适用于空气钻井的闭合循环系统.pdf

够 适 用 于 空 气 钻 ．Y l- - 的 闭 合 循 环 系 统 ．№ 眨 L L 5 叭 A ％ 黄 - 涛 z 郑 - 2 桂 ,G 荣译 。 ， 一 引 言 在 ． k o ma盆地 ，空 气 钻 井是 人 们 使 用 的主要 钻井方 法 。盆 地 内地层 胶结 良好 ，而 且井 内产 出的不是 甲烷气就是盐水 。 空气或气雾钻 井 中使 用排污 池盛 放排 放 物的 习惯做法存在 以下 问题 1 对收 集在排 污池 中的流体 包 括雨 水和排放 物 的 处理 ，可 以用卡 车运 走 ，或 者回注入 井 ，或者 在政府 允许 下经 过处 理 就 地掩 埋 。无论 使 用那 种 方法 ，处 理 费用 都 在 1 -3美 圆瑚 。依据 当地 的地势 ，排 污池 收 集到的废水 量可 能会超 过钻井 作业 中流体 排 放量或注 水量几 倍 。据估计 ，每 口井对 排 污 池 内流体 的处理费用可达 1 O o 0 ～3 0 0 0美 圆 。 2若 排 污 池 内 的流 体 受 到 危 险 物 品 废黄油 、柴油 、油基泥浆等 的污染 ，那么 整个排污 会被划 定 为危 险 区。那时 ，每桶 流 体的处理 费用就会成十倍 的增加 。 3 在土地非常坚硬或非常松软 的地 区 ， 土制排污池 的挖 掘和建 造 费用 很 高。 当地 面 有裂缝或没有 压 实时 ，还要 使 用价格 昂贵 的 衬里来防止 渗漏 。挖 掘和 建造 一个 土制排 污 池要花费 1 0 0 0 ～3 0 o 0美 圆。排污池衬里 的花 费也在 3 0 0 0到 7 0 0 0美 圆之 间。 4 骤发洪水和 ／ 或池壁溃塌都可 能导 致 大量污物进入 毗 邻 的土 地或 水 源。那 时的抡 救 费用 包括罚款 就可 能高 达几 万美 圆。 5 在某 些 地 区，特 别是 在市 区或 国家 公 园．排 污池是 被禁 止使 用的 。 解 决这 些问题 的办 法就是 使用 配 套设 备 张 让 宙校 代替排污 池 ，在分 离 、处 理 和传 送 钻井 作业 排放物 中的液 相和 固相成 分 的 同时 ，将 气 相 部分 空气和 甲烷 排到大气 中。 经过作业 者和 钻井 承包 商之 间 的大 量 讨 论和规划 ，最 终 决定 开发一 套 样品 设备 并 在 几 口井 中进行 现场试 验 样 品设 备 的设 计 出 发点是安 全 、经济和易 于操 作 装备设计 这套 系统 的主要分 离设备 MS U包括 一 个 外径 0． 4 1 m、长 1 2 ． 2 0 m 的 水平 分 离 管 道 ．这条 管 道 的上 部分 布 着 一组 直 径 5 l mm 的进 口阀 ，下部分 布着 一组直径 1 0 2 mm 的出 E l 阀 ，内部还 装有 钢制 缓 冲板 。靠 近水平 管 道的封闭端 还有 一个 外 径 0 ． 7 6 m、高 4 ． 8 8 m 的立式分离管 道 ，管道上有一直径 1 7 8 ram 的 进 口和两 个 直 径 1 7 8 mm 出 口。 主分 离 设 备 MS U 安 装 在 一 个 高 2 ． 4 4 m 宽 3． 0 5长 1 3 ． 7 2 m 的钢制罐 的罐面上 ，该罐被分 隔成容 积相 等的 3个 隔间 图 1 。 其他 主要 设 备 还 包 括 一 台 由一 部 5 5 k w 柴油 机带 动 的 1 2 7 mm 1 5 2 mm 离 心 泵 。辅 助安全 装置 图 2 是在 放 喷管线 上 增 加 了 一 个 液控 阀并 连 接 到 节流 管 汇上 。必 要 时 ， 关闭环形 防 喷器 ，同时 打开放 喷管 线 上 的液 控阀 ，井内流体就不再进入 MS U，而是 流经 节流管汇和 1 叭 ． 6 mm放喷 管线 进入燃烧 池 作 业机理 用一条 内径 1 7 8 mm 的排岩屑管线将 旋转 控制头 R C H的 出 口和 MS U 的人 口相连 。 维普资讯 41 图 1分离 系统 囝 2辅助 安 全装 置 井 内返 出 的流 体 从 A 处 进 入 Ms u 图 1 。同时水 由 B处的 5 1 ram 阀 门组 注入 。调 整 C处的 1 0 2 mm 阀 门组 ，保 持 1 0 2 r r a n出 口 阀一直排 放 液体 的 同时 ，将 岩屑和 绝 大部 分 液体排 放进 钢制罐 内。气体 和剩 余 的液 体通 过 D进入立式分离 管 道 进入立 式 分离 管道 的残留液体 通过 E处流 回罐 内 ，气 相部分 则 通过 F处进 入燃烧 池 。使 用 离心 泵 G对 罐 内液 体进 行循 环 ，多 余 的液体 输入 储存 罐 中以备运走或重复使用。钢制罐上可以配备 一 个喷射装 置 H和 一 磁 震 动筛 ，就 能 对 罐内液体进行连续脱水 I 和除砂 J 。否 则 ，也可 以使 用 一个小 型 除砂锄 或 类似 工具 定期清除 罐内岩屑。 实 际作 业 这套 系统在 8口井 的全井 或 部分 井段 中 进行 了试用 。实 践证 明该 套系 统 的处理 能力 可以满足较 大范 围 的作 业条 件 的需要 。对诙 系统的主要评价参数包括 固相处理量 、产 水量 、产气 量 、注水速 度 、注 气速 度 和总钻 井进尺 各井 中的评 价参 数统 计见表 1 。 在现场试 用过 程 中 ，人们 对 该 系统作 了 一 些小 的 整 改 ．替 换 或 增加 了一 些小 设 备 ， 在此仅介 绍一 些 主要 的整 改 内容 。在 起下 钻 完或下完 套 管后排 空井 眼时 ，增 加 了立式 分 离器 来 处 理 井 内返 出 的 高 速 水 流 ；增 加 了 1 0 2 ram 泄 口阀的远程 控制装 置 ，使人 们在钻 台上就能 对泄 口阀实施控 制 ；使用 了一 个注 入泵 通过直径 1 7 8 mr a的排岩屑管线 向罐 内注 入消泡剂 ，防止在 罐 的顶 部 形成 泡 沫层 ；增 加 了固相处理系统 ，当钻 井工 艺／ 状况不 允许 周期性机 械除 砂 的情 况下 对罐 内液体 进行 连 续 除砂 ；使 用了一个 “ 滑动式接箍”连接器 ， 在地 面安装 完或技术 套 管下均 匀后 可以 实现 排岩屑管线和分 离器人 口的快速连接 。 现场试验 中发生 了几 起 事故 。有些 事 故 的发生导致 了 上文所述 的设各整 改 ，同时 在 很多情况下 也反映出 了新循环系统 的优越性 。 在 2号井 的钻井 过程 中遇 到 了高速 天 然 气流 1 6 ． 9 8万 立 方 米 ／ 天 ，当 时装 有 引 火 装置的气 体排 放 管 出 口离 主 分 离设 备 较 近。 突然涌 出的高 速 天 然 气流将 MS U 中 的液 体 排空 因 为 当时 1 0 2 mr n出 口阀 只能 手 动 控 制 ，所以还 没有来 得及 关 闭 出 口阀 ，天 然气 就进入罐内井起火 这时井队人员停止了注 气 ，开始 向井 内注 入泥 浆 。结果 在泥 浆反 到 地面 前 ，火 势 就 自动 熄 灭 了。该井 打 完 后 。 人们对立式 分 离器 进行 了整 改 ，将气 体 排放 管线 的出 口端移至距 MS U3 0 m 以外处 ，又对 1 0 2 mm 出口阀添加 了远程 气控装 置 ，可以在 钻 台上控制 1 0 2 r n r a出 口阀的开关 5号井 在二 月 份施 工 ，当地 环 境 温度 在 一 1 8 ℃ 以下 ，有 时可 达 到 一4 0 ℃。准 备进 行 气雾钻井 时 ，循 环系统 出现 了冰冻 。特 别是 从气雾罐 到方 钻杆闻的气管线 ，包括水龙带 ． 不断被冻住 。MS U 的循环管线也 出现 了同样 维普资讯 4 2 第 1 4卷I 9 9 9年第 5期 表 1 一现场试验 结果 油井 P R D h WD w 1 D 备注 编号 米仆 日 寸 毫米 立方米川、 时 立方米 、 时 万立方米／ 天 立方米 } 钟 米 1 1 7 0 7 ～2 9 ． 5 7 31 4 3 ～2 2 2 2 5 微量 1 5 9 微 量 6 7 ． 9 2 1 6 1 5 ． 4 4 2 1 0 ． 0 6 ～1 5 ． 2 4 3 8 1 ～2 1 5 9 4 7 7 1 5 9 ～3 1 8 1 6 ． 9 8 6 7． 9 2 1 4 0 2 1 1 3 9． 1 4 ～l 5 ． 2 4 3 81 ～2 0 0 1 4 ． 3】 】 ． 5 9 ～3 1 8 2 ． 8 3 9 0． 5 6 2 2 8 6 2 4 3． 0 5 ～ 1 2 1 9 3 1 1 2 ～2 2 2． 2 2． 3 9 1 5 9 2 ． 1 2 6 7． 9 2 2 3 3 7． 2 0 3 5 1 5． 2 4 3 1 7 5 O ． 9 5 1 ． 5 9 ～2 ． 3 9 0 4 5 2 8 4 1 7 5 ． 7 6 4 6 4 5 7 ～3 6． 5 8 3 8 1 ～2 0 0 微量 1 ． 5 9 3． 5 4 5 6 ． 6 0 3 0 7 0． 8 6 5 7 6 ． 】 0 ～2 0． 4 2 3 1 7 ． 7 ～2 1 5． 9 0 8 0 1 5 9 ～l 9 1 3 5 4 6 7 ． 9 2 3 2 3 0 8 8 6 8 7． 6 2 ～1 5 5 3 8 1 ～2 0 0 3 1 8 1 ． 5 9 ～3 l 8 微 量 6 7． 9 2 2 5 7 5 5 6 7 备 注 1 井深 1 1 5 8 ． 2 4 m 时 遇天 然气 侵 ，返出速 度 1 6． ％ 万立 方 米 ／ Y , 。用泥 浆 压井 。 2 井深 7 0 1 ． 0 4 m 时遇 盐水 侵。下 技术 套管 封 闭该层 。井 深 2 2 3 9 ． 0 6 m 时钻 遇天 然气 侵 ， 流速 2 舟3万 立方 米／ 天 3 井深 1 4 5 8． 1 6 m 时遇 天然 气 慢 ，流 速 2． 1 2立 方米 ／ 天 。 4 气雾 钻井 3 1 7 ． 5 n a 7 1 表层 井 眼至井 深 9 6 7 ． 7 4 m。下 完 2 4 4 ． 4 8 mm套 管后 转 用油 基 泥浆 5 2 7 9 ． 4 n n n井眼机械钻速 3 6 ． 5 8米／ 4 钟 ，岩屑返出量超过 2 ． 2 3立方米 、 时。 6 井深 3 1 1 4 ． 6 9时遇 天然气 侵 ，流 速 3． 5 4万 立方 米 ， 天 。 7 钻 遇 预报 的高压 气层 前 ，于 井深 2 1 7 0． 1 8 m 处 开始 转 用泥浆 钻进 。 问题 。作业者 不得 不停 工 2 4小 时直到气温转决 了传统排污池使 用 中存在 的许多 问题。 暖。这 口井 的另 一个特 点是 ，表层 套 管下 完 现场试验 证 明 ，该循 环 系统 的连续 液 体 后就将空气 钻井 转到 油基 泥浆 。这在 Ar k o ma 处理能力 可 达 1 4． 3 1立方 米 ／ ， J 、 时甚至 更 高。 盆地的某些 地 区是 常见 做 法 ，因为在这 个 井连续固相处 理能 力 为 2． 2 3立 方 米／ ， j 、 时 相 段有一大 逆断 层 ，存在 易 垮塌 的页 岩 ，不能当于 2 7 9 ． 4 ram 钻头机 械钻 速 3 6． 5 8米 ／ 5 钟 在这个井段实施空气钻 井。根据 法令 的规定 ， 时返 出的岩屑 量 连续钻井作业 时最 大产气 使 用油基泥浆必须 配合使 用闭合的循环 系统 。 量为 3 ． 5 4万立 米／ 天 ，适 用 的钻 头 尺寸范 围 这样 仅 为 了钻进表 层井 眼而建 造一个 正规 的 为 2 0 0 --3 8 1 mm。注气 量 4 5 ． 2 8 ～9 0 ． 5 6立方 排污池就显 得更 加 昂贵 。而且 为 了防止 油基米份 钟 ，注水量 1 ． 5 9 ～3． 1 8立方 米 ／ ， J 、 时。 泥浆的污染 ，使用后不 得将 排污池彻底清理 。 处理能力 可 以满 足 Ar k o ma盆 地 内绝大 多数 这就反映 出了新循环系统 的优越 性。 油井的施工 要求 ，有很 大的 适 用范 围。 与 土 7号井在 Ok l a h o ma的一个 国家公 园 中施制排污池 的造 价 和环境 风 险相 比，文 中 所介 工 。井场距公 园 的主供 水库 很 近 ，因 为排 污绍的闭合循 环 系统应该 得 到广 泛使 用。经 过 池有渗漏或 溢泄 的风险 ，所 以公 园的管 理人合理 的设 计 和使 用 ，这种 闭合 循 环系统 将 以 员不允许使用排污池。新闭合循环系统就满安全、简单和经济等优势替代目前习惯使用 足 了这个 要 求。 同样 ，8号井 的井场 是 在市的土制排污池 。 区 ，当地法令也禁止使用开 口的排污池 。 结 论 这种适用于空气钻井的闭合循环系统解 译 自 I A DC ／ S P E 3 9 3 0 2 维普资讯