气体钻井降冲蚀系统.pdf

气体钻井降冲蚀系统。该系统属于石油与天然气气体钻井技术领域，运用气体钻井冲蚀机理及回压控制技术，在常规气体钻井井控设备基础上，通过增加改造后的排砂管线、降压喷嘴及气体钻井降冲蚀回压控制分析软件，利用上述软件计算在给定注入压力及排量下降冲蚀需要的回压值及推荐产生该回压值的合理降压喷嘴组合，并在排砂管线入口端增加该软件推荐的喷嘴组合用来控制井口回压，该回压值能够在保证环空气体携岩能力的同时降低高速气-固两相流对井下钻具及井口设备的冲蚀作用。

1.  气体钻井降冲蚀系统，其特征是：在常规气体钻井井控设备基础上，增加改造后的排砂管线、降压喷嘴；终端计算机配置气体钻井降冲蚀回压控制分析软件，该软件包括：回压控制分析模块及喷嘴安装位置分析模块。

2.  根据权利要求1所述的气体钻井降冲蚀系统，其特征是：排砂管线入口端(3)直接连接井口防喷器组合(5)；降压喷嘴(1)安装在排砂管线入口端(3)和排砂管线出口端(4)之间。

3.  根据权利要求1所述的气体钻井降冲蚀系统，其特征是：降冲蚀回压控制分析软件优选在指定气体注入压力及排量下控制回压的降压喷嘴及推荐喷嘴在排砂管线本体(2)内的安装位置。

气体钻井降冲蚀系统
技术领域
本发明涉及一种气体钻井降冲蚀系统，通过控制井口回压，降低气体对井下钻具及井口防喷器组合的冲蚀，属于石油与天然气气体钻井技术领域。
背景技术
气体钻井是利用气体代替钻井液作为循环流动介质进行的钻井作业，气体具有密度低、黏度低、对井筒施加压力低的特点。气体钻井的优点有：钻井效率高、有效保护油气层、防止井漏和黏附卡钻。气体钻井还可以有效克服井漏、页岩垮塌等井下复杂情况。但是气体钻井在应用过程中还存在一系列问题：1、由于气体钻井缺少钻井液的润滑作用，高速岩屑对井筒(钻杆、钻铤、裸眼和套管等)及排砂管线的冲蚀严重；2、高速含岩屑气体介质的酸性腐蚀严重等。如果不及时地处理上述问题井下钻具及地面设备会因为冲蚀及磨损而产生表面缺陷，同时在交变应力的作用下很容易形成裂纹，最终造成井下钻具及地面设备的损坏。
但是，常规气体钻井为保证环空气体的携岩能力，井口一般不施加回压。这就造成常规气体钻井缺乏合理有效的回压控制技术及装备，使得井下钻具及井口防喷器组合冲蚀严重而得不到有效解决。因此，通过研究气体钻井冲蚀机理及回压控制技术，集成一套气体钻井降冲蚀系统是解决常规气体钻井在保证环空气体携岩能力基础上降低冲蚀问题的有效方法。
发明内容
为了控制气体钻井过程中高速气-固两相流对井下钻具6及井口防喷器组合5的冲蚀问题，本发明提供一种气体钻井降冲蚀系统。该系统不仅能够通过优选在指定气体注入压力及排量下控制回压的降压喷嘴1及该喷嘴的安装位置，降低高速气-固两相流对井下钻具及井口防喷器组合5的冲蚀，而且能够保证环空气体的携岩能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在常规气体钻井井控设备基础上，通过增加改造后的排砂管线2、降压喷嘴1及气体钻井降冲蚀回压控制分析软件，集成一套气体钻井降冲蚀系统；运用数值计算分析在指定气体注入压力及排量下，环空井口7加回压后，高速气-固两相流对井下钻具6及井口防喷器组合5的冲蚀作用，即井筒环空8和井口防喷器组合5中的气-固两相流速度是否达到井下钻具6及井口防喷器组合5的冲蚀临界速度，若超过冲蚀临界速度，则重新调整环空井口7的回压重新进行分析，直到气-固两相流速度介于最小携岩速度和冲蚀临界速度之间；通过降冲蚀回压控制分析软件根据数值分析结果优选在该注入压力及排量下能够进行降冲蚀回压控制的降压喷嘴组合及推荐降压喷嘴的安装位置，从而精确控制井口回压，在保证环空气体携岩能力的同时降低高速气-固两相流对井下钻具6及井口防喷器组合5的冲蚀作用；降压喷嘴1的多级降压作用能够降低排砂管线内气-固两相流的冲蚀临界速度，从而降低气-固两相流对排砂管线弯接头9的冲蚀。
本发明的有益效果是：通过研究气体钻井冲蚀机理及回压控制技术，建立一套气体钻井降冲蚀系统，在保证气体携岩能力的基础上合理有效地控制气体钻井井下钻具6及井口防喷器组合5的冲蚀问题。可以降低施工成本，保证施工安全。
附图说明
图1是本发明气体钻井降冲蚀系统结构示意图。图中：1.降压喷嘴，2.排砂管线，3.排砂管线入口端，4.排砂管线出口端，5.井口防喷器组合，6.井下钻具，7.环空井口，8.井筒环空，9.排砂管线弯接头。
图2是本发明气体钻井降冲蚀系统在注入压力为1.0MPa及排量为27m³/min下的环空流速与冲蚀临界速度的关系图。
图3是本发明气体钻井降冲蚀系统在注入压力为1.0MPa及排量为27m³/min下施加回压0.2MPa后环空流场分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在图1中，由于井筒环空8返出的气固两相流体从排砂管线入口端3经过降压喷嘴1组合会产生一个压降，而此压降既是环空井口7需要控制的回压值，该回压值可以运用气体钻井降冲蚀回压控制分析软件在给定气体注入压力及排量下计算得出。根据此回压值，优选在该注入压力及排量下能够将井口回压控制在该回压值上下0.1MPa的降压喷嘴1组合及推荐降压喷嘴1组合之间的安装间隔，使得高速气固两相流通过井筒环空8、井口防喷器组合5、井下钻具6、排砂管线2及排砂管线弯接头9时，其流动速度低于流经各个管道的临界冲蚀速度，从而达到降低冲蚀的目的。
在图2中，从冲蚀作用可以看出，在设计注入压力为1.0MPa，回压为0MPa时，距环空井口300m井段气-固两相流速已经超过冲蚀临界速度，现场施工需要加回压。
在图3中，通过气体钻井降冲蚀回压控制分析软件计算结果可以得出：在环空井口加0.2MPa回压，能够确保环空内流速介于最小携岩速度和冲蚀临界速度之间，降低了高速气-固两相流对井下钻具6的冲蚀作用。