反循环钻井介绍

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1、第六届全国石油钻井院所长会议论文集反循环钻井与洗井技术李立昌潘凤岭魏群涛刘于（华北石油管理局钻井工艺研究院）【摘要】钻井液从井筒环空流入，经钻头、钻具内眼返出为反循环钻井。反循环钻井技术具有减少地层漏失、保护油气层、岩样代表清晰等优点。反循环钻井分为气举反循环、空气反循环、泵吸反循环等。气举反循环钻井技术从装备上需要空气压缩机、储气罐、气盒子、双壁钻具、混气器、反循环钻头等，现场利用原钻机连接上述设备进行作业，应用结束拆走设备后不影响正常钻井作业，利用反循环钻井原理，进行了捞砂工艺的研究及工具的研制。通过试验及现场应用，设备配套

2、实用，漏层连续钻进400余米，效果良好。1气举反循环钻井概述气举反循环钻井，是将压缩空气通过气水龙头钻杆内眼或其它注气接头（气盒子），注入双层钻具内管与外管的环空，气体流到双层钻杆底部，经混气器处喷入内管，形成无数小气泡，气泡一面沿内管迅速上井眼环空升，一面膨胀，其所产生的膨胀功变为水的位能，推动液体流动；压缩空气不断进入内管，在混合器上部形成低比重的气液混合液，钻杆外和混气器下部是比重大的钻井液。如图1所示，h1为钻具内混合钻井液高度，密度为ρ1；h2为钻具内未混合的钻井液高度，密度为ρ2；H为环空钻井液高度，密度为ρ，由于ρ

3、gH＞ρ1gh1+ρ2gh2，环空钻井液进入钻图1反循环钻井驱动原理具水眼内，形成反循环流动，并把井底岩屑连续不断的带到地表，排入沉砂池。沉淀后的泥浆再注入井眼内，如此不断循环形成连续钻进过程。钻井液循环流程见图2：沉砂池—环空—钻头—钻具内水眼—混气器（与注入空气混合）—双壁钻具内水眼—水龙带—排液管线—沉砂池。优点及用途（1）能实现地质捞砂目的气举反循环钻井液流在钻具内直接上返，携带岩屑能力强，岩样清晰，在漏失地层钻进时能实现捞砂等地质目的。（2）提高漏层钻井效率气举反循环钻井时，钻头处的钻井液对井底产生抽汲作用，岩屑被及时

4、带走，减少压实效应，在图2反循环钻井循环示意图183反循环钻井与洗井技术漏层钻井时，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，保护储层由于反循环钻井时环空压耗小，作用于地层的压力小，所以在易漏地层钻进时，可减少或消除钻井液的漏失，保护储层，并节约大量钻井液材消耗。（4）可减少泵损耗，延长泥浆泵泵使用寿命采用气举反循环钻井时，泥浆泵的作用只是向环空灌泥浆（或采用灌注泵灌注），泵负荷大大减小，使用寿命延长。（5）井控灵活可采取正循环、反循环两种方法压井，井控灵活。反循环压井重泥浆可以直接送至井

5、底，不必分段循环，缩短处理时间。2国内外应用现状反循环钻井技术在水井、水文地质钻孔、大口径工程施工孔的钻井中应用较广，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，覆盖面遍及全国29个省市自治区。采用此方法达到的最大孔深是2470.88m，最大孔径是3.2m。同正循环钻井相比，平均机械钻速提高1.2~3倍，台月效率提高1.5倍；在复杂地层钻进综合效率是正循环钻进的3~6倍；水井的洗井时间缩短1/2；出水量增大1/3；优质孔率为100%。反循环空气钻井最早用于硬地层的钻井，加拿大K2能源公司开发出井

6、下安全设备后，2002年开始应用空气反循环钻井技术开发低压气藏，在美国北蒙大拿州Blackfeet印第安人保留地的BowIsland地层，应用空气反循环中心排渣钻井技术（RCCD）成功钻成天然气试验井，该地层属低压地层（估计地层压力为150Psi）。两口对比实验井分别钻于用泥浆钻成而没有油气显示的井旁，在没有增产措施的情况下，采用φ50.8mm油管抽吸，日产天然气分别为15.5万立方英尺和9.7万立方英尺。3当前研究情况在气举反循环钻井技术研究方面，根据气举反循环钻井工艺要求，结合油气钻探特点，主要开展了反循环钻井工艺理论研究、

7、反循环钻井流体技术、反循环钻具研制、反循环地面配套装备研制。研究重点是反循环钻井工艺及井控技术，目前已配套气举反循环钻井主体设备，设计出双层钻具组合防喷工具，通过先导试验，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、泥浆脱气等工艺。下步将在完善气举反循环钻井技术的同时，进一步拓展应用领域。3.1气举反循环钻井深度3.1.1沉没系数a：水面以下高度与双壁钻具总长度的比值。（见图3）图3沉没系数184第六届全国石油钻井院所长会议论文集hsa=≥5.0hd+hs若泥浆泵灌浆及时则可以认为液面保持在高架槽处，

8、液面以上高度依据立管高度确定，水头按20~30m计算。即双壁钻具下深大于30m即可建立循环。3.1.2双壁钻杆下深与井深比例关系调研文献推荐范围较大为1:4~10。如北京丰台区某井，设计井深2470m。实际井深2470.88m。钻具组合为：φ152mm三牙轮钻头