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摘要：乌1井位于新疆维吾尔自治区克拉玛依市乌尔禾区西北部。是胜利油田在准噶尔盆地西部隆起哈山山前构造带部署的一口预探井。介绍了乌1井空钻施工前基本情况和空钻施工难点、征兆及应对措施，阐述了施工工艺技术应用情况和效果。
关键词：空气钻、危害、征兆、应对措施
1 乌1井空钻施工前基本情况
乌1井设计井深7000米，4550米以上地层主要为石炭系，岩性是火成岩（主要为凝灰岩、玄武岩和安山岩）。井身结构设计为一口非标井（非标准尺寸），导管：φ508mm×89.7m，表层：φ365.1mm×2020m，技套：φ273.1mm×4460m（未下）。
下完表层，井控装置试压合格，安装完空气钻相关设备及管线，各种原料、器材（见附件1）储备充足、完善，人员、措施部署到位，召开验收会，准备就绪。
2 空钻施工难点、征兆及应对措施
2.1 地层出水
危害：空气钻过程中，地层出水，极易导致岩屑滞留在井底及附着在钻杆外壁和井壁上，甚至聚集成块儿、形成水泥环，导致井眼缩径，起下钻困难。严重的将导致卡钻故障。
征兆：①注气压力增大；②取样器中返出岩屑湿润；③停止喷淋后排屑管出口有雾状物出现。
应对措施：一旦发现出水，应及时采取措施，若少量出水且还有岩屑返出，可采用加大气量，循环排水，并根据出屑情况，再决定起钻、短起下或者继续钻进。若根据岩屑返出情况和立压判断大量出水，则应及时起钻至套管鞋内，条件允许可转化为泡沫钻井，根据泡沫返出情况、出水情况、携岩情况，适时调整注液量和注气量，以满足正常钻井要求。
2.2 地层出气
危害：空气钻过程中，地层出现可燃性气体，将会增加施工难度，因天然气在空气中的爆炸极限浓度为5%-15%，一旦井下出现燃爆情况，势必要造成钻具炸断、或者井壁坍塌。
征兆：①气测全烃值含量有明显的升高；②排屑管出口返出气体有异味。
应对措施：
（1）监测和预防：①钻进时，设备摆放区域、排放管出口等处，均要有专人值班观察；②钻进时，检测人员要全程连续监测注入压力、流量；返出气体中的甲烷浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度的变化，发现返出气体的甲烷、硫化氢等参数异常变化时要立即通知相关人员；③钻进过程中，应加强对H2S和可燃气体的检测，在钻台、排放管口等处设置H2S报警仪和可然气体监测仪，现场作业人员携带便携式报警仪，发现H2S和可燃气体，及时报警，按应急程序采取相应措施。
（2）处理：如果全烃增加、连续发生两次井下燃爆、地层出硫化氢浓度超过20ppm，可上提钻具关井观察。如10min内压力无变化则带胶心起钻到安全井段后进行转换钻井液作业，若压力上升快则关闭封井器用储备的压井液压井。
2.3 地层出油
危害：空气钻过程中，地层出现油侵，易导致岩屑和原油粘结形成油环儿，钻杆外壁、套管内壁和裸眼井壁将粘附原油，岩屑会大量粘附在井壁及套管壁上，极易造成井下复杂。
征兆：①注气压力增大；②转盘扭矩增大；③取样器中返出岩屑很少甚至无岩屑返出且返出岩屑明显带油成团状；有时可在取样器出口见油滴。
应对措施：立即起钻，并转化为钻井液钻井方式。
3 施工工艺技术
3.1 设备安装
开钻前，必须在距井口100m以上修建燃烧池，在距井口75m以上修建沉砂池，修建标准需参阅相关标准。
供气设备所需场地面积需满足气体钻井空压机组的集中摆放，场地要求夯实、平整，距井口距离应满足标准的规定（大于30m）。
现场落实排砂管线走向，降尘水由井队从污水池用2″管线接至排砂管线降尘口，井队准备3KW潜水泵3台；取砂样口、气测检测口由空气钻井公司在排砂管线上留好，地质上做好相关取样准备工作。地质录井在排砂管线的捞砂口位置与排砂管线的未端下风口2 m左右各安装一个硫化氢探头，及时监测硫化氢浓度变化。所有气体钻井设备的管线、防喷管线、燃烧管线、泄压管线、压井管线均应固定牢靠。空气管汇闸门组应要求灵活好用，各管线应按要求试压合格。
旋转控制头安装在环形防喷器以上，导流口与排砂管线连接。液压管线应与专用液压站连接。
3.2 气举排液
施工准备完成之后，用井内钻井液钻完套管附件和水泥塞，循环干净后用清水替出井内的钻井液，再用气体将井内清水排出来，井深较浅时（一般低于2000米）可采用段塞气举的方法排液，井深较深时（一般高于2000米）可采用分段气举排液。
3.3 干燥井眼
排液完成后，等待立压降为零，环空中没有气体返出，确认井内无圈闭气体后，打开半封，关闭节流阀侧阀门，通过排砂管线，继续循环气体干燥井眼，直至井眼完全干燥。
3.4 钻进
3.4.1 钻井方法
本井选用空气锤钻井，具体操作步骤如下：（1）井口试空气锤、（2）下钻、（3）钻进、（4）接单根、（5）起下钻
3.4.2 钻井注意事项
钻进过程中要注意：
（1）先按设计的最小气体流量钻进，若不能满足携岩需要，再提高气体流量。
（2）注意观测排屑管的返出物和取砂器的岩屑情况，及时判断可能出现的井下复杂问题。
（3）均匀送钻，并注意立管压力及井下情况，发现立压升高、扭矩变化、蹩跳钻严重、上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具，循环观察，及时处理。
4 施工效果
（1）机械钻速提高明显
（2）稳斜效果好
空气钻钻进317米，其中牙轮10米，空气锤307米，井斜基本控制在2度以内。 5 施工分析
（1）空气钻钻井优缺点
①优点：
钻速快：采用欠平衡原理，最显著的效果是减小泥浆液柱对地层的压实作用，提高机械钻速。
及时发现油气层：空气钻有效的避免了泥浆液柱对低压油气层的压死风险，当地层有油气显示时，能够及时的返出地面（空气钻迟到时间仅几分钟），并被气测录井仪监测到，便于地质工程师准确的确定油气层位置，本井就是实例。
保护油气层：避免了泥浆滤液对油气层的污染，有效的保护了油气层。
防止粘吸卡钻：因钻柱与环空不可能存在正压差，就避免了压差卡钻的风险。
②缺点：
成本高：空气钻设备运营成本高，本井空压机5台，增压机2台，功率大、能耗高，且设备运输、维护、保养成本较高。
岩屑录井困难：因空气钻打出的岩屑呈粉末状，辨别岩性难度大。
要求条件苛刻：要求稳定地层，不坍塌、不出油气水。
风险大：井下出水、出油、出气，措施执行不到位易造成事故。
（2）空气锤钻井优缺点
除以上空气钻优缺点外，空气锤还具有以下优缺点：
①优点：
钻速快：由于空气锤的钻井方式是顿钻，即：靠锤头的高频纵向振动（1000～1200次/min），产生对井底岩石的冲击破碎，现场证明空气锤钻进方式相对牙轮钻进方式机械钻速快2-3倍。
轨迹好：锤头在塔式钻具的作用下，对井底仅有纵向的力，而不产生滑动剪切力（因转盘转速低，锤头牙齿呈球状所致），且钻压小（1～4t），中和点始终在最下部的9寸钻铤上，下部钻具不发生弯曲，不易井斜， 故用空气锤钻进的井眼比较规则且轨迹较好。
②缺点：
不能划眼：
正由于空气锤的破岩原理，即空气锤在下钻有遇阻显示时，不能划眼，只能起钻更换钻头；当井下有掉块时，易造成憋钻、甚至卡钻。
6 结束语
乌1井空气钻实验比较成功，提速效果显著，空气锤在该区块的首次运用为今后充分运用空气锤提速方案提供了依据，但空气钻受出水、出油、出气等因素的限制，这就导致了空气钻受诸多因素的制约，有一定的使用局限性。
注：本文乌1井为匿名。
参考文献
[1]刘一江等.空气、氮气钻井技术在普光气田的应用[J].天然气工业，2007，07：93-95.
作者简介：罗显尧，男，1982年生，工程师，从事钻井技术管理工作。
关键词：空气钻、危害、征兆、应对措施
1 乌1井空钻施工前基本情况
乌1井设计井深7000米，4550米以上地层主要为石炭系，岩性是火成岩（主要为凝灰岩、玄武岩和安山岩）。井身结构设计为一口非标井（非标准尺寸），导管：φ508mm×89.7m，表层：φ365.1mm×2020m，技套：φ273.1mm×4460m（未下）。
下完表层，井控装置试压合格，安装完空气钻相关设备及管线，各种原料、器材（见附件1）储备充足、完善，人员、措施部署到位，召开验收会，准备就绪。
2 空钻施工难点、征兆及应对措施
2.1 地层出水
危害：空气钻过程中，地层出水，极易导致岩屑滞留在井底及附着在钻杆外壁和井壁上，甚至聚集成块儿、形成水泥环，导致井眼缩径，起下钻困难。严重的将导致卡钻故障。
征兆：①注气压力增大；②取样器中返出岩屑湿润；③停止喷淋后排屑管出口有雾状物出现。
应对措施：一旦发现出水，应及时采取措施，若少量出水且还有岩屑返出，可采用加大气量，循环排水，并根据出屑情况，再决定起钻、短起下或者继续钻进。若根据岩屑返出情况和立压判断大量出水，则应及时起钻至套管鞋内，条件允许可转化为泡沫钻井，根据泡沫返出情况、出水情况、携岩情况，适时调整注液量和注气量，以满足正常钻井要求。
2.2 地层出气
危害：空气钻过程中，地层出现可燃性气体，将会增加施工难度，因天然气在空气中的爆炸极限浓度为5%-15%，一旦井下出现燃爆情况，势必要造成钻具炸断、或者井壁坍塌。
征兆：①气测全烃值含量有明显的升高；②排屑管出口返出气体有异味。
应对措施：
（1）监测和预防：①钻进时，设备摆放区域、排放管出口等处，均要有专人值班观察；②钻进时，检测人员要全程连续监测注入压力、流量；返出气体中的甲烷浓度、硫化氢浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度的变化，发现返出气体的甲烷、硫化氢等参数异常变化时要立即通知相关人员；③钻进过程中，应加强对H2S和可燃气体的检测，在钻台、排放管口等处设置H2S报警仪和可然气体监测仪，现场作业人员携带便携式报警仪，发现H2S和可燃气体，及时报警，按应急程序采取相应措施。
（2）处理：如果全烃增加、连续发生两次井下燃爆、地层出硫化氢浓度超过20ppm，可上提钻具关井观察。如10min内压力无变化则带胶心起钻到安全井段后进行转换钻井液作业，若压力上升快则关闭封井器用储备的压井液压井。
2.3 地层出油
危害：空气钻过程中，地层出现油侵，易导致岩屑和原油粘结形成油环儿，钻杆外壁、套管内壁和裸眼井壁将粘附原油，岩屑会大量粘附在井壁及套管壁上，极易造成井下复杂。
征兆：①注气压力增大；②转盘扭矩增大；③取样器中返出岩屑很少甚至无岩屑返出且返出岩屑明显带油成团状；有时可在取样器出口见油滴。
应对措施：立即起钻，并转化为钻井液钻井方式。
3 施工工艺技术
3.1 设备安装
开钻前，必须在距井口100m以上修建燃烧池，在距井口75m以上修建沉砂池，修建标准需参阅相关标准。
供气设备所需场地面积需满足气体钻井空压机组的集中摆放，场地要求夯实、平整，距井口距离应满足标准的规定（大于30m）。
现场落实排砂管线走向，降尘水由井队从污水池用2″管线接至排砂管线降尘口，井队准备3KW潜水泵3台；取砂样口、气测检测口由空气钻井公司在排砂管线上留好，地质上做好相关取样准备工作。地质录井在排砂管线的捞砂口位置与排砂管线的未端下风口2 m左右各安装一个硫化氢探头，及时监测硫化氢浓度变化。所有气体钻井设备的管线、防喷管线、燃烧管线、泄压管线、压井管线均应固定牢靠。空气管汇闸门组应要求灵活好用，各管线应按要求试压合格。
旋转控制头安装在环形防喷器以上，导流口与排砂管线连接。液压管线应与专用液压站连接。
3.2 气举排液
施工准备完成之后，用井内钻井液钻完套管附件和水泥塞，循环干净后用清水替出井内的钻井液，再用气体将井内清水排出来，井深较浅时（一般低于2000米）可采用段塞气举的方法排液，井深较深时（一般高于2000米）可采用分段气举排液。
3.3 干燥井眼
排液完成后，等待立压降为零，环空中没有气体返出，确认井内无圈闭气体后，打开半封，关闭节流阀侧阀门，通过排砂管线，继续循环气体干燥井眼，直至井眼完全干燥。
3.4 钻进
3.4.1 钻井方法
本井选用空气锤钻井，具体操作步骤如下：（1）井口试空气锤、（2）下钻、（3）钻进、（4）接单根、（5）起下钻
3.4.2 钻井注意事项
钻进过程中要注意：
（1）先按设计的最小气体流量钻进，若不能满足携岩需要，再提高气体流量。
（2）注意观测排屑管的返出物和取砂器的岩屑情况，及时判断可能出现的井下复杂问题。
（3）均匀送钻，并注意立管压力及井下情况，发现立压升高、扭矩变化、蹩跳钻严重、上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具，循环观察，及时处理。
4 施工效果
（1）机械钻速提高明显
（2）稳斜效果好
空气钻钻进317米，其中牙轮10米，空气锤307米，井斜基本控制在2度以内。 5 施工分析
（1）空气钻钻井优缺点
①优点：
钻速快：采用欠平衡原理，最显著的效果是减小泥浆液柱对地层的压实作用，提高机械钻速。
及时发现油气层：空气钻有效的避免了泥浆液柱对低压油气层的压死风险，当地层有油气显示时，能够及时的返出地面（空气钻迟到时间仅几分钟），并被气测录井仪监测到，便于地质工程师准确的确定油气层位置，本井就是实例。
保护油气层：避免了泥浆滤液对油气层的污染，有效的保护了油气层。
防止粘吸卡钻：因钻柱与环空不可能存在正压差，就避免了压差卡钻的风险。
②缺点：
成本高：空气钻设备运营成本高，本井空压机5台，增压机2台，功率大、能耗高，且设备运输、维护、保养成本较高。
岩屑录井困难：因空气钻打出的岩屑呈粉末状，辨别岩性难度大。
要求条件苛刻：要求稳定地层，不坍塌、不出油气水。
风险大：井下出水、出油、出气，措施执行不到位易造成事故。
（2）空气锤钻井优缺点
除以上空气钻优缺点外，空气锤还具有以下优缺点：
①优点：
钻速快：由于空气锤的钻井方式是顿钻，即：靠锤头的高频纵向振动（1000～1200次/min），产生对井底岩石的冲击破碎，现场证明空气锤钻进方式相对牙轮钻进方式机械钻速快2-3倍。
轨迹好：锤头在塔式钻具的作用下，对井底仅有纵向的力，而不产生滑动剪切力（因转盘转速低，锤头牙齿呈球状所致），且钻压小（1～4t），中和点始终在最下部的9寸钻铤上，下部钻具不发生弯曲，不易井斜， 故用空气锤钻进的井眼比较规则且轨迹较好。
②缺点：
不能划眼：
正由于空气锤的破岩原理，即空气锤在下钻有遇阻显示时，不能划眼，只能起钻更换钻头；当井下有掉块时，易造成憋钻、甚至卡钻。
6 结束语
乌1井空气钻实验比较成功，提速效果显著，空气锤在该区块的首次运用为今后充分运用空气锤提速方案提供了依据，但空气钻受出水、出油、出气等因素的限制，这就导致了空气钻受诸多因素的制约，有一定的使用局限性。
注：本文乌1井为匿名。
参考文献
[1]刘一江等.空气、氮气钻井技术在普光气田的应用[J].天然气工业，2007，07：93-95.
作者简介：罗显尧，男，1982年生，工程师，从事钻井技术管理工作。