充氣欠平衡鉆井鉆井的分類及優(yōu)缺點(diǎn)[4]用于充氣鉆井作業(yè)的鉆柱和井身結(jié)構(gòu)有幾套。按氣體注入方式，一般可分為兩種：鉆桿注入和環(huán)空注入。（1）鉆桿注入圖5時鉆桿注入充氣鉆井結(jié)構(gòu)示意圖。在此結(jié)構(gòu)里，不可壓縮流體和壓縮氣體一起注入鉆桿的頂端，這兩種流體沿鉆桿內(nèi)而下，在通過鉆頭噴嘴時就會混合在一起。當(dāng)混合流體流入井底環(huán)空時，巖屑（來自鉆頭鉆進(jìn)）混入，最后，混合流由環(huán)空返回地面，混合流從環(huán)空出來，進(jìn)入一根水平管線，此水平管線通向常規(guī)的敞口式泥漿罐。當(dāng)返回的氣體中含有污染的流體、氣體或烴時，就選用密封的回流罐。圖5鉆桿注入充氣鉆井示意圖為了使鉆柱內(nèi)的混合液流到鉆頭，做法是，在鉆鋌上安裝一個噴射接頭，使兩相流動過鉆鋌之前，大部分壓縮氣體可從鉆柱內(nèi)直接流入到環(huán)空。圖2是裝有噴射接頭的鉆柱注入充氣鉆井結(jié)構(gòu)示意圖。噴射鉆頭鉆柱注入技術(shù)，通常用于深井充氣鉆井作業(yè)中，因?yàn)?，在深井底部，通常用小直徑鉆頭和相應(yīng)的小直徑鉆鋌來鉆井。就像氣泡能提供對付漏失層的抑制性機(jī)理一樣，當(dāng)充氣液流經(jīng)小內(nèi)徑的鉆鋌出口時，充氣液中泡沫的表面張力會產(chǎn)生很高的管內(nèi)摩阻。增加的這個流動阻力，無法用均質(zhì)流體試驗(yàn)中得到的常規(guī)摩擦系數(shù)來模擬。因此，為了減少循環(huán)泵壓，把噴射接頭安裝在鉆鋌以上的鉆桿段中。通常，噴射鉆頭安裝在鉆桿和鉆鋌結(jié)合處之前，噴射鉆頭水眼的尺寸要足以使壓縮氣體排入到環(huán)空中。當(dāng)用充氣鉆柱注入技術(shù)鉆穿漏失層時，不可壓縮鉆井液以恒定的體積流量循環(huán)通過鉆柱頂端。不可壓縮鉆井液的實(shí)際流量，就是能充分清潔井底環(huán)空并攜帶巖屑的流量。注入可壓縮氣體的體積流量，是在現(xiàn)場經(jīng)過試算確定的。氣體體積流量逐漸增加直至鉆井液漏失量減少或消除。欠平衡鉆井作業(yè)要求，在鉆頭鉆進(jìn)和井加深的過程中，保持一個恒定的境地壓力。為達(dá)到這一目標(biāo)，需要鉆井液以恒定體積流量注入鉆柱內(nèi)部。不可壓縮鉆井液的實(shí)際體積流量，就是能充分清潔井底環(huán)空并攜帶巖屑的流量。為了維持基本恒定的井底環(huán)空壓力，注入壓縮氣體的體積流量，必須隨井深的增加而增加。（2）環(huán)空注入環(huán)空注入的充氣鉆井結(jié)構(gòu)可用寄生油管柱鉆井、寄生套管鉆井或直接完井鉆井，不可壓縮的鉆井液注入鉆柱，壓縮氣體由環(huán)空注入，這種充氣技術(shù)也是用于減少環(huán)空裸眼段的鉆井液壓力。在早期充氣鉆井中，此項(xiàng)技術(shù)用于消除地層裂縫（和鉆井液可能的漏失）的威脅。而最近，這種技術(shù)已用于受限的欠平衡鉆井作業(yè)中（通常在寄生套管鉆井或直接完井鉆井結(jié)構(gòu)中使用）。圖6寄生管充氣鉆井示意圖圖6為寄生油管充氣的示意圖。這種結(jié)構(gòu)是通過把小直徑的油管柱固定在裸眼段上面的套管柱外邊來實(shí)現(xiàn)的。帶有寄生油管的套管柱，按正常工序下入并封固在井里。在同安館周圍注入水泥時，要注意保持油管管線的暢通和清潔。水泥凝固后，不可壓縮的鉆井液會直接從鉆柱內(nèi)向下流至鉆頭，經(jīng)鉆頭通過環(huán)空上返地面。在不可壓縮鉆井液循環(huán)的過程中，壓縮氣體被注入到油管柱頂端，然后從油管柱底部的出口處進(jìn)入環(huán)空。這樣，不可壓縮鉆井液就從油管柱的環(huán)空出口到井口得到充氣?？梢蕴娲纳凸苤牧硪环N環(huán)空注入技術(shù)是同心管充氣，如圖7。在最后一層封固的套管環(huán)空內(nèi)，臨時懸掛一個套管柱。這項(xiàng)技術(shù)和上面的寄生油管柱技術(shù)效果相同。圖7同心管充氣鉆井示意圖（3）鉆桿注入和環(huán)空注入的優(yōu)缺點(diǎn)對比鉆桿注入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不需要其他附加的井底設(shè)備，因此，比環(huán)空注入技術(shù)節(jié)省成本；整個環(huán)空中幾乎都充滿充氣液，相對于環(huán)空注入技術(shù)而言，可得到較低的井底壓力；因?yàn)闅怏w被注入到環(huán)空底部或接近底部，所以要達(dá)到設(shè)定井底壓力所需要的氣體體積流量比使用環(huán)空注入??；缺點(diǎn)：接單根和起下鉆作業(yè)，循環(huán)不能繼續(xù)時，不可壓縮鉆井液的充氣過程就不能繼續(xù)，因此難于維持欠平衡鉆井作業(yè)。由于注入氣體在鉆柱內(nèi)的壓力作用下，被鉆柱內(nèi)各種流體所阻礙，當(dāng)接單根和起下鉆時，必須有足夠時間進(jìn)行排氣，排氣過程再度增加了維持恒定井底壓力的難度。沿鉆柱內(nèi)向下的流動是兩相流，因此，存在較高的壁面摩阻損失，導(dǎo)致注入時泵和壓縮機(jī)壓力很高。充氣液中的氣相會減弱常規(guī)的MWD系統(tǒng)的脈沖，因此，不能使用常規(guī)的泥漿脈沖MWD測量。環(huán)空注入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在接單根和起下鉆時，在環(huán)空氣體入口以上位置，不可壓縮鉆井液的充氣過程可以繼續(xù)進(jìn)行。沿鉆柱內(nèi)向下的流動是單相流，因此，在鉆定向井作業(yè)時，可以使用常規(guī)的泥漿脈沖MWD。相比于正循環(huán)（到鉆頭）充氣鉆井作業(yè)所需要的壓力，維持注入流動的壓縮機(jī)壓力通常很低。缺點(diǎn)：因?yàn)榧纳凸芑蚺R時套管安裝在境內(nèi)固定位置，