备之一，工作原理是通过压缩机压缩空气使其成为设备运转的动力，带动钻井钻头运动对地层岩石进行切削，同时在钻头钻进的过程中还可以将地层岩石切削产生的粉末通过高压气流携带到地面。

目前，很多型号的空气动力马达在定向井的钻井工作中得以使用，其中Navi～Drill钻井马达是空气动力马达的开山之作，在许多定向井钻井工作中都得到了运用。具体说来，该型井下马达在雾化、泡沫和空气作为循环介质的定向井钻井工作中都得到了使用。通过一系列钻井实验表明，Navi～Drill空气动力马达在雾化、泡沫和空气为介质的定向井中具有很高的钻井效率，而且钻井成本低廉，安全性很高。

1.2空气泡沫钻井

在裂缝发达、地层破碎多或是易产生漏失的地段的定向井钻井作业当中，空气泡沫钻井是比较适用的。在进行钻井的过程中当中，经过空气压缩机将外部空气压缩成为高压气流，通过钻柱上的水眼进入到定向井下的马达内，以此对马达转子进行驱动，从而带动钻头对岩层进行切削，并将岩屑带出地面。再将泡沫混入到空气流当中，对马达和钻头进行润滑，确保设备的安全和高效。空气泡沫钻进的空气泡沫流体中不存在固相颗粒，不会对油气层形成污染。同时，由于其密度较低，不会引起地层漏压对定向井造成危害［1］。不仅如此，这种方法还可以达到平衡钻井，不会产生传统钻井方法中的泥浆，对环境破坏较小。

1.3技术要点

若是要利用空气泡沫钻井必须明确相关的技术要点。首先，需要对空气排量进行换算。一般情况下，将钻井作业时的正常液体泥浆使用量按照一定的关系系数换算成为空气流量，其关系系数为lL/min（泥浆）=30～33L/min（空气），按照这样的关系系数就可以将泥浆使用量换算称为空气流量。在此基础上，需要对泡沫的混入量进行计算，其可以按照一定的经验关系得到。通常情况下，空气流量在100L/min～126L/min范围时，泡沫的混入量在38L/min～380L/min范围。其中的浮动值可以根据定向井的实际情况进行选取。然后需要对压力进行计算，由于这种钻井方式对稳定性的要求较高，因此，利用连续的高压气流作为钻井动力，需要对压缩空气的压力进行实时监测与控制。在用量上，其一般是液体泥浆的两倍压力。润滑剂是保持钻井设备维持连续运转的关键，若是空气较为干燥，就会导致钻机转子和定子之间产生较大的摩擦，进而使得设备寿命和性能下降。因此，需要结合实际情况，对润滑剂进行合理选择，具体配方为液体皂1.8～3.8L，石墨铅粉1.5到2.2kg，胶结剂0.2到0.4kg，油每小时0.4到0.6L。在钻头选择上，应该选择轴承密封性能好，且对空气机压力需求小的钻头。值得注意的是，下井钻头不宜设置喷嘴。

2　定向井测量技术分析

在定向井的钻井过程中进行测量是保证钻井工作符合要求的关键。由于空气泡沫不会使用传统的泥浆，因此无法使用依托泥浆进行数据传输的测量系统。在这种情况下，基于电磁波的MWD随钻测量系统就成为了最佳选择，以此对定向井钻井过程的随钻测量、实时控制、数据传输等工作进行实现。

MWD随钻测量系统是以电磁波技术为基础，对井下的各种数据进行测量，其测量速度能够达到普通泥浆脉冲测量系统的几倍。MED随钻测量系统的基本参数为44.45mm外径、可与79.63mm～241.30mm的钻头进行配合使用。其工具的长度范围一般在8.23到9.75m之间，测量点和工具底部的距离达到了0.92～1.23m［2］。在该套测量系统当中，其包含了诸多传感器，主要有测斜仪、工具面、震动频谱、伽马仪、导向传感器以及方位仪等。通过这些大量的传感器，可以对定向井钻井过程中产生的各种数据进行精确全面的测量，再将其运用到各项具体的工作之中。

通过实际运用，MWD随钻测量系统表现出了显著的优势，其可以分为以下几个方面。一是能够在普通的泥浆环境下运行，适用性较强。二是可以在定向井井口没有出现泥浆返出的条件下进行操作。三是可以在空气、氮气、天然气等多种泥浆环境下进行操作。四是能够实现双向通讯，功能强大。五是压力降很小，设备损耗低，可以长时间使用。

3　结语

空气泡沫流体技术在定向井钻井中的实际应用，表现出了低污染、高效率的显著优势，促使其实际运用不断广泛。在钻井过程中，根据空气泡沫流体技术的原理特点，MWD随钻测量系统是比较贴合该技术的测量系统，通测斜仪、导向传感器以及方位角等测量工具，对定向井的钻井工作全面掌控，如此可以最大程度保证定向井的钻井效果。

［1］杨海平.泡沫定向钻井技术在涪陵焦石坝地区页岩气井的试验［J］.石油天然气学报，2013，12：121～124+8.

［2］付小营.大斜度近水平井井定向技术分析［J］.中国石油和化工标准与质量，2011（04）：341.