一种将欠平衡钻井用泡沫密闭循环使用的方法及设备 【技术领域】
本发明涉及一种将欠平衡钻井用泡沫密闭循环使用的方法及设备，属于石油钻井领域。
背景技术
随着欠平衡钻井技术的发展，以泡沫作为循环介质的泡沫欠平衡钻井技术得到越来越广泛的应用。初期，泡沫欠平衡钻井中从井内返出的泡沫均是直接排放至排放池，不再重新利用。如此完成一口井钻井的泡沫用量非常大，造成泡沫钻井成本高，甚至是远远高于采用常规钻井方式钻井液的成本，限制了泡沫钻井技术的应用。并且，泡沫液本身、由泡沫携带上来的岩屑以及在欠平衡条件下从地层出来并进入泡沫的油气，如不经处理直接排放，将对环境造成污染，同时，泡沫中的油气也可能成为现场作业的安全隐患。
为降低泡沫欠平衡钻井泡沫的成本，国内一些油田也提出了一些可将泡沫循环使用的方法，其技术思路可概括为：先利用化学和/或物理的方法对井口返出泡沫进行破泡处理，使泡沫基本成为液相后再清除其中的岩屑，然后再使其进入雾化泵而实现对泡沫液的循环使用。该技术采用的破泡方式可分为化学方式和物理方式。化学方式主要通过改变泡沫液相的酸碱度来破泡和起泡，但该方式存在以下几个方面的问题：①酸碱的加入量不易精确控制；②泡沫液相在反复加入酸碱的情况下会产生惰性而不再起泡；③酸碱增加了泡沫的成本；④酸碱对钻井设备和储层有潜在的危害。物理方式主要通过离心、负压和改变泡沫温度等方法使泡沫破裂，但是，欠平衡钻井用泡沫液的发泡性能非常好，泡沫本身的稳定性、抗污染能力也比较好，加之作业时泡沫的返出量非常大，每小时可达上千方，因此，要在短时间内使大量的泡沫破裂比较困难，另外，该方式需要的设备繁多，工艺流程也比较复杂。
【发明内容】
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种将欠平衡钻井用泡沫密闭循环使用的方法及设备。
本发明所提供的方法采取的技术思路是：将返至井口的泡沫直接导入密闭循环系统，在密闭条件下清除其中的岩屑，然后利用泡沫增压系统对其进行增压，使其压力达到循环所需要的压力值，之后再使其进入入井管汇进入井筒循环使用，减少钻井泡沫用量，实现降低泡沫钻井成本的目的，与词同时，解决泡沫直接排放而造成的环境污染问题。
本发明所提供的方法工艺步骤如下：
(1)钻进过程中将泡沫基液及空气以一定混合比例从井口通过钻具注入井筒内；
(2)泡沫基液及空气混合形成的泡沫经过钻具、井底、环空后返至井口，返出井口的泡沫通过管线进入密闭除屑系统，进行自动清除岩屑；
(3)从密闭除屑系统出口流出的清洁的泡沫，通过管线进入泡沫增压系统，泡沫增压系统对其进行增压，使其满足建立循环所需要的压力值；
(4)经过增压后从泡沫增压系统出口流出的泡沫通过管线进入立管再次进入循环；
(5)随着井深的增加，可适当以常规泡沫钻井方式补充泡沫用量。
实现上述方法中所涉及的密闭除屑系统主要由排砂总成、支架、本体、进液管、割缝管、支撑管、电动机与变速总成、联接轴、刮泥板、出液管组成；本体是下端为锥形的圆筒，其上端与支撑管固定连接在一起，下端与排砂总成连接并相通，本体内腔座放有割缝管，割缝管上端与支撑管连接并相通，支撑管上端安装有电动机与变速总成，电动机与变速总成与联接轴相连。位于割缝管内腔的联接轴自上而下与若干组刮泥板连接，每组刮泥板均沿连接轴周向均匀分布；进液管与支撑管连接并相通，出液管与本体下端连接并相通，本体、进液管及出液管通过法兰方式安装在支架上；排砂总成上、下两端安装有控制阀；割缝管割缝为外大内小的梯形。
本发明所提供的方法无需对从井内返出的泡沫进行破泡，克服了泡沫稳定性好、物理和/或化学方法破泡困难的问题，同时，采用本发明泡沫再次入井前不需要重新进行发泡。本发明的实施实现了泡沫密闭循环应用，有效减少了钻井过程中泡沫的消耗量，同时，具有工艺简便、利于环保的特点。
【附图说明】
图1为本发明所提供的密闭除屑系统结构示意图
【具体实施方式】
本发明的具体实施例如下：
按照通常泡沫钻井安装好井口、地面装置，连接好管线，在喷管旋阀远离井口端连接三通，三通的直通出口连接常规泡沫入口。将旋转防喷器的侧出口与密闭除屑系统地进液管4相连接，密闭除屑系统的出液管10与泡沫增压系统入口相连。泡沫增压系统出口与前述三通的另一出口相连接，并且，在泡沫增压系统与三通之间安装单流阀，只允许泡沫沿泡沫增压系统向三通方向流动。在该单流阀之前还可以安装泡沫参数监控仪表等。
上述工艺流程中，密闭除屑系统主要作用是通过净化装置清除井口返出泡沫中含有的岩屑颗粒，泡沫液经进液管4进入割缝管5内腔，由于割缝管5上表面分布有狭窄的割缝，泡沫分子可以通过割缝管5的割缝进入本体3与割缝管5之间的环空，然后从出液管10排出，而泡沫液中的岩屑颗粒留在割缝管5的内腔，进入排砂总成1然后排出，电动机与变速总成7带动连接轴8及刮泥板9刮扫割缝套管5的内腔。排砂总成1排砂时，先将位于上部的控制阀11关闭，然后打开位于下部的控制阀12，沉积的砂排出后，关闭位于下部的控制阀12，然后再打开位于上部的控制阀11。
密闭除屑系统采用的技术方案如下：主要由排砂总成1、支架2、本体3、进液管4、割缝管5、支撑管6、电动机与变速总成7、联接轴8、刮泥板9、出液管10组成；本体3是下端为锥形的圆筒，其上端与支撑管6固定连接在一起，下端与排砂总成1连接并相通，本体3内腔座放有割缝管5，割缝管5上端与支撑管6连接并相通，支撑管6上端安装有电动机与变速总成7，电动机与变速总成7与联接轴8相连。位于割缝管5内腔的联接轴8自上而下与若干组刮泥板9连接，每组刮泥板均沿连接轴8周向均匀分布；进液管4与支撑管6连接并相通，出液管10与本体3下端连接并相通，本体3、进液管4及出液管10通过法兰方式安装在支架2上；排砂总成1上、下两端安装有控制阀11、12；割缝管5割缝为外大内小的梯形。
密闭除屑系统的联接轴8上开有与刮泥板数量相等、尺寸相匹配的的长槽，刮泥板采用焊接方式固定在长槽内，刮泥板本体远离联接轴端开有槽，固定螺钉将刮泥板固定在刮泥板本体的槽中，刮泥板本体与刮泥板之间安装有弹簧，固定螺钉为阶梯状，小尺寸部分为螺纹，与刮泥板本体连接，大尺寸部分为光杆，穿过刮泥板的通孔。
泡沫增压系统可采用新疆石油管理局钻井工艺研究院2006年8月7日申请的实用新型专利“一种钻井用泡沫压缩泵”专利号为：2006201307925，或者2006年9月4日申请的实用新型专利“一种泡沫压缩泵”，专利号为2006201354748。也可以采用其他能够对泡沫进行增压的现有设备。
此外，经过密闭除屑系统除屑后的泡沫出来后，也可以先进入螺杆泵增压系统，然后再进入泡沫增压系统。