空气定向钻井设计计算方法

根据空气定向钻井特点,将井段按直井段、造斜段及水平段3部分进行分析,详细介绍空气定向钻井设计和计算方法。为更好地应用到工程中,对理论计算注气量进行了流速修正法、地层因素法、井斜经验法和实验修正法4种修正方法的对比。结果表明：综合诸多因素,认为采用实验修正法更具安全性及可靠性。根据干空气或湿空气钻进计算方法确定出携岩“关键点”, 即变截面处。如果存在多个变截面,选择动能最小点作为计算的“关键点”,算出满足“关键点”单位体积最小动能（149.806 J/m³）对应的注气量,然后采用本文的实验修正法得到的注气量,即将理论计算的井底压力扩大1.7倍以后对应的注气量作为实际注气量。     

气体钻井注气模型优选及设备优化配置分析

计算气体钻井注气排量的方法主要有最小动能法和最小速度法。通过对这两种方法的分析,优选出最小动能法并对812 in井眼不同井深所需注气量进行计算,同时对影响气体钻井设备配置因素进行分析,最终得出不同条件下气体钻井设备优化配置,为气体钻井经济化施工提供科学依据。     

欠平衡钻进技术在煤层气水平井施工中的应用

为防止对煤层储层的伤害与污染,欠平衡钻进技术目前被广泛应用于煤层气水平井施工中。本次施工是在水平井与直井,在煤层中连通以后,通过直井注气,降低水平井与竖直井筒中环空内多相流体静液柱压力,达到欠平衡钻进的目的。总结了煤层气欠平衡钻进施工工艺方面存在的问题及解决方法：一是由于在钻进过程中需要停泵加尺造成循环系统的不稳定性（压力波动）,造成井壁的不稳定易坍塌,现场施工时主要通过直井持续注气但适当调整注气量来解决;二是在空压机排气量无法调节的情况下,注气量主要通过旁通阀开通的大小来调节。为该地区以后的煤层气欠平衡钻进技术积累了宝贵的经验。     

气体推动式地下流体取样技术的室内验证

获取高质量的地下流体样品对于二氧化碳地质利用与封存(CCUS)场地的CO₂泄漏监测具有重要意义。基于气体推动原理的地下流体取样器具有取样精度高、地层扰动小、易与井下监测技术集成从而实现地下流体原位连续监测等多方面优势,已广泛应用于多个CCUS场地中。然而,在实际应用中取样器存在取样量不稳定、受地下水水位波动影响大等问题。为解决上述关键问题,作者研发并搭建一套模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置,通过开展不同液面高度下地下流体的取样实验,探究气体推动式取样器的取样过程及取样机制。实验结果显示：气体推动式取样技术在取样过程对井筒内液体无干扰,证明具有被动取样的特点,对环境影响程度低。取样量大小主要取决于井筒内液面高度和储流容器大小,可通过液面高度及管路尺寸精确计算得出理论取样量。不同液面高度下实际取样量与理论计算量基本一致,其误差随液面高度的增加而降低,最大误差小于6.6%。取样时间与平均取样速率主要取决于注气压力,并与注气压力呈现幂函数关系,拟合相关系数大于99%。上述实验结果将有助于进一步理解气体推动式取样器的取样机理,对于取样器结构优化以及指导现场取样效果具有重...     

增压式真空预压吹填淤泥孔压实时响应及加固机制初探

进行了增压式真空预压处理吹填淤泥的室内模型试验,利用沉降标、微型孔压计和微型十字板剪切仪对试验过程中的土体沉降量、孔压消散以及强度进行监测。结果表明,土体内部注气增压对土体沉降量、孔压累积消散量以及强度提升均有明显促进作用。特别地,获得了增压期间土体孔压的实时响应,并结合数值模拟分析,推断了增压提升淤泥地基处理效果的主要机制为:注气引起增压管/排水板之间土体产生微小的劈裂裂缝,提高了土体的渗透性,并且该裂缝在增压结束后继续提供额外的排水通道,从而在增压后仍能加快孔压消散和土体固结。     

气体运移导致煤体结构变形演化特征研究——以注入氦气为例

气体运移引起煤体变形是研究煤层气抽采、预防瓦斯突出与温室气体的地质封存的核心问题。一般认为,有效应力变化是控制岩土类材料骨架变形的关键因素。但大量测试结果表明,煤的渗透率与有效应力(或者孔隙压力)表现出非线性关系。为此,应实时观测在静孔隙压力与三轴应力状态下氦气流动导致原煤变形演化全过程。在静孔隙压力状态下煤体积经历从收缩到回弹过程。注气压力越大,煤的收缩与回弹量越大,且收缩量总是大于回弹量。在三轴应力状态下注气初期煤样迅速膨胀。随着注气达到平衡状态,煤变形过程与约束条件表现出紧密相关性,即在应力约束下煤的膨胀率相比注气初期明显减缓;在位移约束下煤由膨胀转向收缩。上述试验结果表明,仅有孔隙压力作用下,煤基质与裂隙之间孔隙压力差可以压缩煤体,随着气体扩散的进行,可恢复煤的部分压缩变形量。在三轴应力状态下,煤的总体变形是裂隙与基质两者变形共同作用的结果。在应力约束下煤基质与裂隙可以自由膨胀。而煤体在位移约束下,因气体扩散导致煤基质膨胀只能挤压裂隙。根据上述实测结果探讨注气导致煤骨架变形演化机制,为深入理解煤裂隙与基质相互作用对煤渗透率演化提供试验依据。     

碎软突出煤层空气动力造穴工程主控因素

为揭示空气动力造穴技术在碎软突出煤层中造穴效果的主要工程影响因素及其机制,加大该技术在碎软突出煤层瓦斯治理中的应用力度,通过空气动力造穴机理分析认为,影响造穴效果的工程主控因素为注气压力和返排气体排量;同时采用数值模拟、现场实验和公式推算相结合的方法,对注气压力与返排气体排量的影响机制进行了研究。结果认为:距离井壁越近,储层内的气体压力越大、煤储层结构越容易被空气压力“激动”作用破坏,注气压力在安徽淮南谢一矿实验点的碎软煤层中的有效传导半径为7 m,煤层洞穴半径单次扩大量为0.1 m左右,掏出煤体体积在一定范围内与注气压力、返排气体排量呈正相关关系。      

基于气体运移规律的增压式真空预压法加固机制分析

针对天津地区高含水率的吹填淤泥,进行不同增压深度的室内增压式真空预压模型试验,结合土中气体运移规律,进行增压机制及加固效果影响因素分析。研究结果表明,采用注气增压方法可以有效加固高含水率吹填淤泥,其中排水板中下部注气增压对土体排水量、沉降量、超静孔隙水压力累积消散量以及十字板强度提升有明显促进作用。加固初期,流塑状态的土体中,注入气体易形成气泡并在浮力作用下快速上升运移,带动深部土颗粒向上运动,形成类似搅拌的扰动,使土体均匀加固;随着土体含水率逐渐降低,气体在土体内部赋存形式以具有一定气压的封闭空间为主,使得注气管与排水板之间的压力差增大;加固后期,注入气体发生断裂形式扩张,导致土体形成微劈裂裂缝,加速土中水的排出,提高了加固效果。     

软基真空预压加固的注气增效机制与数值分析

无砂垫层真空预压技术已成功应用于软土地基加固工程,但软土的低透水性致使其工期很长。为此提出联合间歇性注气以改进真空预压技术,提高其排水速率、缩短工期。建立联合注气的真空预压法有限元分析模型,通过注气位置与注气压力的改变,对比分析注气前后土体中渗流速度、排水速率、渗透比降等的变化规律。结果表明,注气能显著提高真空预压法的排水速率,增强真空预压法的加固效果;由于气体的轻质特性,在排水板下方注气更有利于排水效果;在不冲破土层的情况下,注气压力越大,促进加固的效果越好。联合注气能有效增强真空预压加固软土地基的排水效率,有着较好的工程应用前景。     

注气欠平衡技术在彬长矿区煤层气钻井中的应用

彬长矿区煤储层厚度大、结构稳定,渗透性好,围岩封闭较好,具备了地面抽采煤层气的物性条件。以DFS-05多分支水平井为例,介绍了注气欠平衡技术的设备配置、工艺参数、作业流程以及注意事项,并对在钻进中遇到的粘附卡钻、提前着陆、煤层段漏失等实际问题的解决进行了说明。该井的成功,对注气欠平衡技术在彬长矿区及类似地区的应用提供了借鉴。     

冰层空气反循环快速钻进方法及冰屑运移研究

空气反循环钻进技术具有钻速快、能耗低、可不提钻连续取心取样、能有效避免积雪层漏失等优点,在冰层钻探中极具应用潜力。本文针对冰层钻探技术特点,提出了双壁钻杆式、双通道高压胶管式和寄生高压胶管式等三种空气反循环冰层钻探技术,分别介绍了其工作原理及特点。基于气力输送和气体钻井基本理论,对冰屑颗粒气体介质中的悬浮速度进行了分析,建立了单颗粒冰屑悬浮、运移方程和冰屑颗粒群悬浮方程,并设计了冰屑悬浮实验台,对冰屑悬浮所需的风速进行了实验测试。理论计算值与实验实测值吻合较好,最大误差约10.91%,可用本文建立的冰屑运动方程来计算实际钻进时携带冰屑所需的风量,为后续在极地实施冰层空气反循环钻进技术提供了依据。     

也门1区块恶性漏失地层气体钻井实践

也门1区块地表覆盖着约300 m厚坚硬灰岩,区块内断层多,广泛存在着漏失层,采用常规钻井技术,机械钻速慢,井漏频繁,钻井难度很大。从地质条件、循环介质以及经济性等方面评价了气体钻井在1区块的适应性。现场应用初期,砂岩地层井漏、下套管遇阻问题非常突出,气体钻井发挥的作用有限。针对这些问题,通过优化井身结构和注气注液参数,优选泡沫、充气钻井基液配方、首选充气盲钻作为快速钻穿恶性漏失层的主要技术等,并制订完善的技术措施。现场3口井的应用表明,1区块地层复杂,单一的空气、泡沫或气体钻井技术只能解决部分钻井问题,综合运用气体钻井技术,才能满足提高钻速、稳定井壁和预防井漏等多方面的要求,从整体上提高钻井时效。     

大庆油田古龙1井气体钻井应用实践

古龙1井是大庆油田2008年完钻最深的一口天然气探井,在三开Φ311.2 mm井眼进行了空气/雾化钻井实践。针对实际钻进中存在的问题,对比分析了几种不同介质气体钻井方式在松辽盆地泉二段以下的应用情况,并优选了合适的钻进方式。实钻结果表明,该井创造了大庆油田松辽盆地有史以来Φ311.2 mm井段空气钻进至井深4301.05 m,井段最深、温度最高的记录,在井壁失稳、持续出水的情况下,克服重重困难,空气、雾化钻进了1196.05 m,平均机械钻速7.9 m/h,单只钻头最高进尺达到了552.86 m。     

空气跟管钻进在南苏丹供水井流沙层中的应用实践

在南苏丹供水井钻探施工过程中,遇特别松散的流沙层,常规的泥浆护壁钻进难以成孔。简要介绍了在南苏丹供水井施工现场制作简易同步回转拨杠实现空气跟管钻进的基本原理与工作程序,有效地解决了流沙层的钻进成孔问题。并针对这一技术应用过程中存在的问题,提出了改进建议。     

四川盆地及周缘页岩气水平井钻井面临的挑战与技术对策

中国石化近几年在四川盆地及周缘页岩气勘探开发取得了重要进展。但该地区页岩气水平井钻井速度低、钻井周期长、成本高、成井质量不高,严重影响了该地区页岩气商业化勘探开发进程。系统总结了四川盆地及周缘的涪陵大安寨、涪陵龙马溪、彭水和建南等地区页岩气水平井钻井面临的主要问题：浅部地层出水空气钻井受限、定向段井眼尺寸大机械钻速低、井漏频繁、气体钻井易井斜以及水平段油基钻井液固井质量差。针对上述问题,从浅层水控制措施、泡沫定向钻井技术试验、井漏的预防与处理、空气钻井防斜打直工具研发、页岩气水平井固井对策以及“井工厂”钻井作业模式攻关与应用等6个方面提出了应对技术措施,为页岩气钻井技术攻关和现场施工提供了借鉴与参考。     

冻结岩石钻进空气洗井时压缩空气的冷却和干燥问题

在冻结岩石中钻进时,使用压缩空气作为冲洗介质较之使用钻井液有很多优点。给出了冷却空气洗井钻进时井内温度的简化计算公式,按照这些计算公式可以确定空气洗井时井内任何时间、任何深度的温度和代表性关系曲线。井内温度的分布与进入钻杆柱内空气的初始温度有直接的关系,从空气压缩机中出来的压缩空气的温度很高,因此必须对其进行冷却和干燥,给出了冷却和干燥的方法和手段,提出了相应的建议。     

空气潜孔锤在水源钻井中的应用

空气潜孔锤钻进是以压缩空气作为循环介质来洗孔、冷却钻头,将岩屑从孔底带出孔外的钻进方法。它具有钻井效率高、施工周期短和施工用水少等优点。通过两个不同情况钻孔的实际施工,介绍了施工背景、地层结构、配套设备及施工过程。从应用效果来看,该方法的钻效是传统泥浆钻进的3-4倍。根据水源井施工经验,总结出在干旱缺水和漏失层地区采用空气（泡沫）潜孔锤钻进的操作方法,并对其施工工艺进行了分析,指出了实际施工中的注意事项及应关注的问题。     

地热井气举反循环钻进与成井技术探讨

本文通过实践,对应用气举反循环钻进工艺方法进行地热深井钻进及成井技术作了探索,对地热井结构、钻进工艺参数、钻具组合等进行了优化选择。     

空气潜孔锤在云南红层中快速钻井工艺应用研究

通过项目的组织实施,空气潜孔锤在20天时间内平均每台成井工作量高达650.5 m,比传统回转钻进工艺的平均值提高了235.2%,最大提高了337%;平均单井日出水量比传统回转钻进工艺的平均值提高了140.8%,最大提高了235.7%,在该地区红层中找水钻井取得了显著的经济和社会效益.文中较为详细介绍了研究技术路线、设备...