[摘 要]气体钻是以气体为介质替代常规钻井液的钻探模式，属于欠平衡钻探范畴。气体钻有效地提高了勘探时效，同时也将燃爆监测工作提到了首位，气体钻的最大难点在于负压钻进条件下的井下燃爆监测和地层出水，本文探讨的是综合录井在燃爆监测中的重要职能作用。
　　[关键词]气体钻 欠平衡 负压 燃爆监测
　　中图分类号：TE242.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0008-01
　　引言
　　气体钻，泛指空气钻、氮气钻、雾化钻、泡沫钻等，是以气体或气液混合物为循环介质替代纯泥浆钻井，从而有效提高勘探时效的钻探模式，但同时也是一个安全风险大、需施工方配合紧密的施工过程和工艺技术。井下燃爆是气体钻井中最大的问题之一，当气体钻井钻遇油气层时就有可能发生井下燃爆（着火），井下着火严重时会熔断钻具、烧毁套管，造成井眼破坏，使钻具不易打捞，极有可能造成井眼报废，给钻井带来巨大的损失。井下燃爆问题使纯气体钻井只能应用于非油气储层，不能充分发挥其低成本的优势。所以，燃爆监测是气体钻施工的重要工作。
　　1 气体钻的施工条件
　　1.1 地层条件决定了确实不需要泥浆钻
　　地层条件是指要进行气体钻的井段必须没有钻遇高压层的风险并且不含水或含水量小。如地层含水量大，则就会和气体钻中生成的非常细的粉尘状的岩屑混合呈泥包而不能返出井眼，从而不能继续钻进甚至钻具会卡在井内。然而，当可以使用气体钻时，钻速会比泥浆钻快的多。泥浆比气体（空气、氮气）重，对钻头破碎的岩屑会产生滞留，所以钻头会花费很长的时间在钻新地層时而重新钻旧岩屑。当使用气体钻时，钻头处的岩屑不会滞留在井底而是立即被吹走。
　　1.2 客观条件决定了气体钻钻进的井段限制
　　要使用气体钻井，就要将大型空气压缩机运到井场，同常规泥浆钻一样顺钻具向下循环空气出钻头沿环空上返。由于没有必要重复循环旧空气，所以空气和携带的岩屑就通过排砂管线吹出。仅用气体钻完成整个井眼的钻进通常是不可行的，一般情况下仅有井眼的一部分使用气体钻，而在必要的时候，井队会配泥浆转换成泥浆钻。然而，在可能的时候，用气体钻的确会生成快钻速。
　　1.3 地层中有硫化氢气体限制了气体钻施工
　　气体钻的排砂管线延伸至井场外约100米的位置，如果地层中有硫化氢气体，硫化氢气体就会排放到周围的大气中，如果井场处在下风向，则整个井场就会弥漫硫化氢气体，这种情况是绝对禁止发生的。所以，在预计有硫化氢的井段禁止使用气体钻施工。
　　1.4 几种气体钻转化为泥浆钻的情况
　　一般情况下，当井下发生燃爆后要及时转化为钻井液。有H2S显示时要及时转化为钻井液，地层出水量大时要及时转化为泥浆钻，以及其它特殊情况需立即转化为泥浆钻的情况。
　　2 燃爆监测
　　2.1 燃爆监测的相关参数类型
　　燃爆监测是指对井下气体的分析，包括全烃、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氧气和氮气等的含量变化，为及时转化为泥浆钻提供第一手数据，防止燃爆的发生或防止二次燃爆扩大化，即将危害降低到最小程度。气体钻主要是指由空气或氮气，严格的说，氮气不会发生化学反映爆炸，氮气很接近惰性气体，非常稳定。但是，氮气的重要技术参数是纯度，按照国际按国标氮气的纯度分为工业用氮气、纯氮和高纯氮三级，它们的纯度分别为99.5%（O2≤0.5%），99.99%（O2≤0.01%）和99.999%（O2≤0.001%）。空气中，氮约占78%，氧约占21%，稀有气体约占0.94%，，二氧化碳约占0.03%，还有其他气体和杂质约占0.03%。所以，用氮气钻要确保氮气的纯度，氮气不纯就存在发生燃爆的可能，而气体钻用纯氮气是优化选择。
　　2.2 井下发生燃爆的机理
　　甲烷的爆炸极限是5%～15%，其中，甲烷在9.5%左右爆炸最为剧烈。气体钻井下发生燃爆的原因是甲烷和空气混合后与火而产生的爆炸。在气体钻中，如果正钻地层中有烃类，且甲烷含量处在其爆炸极限内，则就存在发生爆炸（燃爆、着火）的可能。燃爆发生后，相关气体参数明显表现为以下特征。
　　2.2.1 可燃烃类（CH4）浓度下降
　　甲烷爆炸燃烧，自身浓度就随之降低。甲烷完全燃烧，化学方程式 CH4+2O2 =CO2+2H2O，生成二氧化碳和水。甲烷不完全燃烧，化学方程式 2CH4+3O2=2CO+4H2O，生成一氧化碳和水。
　　2.2.2 非烃类浓度上升
　　甲烷燃烧后生成了二氧化碳、一氧化碳和水，在参数特征上表现为甲烷降低、二氧化碳和一氧化碳升高、温度上升，同时伴随有水分出现，这些变化特征会在参数记录仪上显示出来。所以，在气体钻中，当出现上述特征后，就必须立即停止注气，停止钻进，将钻具提离井底，这时井下自动灭火。
　　3 井下燃爆发生的控制措施
　　气体钻燃爆监测的根本目的是尽可能地避免发生燃爆，同时，当燃爆发生后也要将燃爆造成的损失降低到最低。所以，采取最可行的措施控制燃爆是关键。
　　甲烷的爆炸极限是5%～15%，如果在甲烷达到5%之前就采取防燃爆措施是最有效的。气体钻中，井下出现的烃类和空气混合上返速度很快。气体循环从井底到井口的时间不到2min（Φ444.5mm井眼1270m井深的井筒容积为209.70m3，环空容积约为188.98m3，空气钻井气体从井底返到井口的时间约为63s；Φ311.2mm井眼2870m井深的井筒容积为218.19m3，环空容积约为174.22m3，空气钻井气体从井底返到井口的时间约为75s；所以，气体钻井过程中，一旦井下发生燃爆，在地面上，多功能气体监测能及时发现。由此可知，井下燃爆发生是非常快的。气体钻燃爆监测，如图1所示。
　　作为气体燃爆监控来说，既然知道了甲烷的爆炸极限，那么就应当在甲烷达到5%之前采取防燃爆措施，从而降低燃爆发生的可能性。在现场施工中，发现全烃值（以甲烷为刻度）达到≤3%，或出现气测异常情况就应立即通知司钻、气体钻井现场技术负责人、值班干部、监督等。
　　4 结语
　　气体钻能够有效地提高勘探时效，燃爆监测是关键。在气体钻具体施工中，施工各方的工作是紧密配合的过程，只有工作衔接到位才能避免各种复杂情况的发生，也才能实现创收创效的公司经营理念。
　　参考文献
　　[1] 张殿强，李连伟.地质录井方法与技术[J]，石油工业出版社，2001.9。