井下钻井液固相分离器的研究

井下钻井液固相分离器利用水力旋流器原理,将钻井液在井下通过钻头之前进行固相分离,使高密度、高固相、高粘度的重钻井液通过它的上喷嘴提前射入环形空间,而让分离后的低密度、低固相、低粘度的轻钻井液通过钻头。这样有利于改善钻头工作环境,提高井底射流的破岩和清除岩屑的能力。室内和现场试验表明,机械钻速可提高10％～30％,钻头寿命可提高30％。     

离心式气液分离器主要结构参数分析

在用于高密度、高粘度气侵钻井液的除气分离系统中,离心式气液分离器作为第二级分离器,其结构对分离性能有很大影响。为了提高离心式气液分离器的分离效率,需对其结构参数作进一步分析。按照正交试验方法,运用CFD商业软件对离心式气液分离器内流场进行了全三维数值模拟;分析了25个典型工况下每种模型内部气液两相流的运动情况和分布状况,得到了所有工况条件下分离器的分离效率;探讨了分离器主要结构参数对分离器分离效率的影响,提出了基于数值模拟基础上的理想分离器模型。     

地面除气系统影响因素实验研究

根据现有重力式分离器和离心式分离器结构,应用CFD技术对其内部流场模拟,通过正交实验方法设计了不同工况下的数值模拟方案,应用极差分析法和方差分析法对影响除气效果的各因素进行研究。分析认为,影响除气效果的主要因素是气泡直径和钻井液黏度。根据数值模拟得到最理想的分离器结构和工况组建了室内实验台架。将实测数据与数值模拟结果进行了对比,分析结果表明,数值模拟得到的除气效率变化趋势与实测结果总体一致,验证了数值模拟方法的可行性。     

组合式钻井液气体分离器研制

为满足大排量、高含气钻井液的气体分离要求,通过结构优选、数值模拟和室内试验,研制了组合式钻井液气体分离器。该分离器结合重力式分离器和管柱式旋流分离器的优点,处理量大,分离效率高,可以应用于欠平衡钻井工艺中。     

深井钻机钻井液真空除气器研制与应用

针对深井、超深井钻井过程中,使用高密度钻井液,导致常规真空除气器处理量大幅下降、除气效率明显降低的难题,研制出一套适用于高密度钻井液的真空除气器,满足深井、超深井钻井的需要。研制了轴流式辅助进液装置,提高了除气器的处理能力; 设计了射流式排液装置,具有较大的抽吸能力,大幅提高了除气器的真空度,进而提升了处理量和除气效率。现场试验结果表明,深井钻机钻井液真空除气器的工作性能稳定,处理量大,除气效率高,满足了高密度钻井液除气器的需要。     

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.     

钻井液除硫剂吸收硫化氢动态评价方法研究

针对现有钻井液中硫化氢吸收剂的室内评价效果与现场使用效果差异较大的问题,设计制作了钻井液吸收硫化氢动态模拟实验装置。实验确定了装置的工艺参数：钻井液配备量为80L,气体进口压力范围0.05MPa～0.5MPa,气液分离器操作液位为分离器锥体上部79cm～93cm、分离器锥体下部26cm～31cm,串联式尾气吸收装置吸收级数为5级,泵的出口排量为0m3/h～1.0m3/h,在此基础上动态评价了硫化氢吸收剂的吸收效果。结果表明：当硫化氢气侵钻井液速度为8g/min,钻井液循环时间为35min,硫化氢通入量在40g～280g时,含不同硫吸收剂的钻井液对硫化氢的平均吸收率为：1#为26%,2#为66%,3#为79%,4#为90%。     

水平井岩屑床清除的室内模拟试验

水平井水平段环空易形成岩屑床。模拟水平井水平段岩屑床形成、发展及清除过程进行了室内试验研究。结果发现,调整钻井液特性及水力条件可以使岩屑运移并清除岩屑床,当环空返速高于临界返速时,转动钻具,延长洗井时间,也可以改善环空净化。     

HDHQ-200Ⅱ型钻井液气分离器点火器的研制

为了解决目前国内在石油和天然气钻井过程中,钻井液气分离器分离出来的有毒可燃气体需要点火燃烧的问题,研制了HDHQ-200Ⅱ型钻井液气分离器点火器。该点火器主要由点火器控制箱、点火器高压发生箱、连接电缆、高压点火线、高压点火电极、点火火炬管、点火控制箱连接短节和遥控器等组成,具有自动点火、手动点火和遥控点火3种点火方式,气压高或气压低时都能将分离出来的可燃气体点火燃烧掉,完全满足钻井现场的使用要求。试验与现场应用情况表明,在雨天、大雪天、大雾天和6级大风条件下,用石油液化气各进行了5次以上的试验,每次都能点燃。3种点火方式的现场试验也完全满足现场使用要求。     

钻井液密度对高钢级套管磨损量的影响研究

现有研究较少涉及高密度钻井液作用下高钢级套管的磨损程度分析,缺少高密度钻井液作用下预测和计算高钢级套管磨损所需的磨损效率和摩擦因数。为此,模拟井下工况,在高密度聚磺体系钻井液中进行了非API标准的TP140钢级套管磨损试验,分析了聚磺体系钻井液密度对TP140套管磨损性能的影响。分析结果表明,在聚磺体系水基钻井液中,当正压力和转速一定时,钻井液密度越大,TP140钢级套管的磨损效率、摩擦因数和套管磨损综合评价因子越大;采用套管磨损综合评价因子衡量套管耐磨性能更为合理。     

Study on a Surface Gas-Removing System for Weight Drilling Fluid

Abstract

A gravitational separator is often used to remove gas in contaminated drilling fluid during conventional drilling but fails to meet the gas-removing need for weight drilling fluid and to maintain the stable property of fluid by high viscosity for high-pressure gas formation. Therefore, it is essential to research the surface gas-removal system. According to the existing gravitational separator and centrifugal separator structure, computational fluid dynamics (CFD) simulation technology is applied to show the flowfield characteristics of a gravitational separator and centrifugal separator, and a numerical simulation scheme was designed using an orthogonal design method. Range analysis and variance analysis were used to determine the independent factors, such as air bubble diameter and fluid viscosity. Then, based on the numerical simulation results under the separator structure and working condition, the laboratory simulation platform was designed. By comparing numerical calculation with in-house laboratory investigation, the results show that the calculated change tendency of gas-removal efficiency is in agreement with the obtained result from by laboratorial tests on the whole. The design of a double-stage gas-removal system is preferable to dealing with the gas-contaminated weight drilling fluid, which can remarkably raise the gas-removal efficiency. Under laboratory conditions, the double-stage gas-removal system obtained a maximal amplitude beyond 15% compared with the one-stage system, and the separated density was close to the unaerated density. Numerical simulation was helpful for optimizing the structure and determining the best working conditions.     

LZCQ／3离心式真空除气器

ＬＺＣＱ／３离心式真空除气器是用来除去气侵钻井液中直径小于０．８ｍｍ的小气泡的除气设备。它采用水平离心力场和负压双重作用原理来达到除气目的，其处理量为３ｍ３／ｍｉｎ，除气效率为９５％～９９％，可有效地除去侵入钻井液中的气体，避免因气侵造成的井涌、井喷和盲目加重钻井液而引起的井漏等恶性事故。这种除气器具有安装、操作、维护保养方便，无故障工作时间长等特点，可兼作搅拌器用于搅拌罐内钻井液，代替离心泵倒罐。     

具有特殊结构的微泡沫钻井液技术综述

近来开发出一种新的钻井液工艺--具有独特结构的微泡沫基钻井液,用它在世界范围内几百口井中顺利完成了枯竭储层的钻进.该钻井液的主要特点是,密度低,微泡沫具有架桥作用,基液粘度特别高,所以在钻低压地层时能很好地控制滤失量.微泡沫钻井液主要由增粘生物聚合物、表面活性剂和滤失控制剂组成,基液具有很高的低剪切速率粘度,通过在混合漏斗中采取合适的操作,表面活性剂将体系中的空气包裹起来即产生了微泡沫,钻井液从钻头喷射出时由于压力的降低也可能产生微泡沫,所以使用微泡沫钻井液不需要井场添加注入气体用到的设备.微泡沫具有特殊的结构,不会聚结,可循环使用;在井眼条件下能聚集在一起,在孔隙中及微裂缝处形成架桥,减少钻井液的侵入.在现场应用中微泡沫钻井液表现出许多优良性能:微泡沫能起到架桥粒子的作用,在枯竭储层及低压地层的钻进顺利;对粘土和页岩有好的抑制性能;流变性能易于维护,具有优良的井眼清洁能力、岩屑悬浮能力和滤失控制能力;可以连续完成上部地层和储层钻进,减少技术套管的使用;对井下工具无不良影响,可以用于定向井和水平井,不影响电测;井眼规则;完井顺利而且固井质量好;对环境的污染极小.介绍了微泡沫钻井液的室内研究及其现场应用情况.     

可循环微泡沫钻井液研究及应用

根据微泡沫理论模型,在室内合成出了微泡沫发泡剂MF1.对该发泡剂的性能进行了评价。结果表明,微泡沫发泡剂MF1的抗温能力大于150℃,抗盐能力达到了10%,抗油能力达到了15%,抗钙能力达到了5g/L.在此基础上研制出了性能良好的微泡沫钻井液配方,对其结构进行了显微分析。结果表明,微泡沫气泡群体是以单个悬浮和部分相互连接的方式存在于体系中,微气泡之间在平面上为点接触,气泡呈大小不等的圆球体。该钻井液密度在0.6～0.95g/cm³范围内可调,体系稳定性良好。在锦45-15-26C井的现场应用证实,在整个钻进过程中该钻井液性能稳定,没有出现气液分层现象,泡沫细小,泥浆泵上水正常,微泡沫钻井液的各项性能均能满足现场使用的技术要求。     

泡沫钻井液动密度随井深变化关系模拟研究

提出了测定泡沫钻井液动密度与压力、温度关系的方法，根据现场实测温度、压力与井深的关系，测定和分析了泡沫钻井液密度随压力、温度的变化关系。结果表明，相同压力下泡沫钻井液动密度随温度的升高而降低；同一温度下随压力的升高，泡沫钻井液密度快速升高，大于一定压力后密度增加缓慢。泡沫钻井液动密度随井深的变化趋势可以分为三段：低压快速上升段、中间弯曲段和高压高温下降段。由于气泡内及气泡表面的各种力的综合影响，井深大于一定值后．温度升高引起的体积膨胀稍大于压力升高引起的体积缩小，泡沫钻井液的动密度会稍有下降，并且动密度始终是小于1．0kg／L的，能够满足现场欠平衡钻井的要求。     

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。     

钻井泵冷缸刺漏与预防

钻井泵冷缸刺漏是钻井泵在现场使用中存在的一个较严重的问题。刺漏是由气蚀引起的,因此预防冷缸刺漏应从预防冷缸气蚀入手。气蚀发生的条件与气泡密切相关,气泡在真空时从钻井液中溢出形成气团,并紧靠缸壁;气团在压缩时因承压能力低而产生爆炸,从而引起缸壁产生气蚀作用。所以,改变气泡爆炸的位置,气蚀破坏的部位必将相应改变,从而达到转移和预防气蚀的目的。     

喷射式气浮法钻井污水处理技术试验研究

针对我国钻井污水的性质 ,新研制了一套室内模拟气浮装置 ,并提出了相应的工艺技术。室内试验和理论计算均表明 ,钻井污水的气浮处理效果受气泡尺寸的影响甚大 ,即适当选取不同的喷嘴结构 ,筛选出最优喷嘴 ,可使气泡尺寸足够小 ,达到分离要求。而不同的气流速度对气泡的半径也有较大影响 ,气流速度愈低 ,气泡半径愈小 ,气泡数量也愈少 ;不同的气流速度对除油和除悬浮物也有一定影响 ,使用最优喷嘴 ,把气流速度调至 30 0mL/min ,除油效率达到91 5% ,除悬浮物效率达到 87 2 %。     

不同黏度钻井液脱气效率实验

准确检测钻井液内烃类气体含量是发现和评价油气显示的重要方式之一,然而钻井液黏度对检测结果存在很大影响。借助钻井液高温高压旋转模拟装置,进行了不同黏度钻井液的脱气实验,回归了不同黏度钻井液脱气效率图版及方程,建立了不同黏度钻井液校正系数图版及方程,可对现场测取的钻井液内烃类气体体积分数进行实时校正,有利于油气显示的及时发现和准确评价。