钻井液气分离器最大处理量分析研究

在石油天然气钻井过程中气侵的现象普遍存在,如不及时将侵入钻井液中的天然气分离出来,受侵钻井液再次循环进入井内,将可能导致井涌或井喷的严重后果,使用钻井液气分离器将进入井内的天然气从钻井液中分离出来对钻井井控有着至关重要的作用。文章根据气体滑脱理论,液气混合物在分离器中的流动特点,分离器结构特点等,得出钻井液气体分离器最大处理量的计算公式,对现场应用具有一定的意义。     

重力式气液分离器处理能力分析

通过对重力式气液分离器的结构和工作原理的研究,确定影响其处理能力的关键因素主要为排气管尺寸和高度、液垫高度、钻井液的类型以及钻井液性能。结合油藏油气性质,计算出分离器的最大可处理量。采用井控模拟软件计算钻井液出井的放喷速度,综合评价气液分离器的工作能力。在钻井设计阶段,结合油藏及钻井工况,对气液分离器能力进行评估,为实际作业中进行井控处理提供理论依据,同时为钻机检验时气液分离器的评估提供技术指导。     

钻井用四相分离器工艺原理及结构分析

钻井用四相分离器用于欠平衡钻井、控压钻井、含硫化氢井,安装在地面,能够实现气、固、液、油四相分离.该分离器比现有的液气分离器更安全,功能更全面.分析了卧式钻井用四相分离器的工艺原理、结构组成、主要部件的结构和工作原理.它不仅能实现地面密闭分离,而且还减少了钻井现场原有的地面固控分离设备,提高钻井安全性,达到节能、环保的目的.     

液气分离器现场安装要点分析

液气分离器是石油钻井行业中井控装置的重要组成部分,用来净化受侵钻井液。在实际应用中,经常由于液气分离器排液口高度安装不当,会影响分离器气液分离效果,甚至会导致短路,气体从出液管排出,当含易燃易爆气体或含硫化氢时,会造成火灾、爆炸及人员中毒等严重事故发生。本文从分离器进液管与出液管和排气管关联因素,各管径的尺寸大小、安装高差、形成的液位高度、工作流量和工作压力对分离效果影响,以及技术参数的计算等方面进行分析,以达到安全快速安装的目的,对生产具有现实的指导意义。     

欠平衡钻井液气分离器的研制与应用

欠平衡钻井技术有利于防止钻井液漏失、能及时发现和保护油气层 ,并能提高机械钻速等。但由于欠平衡装备价格昂贵、制约了这一技术的发展。鉴于这种状况 ,自行研制了一台适应欠平衡钻井施工的重力型液气分离器。这种分离器的关键参数是单位时间内能够分离液体与气体的体积 ,将液气分离量主腔容积、承受内压强度和钻井液最大处理量分别设计为 8m3、1 2MPa和 2 70m3/h ,气体最大处理量设计为 1540 0m3/h。经模拟试验和现场应用情况表明 ,研制的液气分离器脱气效果良好 ,能满足欠平衡钻井需要。     

HYQF1.6/6-24/240-W钻井液气分离器的研制与应用

针对目前国内钻井队对钻井液气分离器的需求,研制开发出了HYQF1.6/6-24/240-W钻井液气分离器.该钻井液气分离器根据强制重力分离原理,采用二相分离器,折板除雾器除雾效果好,不易堵塞,丝网除沫器能除尽细小液滴.该钻井液气分离器为卧式结构、升降式底座,容积大、液气处理量大、工作压力高,陆地钻井和海上钻井平台钻井都适用.罐内设置暖气片组,通上气暖或水暖在寒冷冬天不影响使用;液气分离器分离出的液体进入循环罐后继续使用;分离出的有毒、有害气体用排气管线引出井场;点火管上安装的点火器会自动点火燃烧,利于环境保护,较好地克服了现有钻井液气分离器存在的不足,满足了气侵钻井液处理的要求.     

浅谈欠平衡钻井用液-气分离器的结构和设计

介绍了3种欠平衡钻井用液一气分离器及其结构，对液气分离器U型管的设计及最大处理气量估算进行了讨论，并提出设计时应注意的几个问题。     

气基流体钻井气液流量组合设计新方法及应用

欠平衡钻进时井底压力较高,会引起储层的伤害,而接单根时井底压力较低,将引起井眼的破坏,而井底压力可由气体和液体流量组合来控制。为了使欠平衡钻井中储层伤害和井眼失稳之间的矛盾最小化,给出了一套在给定地质、钻井条件下进行充气欠平衡钻井气液流量组合设计新方法,该方法利用欠平衡钻井井筒4相流体动力学模型,将已确定的井底压力安全窗口转换为地面气液体注入流量的安全窗口。此流量安全窗口中,地层孔隙压力限制了窗口曲线的上界,井眼坍塌压力为窗口曲线的下界,并由钻井液的携岩能力和井壁冲蚀曲线封闭而成。此设计方法采用电子表格软件绘制气液流量安全窗口,可直观地选择最优流量组合。使用该设计方法对新疆石南油田SN4003井的充氮气欠平衡钻井进行优化设计,并与钻井实效对比评价,证明了该方法较为可靠、实用。     

变梯度控压钻井井控过程中井口回压变化规律

为了准确掌握变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化规律,采用考虑密度突变的井筒气液两相变质量流动模型,分析了基于井底恒压的变梯度控压钻井井控过程中井口回压的变化,探讨了不同因素变化对井口回压的影响,并开展了最大井口回压影响因素敏感性分析。研究发现：变梯度控压钻井在控制井底压力恒定时井口回压的调节受气体膨胀、分离器位置处液相密度突变、套管鞋及海底泥线处环空变径等多个因素综合影响,其变化规律更加复杂;其他条件不变时,分离器与钻头间距越小、轻/重质钻井液密度差越大、地层压力越大、循环排量越小,循环排气过程中的井口回压越大;对于最大井口回压而言,地层压力、轻/重质钻井液密度差、分离器与钻头间距、循环排量的比变异系数值依次减小,敏感性程度也随之降低。研究结果可为变梯度控压钻井井控过程中的井口回压准确预测和井筒压力精细控制提供理论支撑。     

气侵期间环空气液两相流模拟研究

钻井过程中地层气体一旦侵入井眼,环空中会形成气液两相流,如果控制不及时或不当,极有可能产生井喷。为研究气侵期间环空中气液两相流的流动规律,以及时控制气侵及防止井喷的发生,以空气—钻井液为介质,分析了垂直井眼环空中气液两相流流型,建立了环空流场的物理流动模型,采用标准k-ε模型对紊流场进行模拟计算,在模拟条件下,得出了气侵发生前后环空气液两相流的流动规律与气侵期间井眼流体实际流动情况相符,并给出了气侵发生后,流体流型转变、气体运移速度及气体在环空空间上的分布规律。计算结果对井控计算机模拟研究具有一定的指导意义。     

胜利油田高油气比地层欠平衡钻井技术

高油气比地层由于其气量较高,溢流激烈程度较高,欠平衡钻井的井控难度较大。胜利油田在渤深6区块的高油气比潜山油藏进行了十几口井的欠平衡钻井施工,通过对高油气比储层溢流特点以及施工中出现问题的分析,制定了一些有效的欠平衡钻井井控措施,并形成了一套适合高油气比储层的欠平衡钻井技术。防止油气在井底积聚,避免连续气枉的形成,是高油气比地层欠平衡钻井成功的关键;确定合理的钻井液密度,可实现无需节流控制;在地面处理系统中必须安装一个U形管,可增加液气分离器的水封高度,防止气体从液气分离器排液口间歇喷出。     

应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究

钻遇高产气层时,气体大量侵入井内,应急放喷施工使得井下管柱面临严重冲蚀。为分析大放喷量、高携砂率下井下管柱的冲蚀情况,开展了应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究。应用有限元法,利用ANSYS-Fluent数值模拟软件,针对钻杆水眼和钻杆-套管环空内的流场特性、颗粒轨迹和冲蚀行为开展了模拟分析,得到了日放喷量和日出砂量对冲蚀的影响规律。结果表明：当通过钻杆水眼放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头内壁缩径面;当通过环空放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头外壁迎风坡;从环空放喷时的冲蚀程度比从钻杆水眼放喷时更为严重。基于研究结果,建议通过钻杆水眼进行放喷,在放喷初期采用小排量放喷,待井筒内泥浆、岩屑和砂粒几乎放喷完后再增大放喷量,可有效降低管柱冲蚀。该研究成果为高压高产气井应急放喷施工方案的制订提供了依据。     

土库曼斯坦阿姆河右岸B区块钻井关键技术

为了解决土库曼斯坦阿姆河右岸B区块钻井中因井喷、井漏以及卡钻事故造成大量井眼报废的钻井难题,在分析已钻井发生的事故案例的基础上,深入研究"次生高压气藏"、高压盐水层和高压气层对钻井安全的影响,跟踪研究新钻井出现的问题,通过11口井的钻井实践,形成了由井身结构设计、钻井液体系、井控装置配套和以"液量稳定"控压钻井方法为核心的钻井工艺等组成的阿姆河右岸B区块钻井关键技术。在B区块现场应用后,钻井成功率由原来的18.46%提高到100%。实践表明,该钻井关键技术能够保证土库曼斯坦阿姆河右岸B区块钻井施工的顺利进行,也可为其他类似区块安全钻井提供了借鉴。      

气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理研究

气体钻井中气体携岩冲蚀钻杆是引起钻杆快速失效的主要原因之一。基于此,文中采用计算流体动力学(CFD)方法建立了圆形规则井眼、钻杆居中情况下的高速气体携岩冲蚀钻杆的两相流模型。通过对环空气体流场、钻杆表面冲蚀速度和岩屑颗粒对钻杆的冲蚀过程及其运动轨迹的分析后发现,与钻杆接头斜坡碰撞的岩屑颗粒对钻杆有冲蚀作用,最大冲蚀速度发生在钻杆接头斜坡面上,其次在公接头以上0.2～1.8m长度范围内的钻杆本体表面上。这些区域可能形成严重的冲蚀坑,也可能出现微裂纹,在受到钻井过程中的弯、扭、拉等动载荷联合作用下可能发生裂纹扩展、失效现象。     

Hydrodynamics of the Low-Energy Separator

The hydrodynamics and operational principle of the low-energy separator are described. This separator has two stages of separation: pre-separation and a twin separation unit composed of vortex-type separators. Multi-phase flow is fed to a pre-separation pipe designed to create stratified flow. Next, the stratified flow is split up into two streams, one formed mainly by gas and liquid, and another formed mainly by liquid and solid. These streams are diverted toward a twin vortex-type separator where each stream is separated into its individual phases. A three-layer model is used to study the pre-separation process, and a mechanistic-lagrangian model is used to analyze the flow into the twin-separation unit. The device is intended for use on facilities where the space is limited. Potential application of this separator includes, but is not restricted to, separation of multi-phase flows in surface equipment of under-balanced drilling, and in oil production facilities.     

井筒气侵后井底压力变化的计算分析

钻井过程中一旦发生气侵,如果控制不当,容易出现井涌、井漏、井喷等井下复杂事故.为了更有效地控制钻井过程中的井底压力,确保钻井安全,根据钻井过程中井筒多相流动的特点,建立了井筒气侵后井底压力的计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解.通过仿真算例,讨论了排量、井口回压、钻井液密度、钻井液黏度、井底初始压差和气相渗透率对...     

Hydrodynamics of the Low-Energy Separator

Abstract

The hydrodynamics and operational principle of the low-energy separator are described. This separator has two stages of separation: pre-separation and a twin separation unit composed of vortex-type separators. Multi-phase flow is fed to a pre-separation pipe designed to create stratified flow. Next, the stratified flow is split up into two streams, one formed mainly by gas and liquid, and another formed mainly by liquid and solid. These streams are diverted toward a twin vortex-type separator where each stream is separated into its individual phases. A three-layer model is used to study the pre-separation process, and a mechanistic-lagrangian model is used to analyze the flow into the twin-separation unit. The device is intended for use on facilities where the space is limited. Potential application of this separator includes, but is not restricted to, separation of multi-phase flows in surface equipment of under-balanced drilling, and in oil production facilities.     

控制泥浆帽钻井泥浆帽高度影响因素分析

在控制泥浆帽钻井过程中,主要通过泥浆泵调节泥浆帽的高度实现对井底压力的控制。以多相流理论和控制泥浆帽钻井基本原理为基础,建立了环空多相流计算模型,并利用有限差分法对模型进行了求解。通过仿真算例,讨论了气侵时间、排量、钻井液密度、初始井底压差、气相渗透率、井深、钻井液黏度等对泥浆帽高度的影响规律,结果表明:气侵时间越长、排量越小、钻井液密度越小、初始压差越大、气相渗透率越大、钻井液黏度越小,需要调整的泥浆帽高度越大;在其他条件相同的情况下,井越深,泥浆帽高度的峰值出现得越晚。研究结果为控制泥浆帽钻井过程中泥浆帽高度的合理调节提供依据。