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摘 要：首先阐述了空气钻井技术的设备及作业方法，随后对空气钻井的难点问题进行分析，并在此基础上提出了安全技术措施。期望通过本文的研究能够对提高空气钻井作业效率和确保作业安全有所帮助。
关键词：空气钻井 技术难点 安全措施
一、空气钻井技术的设备及作业方法综述
（一）空气钻井设备
所谓的空气钻井实质上就是利用空气作为循环介质进行钻井的过程，在这一过程需要使用到如下设备：
1.空气压缩机。这是空气钻井过程中最为重要的设备之一，它的主要作用是为钻井过程提供所需的空气。空气压缩机的种类较多，如旋转叶片式、往复活塞式、旋转螺杆式等等，油田钻井作业中一般采用的都是螺杆式空气压缩机。
2.增压机。在空气钻井中使用的增压机一般多为往复活塞式，其工作原理是将来自空气压缩机的空气增加至更高的压力，从而满足钻井过程对空气压力的要求。增压机分为单级、双级和多级，通常情况下，1台增压机能够同时处理2台或是多台空气压缩机提供的空气。
3.管线与阀门。管线的主要作用是输送经过空气压缩机出来的压缩空气，通常管线的额定压力与增压机的最大压力相匹配；在管线连接的位置处安装有相应的阀门，主要分为单流阀、球阀和安全阀，其作用是保护压缩机和方便泄压。
4.防喷装置。基本上每一种钻井技术工艺井口返出的流体都具有一定的压力，为了保证钻井的过程的安全，都需要在井口安装放喷装置，空气钻井技术也不例外。
5.钻具止回阀。通常情况下，在空气钻井过程中，需要安装至少两个钻具止回阀，其中一个需要接在钻头上，其作用是防止钻屑回流，另外一个则安装在井口附近的钻具上，其作用是防止空气喷出。
（二）空气钻井技术的作业方法
空气钻井技术与常规的钻井液钻井技术有所不同，具体体现在它是用空气作为循环介质对钻头进行冷却，并以此来满足钻井作业需要。正因如此，使得空气钻井技术的作业方法相对比较复杂，大体上可分为以下几个步骤：
1.设备安装连接。空气钻井技术中需要使用到一些特殊设备以及与之相应的附属配件，在进行钻井之前，需要将这些设备安装并连接在一起，所以这是空气钻井技术作业方法的关键环节。
2.试压。当设备安装连接完毕之后，需要按照钻井要求对设备、管线、阀门等进行试压，确认合格后便可开始钻井。
3.组合钻具。空气钻井技术的钻具组合与常规钻井液的钻具组合方式基本相同。
4.气举排液。为了保证气举排液正常，可采用充气排液法或是分段气举法。
5.空气钻进。在进行正式钻进之前，应当先通过试钻进来确定相关参数是否合理，这样有助于加快钻进速度和安全性。通常钻进过程中要保持送钻均匀，若发下压力突增或是扭矩发生明显变化时，必须立即停止钻进，并查明原因，采取相应的措施加以处理。
6.起钻。因为空气这种介质无法悬浮岩屑，所以在起钻前应当进行充分循环，借此来将井下钻屑带出地面。一般循环的时间可视具体情况而定。
二、空气钻井技术的难点及相关的安全技术措施
（一）空气钻井的技术难点分析
虽然空气钻井技术已经相对比较成熟和完善，但是在实际作业过程中，仍然存在一些难点问题，具体体现在以下几个方面上：
1.井斜问题。这是空气钻井作业中比较常见的难点问题之一，导致井斜的主要原因如下：其一，钻具引起的井斜，这种情况基本无任何规律可言，国内外对于此方面的研究较少，也不够系统，仍没有较好的解决办法；其二，若是井斜存在的前提下，鉆具贴靠在下井壁上，会导致空气流速变慢，这样一来便无法及时带走钻屑，最终会导致井斜现象越来越严重；其三，当流速较高的气体冲击井壁时，也会引起钻井的直径扩大，从而导致稳定器失效。
2.地层水问题。在实际钻进的过程中，若是没有地层水流入井筒当中，钻屑将会以粉尘的形态存在，在空气充足的前提下，钻屑很容易被带出。但是当地层水流入到井眼中会使原本干燥的钻屑被浸湿，当地层水达到一定的量时，便会造成钻屑结块甚至堆积，从而形成井下泥环，并附着与井壁以及钻具上，最终会引起卡钻、堵管等问题，还有可能引起井下失火等重大安全事故。
3.坍塌问题。由于井筒当中的空气柱对地层基本上没有任何作用力，为此，凭借静液柱压力来平衡坍塌压力的地层，是否能够采用空气钻井仍有待进一步研究。
4.井下起火爆炸问题。由于空气当中含有大量氧气，很容易引起井下着火和腐蚀。同时，当压缩空气中的氧与烃液或是天燃气混合在一起时，便会发生燃烧，严重时甚至会出现爆炸，由此会引发重大安全事故。
（二）安全技术措施
通过上述分析可知，在空气钻井的过程中存在一些难点问题，这些问题都有可能引起安全事故，所以，在采用空气钻井时，必须采取相应的安全技术措施，以此来预防和降低安全事故的发生。
1.为进一步确保钻井过程中对空气量的要求，应当结合井眼的实际尺寸准备足够的空气压缩机以及增压机。同时，还应当准备雾化泵，这样便可以在井下出现出水现象后，及时转化为雾化。
2.在准备正式作业之前，应当对以下设备进行试压：地面设备、井口设备以及地面管汇等等。需要特别注意的是，试压工作必须按照设备的极限压力进行测试，确认合格之后方可开始钻井作业。此外，还应当对现场参与施工作业的人员进行安全技术措施、施工步骤以及注意事项等内容的培训，操作人员必须持证上岗作业。
3.有条件的钻井队可在钻杆与钻铤之间加装一只井下防火阀，并在每钻进50-100m左右的距离时，在钻具上加接一个钻具止回阀。
4.空气钻进过程中需要时刻注意立管的压力以及井下的具体情况，一旦发现异常状况时，如压力突增、扭矩变化异常等，必须立即停止钻进，查明原因，采取措施进行处理，直至异常恢复后方可继续钻进。
5.如果在钻进时遇到地层出水现象，必须立即停止钻进，同时加大空气排量循环并进行观察，若是出水量有所减少，则应当降低钻速再继续观察，确认钻进安全之后，找到合理的参数继续钻进。当出水量较大时，采取空气钻进无法确保井下安全时，应当及时转化为雾化钻进。
6.起钻或是接单根前，应当进行充分循环洗井，并确认排岩管线返出的钻屑量显著减少后，方可停止注气。此外，在卸单根时，必须按照正确的顺序对阀门进行开关，借此来放掉钻具以及立管当中的压缩空气，随后才可以拆卸钻杆，这样能够确保作业人员和设备安全。
7.为了有效确保钻井作业期间的安全，避免安全事故的发生，应当在钻井过程中，执行全天候24小时值班制度，一旦出现问题必须及时解决处理，以免问题扩大引发安全事故，影响钻井正常进行。
三、结论
总而言之，在近些年的油田开发过程中，空气钻井技术以其自身诸多的优点获得了广泛应用，但在实际应用中仍然存在一些难点问题，这在一定程度上影响了空气钻井的整体效率，为了确保钻井作业安全、有序进行，应当采取合理、可行的安全技术措施。在未来一段时期，应当针对空气钻井过程中的技术难点加大研究力度，尽快探寻出有效的解决方法，这不但有利于该技术的大范围推广应用，而且还能提高钻井效率和安全性。
参考文献
[1]何纶.魏武.许期聪.国内外气体型钻井流体应用技术的发展状况[J].钻井液与完井液.2012（7）.
[2]龙刚.王希勇.钟水清.空气泡沫钻井技术在川东北 QX-2 的应用[J].钻采工艺.2008（4）.
[3]韩玉安.欠平衡钻井的发展状况及专用设备的发展方向[J].西部探矿工程.2011（7）.
[4]范兴沃.张建斌.张汉林.空气钻井过程中井下复杂问题处理方法[J].钻采工艺.2009（3）.
[5]陈光明.测试方法对可燃性制冷剂爆炸极限影响的研究[J].浙江大学学报（工学版）.2010（12）.
关键词：空气钻井 技术难点 安全措施
一、空气钻井技术的设备及作业方法综述
（一）空气钻井设备
所谓的空气钻井实质上就是利用空气作为循环介质进行钻井的过程，在这一过程需要使用到如下设备：
1.空气压缩机。这是空气钻井过程中最为重要的设备之一，它的主要作用是为钻井过程提供所需的空气。空气压缩机的种类较多，如旋转叶片式、往复活塞式、旋转螺杆式等等，油田钻井作业中一般采用的都是螺杆式空气压缩机。
2.增压机。在空气钻井中使用的增压机一般多为往复活塞式，其工作原理是将来自空气压缩机的空气增加至更高的压力，从而满足钻井过程对空气压力的要求。增压机分为单级、双级和多级，通常情况下，1台增压机能够同时处理2台或是多台空气压缩机提供的空气。
3.管线与阀门。管线的主要作用是输送经过空气压缩机出来的压缩空气，通常管线的额定压力与增压机的最大压力相匹配；在管线连接的位置处安装有相应的阀门，主要分为单流阀、球阀和安全阀，其作用是保护压缩机和方便泄压。
4.防喷装置。基本上每一种钻井技术工艺井口返出的流体都具有一定的压力，为了保证钻井的过程的安全，都需要在井口安装放喷装置，空气钻井技术也不例外。
5.钻具止回阀。通常情况下，在空气钻井过程中，需要安装至少两个钻具止回阀，其中一个需要接在钻头上，其作用是防止钻屑回流，另外一个则安装在井口附近的钻具上，其作用是防止空气喷出。
（二）空气钻井技术的作业方法
空气钻井技术与常规的钻井液钻井技术有所不同，具体体现在它是用空气作为循环介质对钻头进行冷却，并以此来满足钻井作业需要。正因如此，使得空气钻井技术的作业方法相对比较复杂，大体上可分为以下几个步骤：
1.设备安装连接。空气钻井技术中需要使用到一些特殊设备以及与之相应的附属配件，在进行钻井之前，需要将这些设备安装并连接在一起，所以这是空气钻井技术作业方法的关键环节。
2.试压。当设备安装连接完毕之后，需要按照钻井要求对设备、管线、阀门等进行试压，确认合格后便可开始钻井。
3.组合钻具。空气钻井技术的钻具组合与常规钻井液的钻具组合方式基本相同。
4.气举排液。为了保证气举排液正常，可采用充气排液法或是分段气举法。
5.空气钻进。在进行正式钻进之前，应当先通过试钻进来确定相关参数是否合理，这样有助于加快钻进速度和安全性。通常钻进过程中要保持送钻均匀，若发下压力突增或是扭矩发生明显变化时，必须立即停止钻进，并查明原因，采取相应的措施加以处理。
6.起钻。因为空气这种介质无法悬浮岩屑，所以在起钻前应当进行充分循环，借此来将井下钻屑带出地面。一般循环的时间可视具体情况而定。
二、空气钻井技术的难点及相关的安全技术措施
（一）空气钻井的技术难点分析
虽然空气钻井技术已经相对比较成熟和完善，但是在实际作业过程中，仍然存在一些难点问题，具体体现在以下几个方面上：
1.井斜问题。这是空气钻井作业中比较常见的难点问题之一，导致井斜的主要原因如下：其一，钻具引起的井斜，这种情况基本无任何规律可言，国内外对于此方面的研究较少，也不够系统，仍没有较好的解决办法；其二，若是井斜存在的前提下，鉆具贴靠在下井壁上，会导致空气流速变慢，这样一来便无法及时带走钻屑，最终会导致井斜现象越来越严重；其三，当流速较高的气体冲击井壁时，也会引起钻井的直径扩大，从而导致稳定器失效。
2.地层水问题。在实际钻进的过程中，若是没有地层水流入井筒当中，钻屑将会以粉尘的形态存在，在空气充足的前提下，钻屑很容易被带出。但是当地层水流入到井眼中会使原本干燥的钻屑被浸湿，当地层水达到一定的量时，便会造成钻屑结块甚至堆积，从而形成井下泥环，并附着与井壁以及钻具上，最终会引起卡钻、堵管等问题，还有可能引起井下失火等重大安全事故。
3.坍塌问题。由于井筒当中的空气柱对地层基本上没有任何作用力，为此，凭借静液柱压力来平衡坍塌压力的地层，是否能够采用空气钻井仍有待进一步研究。
4.井下起火爆炸问题。由于空气当中含有大量氧气，很容易引起井下着火和腐蚀。同时，当压缩空气中的氧与烃液或是天燃气混合在一起时，便会发生燃烧，严重时甚至会出现爆炸，由此会引发重大安全事故。
（二）安全技术措施
通过上述分析可知，在空气钻井的过程中存在一些难点问题，这些问题都有可能引起安全事故，所以，在采用空气钻井时，必须采取相应的安全技术措施，以此来预防和降低安全事故的发生。
1.为进一步确保钻井过程中对空气量的要求，应当结合井眼的实际尺寸准备足够的空气压缩机以及增压机。同时，还应当准备雾化泵，这样便可以在井下出现出水现象后，及时转化为雾化。
2.在准备正式作业之前，应当对以下设备进行试压：地面设备、井口设备以及地面管汇等等。需要特别注意的是，试压工作必须按照设备的极限压力进行测试，确认合格之后方可开始钻井作业。此外，还应当对现场参与施工作业的人员进行安全技术措施、施工步骤以及注意事项等内容的培训，操作人员必须持证上岗作业。
3.有条件的钻井队可在钻杆与钻铤之间加装一只井下防火阀，并在每钻进50-100m左右的距离时，在钻具上加接一个钻具止回阀。
4.空气钻进过程中需要时刻注意立管的压力以及井下的具体情况，一旦发现异常状况时，如压力突增、扭矩变化异常等，必须立即停止钻进，查明原因，采取措施进行处理，直至异常恢复后方可继续钻进。
5.如果在钻进时遇到地层出水现象，必须立即停止钻进，同时加大空气排量循环并进行观察，若是出水量有所减少，则应当降低钻速再继续观察，确认钻进安全之后，找到合理的参数继续钻进。当出水量较大时，采取空气钻进无法确保井下安全时，应当及时转化为雾化钻进。
6.起钻或是接单根前，应当进行充分循环洗井，并确认排岩管线返出的钻屑量显著减少后，方可停止注气。此外，在卸单根时，必须按照正确的顺序对阀门进行开关，借此来放掉钻具以及立管当中的压缩空气，随后才可以拆卸钻杆，这样能够确保作业人员和设备安全。
7.为了有效确保钻井作业期间的安全，避免安全事故的发生，应当在钻井过程中，执行全天候24小时值班制度，一旦出现问题必须及时解决处理，以免问题扩大引发安全事故，影响钻井正常进行。
三、结论
总而言之，在近些年的油田开发过程中，空气钻井技术以其自身诸多的优点获得了广泛应用，但在实际应用中仍然存在一些难点问题，这在一定程度上影响了空气钻井的整体效率，为了确保钻井作业安全、有序进行，应当采取合理、可行的安全技术措施。在未来一段时期，应当针对空气钻井过程中的技术难点加大研究力度，尽快探寻出有效的解决方法，这不但有利于该技术的大范围推广应用，而且还能提高钻井效率和安全性。
参考文献
[1]何纶.魏武.许期聪.国内外气体型钻井流体应用技术的发展状况[J].钻井液与完井液.2012（7）.
[2]龙刚.王希勇.钟水清.空气泡沫钻井技术在川东北 QX-2 的应用[J].钻采工艺.2008（4）.
[3]韩玉安.欠平衡钻井的发展状况及专用设备的发展方向[J].西部探矿工程.2011（7）.
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[5]陈光明.测试方法对可燃性制冷剂爆炸极限影响的研究[J].浙江大学学报（工学版）.2010（12）.