【摘要】空气钻井是目前较先进的钻井新技术，是以气体为主要循环介质的欠平衡钻井技术，与传统钻井技术相比有许多明显优势，但也需注意井下异常问题的发生。本文介绍一套空气钻井安全监控系统，能够实现井下气体测量、红外气体检测等功能。本文通过分析该系统在某定向井空气钻井中的实际应用，进一步证明其实用性和科学性，建议在各油田推广。
　　
【关键词】定向井 空气钻井 安全监测
　　
1 定向井空气钻井技术及其发展1.1 定向井空气钻井技术简介
　　
气体钻井[1]是以气体为循环介质的一种欠平衡钻井工艺，是目前较先进的钻井技术，在保护和发现储层、提高钻井速度、减少或避免井漏、延长钻头寿命、减少卡钻等复杂情况、减少完井增产措施等方面有着明显的优势。
　　
世界上第一口气体钻井是美国的EI paso天然气公司在1953年首次利用空气作钻井流体钻成了第一口油气井。目前，据估计约有10%的国际钻井作业运用空气和天然气钻井技术来完成主要井段的钻进。我国从1989年至1997年共成功地进行了12口井的空气雾化钻井现场试验工作。其在提高机械钻速和油气勘探方面有显著效果，提高机械钻速1.7～10.24倍，并取得较好的油气成果。进入21世纪，为了解决长段低压破碎地层的钻井问题，提高低压、低渗油气藏的开发效益，提高钻井进度，国内大规模开展了气体钻井的研究。
　　
定向井是按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。定向钻井技术（directional drilling）：使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。世界上第一口真正有记录的定向井是1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成，，开创了钻井新纪元。
　　
1.2 定向井空气钻井的优缺点
　　
与传统定向井定向井钻井技术相比，气体钻井技术有下列一系列优势：
　　
（1）使用空气作为介质，可大幅度提高钻机机械转速；
　　
（2）可大幅降低成本；
　　
（3）可明显缩短钻井周期；（4）可明显减小钻井液对地层的伤害；（5）可有利于提高采收率，发现和保护储层；
　　
（6）避免因地层复杂造成的井的漏失、水敏地层的井塌等井下异常的发生。
　　
但同时，空气钻井技术也存在着一些问题，主要为：
　　
（1）当空气钻井钻遇含硫地层，地层中含H2S气体时，一般只能将气体循环介质转换为液态钻井液；
　　
（2）空气钻井中出现地层出水，会造成井内排屑不畅、用气量增加、卡钻、诱发井下燃爆等复杂问题；
　　
（3）气体钻井可能面临井下燃爆问题，当钻遇油气层时油气便会进入井内，由于井下高温等因素极易引发燃爆，严重时可能熔断钻具，造成井眼报废。
　　
2 空气钻井安全监控系统及应用2.1 空气钻井安全监控系统
　　
由于空气钻井技术的特点，因此必须注意井下异常问题的发生。本文介绍一套空气钻井安全监控[2]系统，能够实现井下气体测量、红外气体检测等功能。
　　
空气钻井安全监控系统由气体检测单元、样品气处理单元、采集计算机以及采集软件系统组成。气体检测单元主要功能为对样品气进行在线的分析；样品气处理单元主要用于样品气净化、除湿和稳定流量；采集计算机采集软件系统处理与气体检测单元的通讯功能，同时采集气体单元信息并且采集综合录井仪的录井工程参数，再通过软件系统进一步完成数据的整合、存储和显示和发布。监控系统结构简图如下图1所示。
　　
图2 软件结构简图
　　
2.2 空气钻井安全监控系统在定向井空气钻井的应用
　　
为进一步证明此空气钻井安全监控系统的实用性和科学性，本文分析其在我国某油田某定向井空气钻井的应用，对其应用效果进行评价。
　　
该井所处构造为陆相、 海陆相交互和海相沉积。其中上部陆相地层泥岩、砂岩、页岩互层频繁，为高陡构造，岩层硬度大，可钻性差，研磨性强，漏层较多，因此不仅机械钻速低、钻井周期长，而且极易发生断钻具等井下复杂情况和事故。因此针对该井实际情况采取空气定向井钻机工艺。
　　
施工过程：
　　
（1）该井空气钻井井段为564.0～3002.0 m，进尺2438.0 m，占全井设计井深的44.3%。
　　
（2）空气钻井参数为：钻压80～160kN，转速5～65 r/min，排量为100～150m/min，立压1.7～2.2MPa。空气钻井钻至井深3002.0 m进入高压气层，从钻井安全角度考虑终止空气钻井转入常规钻井液钻井。
　　
在空气钻井过程中，实际应用了该空气钻井安全监控系统，采取了监控系统与录井仪串接气路的方式，在钻井时将测得的数据以无线传输方式发送到系统计算机，同时将计算机获得数据域采集录井仪的录井数据进行对比。
　　
在整个空气钻井施工期間该系统运行平稳，其无线传输未出现受干扰等不良现象，对录井仪数据进行了十分良好的接收。监控系统获得数据与录井仪获得数据的数曲线非常吻合，空气钻井安全监控系统性能良好，可在空气钻井现场使用。同时在此系统监控下，该井空气钻井过程顺利进行，钻井时间大幅减少，钻井速度大幅提高。平均机械钻速提高4～6倍，经济效益显著。
　　
3 结论
　　
气体钻井是以气体为循环介质的一种欠平衡钻井工艺，在保护和发现储层、提高钻井速度、减少或避免井漏、延长钻头寿命、减少卡钻等复杂情况、减少完井增产措施等方面有着明显的优势。
　　
同时现有空气钻井技术也存在着一些问题，在钻井工作中需要实时进行监控，注意井下异常问题的发生。
　　
本文介绍一套空气钻井安全监控系统，能够实现井下气体测量、红外气体检测等功能。现场实用证明该系统运行平稳，系统性能良好，可在空气钻井现场使用。建议在各油田推广。
　　
参考文献
　　
[1] 马光长，杜良民.空气钻进技术及其应用[J].钻采工艺，2004，24（3）：4-8
　　
[2] 黎赵红，赵道汉. 空气钻井条件下的综合录井技术. 录井工程，2007，18 （2）：9-12