空气钻井携岩及防燃爆最小注气量计算方法

空气钻井是一种特殊的欠平衡钻井方式,当钻遇气层时,天然气就会侵入井内与空气混合,在井下高温高压的环境下极易发生燃爆。注入的空气量既要能有效地携带岩屑,又要能防止井下燃爆。针对空气钻井中确定最小注气量的难题,根据修正的Angel模型,应用最小动能法和最小速度法,建立了携带岩屑的最小注气量方程;根据气侵速度和甲烷在井下的燃爆极限,通过控制甲烷的体积浓度,得出了防止燃爆最小注气量的计算方法;通过计算机编程,对川中某气田空气钻井的最小注气量进行了计算,其结果与实际作业中的最小注气量数据非常吻合。     

空气钻井防止井下燃爆体积流量计算方法

针对空气钻井中较难确定最小注气量的难题,注入的空气既要能有效地携带岩屑,又要能防止井下燃爆。基于修正的Angel模型,根据井底和井口岩屑粒径的变化,考虑岩屑多次碰撞、重复破碎造成的能量损耗,应用最小动能法建立了携带岩屑的最小注气量方程;根据天然气进入井内的速度和甲烷在井下的燃爆极限,通过控制甲烷的体积浓度,得出了防止井下燃爆的注气量的计算方法。     

徐深气田空气钻井转换雾化钻井最佳时机确定

针对空气钻井地层出水后，岩屑易形成泥环造成环空循环不畅等问题，需要确定转化为雾化钻井的时机，开展了临界地层出水量及最佳转化时机研究与试验。通过使用烘干的采集于空气钻井不同层位的岩样，开展了气体雾化水、岩屑吸水、岩心吸水及岩屑吸水形态变化地面试验，得到了岩屑吸水后形态变化情况，得出岩屑聚团是气体钻井出水后危险的状态。同时以空气钻井裸眼段长度1 000 m为例，经过对试验数据分析，当排砂管线内有自由水出现，地层出水量为0.51 m3/h时，空气钻井应及时转换成雾化钻井。现场试验表明，通过试验手段得到空气钻井转化成雾化钻井转化时机能够有效地指导徐深气田空气钻井安全施工。     

空气钻井的技术难点剖析及发展前景展望

空气钻井作为一种新兴的钻井技术,具有钻速高、成本低、环保性好等优势,已在国内外展现出强劲的发展势头。目前,国内外对空气钻井技术的理论研究尚存在很大的局限性,广泛开展空气钻井技术的研究势在必行。在总结国内外现有空气钻井理论研究的基础上,着重分析了空气钻井理论模型的建立、温度场模型的建立、最小注气量的选取以及临界出水量的确定4方面的技术难点;并且从空气钻井理论模型的深入研究、实验手段和计算机科学的应用以及空气钻井配套技术的研究等方面展望了未来空气钻井技术的研究方向。     

非水化地层微量出水后气体钻井最小注气量理论研究

气体钻井过程中,当钻遇水层时,地层出水容易造成岩屑聚并,影响井眼净化效果,严重时会导致施工无法正常进行,因此地层出水是限制气体钻井应用范围的最大障碍之一。当地层微量出水时,可采用增大气体注入量的方法继续钻进,而计算增加多少气体注入量是关键。前人只研究了地层大量出水条件下,地层出水量与注气量的关系。为此,在前人研究的基础上,对气体钻井过程中地层微量出水时的携岩基本规律和有关理论进行了研究,并对气体钻井过程中最小气体注入量模型进行了分析和修正,从而推导出了确定地层微量出水时气体钻井所需最小注气量的计算公式,以方便现场计算地层微量出水时所需的最小注气量,指导气体钻井安全顺利进行,以达到提高钻井速度、节约钻井成本的目的。      

气体钻井最小气体体积流量计算新方法

目前气体钻井时主要采用Angel模型计算注气量,但与实际注气量相比,Angel模型的计算结果往往偏小。为此,结合最小速度理论,首先计算得到携带岩屑所需的最小流速,然后采用最小动能方法求解气体钻井所需的最小气体体积流量。考虑气体流量、环空截面积等因素对气体钻井所需最小气体体积流量的影响,引入颗粒群系数与阻力系数对计算结果进行了修正,使求解得的气体钻井最小注气量更加准确。计算结果表明,修正模型的计算结果比Angel模型更符合现场实际情况,机械钻速、井眼直径对气体钻井最小气体体积流量的计算结果也有很大影响。      

气体钻井临界携水量计算

地层出水是制约气体钻井顺利实施的一个瓶颈,准确计算一定注气量下的临界携水量对于气体钻井现场安全施工、避免井下复杂至关重要。基于最小动能标准建立了计算气体钻井临界携水量的数学模型,该模型综合考虑了地层出水后环空多相流动状态,利用该模型可确定气体钻井注气量和临界携水量的对应关系。计算结果表明：增加注气量和降低液气表面张力是提高气体钻井临界携水量的有效途径;当增加注气量不能满足携水要求时,必须转换钻井方式,通过降低液气表面张力来提高临界携水量;气体钻井临界携水量计算需兼顾携带岩屑和携水两个要求,当所需的最小携水动能等于最小携带岩屑动能时,液气表面张力达到极值,进一步降低液气表面张力失去意义。实例验证表明,该研究成果能够用于指导气体钻井现场实践,为地层出水后气体钻井转换钻井方式提供了理论依据。     

空气泡沫钻井技术在川东北QX-2的应用

川东北上部陆相地层为高陡构造,砂、泥、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,须家河组石英砂岩硬度达8级,可钻性差,漏层多,中下部地层破碎,井眼稳定性差,钻井中时常发生井漏,井漏后往往诱发井塌,并且漏失井段长,极易造成井下复杂,处理难度大。空气钻井作为陆相地层提速有效手段已得到认可。然而,空气钻井钻遇严重出水地层后,井底岩屑无法顺利返出,导致空气钻井无法实施。空气泡沫钻井技术为大幅度提高川东北上部地层机械钻速提供了有效的钻探手段,进一步拓宽了技术服务领域。空气泡沫钻井技术在川东北QX-2井的成功应用,不仅大大提高了机械钻速,缩短了陆相地层的钻井周期,有效解决了该工区“硬”、“斜”、“漏”三大技术难题,并且有效的避免了井下燃爆,为欠平衡钻井技术广泛应用拓展了新的空间。

     

空气钻井地层出水限定值的探讨

采用空气钻井时，经常会遇到地层出水的情况，大多认为在出水量达到5m^3／h就应该转化成雾化钻井或其它方式钻井，更有甚者认为出水量大于2m^3／h时就应该转化。事实上不同的地层岩石特性不同，对于地层出水的限制也应该不同，所以应根据裸眼井段的地层岩性、井壁稳定性、裸眼井段是否有漏失层等条件而定。     

空气钻井预测地层出水量的探讨

通过邻井地层对比及测井与录井资料评价,从流体物性、地层物性、地层出水量3个方面对侵入井筒的地层水量进行了分析,列出了计算出水量的方法。考虑非漏失层长裸眼井段泥岩吸水性的影响,较准确地预测了侵入井筒的地层水量,以此作为判断该井段是否适合空气钻井和转化为其他钻井方式的条件。根据夏72井测井数据及地层特征,利用所编软件对测井数据进行处理,绘制岩性吸水前后地层深度与地层出水量的关系图,得出了考虑长裸眼井段地层吸水量重要性的结论,较好地在地层出水量方面对空气欠平衡钻井进行了评价。     

空气钻井用空压装置结构优化

国产空压装置在排气量、排气压力方面不能满足空气钻井的需要,急需研制满足空气钻井使用的空压装置。为此,依据空压装置的工作流程,制定了3种结构方案,采用CFD软件对空压装置进行整机数值计算。由数值计算结果知,3种方案中空气在空压装置机组舱内可以形成合理的气流通道,实现机组舱的通风散热。根据3种方案结构上的优缺点,最终确定方案Ⅰ为空压装置模型。研究成果LK-30/2.5QZ空压装置目前在现场使用情况良好,运行正常。     

带空气锤的空气钻井破岩机理

国内外对空气钻井的井壁稳定性、最小体积流量、地层出水和井斜的控制、提高钻速的机理等方面作了深入的研究,但对破岩机理的研究却较少。为了弄清楚空气钻井尤其是带空气锤的空气钻井破岩机理, 依据空气钻井中的专用钻具空气锤的工作特性及其破岩特点,从井底破碎坑的分布、岩石的破碎形态两个方面对岩石破碎、空气钻井破岩机理进行了定性与定量分析,分析了空气钻井的工艺参数与空气锤的工作参数对破岩的影响,进而建议开展空气钻井破岩机理仿真、实验台架研制及专用空气钻井设备选型的研究工作。     

186型螺杆空气压缩机气体调节原理

186型螺杆空气压缩机气体调节系统是空压机的核心部件,它由加载阀、调节阀、进气阀和速度调节器组成。本文介绍了压缩机气体调节系统各个元件的结构组成、工作原理、调节过程。掌握这些基本知识,有助于对186型螺杆空气压缩机加深了解、以便正确地使用,及时有效地维护、修理,从而提高空压机的出勤率和使用寿命。     

潜孔冲击器故障分析

目前我国石油勘探主要集中在西部探区,其地表山区分布广泛,使用着大量的人抬式轻便钻机,利用空气冲旋钻井。在钻井过程中,经常会出现冲击器冲击无力、卡滞,甚至报废等故障,导致钻井效率降低、钻井成本增加。本文针对探区的地层特点和冲击器结构,分析了冲击器发生故障的原因,并提出了相应的改进建议。     

空气预热器的改造

介绍了中国石化青岛炼油化工有限责任公司余热回收系统的空气预热器的改造情况,分析了如何通过对空气预热器的改造来降低余热回收系统排烟温度,从而提高加热炉的热效率。改造后,烟气排烟温度比改造前降低30℃左右,空气所获得的能量比更换热管前有较大提高,节能效果显著。