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空气钻井介绍

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空气 钻井 介绍
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气和气体钻井技术工艺分类空气钻井以空气作为循环介质,但空气钻井的循环介质也可为天然气或氮统称为空气和气体钻井技术。其技术实质是如何利用压缩空气将钻头在井底产携带上来。在现场应用中,循环介质可以是压缩空气或天然气,氮气等,也可气体的不可压缩流体。因此,空气和气体钻井技术在工艺上可分为四类[12]:(1)空气钻井(:仅使用压缩空气或其它气体作为循环介质≦。(2)雾化钻井(:把一定的乳化水溶于空气中注入井内,地层滴的形式被带返出井眼。雾化钻井所需空气量一般增加 30%(3)泡沫钻井(使用压缩空气或其它气体混以不可压缩的流产生的连续泡沫作为循环介质(25%≧ 液相比≧。(4)充气钻井液(使用压缩空气或其它气体与不可压缩流物作为循环介质(液相比≧25%)。表 2各种工艺的循环介质密度范围[2]:表 2平衡钻井流体的当量密度单in 类当量密度分类当量密干气 气液 雾化 璃微珠,塑料微珠>回压时更高液体 空气钻井适宜于非常干燥的,无任何流体侵入的层段,尤其是在白云岩、石英砂等坚硬地层,钻速可以大幅度提高。在水敏性泥页岩,孔洞裂缝性易漏空气钻井是十分理想的钻井手段。另外,空气钻井适宜于地层压力系数不高,性强的地层。对于有些地层就不能应用空气钻井,比如:比较松软的地层或倾层,因为此时使用空气钻井不能提供足够大的压力以防止井眼坍塌,而且很容眼倾斜,这种情况下应当采用密度更高的钻井液。钻遇稳定性差的地层,易造第二章空气钻井介绍8钻遇高压油气层、含硫化氢地层及煤层,可能引起井下爆炸,导致钻井事故。钻井在钻遇天然气或油层时有一定的燃爆的危险性,现在国内空气钻井主要用较低的裂缝及溶洞性地层和严重漏失的地层,或者用泥浆不能建立正常的循环用[13。气钻井的优势(1)提高机械钻速,缩短建井周期,降低钻井总成本。由于气体密度很小的压力很小,因此造成三轴围压严重失衡,岩石强度降低,塑性减弱,井底应化,不但各点处压持应力小,而且在某些部分还出现岩石局部受拉现象。没有钻头牙齿可以更好的切削井底,并把钻屑带离井底,这样对于清洗井底和提高都有好处,如图 2同样的地层钻进,其速度可达到普通泥浆钻井的 10 倍以的机械钻速是很容易达到的。由于泥浆费用和钻头费用大大减少,以及钻头进寿命延长,从而降低了起下钻次数等优点综合起来使总的钻井成本降低。(2)减轻或消除钻井流体对油气层的伤害,并且能够随钻评价产层,如图空气钻井井底压力低于地层压力,在钻遇油层时,能够及时连续不断地发现碳从而对产层进行评价。(3)有利于环境保护。由于采用空气钻井时,不使用钻井泥浆,而且钻井整口井减少了钻井液的消耗和维护量,同时也减少了废弃钻井液的处理量,可钻井液费用和减少化工产品对环境造成的污染。(4)消除井漏对钻井的影响:井漏是指在钻井过程中循环介质不返出地面失进入地层的现象。气体钻井井内压力远低于地层压力,循环流体进入地层的有了,因此可以完全避免井漏的发生,如图 2体钻井或者气基流体欠平经成为钻穿漏失层位的重要技术手段。(5)适用于严重缺水地区。由于空气钻井采用干空气进行钻进,可以解决缺水的困难,以保证正常钻进。(6)有利于延长钻具使用寿命,减少井下复杂事故的发生。由于气体钻井缩短了钻井时间,减少了钻具和扶正器的磨损;而且,钻压低使得钻具负荷轻钻具磨损和疲劳损坏,延长了钻具的使用寿命;再者,气体钻井的注气压力低钻具的刺漏,确保了钻具使用的安全。除此之外空气钻井还具有延长钻头使用寿命,克服水敏性页岩坍塌,减少中国石油大学(华东)硕士学位论文9点。of of of 气钻井的局限性任何技术都有其一定的适应性,空气钻井技术也一样。除了以上的优势之钻井也有其技术和经济上的局限性。气体钻井的局限性主要表现在井壁稳定性层出水问题以及井下燃爆问题上。(1)井壁稳定问题。空气钻井的井筒压力比常规的过平衡钻井要小,这可井壁坍塌,且低的井眼压力还可能会引起一些井段的缩径。常规过平衡钻井时空气和气体不稳定泡沫稳定泡沫充气泥浆泥浆递增图 2硬地层的能力空气和气体不稳定泡沫稳定泡沫充气泥浆泥浆递增图 2制地层水流入的能力空气和气体不稳定泡沫稳定泡沫充气泥浆泥浆递增空气和气体不稳定泡沫稳定泡沫充气泥浆泥浆递增图 2免漏失的能力图 2制较高孔隙压力的能力空气和气体不稳定泡沫稳定泡沫充气泥浆泥浆递增机械钻速空气和气体不稳定泡沫稳定泡沫充气泥浆泥浆递增图 2步提高机械钻速图 2免地层受损的能力第二章空气钻井介绍10柱压力在一定程度上起到了支撑井壁的作用。空气钻井中,这种支撑作用失去周围岩石是否稳定取决于地应力的状态、岩石强度、实际地层压力和井眼的几对于大部分地层,采用空气钻井不会发生井壁失稳的问题,但是在某些高应层、破碎带、超深井等)和弱岩地层 (如低胶结强度松散砂岩、破碎性岩体、流变则可能诱发井壁的力学失稳。井壁不稳定大致分为两种形式:井壁剥落、掉块,并且不能及时排走造成钻;地层大块坍塌甚至错动,造成卡钻。(2)地层出水问题。地层出水对空气钻井的影响主要表现在形成泥饼圈以壁坍塌两方面。如果钻遇的地层为泥页岩地层,岩屑遇水后会发生水化膨胀,易发生粘结,形成大的岩屑团。这种岩屑团很难被带离井底,而是附着在钻杆以及钻铤顶部的台阶上,从而形成泥饼圈。如果裸眼段地层中含有一定量的水敏性泥页岩,则在遭遇地层水后,泥页水化膨胀,其强度也会降低。由于空气钻井缺乏对井壁的支撑和稳定作用,井地层会发生坍塌,引起井径扩大。井径扩大将会带来井眼净化和井斜等问题。(3)井下着火和爆炸。空气钻井在钻遇碳氢化合物时,可能出现燃料、氧后造成井下着火。这样会造成烧毁井下设备和对地层造成伤害,井下着火对地害不大,但对井下钻具,井眼的破坏极大,所以损失非常大。引起点火有三种饼圈(由于岩屑堆积形成泥环,封住了环空,空气流动受阻) ;井下火花;钻柱缝或小孔,刺漏出的空气在其周围产生局部高温。目前常用的预防方法有:改进;改用天然气钻进;改用雾化空气钻进(现场多采用此方法) 。此外,软地层不适用于空气钻井,并且金刚石钻头较少应用于空气钻井中多使用牙轮钻头。气钻井的设备和循环系统介绍空气钻井系统与常规的泥浆钻井一样,也采用两种类型的循环技术:正循环。正循环广泛应用于浅井的空气钻井作业中。一般来说,正循环用于钻小井循环则是钻大井眼井的首选。反循环作业需要专门制造的钻头。空气钻井所用艺流程有别于传统钻井方式,下面介绍一下主要设备及其工艺流程。中国石油大学(华东)硕士学位论文11(1)空气钻井作业井场图几乎所有的空气和气体钻井作业都是陆上作业,图 2典型的钻机和其地面设备的井场设计图。图 2气钻井井场图)空气和气体钻井主要设备及其功能压缩机:与泵的分类一样,通常将压缩机分为两大类:连续流压缩机和间机(见图 214]。压缩机单元分为:初级压缩机系统单元和增压压缩机系统单元。初级压缩大气环境中获取空气,这种压缩机系统可以是旋转式或往复式压缩机,可以是级。增压机系统单元在初级压缩机下游操作,它们接受来自初级压缩系统的压并把这些空气再送往钻机前压缩到更大的压力。这个单元的压缩机都是往复式可以是单级或多级。气钻井作业主要设备第二章空气钻井介绍12图 2缩机分类有的空气和气体钻井作业都需要使用安装在转盘底下面的旋安装防喷器(。设计旋转头或类似的气体导流器,是气体钻井作业中为了防止携带岩屑的转盘方补心喷向钻台。对于钻井作业,从钻台导流这些钻井流体是必须要做的给钻井操作者提供一个安全的工作空间。空气钻井中主要使用两种防喷器:一种为环形防喷器(或旋转防喷器) ,它用使胶芯挤向井口中心,直到抱紧钻具或全封闭井口,从而实现其封井的目的为闸板防喷器,要求半封、全封齐全。泥浆罐:储备泥浆,用于特殊情况下,由空气钻井转为常规泥浆钻井时使通向钻机的气管线:主要有泄压管线、气涤器、注水泵、固体颗粒注入器压力表、体积流量计。泄压管线:用于释放空气流动系统中过高的压力。常用于起下钻、接单根要开口操作的场合。液体注入泵:由于地层大量出水而需要将空气钻井转为雾化或泡沫钻井时空气中加入水或起泡剂,或向空气螺杆马达注入润滑剂时使用。固体注入泵:当地层出现少量水时,可向井筒内注入干燥剂,有利于气体压力计、温度计、流量计:用来监测流管中气体状态。增压机控制阀:控制增压机移出或接入空气循环系统。流管中的安全阀:当流管中气体压力过高时,通过开启安全阀释放过高的空气吸湿器:干空气钻井时要求空气进入井筒前除去水分。当空气较湿润压缩机间断流式连续流式容积式动压式往复式旋转式射流机械式活塞滑片式液体活塞螺杆式径向流混流式轴流离心式混流轴中国石油大学(华东)硕士学位论文13空压机压缩后,空气中可能有水分析出,因此使用空气吸湿器除去水分。从钻机出来的管线:排屑管线、燃烧池、主次喷嘴、取样器、除尘器、天器、引火源。排屑管线:从环空中出来的气固混合物通过排出管线排离钻台,其内截面井口环空截面的 。岩取样器:用于获得井口处的岩屑样本。气体探测器:用于检测烃类气体,便于钻工采取安全措施。除尘器:用于向排管内的气固混合物喷水,减少粉尘污染。燃烧池:用于沉降岩屑和燃烧井底产生的烃类气体。引火器:将从排管中带出来的井底产生的烃类混合气体点燃,保证安全钻排出管线的控制阀:用于控制井口回压,也可用于配合试井测试。气钻井循环系统图 2气钻井正循环系统工艺流程图示,在实施空气钻井时,首先用空压机对空级加压,降温、除水之后经过增压机增压将高压气体通过立管三通压入钻具。钻头时对钻头进行冷却,同时完成携带岩屑的任务,再返回井口。接着空气和排砂管线,排砂管线上安装有一个岩屑取样器,可以取砂样,最后到岩屑池。常规钻井液钻井空气空压机冷凝器立管增压机钻柱内钻头环空钻井泵循环罐井口污水池排砂管线基液回收空气钻井第二章空气钻井介绍如需要,空气钻井期间也可以转换为常规钻井液钻井。
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