中国石油集团长城钻探工程有限公司
前言：
空气泡沫钻井作为一种特殊的钻井技术[1,2]，是以空气、泡沫、水的混合流体代替泥浆作为循环介质的一种钻井技术。目前在肯尼亚OLKARIA地区广泛应用，并取得了良好的效
肯尼亚OLKARIA地区基本情况
肯尼亚OLKARIA地热井项目位于位于OLKARIA DOMES[3]地区，储藏着大量的地热能源，该地区构造是火山喷发岩沉积的开放性隆起，其岩层主要以流纹岩、粗面岩、玄武岩为主。该地区地层坚硬，存在漏失和高温的情况，给钻井工作带来了较大的困难。
1. 施工难点
1.1地层漏失
该地区地层从地表至目的层均由火山喷发岩组成，以流纹岩、粗面岩、玄武岩为主，整个井眼裂缝非常发育，漏失严重，导致常规的堵漏技术无法根本解决严重漏失的情况。
1.2地层坚硬
该地区主要由坚硬的火山岩组成，地层坚硬，研磨性强，使用常规钻井液的机械钻速很低。
1.3地层高温
该地区从地表800米左右开始就有高温蒸气出现，温度可达到100℃以上，高温可能导致钻具的腐蚀，钻井过程中井口返出温度过高对泡沫的温度性也会产生一定的影响，同时对钻井安全和井控工作也是一个威胁。
2. 空气泡沫钻井技术
2.1工艺流程
空气泡沫钻井技术是以空气、泡沫、水三者的混合流体作为循环介质，用空压机对空气先进行初级压缩，再通过干燥机对气体进行过滤，然后经过增压机增压，高压气体与雾化泵或柱入泵产生的泡沫液体混合后，通过立管进入钻具，混合流体通过钻头时对钻头进行冷却，携带岩屑通过井口返出，进入排砂管线，通过消音设备，最后到岩屑池。
供气设备主要有空压机、增压机，其他主要设备包括旋转头、雾化泵、干燥机等。
2.2空气泡沫钻井理论基础
空气泡沫的循环介质是一种气体、液体的混合流体，泡沫是由空气、泡沫基液形成的分散体系，具有较高的表面粘度、强度和携带能力[4]。泡沫流体也具有润滑作用，发泡剂吸附在钻具和岩石上，能有效润滑井壁，减少摩擦。空气泡沫作为循环介质，减小了对岩屑的压持效应，提高钻头对岩屑的剪切切削效率，同时，空气泡沫具有较强的携岩能力，保证井眼清洁，避免了重复切削，从而提高机械钻速。
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2.3地面设备
空气泡沫钻井地面设备主要有：
（1）空气压缩机，低压压缩机，向增压机提供空气，可以直接从大气环境中获得空气，进行压缩，一般使用的是螺杆式空气压缩机，压缩压力一般为300-350psi。
（2）增压机，接收来自空压机产生的压缩空气，并把空气进一步压缩至更大的压力，注入井内。
（3）旋转控制头，可以防止携带岩屑的返出流体穿过转盘方补心喷向钻台。
（4）雾化泵（注入泵），在压缩空气注入井前，通过雾化泵（注入泵）把泡沫液注入到压缩空气管线中与空气混合。
（5）干燥机，在空压机产生的气体进入增压机之前，需要经过干燥机对气体进行除水干燥，干燥机可以大大延长增压机气阀的寿命。
（6）地面管汇，用于将各台空气压缩机、增压机输出口相连接并接入井队立管。在地面管汇中，除了要安装单流阀，安全阀等必要的阀门外，还需要泄压管线，来控制气体进入立管或者排向大气。除此之外，地面管汇中还安装了流量计，随时观测管线中压力变化。
（7）排砂管线，目的是将井口返出的空气和岩屑排入泥浆坑， 考虑到环境因素，在肯尼亚地区排砂管线出口处先接入消音设备，在进入泥浆坑坑，这样可以减小噪音。
3. 效果分析
肯尼亚空气泡沫地热井项目开始于2007年。2008年平均钻井周期为60天，随着空气泡沫钻井技术的日趋完善和成熟， 2011年平均钻井周期为51天；截止至2015年，在肯尼亚施工完成的地热井已经超过100口，平均钻井周期已经缩短至47天，相比较2008年，钻井周期缩短了13天，在提高机械钻速方面起到了显著的效果。
4. 结论
（1）空气泡沫钻井以空气泡沫作为循环介质，减小了流体对井底的压持力，与常规钻井液相比，提高了机械钻速，缩短钻井周期，节约钻井成本。
（2）空气泡沫钻井技术适用于坚硬、易发生井漏的地区使用，可以降低甚至消除井漏事故的发生。
（3）使用空气泡沫作为循环介质，具有较强的携砂能力，对井底的清洁和冷却效果很好，有效的降低了井下复杂情况的发生。
参考文献：
[1] 刘绘新，孟英峰.注气欠平衡钻水平井的新技术[J].石油勘探与开发，2005，32（1）：100-102.
[2] 苏义脑.地质异向钻井技术及新进展[J].石油勘探与开发，2002，29（4）：87-89.
[3] 郑术生.肯尼亚地热井空气泡沫钻井技术[J].石油知识，2012，1：36-37.
[4] 田中岚，申瑞臣，杨松.泡沫欠平衡钻井液研究与应用[J].钻采工艺，2002，25：70-72.
论文作者:韩志勇 申朝庭 邓发兵
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第1期
论文发表时间:2019/7/18
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