气体钻井教程-1.ppt

欠平衡钻井打捞技术服务中心,中国石油,渤海钻探钻井技术服务公司,常青忠,气体钻井的安全问题,目 录,一、气体钻井类型,二、气体钻井设备,三、气体钻井安全教程,密度,单位,泥,浆,类,型,异常加重泥浆,常规泥浆,清水,可循环泡沫,充气泥浆,稳定泡沫,/,硬胶泡沫,空气,/,氮气,/,废气,/,天然气,SG,克,/,立方厘米,2.4-2.7,1.0-2.4,1.0,0.95-0.85,0.96-0.5,0.32-0.28,0.028,PPG,磅,/,加仑,22.41,8.3-19.92,8.4,7.885,-7.1,8.0-4.15,2.65-2.32,适用,井下,条件,超异常高压地层,正常钻井地层,正常钻井地层,地表漏失,异常低压地层,浅气层,.,异常低压地层,;,少量地层流体,(,盐水、气体,),水敏性泥、页岩；,完全漏失地层；,无流体地层。,设备,要求,普通钻机,小型空气设备,大型脱气设备,.,小型空气设备,大型空气设备,一、气体钻井类型,1,、空气粉尘钻井,空气粉尘钻井应用于坚硬的干燥地层，即地,层中无水或碳氢化合物等流体流出的地层；,也适用于无水的干燥的地热气流产层；,空气粉尘钻井成功的关键在于要有足,够大的空气排量，要保证携屑、清扫,井筒的目的。,空气粉尘（尾气）钻井,干空气钻井,天然气钻井,2,、充气钻井,即在常规的钻井液中注入空气，形成一,种泥浆和空气的混合物，其密度可根据,井深和注入的空气量进行调整，一般充,气泥浆的密度控制在,4,8ppg,（,0.48,0.96g/cm3,）。其注入空气的方法有侧管,法、喷射接头法和立管注入法三种。,3,、泡沫钻井,当空气和雾化钻井因经济、机械或其它原因而不理想时，可转为稳定泡沫或硬胶泡沫钻井。稳定泡沫和硬胶泡沫不仅可以大大减少空气量，还因其携屑能力是一般钻井液的,10,倍而更具优越性。,稳定泡沫的密度可在,0.5,6.0ppg(0.06-0.72g/cm3),范围内调节,抗盐,CL,30000mg/L,、成本高。,硬胶泡沫是以足够数量的空气注入少量的般土泥浆,10,25GPM,（加仑,/,分钟,），而保证出口附近的环空返速达到,0.5,1.0m/s,，空气和泥浆体积的比例范围为,100,：,1,300,：,1,，抗盐,CL-150000mg/L,、成本低。,泡沫钻井,硬胶泡沫,稳定泡沫,4,、雾化钻井,空气钻井的最大敌人是高含水层。当地层出水,时，必须将地层水全部雾化才能携带到地面，,才能确保安全钻进。雾化钻井一般需要增加,30,40,的空气量，但由此也增加了相应空气,钻井设备、燃油和人员的费用。由于井下压力,的增加，满足携屑能力的实际空气排量也要增,加。,雾化钻井,5,、氮气,(,废气,),钻井,氮气,(,废气,),钻井技术,仅用于储层,(,气层,/,油层,),钻井,以防止井下燃爆；,氮气钻井设备较空气设备投资大；,废气钻井是利用钻机柴油机尾气，经过处理后用于储层钻井。,二、气体钻井设备,气体钻井辅助设备,惰,气,空,气,空压机,增压器,雾化液注入系统,发泡器,基液,注入监测系统,气体监测系统,排出监测系统,强行起下钻装置,多相分离,液体回收,工作液回收,原油回收,综合录井,井下防喷器,防爆接头,内防喷器,减振器,震击器,减阻器,井下空气锤,钻具附件,钻头,空气钻头,锤击钻头,反循环钻头,井口旋转头,井口组合,注入,排出,钻进,随钻试井,化学剂,起下钻,气体产生及注入设备,井下工具及钻具附件,地面分离及环保设备,数据监测及采集设备,井口控制及不压井起下装置,气体钻井的实施，需要一系列的新装备新工具，五大部分。,气体钻井设备,高压空气压缩机,低压空气压缩机,泡沫,/,雾化设备,柴油机尾气处理设备,90m3/,分氮气能力钻井设备,高压空气钻井防喷井口,气体排出管,气体接入立管和排气管线,化学剂注射泵,进气管控制阀,几种钻井方式的比较,泥浆池,泥浆泵,水龙头,井下管柱,环 空,地面除砂系统,分离系统,地面管汇,钻井液循环系统,泥浆循环钻井,气体（空气、尾气、天然气、氮气）钻井,放空或,燃烧,井口系统,环空,井下管柱,立管,增压机,压缩机,气源,气体钻井系统,三、气体钻井安全问题,一）、空气钻井的限定条件：,1,、对地层压力的控制能力降低。气体钻井作业,一般只限于那些地层空隙压力较低的地区。,2,、适用于地层岩石较老且致密的地区，因为井,内几乎不存在液柱压力来支撑井壁防止其坍,塌。,3,、对付大量地层水侵入的能力是有限的。,二）、气量问题：,纯气体钻井气量没有上限限制，空气钻井的失败往往是气量不足造成的。所有设备提供的气量都是在标准情况下的理论排量。在实际运用中必须用当地的海拔高度和此海拔的温度、适度、大气压力予以修正，见下表。所计算的气量要有富裕，也即设备要有备用。,三）、设备配置问题,1,、气体钻井（包括,Gas,、,N2,、尾气）设备，除配备必要的空压机外，如果钻井压力超过空压机的压力，就必须配备相应排量的增压机。设备配置一定要有备用。,2,、即使用天然气，如天然气的自身供气压力不能满足钻井要求也应当配备增压机增压。,海拔高度（,ft,）,气压,(,psi,),温度,(,F),0,14.696,59.00,2000,13.662,51.87,4000,12.685,44.74,6000,11.769,37.60,8000,10.911,30.47,10000,10.108,23.36,海拔高度与温度、压力表,四）、钻具腐蚀问题：,在空气钻井中，存在着冲击腐蚀和化学腐蚀问题。在,AIR DRILLING,钻井手册中，明确指出“在空气钻井中不能使用随钻震击器，减震器的寿命也要大大缩短”。在现场使用中也确实如此，随钻震击器和减震器损坏特别厉害，断落事故较为频繁。钻具浸泡在盐水中，其化学腐蚀也特别厉害。,对于延缓冲击腐蚀问题，使用适应空气钻井的随钻震击器和减震器，效果非常明显。,对于减缓化学腐蚀问题，应当在钻遇盐水层后立即转换成泡沫钻进，并加入缓蚀剂。,五）、防止泥包、高温烧蚀和爆炸,1,、确保足够的气量：,“空气钻井失败往往是由于不能提供足够的空气量”而,造成的。图,13,是岩屑运移示意图。,2,、干燥井眼：,在转化成气体钻井以前，一定要用空气加泡沫液干燥井眼，至少,要干燥一个小时，返出的气体无水气才能回复钻进。,3,、如有地层流体侵入，立即转化为雾化或泡沫钻井。,4,、安装小量程的压力表，观察和记录立管压力的微小变化。如有突,然变化立即停钻观察。,5,、在油气层钻井时，要密切观察排砂管线自动点火装置运行情况，,检测可燃气体返出，避免可燃气体达到爆炸极限。见图，可燃,气体爆炸极限示意图。,可燃气体爆炸极限示意图,六）、防斜：,扶正器有利于防斜，可用满眼钻具组合或钟摆钻具组合，方钻铤由于其刚度是圆钻铤的,160%,，其防斜效果较好。如果在钻具结构中加入减震器，防斜效果更佳。在坚硬地层的易斜段使用空气锤钻井可以达到很好的防斜效果。,七）、钻具要多加个浮阀：,钻头上加浮阀，钻具上根据需要加入适量单流阀。,八）、钻头：,选用硬地层的强保径齿钻头，密封要可靠。装水眼更有利于冷却钻头延长寿命。可以装,20/32,或,24/32,的大直径水眼，还可以堵一个水眼，但堵水眼的两边牙轮应保径是最好的。,九）、所有连接管线都必须栓保险绳并用地脚螺栓固定：,十）、排砂管线尺寸、结构及安装：,排砂管线必须从井口直接接出，不能拐弯，并固定牢靠。出口子啊下风,60100,米。,排砂管线的直径不能太小也不能太大，其直径计算公式如下：,d,排砂管,1.1(d,套管内径,-d,钻杆外径,),窿,9,十二）、三位四通阀应有两个远程控制台，且应配 备双阀。,十三）、钻井操作,1,、在钻头上必须接浮阀；每钻进,100-200,米要接一个单流阀；,2,、接单根前，必须循环,3-5,分钟；,3,、接单根或立柱前必须先停泵（泡沫），继续供气直至泡沫液进入最上一个单流阀以下，再打开旁通阀，关闭供气阀、打开泄压阀排空钻柱内和管线内压力；接好单根后立即恢复供液再供气。,4,、起钻前应至少循环一周；,5,、人员不得在高压管线和排空管线处逗留；,6,、远程控制阀（钻台上）必须专人操作；,7,、转化成气体钻进之前一定要彻底干燥和清洁井眼。用气,体雾化干燥后，再在钻杆内直接加入,4080L,发泡剂和,300600L,水（有时可能要进行几次），把钻具下到井底,用正常钻井空气排量循环，发泡剂返出后至少用气体吹,洗井眼,1.0,小时，直到返出的气体干燥位置。,8,、起钻到每一个单流阀均要用专用的工具接头排空单流阀,之间的高压气体或泡沫。,9,、浮阀和单流阀要定期检查、更新，防止单流阀失灵或芯,子脱落飞出伤人。,10,、密切监视出口返出情况，不定期关闭降尘阀，观察检验,井内是否钻遇水层，若发现出口空气潮湿或有水滴，应,该改成雾化或泡沫钻井。,11,、下钻要分段循环，将井内液体分次排出。,12,、在出口管处用手感觉到稳定的空气流，则说明注入泡沫,液较少，空气量较多，应增加泡沫液的注入量或减少空,气注入量；如果在出口管感觉到一股柔和的气流吹出，,则说明已经形成了泡沫液柱。,13,、当泡沫液以柔和的冲击性流出，则说明泡沫形成很理,想，达到了最佳携沙效果。,14,、如泡沫冲击强烈，说明空气太多。这种“冲击”不,仅易造成地面事故还可能造成井壁垮塌。,15,、钻柱中最好接上减震器、稳定器和随钻震击器以,防斜打直，增加突发事故的处理手段。,16,、如在油气层中钻进，起钻前可将原油或泥浆泵入,井内，以建立一个静水压力平衡油气层压力。,17,、如替入泥浆，性能要优良，失水要尽可能低。,18,、当发生卡钻时，应首先加大气体排量，循环解卡；如不,能解卡，应考虑掉块卡钻，可启动随钻震击器解卡。,19,、发现立管压力下降，立即停止钻进。排除地面问题确定,为钻具刺漏后，应将钻具放到井底，找出刺漏点（反循,环、流量计），然后倒出刺漏钻具，千万不能盲目起钻,使问题复杂化。,20,、发现立管压力有异常变化，应立停钻观察：,1,）如“腔室效应”或“闪爆”造成的燃烧，可能有黑烟返出，气,体、岩屑潮湿。需检测返出的气体是干气还是湿,气，同时上下活动钻具干燥井眼，破坏泥饼环。,2,）干气：干燥井眼或破坏泥饼环后继续钻进；,3,）湿气：转为雾化或泡沫钻进；,十四）、常规安全检查,1,、发动机防暴防火装置齐全。,2,、所有照明灯应能防蒸汽、防爆。井口、封井器和钻台应,安装荧光灯，放的尽可能远些，并要得到良好的照明。,3,、泥浆泵与立管及井口随时都处于完好状态，并在泥浆池,和储备罐中储存井筒容积,1.5,倍的泥浆。,4,、所有链条护罩应坚实牢固，应尽可能浸泡在油液中。,5,、如以天然气钻井或有天然气跑出情况，应使用防暴工具,和绳索（不用链条），钻具接头和方补心应涂上防暴涂,料。,6,、调整好所有的离合器，,防止产生火花。,7,、配备足够数量的灭火装置。,8,、距井场,200,米外各处设置警示板，说明此处在进行空气和,天然气钻井。,9,、严格用火制度。井场不许用明火，不许吸烟，除特殊许,可外不需用燃炉。,10,、来访者必须先接受安全知识培训。,11,、机动车辆应停在距井场一定距离的指定地点。,12,、无线电话和便携电话机应放在井场,60m,以外的地方。,13,、井口必须居中，误差不的大于,5mm,。,14,、定期检查封井器状态和工作情况，并定期试压，检查内,膛，对有锈蚀、斑点和凹坑的密封环不应使用。,15,、液压封井器应配备二至三个控制台。除常规的司钻操作,台和远程控制台外，最好在监督房处再配一个控制台，,并用符合要求的管线连接。,16,、开钻前对所有封井器及控制管汇按要求严格试压。,17,、每次起下钻要开合一次封井器。,18,、每次起下钻由专人检查 保养钻柱浮阀和单流阀。,19,、当有高压油气侵入井内时，在没有打开节流阀之前，不,要关闭封井器，而且在井筒未被,液体充满前不要完全关死。,20,、在天然气或空气注入管线距井口,30m,外装一个开关阀。,21,、检查压风机安全装置和消防设施齐全。,22,、降尘设施完好。,23,、空气钻井作业之前，所有上岗人员都要经过培训，要完,全掌握,BOP,和,RBOP,的安装和使用。,24,、立管配小量程压力表、自动记录仪和报警装置。,25,、对入井钻具、工具、接头应定期探伤检查，确保完好。,26,、,HSE,监督、值班干部和司钻按规定,进行巡回检查。,谢 谢 ！,欢迎批评指正！,