空气钻井技术及其应用_马光长

空气钻井中 , 常常会遇到井下出水的情况 , 因而 需要安装连接好雾化泵和化学药剂注入泵 , 在空气 钻井不能满足工程要求时 , 及时转化成雾化钻井或 泡沫钻井 。 2 .设备及管线试压
调试好设备 , 并按要求对设备 、管汇 、阀门 、旋转 防喷器等进行试验压 , 试验压合格后才能开钻 。 地 面高压管线部分按增压机的最高排气压力试压 ;低 压管线部分按空气压缩机的最高排气压力试验 ;旋 转防喷器按其要求进行静 、动压试验 。 3 .钻具组合
对于空气钻井不需要使用雾化泵和化学药剂注 入泵 , 但在空气钻井的成套设备配置中都有雾化泵 和化学药剂注入泵 。因为在空气钻井时 , 常常井下 会出水 , 当出水量达到一定值后 , 空气钻井不能满足 钻井需要时 , 利用雾化泵和化学药剂注入泵 , 及时将 空气钻井转化成雾化钻井或泡沫钻井 。
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76 ～ 101 .6 的钢管或软管来输送 。 这些连接管线 的额定压力值应与增压机的最 大压力相匹配 或更
高 。在这些连接管线中应安装相应的单流阀 、安全 阀和球阀 , 以保护压缩机和方便泄压 , 满足空气钻井 作业工艺要求 。
在空气输入的主管线上要连接一根旁通管线 , 方便在接单根或需要泄压时使用 。 旁通管线可以直 接导流到排岩管线 。 另外 , 在旁通管线与钻井立管 之间安装一条泄压管线 , 用以在接单根前放掉立管 和钻具内的压缩空气 , 这样 , 压缩机就可以在接单根 期间保持运转而不需要停机 。 旁通管线和泄压管线 一般用直径 51 mm 的管子 。 4 .井口防喷器
增压机一般为往复活塞式增压机 , 它是将来自 空气压缩机的空气增到更高的压力 , 以满足空气钻 井的压力要求 。 油田上使用的增压机有单级 、双级 或多级增压机 。 单级增压机常用于较低压力作业 , 其输出压力一般为 5 .2 ～ 10 .5 MPa 。一般说来 , 单级 增压机能满足空气钻井作业所需的压力要求 , 但对 于空气钻井服务公司 , 拥有的大多数增压机为双级 或多级增压机 , 能持续输送较高压力 , 以满足钻井变 工况作业条件的需要 。
一般情况下 , 一台增压机能处理两台或多台空 气压缩机提供的空气 。 空气钻井时 , 应根据所需的 空气量配备与空气压缩机相对应的增压机数量 , 且 并联使用 , 满足空气钻井作业需要 。 3 .空气输送管线及阀门
在空气钻井作业中 , 需要将压缩机系统的压缩 空气输送到钻机的立管 , 因此就需要连接较大直径
空气钻井作业时 , 井内返出的流体(空气 、钻屑) 须通过排岩管线进入地面回收池 。排岩管线的直径 大小应适当 , 若太大不能有效携带钻屑 , 若太小 , 管 线上的压力降会过大 , 这样会增加压缩机系统的输 出压力 。 一般说来 , 排岩管线大小与所钻井眼的环 空横截面积差不多大 , 现场使用的排岩线大多数为
回阀 。 另外 , 在空气钻井中 , 为了防止在井下着火的情
况下空气的继续注入 , 可在钻铤和钻杆之间安装一 个特殊的防火浮阀 。该防火浮阀是一种改进的箭形 止回阀 , 阀瓣由一个锌环保持打开 。 当循环时 , 在阀 上方钻具内的空气压力作用下而打开 , 循环停止时 而关闭 。在井下着火时 , 阀体中的锌环被熔化 , 使阀 套关闭阀体内的流动孔 , 从而防止空气的继续注入 。 6 .排岩管线
空气钻井与常规钻井液钻井所要求的钻具组合 基本相似 。 为了防止回流堵塞钻头水眼 , 下钻时必 须在钻头上安装一只箭形止回阀 , 同时在井口附近 的钻具上安装一只活瓣式止回阀 , 以避免接单根时 钻柱内大量空气喷到钻台上 。 在有条件的井队 , 还 应在钻铤与钻杆之间装一只井下防火阀 。 4 .气举排液
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钻井工艺
钻 采 工 艺
空气钻井技术及其应用
2004 年
马光长1 , 杜良民2
(1 四川石油管理局钻采工艺技术研究院 2 四川石油局川中矿区)
摘 要 :介绍空气钻井的主要设备 、工艺流程 、作业方法 、注意事项及安 全技术措 施 , 对空 气钻井施 工设计 、现 场作业具有很好的实用性和指导意义 。 在川渝地区 3 口严重漏失井上应用空气钻井 719.48 m , 平均 机械钻速 7.92 m/ h, 平均钻井效率 59.96 m/ d , 与常规钻井 、堵 漏的方 法相 比 , 钻井效 率提 高 8.6 倍 , 对 治理严 重井 漏见到 明显 效 果 , 取得很好的技术经济效益 。
空气钻井设备
空气钻井是用空气作循环介质进行的钻井 , 其 工艺流程如图 1 。空气经空气压缩机 、增压机 、注气
管线 、立管注入到井下 , 把井下钻屑带到地面 , 通过 排岩管线入地面回收池 。空气钻井的主要设备有空 气压缩机 、增压机 、管汇系统 、旋转防喷器 、井下钻具 止回阀 、排岩管线以及与管汇系统和工艺相适应的 阀门 、仪表等 。
图 1 空气钻井工艺流程示意图
1 .空气压缩机 空气压缩机是提供空气钻井所需空气的主要设
备 。目前有多 种空气压缩机 , 如旋转 叶片式 、直瓣 式 、往复活塞式和旋转螺杆式 , 其中螺杆式空气压缩 机是油田钻井作业应用最多的一种 。 空气压缩机有 多种压力级别 , 其输出的最大工作压力一般为 1 .75 ～ 2 .45 MPa 。 在正常情况下 , 这种工作压力能够满 足空气钻井的需要 , 但在井较深时 , 或预计井内有出 水时 , 所要求输送的空气压力可能超过空气压缩机 额定的压力值 , 这时就要使用增压机 。
第 27 卷 第 3 期
钻 采 工 艺
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m3/min , 不能满足空气钻井所需要的空气量 。 空气 钻井作业时 , 根据不同 的井眼尺寸 、井下出水 等情 况 , 配备多台空气压缩机 , 以机组形式并联使用提供 压缩空气 , 满足空气钻井需要的空气量 。 2 .增压机
单一的空气压缩机 、增压机提供的空气量往往 不能满足需要 , 空气钻井时应根据所钻井眼及地层 情况 , 准备好数台空气压缩机 、增压机并联使用 。 地 面安装好空气压缩机 、增压机供气设备 , 连接好所有 地面管线(供气主管线与立连接)、阀门 , 井口安装好 旋转防喷器 、接好排岩管线并加以固定 , 引入岩屑回 收池(大土池)。
钻进时 , 要求送钻均匀 , 并注意立管压力及井下 情况 , 发现立压突然升高 、扭矩变化 、憋跳严重 、上提 遇卡等井下异常现象时 , 应立即停钻 , 活动钻具 , 循 环观察 , 及时处理 。钻进中 , 每钻进 50 ～ 100 m 钻具 上加接一只钻具止回阀 。
该方法不使用钻井泵 。 将钻具下入到井下一定 深度 , 接好方钻杆 , 启动空气压缩机和增压机开始循 环注气 , 把井下的液体直接举升到地面 , 当井口出纯 气后 , 停止注气 。卸下方钻杆 , 第二次下钻 , 同时重 复上述操作 , 如此多次 , 直至井底 , 把井内液体全部 排出 。 5 .空气钻进
单台空气压缩机的输出气量一般为 25 .5 ～ 42 .5
收稿日期 :2004 -02 -16 作者简介 :马光长 , 高级工程师 , 1987 年毕业于西南石油学院应用化学专业 , 长期从事 井漏预防与治理 技术研究及现场 工作 , 曾发表论 文 数十篇 , 地址 :(618300)四川广汉市 , 电话 :0838 -5151330 。
无论是空气钻井还是其它气体型流体钻井(雾 化 、泡沫或充气), 井口返出的流体均有一定的压力 , 为了确保钻井的安全 、顺利 , 井口除装有常规防喷器 组外 , 还必须安装旋转防喷器 。 5 .钻具止回阀
空气钻井作业中 , 钻具组合中要安装两个或多 个钻具止回阀(单流阀)。 一个接在钻头之上 , 以防 止钻屑回流堵塞钻头水眼 , 另一个安装在井口附近 的钻具上 , 以避免接单根时钻具内的大量空气喷出 钻具 。 安装在 钻头之上的止回 阀通常为箭形 止回 阀 , 安装在井口钻具附近的止回 年
空气钻井作业方法
空气钻井与常规的钻井液钻井有所区别 , 它是 直接用大气中的空气作为循环介质来冷却钻头和携 带岩屑 , 满足钻井工程作业需要的一种特殊钻井方 法。 1 .设备的安装与连接
空气钻井需要空气压缩机 、增压机 、旋转防喷器 等特殊设备以及相应的管线 、阀门 、仪表等 。 空气钻 井前 , 首先要安装和连接好这些设备 , 并按要求进行 校准 。
空气正式钻进前 , 应控制机械钻速进行试钻 , 摸 索各种参数的合理匹配 , 以确保快速安全钻进 。 一 般地 , 311 .2 井眼 所需空 气排量 为 120 ～ 160 m3/ min , 215 .9 井眼所需空气排量为 80 ～ 120 m3/min 。 具体空气排量根据井下情况而定 , 以确保快速安全 钻进 。
在川渝地区上部地层钻井作业中 , 常钻遇长段 低压漏失带或破碎性地层引起严重井漏 , 由于漏失 层段多 、井段长 、漏层连续不断 , 没有特定的漏层位 置 , 采用常规钻井液钻进时 , 往往是“有进无出” , 给 钻井工程造成巨大损失 。 对于这类严重井漏 , 采用 单一的常规钻井及堵漏的方法 难以从根本解 决问 题 , 必须包括空气钻井 、泡沫钻井 、充气流体钻井等 多种技术的综合应用 。
空气钻井前 , 井筒内(套管内)有钻井液或水 , 需 要把钻井液或水举升到地面来 。如果下钻到井底采 用一次气举排液的方法 , 由于钻柱内是空气 , 井眼环 空是钻井液或水 , 立管压力可能会很高 , 甚至大于增 压机的额定工作压力值 , 使得作业难以进行 。 为确 保气举排液正常 , 主要的排液方法有两种 : 4 .1 充气排液法
178 或 244 套管 。 为了便于采集岩样 , 在排岩管线上一般安装有
岩屑取样器 。取样器实际上是一个带有球阀的异径 短管(76 mm ×25 .4 mm), 并用使用过的大钳牙齿焊 接在异径管内 , 这样可使返出的岩屑在取样器处转 向沉积 , 如图 2 所示 。 取样器位于排岩管线底部某 一方便点 , 如需采集岩样 , 打开阀门即可 。
关键词 :空气钻井 ;井漏 ;气体型流体 中图分类号 :TE 242.7 文献标识码 :A 文章编号 :1006 -768X(2004)03-0004 -05