气体钻井钻遇气层时安全起下钻的方法 技术领域 : 一种气体钻井钻遇气层时安全起下钻的方法, 用于油气田钻井工程中 利用气体作为循环介质实施钻进工程时, 钻遇产气量不超过 13000m3/d 的含气层的起下钻, 属于气体钻井中起下钻的工艺技术领域。
背景技术 :
目前, 气体钻井已成为大幅提高机械钻速、 发现与保护油气层、 治理恶性井漏、 降 低钻井成本的重要技术手段, 为了加快油气田的开发速度, 气体钻井正在大量的使用与钻 井工程中, 因此气体钻井正以其优势蓬勃发展 ; 在现有技术中, 采用气体欠平衡钻井是快 速钻井的方法之一, 为了保证在实施钻井过程中, 在有控制的条件下, 实施一边放喷一边钻 井, 因此在井口都要使用旋转防喷器, 当气体钻井钻遇含气层, 在需要进行起下钻作业时, 通常采用的方法是不拆除旋转防喷器总成, 利用旋转防喷器胶芯密闭钻杆进行起下钻作 业, 这样可以防止井下的可燃气体从井筒内溢出 ; 但是, 目前旋转防喷器的胶芯最大通径仅 为 195mm, 只能允许钻杆和外径小于 195mm 的钻铤通过, 而尺寸较大且使用较多的 203.2mm 钻铤和 228.6mm 钻铤等则不能通过胶芯, 因此, 在使用较大尺寸钻铤时, 起下钻必须取下胶 芯, 一旦取下旋转防喷器的胶心, 就造成井口敞开, 井下的可燃气体便会溢出井口, 造成极 大的安全隐患 ; 并且, 在下钻过程中, 由于钻具通过胶心的速度比钻进过程中钻具通过胶心 的速度大大加快, 这样长时间摩擦胶芯可能造成胶芯脱落, 脱落的胶心掉入井底后可能造 成卡钻等井下事故。 发明内容 :
本发明的目的是为了克服上述气体钻井过程中钻遇气层后起下钻作业存在的问 题, 基于流体力学和流体数值模拟技术, 提供了一种气体钻井钻遇气层时安全起下钻的方 法。
本发明按照以下步骤完成 :
第一步在排砂管线 7 的中间部位设置一个 90 度的转角, 在转角位置设置一个喷口 向着排砂管线 7 出口的喷嘴 6, 再将供气管线中的旁通管线 5 通过三号球阀 3 接至喷嘴 6 ;
第二步在起钻或者下钻前先用氮气对井眼进行大于两个循环周期的循环, 循环时 间为 5 ~ 10 分钟 ;
第三步完成第二步要求的循环后, 关闭二号球阀 2 停止向井内注气, 同时打开三 号球阀 3, 由注气设备 1 通过三号球阀 3 和旁通管线 5, 再通过喷嘴 6 向排砂管 7 注入氮气 ;
第四步在钻台 10 采用可燃气体检测仪检测可燃气体的溢出, 如有溢出则增大注 入氮气的排量, 至到钻台 10 没有可燃气体溢出, 然后开始实施起钻或者下钻。
所述排砂管线 7 的中间部位设置 90 度转角的位置距离排砂管 7 出口 20 ~ 30m ;
所述喷嘴 6 的直径为 30mm ~ 60mm ;
所述通过喷嘴 6 向排砂管 7 注入的氮气量为 25 ~ 80m3/min ;
所述注入的氮气也可以是其它不可燃气体 ;当采用气体钻井时, 为了在遇到气层时安全实施起钻或者下钻的施工, 事先在排 砂管线中段设计一个 90 度的转角, 转角的位置应距离排砂管线 7 出口 20 ~ 30m, 转角处的 前段是通向井口 9 的排砂管线, 转角处的后段通向排砂管线 7 的出口, 在转角位置设置一 个喷口向着排砂管线 7 出口的喷嘴 6, 再将供气管线的旁通管线 5 通过三号球阀 3 与喷嘴 6 连接 ; 在需要实施起钻或者下钻之前, 先用气体对井眼内的岩屑进行循环清理, 根据不同 的井深, 采用气体进行由井上到井下的气体循环要大于两个循环周期, 循 环时间为 5 ~ 10 分钟, 使井底留下的岩屑被充分携带出井 ; 完成循环后, 关闭二号球阀 2 停止通过立管 11 向 井内注气, 停止循环, 然后打开旁通管线 5 的三号球阀 3, 由注气设备 1 通过旁通管线 5 向 喷嘴 6 供气, 由于喷嘴 6 是设置在排砂管线 90 度转角处的, 其喷口是对着排砂管线 7 的出 口的, 所以当喷嘴 6 向排砂管 7 出口方向喷射氮气时, 排砂管线 7 转角处通向井口 9 的前段 将形成负压状态, 对从井下经过井口出来的可燃气体产生抽吸作用, 一并将从井筒内溢出 的可燃气体吸入排沙管线 7, 并排出到远离井口 9 的岩屑池 8, 并被点火燃烧, 因此, 钻台 10 上便不会有可燃气体的蔓延 ; 为了安全起见, 在实施负压抽吸排出可燃气体的同时, 在钻台 3 10 上设置可燃气体检测仪, 如测出有可燃气体溢出, 就从每分钟 25m 的氮气注入量逐渐增 3 大到每分钟 50m 的氮气注入量, 使抽吸能力加强, 直到钻台 10 没有可燃气体溢出, 然后开 始实施起钻或者下钻 ; 在实施注入氮气和实施钻台可燃气体检测的过程中, 为了保险的目 的, 还可以在钻台 10 上设置并开启防爆风扇, 以便加快井口 9 环境内的空气流动速度 ;
本发明的优点和有益效果 : 采用的注入氮气的方法, 由于注气量可以控制, 所以当 注入氮气的量大于地下可燃气体溢出量的情况下, 能够在排砂管线产生负压效果, 将井下 溢出的可燃气体带出井口, 使其通过排砂管线的出口被燃烧, 增设的可燃气体检测和防爆 风扇能够起到铺助的作用, 使起钻或者下钻工作在没有可燃气体蔓延的井口实施, 能够提 高在使用气体钻井时, 当钻遇气层后的起下钻作业的安全性, 而且简单易实施。附图说明 :
图为本发明的流程示意图。 具体实施方式 :
下面结合附图给出本发明的实施例 : 本发明基于流体力学和流体数值 模拟技术 的基础上, 提供了一种气体钻井钻遇气层时安全起下钻的方法, 由以下几步完成 : 为了实现 抽吸井下溢出的可燃气体, 首先将排砂管线 7 设计为一根中间部位带有 90 度转角的管线, 在转角位置安装一个喷口向着排砂管线 7 出口的喷嘴 6, 喷嘴 6 安装在距离排砂管 7 出口 20 ~ 30m 之间, 设置的喷嘴 6 直径为 30mm ~ 60mm ; 再将旁通管线 5 通过三号球阀 3 与喷 嘴 6 连接 ; 在实施起下钻工作之前, 为了不使井下存在的岩屑被井下的气体喷出井口, 在起 钻或者下钻前需要对井眼进行大于两个循环周期的循环, 根据井深不同, 使用气体对井眼 的循环时间为 5 ~ 10 分钟, 以便达到充分携带井底岩屑出井的目的 ; 完成气体循环后, 关闭 二号球阀 2 停止向立管 11 注气, 然后打开三号球阀 3, 由注气设备 1 通过三号球阀 3 和旁 通管线 5 向喷嘴 6 注气, 并通过喷嘴 6 向排砂管 7 出口方向喷射氮气, 经喷嘴 6 向排砂管 7 3 注入的氮气为 25 ~ 50m /min, 在没有氮气的情况时, 注入的氮气也可以是其它不可燃气体 ; 由于喷嘴 6 是设置在排砂管线 90 度转角处的, 其喷口是对着排砂管线 7 的出口的, 所以当喷嘴 6 向排砂管 7 出口方向喷射氮气时, 排砂管线 7 转角处通向井口 9 的前段将形成负压 状态, 对从井下经过井口出来的气体产生抽吸作用, 一并将从井筒内溢出的可燃气体吸入 排沙管 7, 并从远离井口 9 的岩屑池 8 排出, 点火燃烧, 因此, 钻台 10 上便不会有可燃气体的 蔓延 ; 为了安全起见, 在实施负压抽吸排出可燃气体的同时, 在钻台 10 上设置可燃气体检 3 测仪, 如测出有可燃气体溢出, 就从每分钟 25m 的氮气注入量逐渐增大到每分钟 80m3 的氮 气注入量, 使抽吸能力加强, 直到钻台 10 没有可燃气体溢出, 然后开始实施起钻或者下钻 ; 在实施注入氮气和实施钻台可燃气体检测的过程中, 为了保险的目的, 还可以在钻台 10 上 设置并开启防爆风扇, 以便加快井口 9 环境内的空气流动速度 ;
下面是本发明的实施例 :
实施例 1 :
以国内某地清溪 2 井为例, 清溪 2 井在二开 311.2mm 井眼采用 120m3/min 氮气钻 进至井深 2338.67m 时, 出现气测异常, 全烃含量由 29.3%, 出口点火焰高 5 ~ 8m ; 循 环钻至起钻井深 2645.20m 时, 出口火焰熄灭, 此时全烃含量为 6.28 % ; 本趟钻具组合中 有 203.2mm 钻铤 5 根、 203.2mm 减震器 1 根、 228.9mm 钻铤 3 根, 所使用旋转防喷器通径为 190mm, 不能通过该钻铤 ; 通过气量比例折算出日产气量为 10851.84m3, 为了避免可燃气体 溢至井口造成复杂情况的发生, 在起至 203.2mm 钻铤后采用了气体钻井钻遇气层时安全起 下钻的方法 :
本井起钻时井深为 2645.20m, 由于本井全烃含量为 6.28%, 超过燃爆极限, 所以, 3 起钻前采用 120m /min 氮气对井眼进行循环 8min, 使用氮气对井眼进行的循环周期为两个 循环周期以上 ; 在距排砂管线出口 30m 处设置一个直径为 50mm 的喷嘴 6, 喷嘴 6 的喷口对 着排砂管线的出口 ; 起钻至 203.2mm 钻铤时, 关闭二号球阀 2 停止向井内注入氮气, 打开三 3 号球阀 3, 由旁通管线 5, 再通过喷嘴 6 向排砂管线 7 注入 60m /min 氮气 ; 开始注气后, 使排 砂管线 7 产生抽吸作用, 井下的可燃气体被带向排砂管线, 并被燃烧, 然后拆下旋转防喷器 的胶心, 同时采用可燃气体监测仪测量钻台面可燃气体含量, 无显示, 正常完成起钻铤的作 3 业; 本井起钻中由于全烃含量较高, 所以采用了 60m /min 氮气, 使排砂管线产生负压抽吸, 达到了良好的效果, 整个起钻过程中钻台台面监测无可燃气体显示, 避免了可燃气体溢出 带来的安全隐患 ;
实施例 2 :
以国内某地龙 101 井为例, 龙 101 井在二开 311.2mm 井眼采用 150m3/min 空气钻 进至井深 2115.60m, 出现气测异常, 全烃含量由 0.2459%, 钻进至井深 2476.90m 时起 钻, 此时全烃含量为 0.68% ; 本趟钻具组合中有 203.2mm、 228.9mm 钻铤各两柱, 所使用旋转 防喷器的胶心通径为 195mm, 不能通过该钻铤 ; 通过气量比例折算, 日产气量为 1468.8m3, 为 了避免可燃气体溢至井口造成复杂情况的发生, 在起至 203.2mm 钻铤后了气体钻井钻遇气 层时安全起下钻的方法 :
龙 101 井钻至井深 2476.90m, 由于本井的全烃含量为 0.68%, 当注入的空气量为 3 3 150m /min 时, 就不会达到燃爆极限, 所以, 本井起钻前采用 150m /min 空气对井眼进行循环 10min, 使用空气对井眼进行的循环周期为三个循环周期以上 ; 在距排砂管线出口 30m 处设 置一个直径为 30mm 的喷嘴 6, 喷嘴 6 的喷口对着排砂管线的出口 ; 起钻至 203.2mm 钻铤时, 关闭二号球阀 2 停止向井内注入氮气, 打开三号球阀 3, 由旁通管线 5, 再通过喷嘴 6 向排砂管线 7 注入 30m3/min 氮气, 由于注入的气量只有 30m3/min, 所以不能使用空气, 否则井下 被抽出的可燃气体与空气的混合含量就会超过燃爆极限, 所以在实施注气建立抽吸时只能 使用氮气 ; 建立抽吸循环后, 拆下旋转防喷器的胶心, 同时采用可燃气体监测仪测量钻台面 可燃气体含量, 无显示 ; 正常完成起钻铤作业 ; 本井在建立循环周期时, 由于注入的空气量 3 为 150m /min, 与井下的可燃气体混合后, 不能达到燃爆的极限, 所以采用空气进行循环, 节 约了氮气的费用, 也就节约了钻井的成本 ; 在建立负压抽吸时, 由于注入的气量仅为 30m3/ min, 在这个注入量的情况下, 如果继续使用空气, 就会使井下被抽出的可燃气体与注入的 空气量混合后达到燃爆的极限, 就有可能发生燃爆, 所以必须改注氮气进行 ; 本次试验达到 了良好的效果, 整个起钻过程中钻台台面监测无可燃气体显示, 避免了可燃气体溢出带来 的安全隐患。