反循环钻井技术研究

[摘 要]近年来，反循环钻井技术在水井、水文地质钻井、大口径工程施工井中应用较广，其中气举反循环钻井技术已在地质、冶金、建设、水利、煤田和军工等系统推广应用。本文通过对多种反循环钻井技术的原理及优劣势分析，为中后期的油田开发提供一种思路。

[关键词]反循环；气举；双壁钻杆

中图分类号：P6341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0093-01

一、概述

1.正循环钻井：钻井液经钻井泵注入钻具内水眼，流经钻头清洗井底，携带岩屑后从环空返出地面，返出的钻井液通过地面处理设备的处理，再次进入循环，形成连续的钻井过程；反循环钻井：与正循环相反。

2.反循环钻井的优势

正循环钻井中出现的问题：钻井液流动的环空压耗对地层直接产生正压力，当钻遇漏层时，循环压耗加剧了钻井液的漏失。在钻大直径的井眼时，由于排量的限制和环空体积太大，造成钻井液环空流速低，携岩困难，机械钻速慢，钻井效率低等问题。当大直径井眼存在漏层时，此类问题更加突出，在采用正循环方法钻井极为困难。反循环钻井方法可以克服上述缺点，提高复杂断层钻井效率。

二、工艺特点及用途

不同方法的反循环钻井技术具有不同的工艺特点和用途，泵吸反循环钻井主要用于较浅水井的钻探，一般能钻进100m左右，但易受水龙头、钻具密封条件的限制，密封失效后无法正常钻进。气举反循环钻井技术主要应用于水井、水文地质钻孔、大口径工程施工孔的钻井，可解决井漏和大口径井眼的携沙问题。双壁钻具空气反循环钻井主要应用于低压、低渗、裂缝油气藏的开发，可避免钻井流体、钻屑、泵脉冲对暴露储层的损害。从反循环原理上分，主要分为气举反循环和空气反循环钻井，即一种为以压差建立反循环，一种为靠压力建立反循环。

1.气举反循环钻井技术

1）工艺原理

气举反循环钻井是将压缩空气通过气水龙头后其它注气接头，注入双层钻具内管与外管的环空，气体流到双层钻杆底部，经混合器处喷入内管，形成无数的小气泡，气泡一面沿内管迅速上升，一面同时膨胀，由于压缩空气不断进入钻井液，在混合器上部形成低密度的混合液，而钻杆外的钻井液密度大，环空钻井液进入钻具内水眼，形成反循环流动，并把井底岩屑连续不断的带出地表，排入沉砂池。沉淀后的泥浆再注入井眼内，经井底进入钻杆内补充循环液的空间，如此不断循环形成连续钻进过程。

2）优点及用途

（1）反循环时消除了环空压耗，应用于低压、低渗油藏，可以在井底形成负压，有利于发现、保护油气藏。

（2）气举反循环钻井时，钻头处的钻井液对井底产生抽汲作用，岩屑被及时带走，不会出现压持效应，在漏层钻井时，可减少岩屑重复破碎、能提高机械钻速，增加钻井效率。

（3）可减少或消除钻井液的漏失，节约大量钻井液材料消耗。能过钻穿因漏失无法穿过的层位，钻达目的层。

（4）采用气举反循环钻井时，钻井泵的作用只是往环空灌钻液，泵负荷大大减小，泵使用寿命增长。

（5）可采用正循环、反循环两种方法压井，井控灵活。

反循环压井方法是从环空泵入泥浆将井内溢流替入钻杆，由钻杆内上升到井口，在阻流器控制钻杆出口回压下排除油气溢流并进行压井。

2.空气反循环钻井技术

1）工艺原理

空气反循环钻井技术是将压缩空气注入上壁钻具内管和外管的间隙，流至钻头后，携带岩屑通过内管返出地面，为防止起下钻和接单根时天然气溢出钻台，在钻具内装有井下防喷装置，井口安装旋转防喷器，可在井口密封钻具与井眼的环空。地面安装压井分流装置，与导流管线连接，可将岩屑导流至沉砂池，在导流关出口处点燃一火把，当钻遇天然气目的层时，排出的可燃气体将被燃烧。在硬地层钻井时可采用贯通式气动潜孔锤，以避免岩屑经过潜孔锤外筒时对储层的损害。

2）优点及用途

（1）所需气量小，可节约注气设备投入。空气反循环钻井时，岩屑从钻具内眼返出，在大直径井眼钻井时，由于内眼截面积远小于环空截面积，与正循环空气钻井相比，达到携岩返速所需空气量小，配套的空压机及增压机数量少，可节约基金投入。

（2）岩样不受污染、代表性强。由于岩屑和钻井流体通过钻柱内循环至地面，岩样迟到时间短，避免了常规钻井中岩屑和钻井流体通过钻具和井眼间环空循环时，岩样易损失和受污染的情况。

（3）能避免钻进是对储层的损害。反循环钻进时，地层不再受循环钻井流体（钻井液或空气）、钻屑、泵脉冲的压力损害，可最大限度的保护储层，特别适用于低压、低渗储层的钻井。

三、国内外应用现状

反循环钻井技术在水井、大口径工程施工井中应用较广，近年来气举反循环钻井技术已在地质、冶金、建设、水利、煤田和军工等系统推广应用。采用此方法达到的最大井深是2470.88m，最大井径是3.2m。在复杂地层钻进综合效率是正循环钻进的3―6倍；水晶的洗井时间缩短1/2；出水量增大1/3。

华北石油管理局钻井院从2001年底开始反循环钻井技术研究，主要目的是解决井漏问题和保护油气层，已开展了反循环钻井技术调研，气举反循环钻井设备配套等研究内容，进行了2口井气举反循环钻井先导试验，获得重要突破。 初步形成了反循环钻井施工工艺，实现了流程设计改造、反循环钻进、携带岩屑、钻井液脱气等重要突破。

四、存在问题和前景展望

反循环钻井试验虽取得了一定成果，但仍有一些问题需进一步深化研究。

（1）加强反循环钻井和注气参数匹配的理论研究。双壁钻具下入深度、注气量、注气压力、钻井液性能等参数的优选匹配应在理论方面加强研究。

（2）加强地层适应性研究。针对不同地层特性，研制不同类型的反循环钻用钻头和施工措施，增强钻头对地层的适应性。

全国低压储层油田占70%以上，且大多数油田已进入开发后期，地层压力衰竭严重，对低压油气藏的保护开采和解决井漏问题显得尤为重要。反循环钻井技术可为解决井漏问题和低压易漏油气藏的勘探开发提供一种崭新方法，将在油气钻探领域逐步发挥重要作用。

参考文献

[1]李树德，柯福奎，洪常久.气举反循环钻探技术在复杂底层中应用的探讨[J].煤炭技术，2010，（11）

[2]张祖培，殷琨等.岩土钻探工程新技术[M].北京：地质出版社，2010，（5）.