十余年持续攻关全井反循环气体钻井技术—— 由正到反：气体钻井的非常规攻关

  为解决大尺寸井眼挟砂困难、井壁扰动等难题，川庆钻探钻采院跳出传统思维
  [中国石油新闻中心 2025-05-30]
  5月20日，四川成都，川庆钻探钻采院反循环气体钻井技术研发团队正围绕全井反循环气体钻井技术难点进行今年的第四次研讨，对反循环钻头挟砂性能、接单根程序、工具可靠性等方面的优化分析进行头脑风暴。
  就在今年1月，由川庆钻探自主研发的反循环气体钻井技术成功完成480毫米大尺寸井眼钻井试验，作业深度突破320米，展示了其高效挟砂、防漏、环保等良好性能，为下一步工业化应用奠定了坚实基础。这意味着一条高效、环保、节能的钻井之路即将走通。
  开局：逆向思维破解钻井难题
  反循环钻井技术被认为是未来10年极具发展潜力的20项油气勘探开发新技术之一。与主流钻井打法不同，反循环钻井技术采用双壁钻具，流体从钻具内外管环隙注入，到达井底后，在专用反循环钻头的流场作用下，经由双壁钻具内管上返至地表。由于岩屑、流体始终在钻具内循环，反循环钻井技术不仅可以有效解决大尺寸井眼挟砂难题，而且可以解决常规钻井面临的井漏、井壁失稳等技术难题。同时，采用“轻量化工程机+反循环气体钻井技术”模式，设备能耗较常规气体钻井减少70%以上，可进一步提高表层批量化钻井作业效率，解放大钻机生产力，缩短建井周期。
  由正到反，从单层变双层，一字之差，一切截然不同。一方面，大尺寸井眼反循环很难建立；另一方面，需要通过专用反循环钻头的强劲反循环能力才能有效解决挟砂困难等问题。
  “一般来说，一个课题通常研究一种工具，而反循环气体钻井却要研究一整套系统，还涉及跨专业的多种工具、钻具、地面装备配套。别说摸着石头过河，连水深水浅都不晓得。”川庆钻探钻采院科技研发中心二级工程师范黎明是牵头该项目的科研人员之一，对初期研发之难深有体会。
  虽然是一条荆棘遍布的道路，但考虑到未来油气钻井必将面对表层大尺寸井眼挟砂难、漏失、能耗和综合成本高、环保等难题，反循环气体钻井技术研发势在必行。
  没有先例、没有资料，那就自己完成。
  征途：摸索前行攻克核心技术
  如何让井下流体和岩屑通过钻头进入钻具内部？如何预防和处理卡钻埋钻问题？……科研人员摸索前进，陆续成功研制了顶驱旋转注排装置、井下随钻动态封隔、反循环PDC钻头等核心工具，解决了循环难建立、冲蚀顶驱等关键问题。
  由于现场试验的机会少之又少，每一次现场试验，科研人员都格外珍惜，将需要验证的参数做成“To?Do?List”然后一项项打钩，确保每一次现场试验都能验证大量思路，取得一次进步。
  2023年，在贵州某煤矿开展现场试验过程中，因实钻试验与现场生产调度之间出现矛盾，进尺7.5米后试验便被迫中断，连单根都没接上，更别提验证其他关键参数了。
  “那是最痛苦的一段时间，无数质疑的声音接踵而来。”范黎明说，研发10余年未取得突破性进展，所有人的信心、耐心都濒临崩溃，连他自己都怀疑继续下去是不是自讨苦吃。
  至暗时刻，钻采院对科研攻关的大力支持给了团队一个强劲驱动。气体钻井领域的“大牛”、工程地质领域的精英、大数据信息化数字化等众多领域的专家纷纷加入。更多的研发支持让他们重燃攻坚信心。
  这口井试验结束后，大家对整个工艺措施和关键工具进行反复讨论分析，同时邀请院内各专业领域的专家一起头脑风暴，查摆问题。平均每周开2次碰头会，每次讨论就像吵架，但总能碰撞出更多的点子、更新的思路。
  “半年时间里，我们开展了6次数值计算、10多次顶驱旋转注排室内试验和4次封隔器厂内压力试验。”对于团队这段时间的攻关，范黎明形容“简直打了鸡血”。在多学科、跨专业团队的共同努力下，反循环PDC钻头、封隔器等关键核心工具性能大幅提升。
  曙光：试验成功展现无限潜力
  真正的转机出现在2024年12月。由8名技术骨干组成的现场团队，带着最新研发成果前往四川雅安温泉某井。这口井是他们“决定命运的一战”。
  吸取前次试验条件不足的教训，这次现场试验，团队争取到了充分的试验时间。为了确保万无一失，年逾60岁的专家韩烈祥也同年轻队员们一道守在设备旁，一次又一次开会复盘。
  试验现场，技术人员成功解决了大尺寸井眼在液位很低的情况下反循环难建立等四大难题，一举达成4个“第一次”——第一次仅用1台空压机加1台小水泵的精干配置、第一次连续作业、第一次穿越破碎带和漏层、第一次突破100米且不扰动井壁完成480毫米井眼300余米进尺。更惊喜的是，这项技术还以其利用井筒地层水循环挟砂的优势，展示了常规钻井所不及的环保能力。
  这次试验的胜利，充分验证了该工艺建立循环、高效携砂、打钻及连续作业能力，证明了反循环钻头、封隔器、顶驱适配器等关键工具功能的先进性及反循环钻井系统与工程作业机配合作业的可行性，让关键工具、地面装备、工艺措施的问题进一步暴露，为后续完善配套并进行部分推广应用打下了坚实基础。
  未来，这项技术还将在万米深井大尺寸井眼钻井降本增效，大尺寸井眼高效携砂、井漏复杂防治等关键工程问题方面提供有力支撑，为环境敏感区域或缺水地区钻井提供更加环保的解决方案，对于地质勘探、矿山建设、基础工程等领域大直径钻孔，也能提供低能耗、高效率钻井手段。（通讯员?吴玲瑶）
  实践者说
  反循环破解钻井复杂难题
  川庆钻探钻采工程技术研究院二级工程师?范黎明
  当前，气体钻井技术虽已成为硬地层钻井提速、复杂地层治漏、致密储层保护的重要技术手段，但作为主流的正循环气体钻井技术在使用过程中，存在设备多、能耗大、“大肚子”井眼挟砂困难等问题。同时，随着油气勘探开发向更深层挺进，表层井眼越来越大，气体钻井技术挟砂效率低等问题越发凸显。
  要想从根本上解决这些难题，让岩屑在钻具内循环或许是治本方法。基于此，反循环气体钻井的构想应运而生。
  在相同挟砂速度条件下，反循环气体钻井所需气量、设备、占地面积都远小于常规正循环气体钻井，挟砂能力却是正循环气体钻井的几倍。由于环空相对静止，注入的循环介质和岩屑在钻具内部循环，该技术可显著减少漏失复杂，更有利于在环境敏感地区实现环保钻井以及在缺水地区实现无水、减水钻井。
  挪威Reelwell公司是反循环钻井技术的主要研究与应用企业，现已进入工业化试验阶段。在国内，反循环钻井技术在煤矿竖井等领域有相关应用，但在油气钻井领域仍处于技术攻坚阶段。
  目前，川庆钻探钻采院反循环气体钻井现场试验已取得成功，朝着工业化应用迈出了关键一步。研发团队正积极进行扩大试验，并深入开展流场调控、防卡防埋等关键工具研究，完善地面装备自动化、数智化和集约化配套，打造完善的反循环气体钻井工具与装备系统。该技术一旦大规模投入使用，不仅在油气钻井，还能在矿山开采、应急救援等领域一展所长。