專利名稱：氣體欠平衡鉆井裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種石油、天然氣用鉆井裝置及方法，特別涉及一種氣體欠平衡鉆井裝置及方法。
背景技術(shù)：
欠平衡鉆井比負(fù)壓鉆井有諸多優(yōu)點(diǎn)，如保護(hù)儲(chǔ)層，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)地層，提高機(jī)械鉆速等，一直被業(yè)內(nèi)人事看好，但欠平衡鉆井進(jìn)展非常緩慢，曾采用過泡沫霧化鉆井，其工藝復(fù)雜，效果不顯著，未能得到進(jìn)一步發(fā)展，后又采用氣體霧化鉆井，其方法如圖1給出的工藝流程，氣體經(jīng)過壓縮后，直接進(jìn)入井內(nèi)，采用空氣鉆井，結(jié)果空氣鉆井常發(fā)生井下爆炸。如采用氮?dú)庾鰵庠?，成本高，工藝?fù)雜。而且采用附圖一的工藝流程存在很大不可靠性和安全問題很難得到推廣。
雖然也有采用天然氣作為鉆井介質(zhì)進(jìn)行鉆井，但在天然氣鉆井過程中，接鉆具時(shí)，鉆具中的殘余氣體溢出，也會(huì)發(fā)生燃爆事故；當(dāng)燃?xì)馀盼鄢隹谠谒查g氣量減少的時(shí)候會(huì)使燃燒口的火熄滅；發(fā)生天然氣漂移井場(chǎng)引起火災(zāi)等隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種具有高安全性的氣體欠平衡鉆井裝置和方法，以解決氣體欠平衡鉆井中存在的技術(shù)不可靠、安全性差的問題。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)一種氣體欠平衡鉆井裝置及方法，它包括氣源、連接氣源與井內(nèi)鉆具的進(jìn)氣、排氣管道及鉆具，其特征是它還包括在氣源進(jìn)氣管道上連接的控制切換裝置，用于檢測(cè)控制氣體的流量、壓力，通過檢測(cè)氣體的流量、壓力，進(jìn)而控制閥開關(guān)動(dòng)作；在放噴排污管線上連接有中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，用于在打開儲(chǔ)層后，隨鉆評(píng)價(jià)儲(chǔ)層；在井口進(jìn)氣管線上連接有短路機(jī)構(gòu)，用于在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過及時(shí)切換，使管內(nèi)剩余氣體及時(shí)達(dá)到短路系統(tǒng)，預(yù)防發(fā)生地面爆炸事故；并始終預(yù)防放噴排污管線噴出口火焰的熄滅。
所述的控制切換裝置是由連接的流量計(jì)、控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)、閥開關(guān)、安全閥、氣體壓縮機(jī)、短路機(jī)構(gòu)及霧化裝置連接構(gòu)成，流量計(jì)與控制電路電連接；在進(jìn)氣管線上連接有霧化裝置和短路機(jī)構(gòu)。
所述的霧化裝置由泡沫霧化器、注液泵、配液罐串接構(gòu)成。
所述的短路機(jī)構(gòu)是傍接在井場(chǎng)進(jìn)氣管道上的管道及閥開關(guān)組成，管道的輸出與放噴排污管線噴出口相通，將余氣排出。
所述的中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，是在放噴排污管線上串接流量計(jì)、分離器、壓力表構(gòu)成。
所述的流量計(jì)在中途測(cè)試機(jī)構(gòu)中可以是孔板流量?jī)x。
所述的流量?jī)x在控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)中可以是電子流量計(jì)。
所述的氣源可以是天然氣、氮?dú)膺€可以是柴油機(jī)尾氣。
所述的氣體欠平衡鉆井裝置及方法，來自氣源的氣體通過控制切換裝置到達(dá)井筒，放噴排污管線將井內(nèi)的氣體及巖屑返出井外，從放噴排污管線噴出；放噴排污管線上有中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，在控制切換裝置與放噴排污管線噴出口之間連接有短路機(jī)構(gòu)，放噴排污管線噴出口有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，在鉆井過程中，有兩種檢測(cè)控制，一種是在鉆井時(shí)的檢測(cè)控制，檢測(cè)井內(nèi)和井外的壓力、流量及時(shí)分析井內(nèi)情況，提供設(shè)計(jì)注入氣參數(shù)，分析氣層是否到位，是否發(fā)生其它問題，如發(fā)現(xiàn)問題，控制切換裝置及時(shí)關(guān)閉閥的開關(guān)，停止輸氣到井內(nèi)；另一種是停鉆檢測(cè)，它包括關(guān)閉氣源，打開短路機(jī)構(gòu)，使管內(nèi)剩余氣體排出；然后進(jìn)行中途測(cè)試，通過檢測(cè)放噴排污管線上的中途測(cè)試機(jī)構(gòu)的壓力、流量和觀測(cè)放噴排污管線噴出口的火焰，了解氣層是否到位、氣層的儲(chǔ)氣量是否發(fā)生其它問題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，(1)、在控制切換裝置內(nèi)有閥開關(guān)、流量計(jì)、控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)、壓力表、氣體壓縮機(jī)、霧化裝置等；該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)氣源、壓力、流量安全切換，并具有在接鉆具時(shí)防止鉆具內(nèi)天然氣泄露，發(fā)生爆炸燃燒事故的短路循環(huán)系統(tǒng)。在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過及時(shí)切換，使管內(nèi)剩余氣體及時(shí)達(dá)到短路機(jī)構(gòu)，預(yù)防發(fā)生地面爆炸事故；并始終保持放噴排污管線噴出口火焰的燃燒，防止火焰熄滅，發(fā)生以外事故。
(2)、采用了中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，能夠隨時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層產(chǎn)量。
(3)、該方法既可實(shí)現(xiàn)氣體鉆井，也可實(shí)現(xiàn)泡沫鉆井和霧化鉆井。
該鉆井方法于2000年8月在陜242我國首例天然氣欠平衡鉆井中取得了圓滿成功。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明圖1為已有技術(shù)工藝流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例流程示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例切換控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中途測(cè)試原理圖。
圖中，1、鉆具；2、井筒；3、切換控制裝置；4、氣源；5、氣體壓縮機(jī)；6、放噴排污管線；7、短路機(jī)構(gòu)；8、中途測(cè)試裝置；9、流量?jī)x10、流量計(jì)；11、閥開關(guān)；12、控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)；13、送氣管道、14、點(diǎn)火裝置；15、壓力表；16、霧化裝置；17、分離器；18、泡沫霧化器；19、注液泵；20、配液罐。
實(shí)施方案如圖2、圖3、圖4所示，來自氣源4的氣體通過控制切換裝置3到達(dá)井筒2，控制切換裝置3是由連接的流量計(jì)10、控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)12、閥開關(guān)、安全閥、氣體壓縮機(jī)5、短路機(jī)構(gòu)7及霧化裝置16構(gòu)成。
所述的霧化裝置16由泡沫霧化。18、注液泵19、配液罐20串接構(gòu)成。
所述的短路機(jī)構(gòu)7是傍接在井場(chǎng)進(jìn)氣管道上的管道及閥開關(guān)組成，管道的輸出與放噴排污管線噴出口相通，將余氣排出，以便在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過及時(shí)切換，使管內(nèi)剩余氣體及時(shí)達(dá)到短路機(jī)構(gòu)7，預(yù)防發(fā)生地面爆炸事故；并始終預(yù)防放噴排污管線噴出口火焰的熄滅。
來自井口的放噴排污管線6將井內(nèi)的氣體及巖屑返出井外，從放噴排污管線6噴出；在放噴排污管線6上有中途測(cè)試機(jī)構(gòu)8，中途測(cè)試機(jī)構(gòu)8用于在打開儲(chǔ)層后，隨鉆評(píng)價(jià)儲(chǔ)層；所述的中途測(cè)試機(jī)構(gòu)8是在放噴排污管線上并接流量計(jì)10、分離器17、壓力表15構(gòu)成，如圖4所示，中途測(cè)試裝置8用于在打開儲(chǔ)層后，隨鉆評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的情況。
在放噴排污管線6的噴出口有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)14，確保排出口一直燃燒，以保證系統(tǒng)的安全性。
所述的流量計(jì)10在中途測(cè)試機(jī)構(gòu)8中可以是孔板流量?jī)x。
所述的流量?jī)x9在控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)12中可以是電子流量計(jì)。
所述的氣源4可以是天然氣、氮?dú)膺€可以是柴油機(jī)尾氣。
所述的氣體壓縮機(jī)5是為了當(dāng)井下發(fā)生復(fù)雜情況(如巖屑攜帶出現(xiàn)問題、井內(nèi)少量垮塌、出水等問題)時(shí)，使用氣體壓縮機(jī)5增大壓力流量來完成井內(nèi)的巖屑排攜，當(dāng)然氣體壓縮機(jī)5在工作時(shí)也需要控制壓力，在沒有發(fā)生如上問題時(shí)，也將關(guān)閉氣體壓縮機(jī)5的工作或關(guān)閉連接管線上的控制氣體壓縮機(jī)5氣體的閥開關(guān)。
在本發(fā)明中，整個(gè)氣體循環(huán)系統(tǒng)是密封的。
權(quán)利要求
1.氣體欠平衡鉆井裝置及方法，它包括氣源、連接氣源與井內(nèi)鉆具的進(jìn)氣、排氣管道及鉆具，其特征是它還包括在氣源進(jìn)氣管道上連接的控制切換裝置，用于檢測(cè)控制氣體的流量、壓力，通過檢測(cè)氣體的流量、壓力，進(jìn)而控制閥開關(guān)動(dòng)作；在放噴排污管線上連接有中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，用于在打開儲(chǔ)層后，隨鉆評(píng)價(jià)儲(chǔ)層；在井口進(jìn)氣管線上連接有短路機(jī)構(gòu)，用于在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過及時(shí)切換，使管內(nèi)剩余氣體及時(shí)達(dá)到短路系統(tǒng)，預(yù)防發(fā)生地面爆炸事故；并始終預(yù)防放噴排污管線噴出口火焰的熄滅。
2.氣體欠平衡鉆井方法，其特征是來自氣源的氣體通過控制切換裝置到達(dá)井筒，放噴排污管線將井內(nèi)的氣體及巖屑返出井外，從放噴排污管線噴出；放噴排污管線上有中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，在控制切換裝置與放噴排污管線噴出口之間連接有短路機(jī)構(gòu)，放噴排污管線噴出口有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)；在鉆井過程中，有兩種檢測(cè)控制，一種是在鉆井時(shí)的檢測(cè)控制，檢測(cè)井內(nèi)和井外的壓力、流量及時(shí)分析井內(nèi)情況，提供設(shè)計(jì)注入氣參數(shù)，分析氣層是否到位，是否發(fā)生其它問題，如發(fā)現(xiàn)問題，控制切換裝置及時(shí)關(guān)閉閥開關(guān)，停止輸氣到井內(nèi)；另一種是停鉆檢測(cè)，它包括關(guān)閉氣源，打開短路機(jī)構(gòu)，使管內(nèi)剩余氣體排出；然后進(jìn)行中途測(cè)試，通過檢測(cè)放噴排污管線上的中途測(cè)試機(jī)構(gòu)的壓力、流量和觀測(cè)放噴排污管線噴出口的火焰，了解氣層是否到位、氣層的儲(chǔ)氣量及是否發(fā)生其它問題。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的短路機(jī)構(gòu)是傍接在井場(chǎng)進(jìn)氣管道上的管道及閥開關(guān)組成，管道的輸出與放噴排污管線噴出口相通，將余氣排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，是在放噴排污管線上串接流量計(jì)、分離器、壓力表串接構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的流量計(jì)在中途測(cè)試機(jī)構(gòu)中可以是孔板流量?jī)x。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的流量?jī)x在智能控制機(jī)構(gòu)中可以是電子流量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的氣源可以是天然氣、氮?dú)膺€可以是柴油機(jī)尾氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的控制切換裝置是由連接的流量計(jì)、控制檢測(cè)機(jī)構(gòu)、閥開關(guān)、安全閥、氣體壓縮機(jī)、短路機(jī)構(gòu)及霧化裝置連接構(gòu)成，流量計(jì)與控制電路電連接；在進(jìn)氣管線上連接有霧化裝置和短路機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體欠平衡鉆井裝置，其特征是所述的霧化裝置由泡沫霧化器、注液泵、配液罐串接構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是一種石油、天然氣用鉆井裝置及方法，特別涉及一種氣體欠平衡鉆井裝置及方法。它包括氣源、連接氣源與井內(nèi)鉆具的進(jìn)氣、排氣管道及鉆具，其特征是它還包括在氣源進(jìn)氣管道上連接的控制切換裝置，用于檢測(cè)控制氣體的流量、壓力，通過檢測(cè)氣體的流量、壓力，進(jìn)而控制閥開關(guān)動(dòng)作；在放噴排污管線上連接有中途測(cè)試機(jī)構(gòu)，用于在打開儲(chǔ)層后，隨鉆評(píng)價(jià)儲(chǔ)層；在井口進(jìn)氣管線上連接有短路機(jī)構(gòu)，用于在出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過及時(shí)切換，使管內(nèi)剩余氣體及時(shí)達(dá)到短路系統(tǒng)，預(yù)防發(fā)生地面爆炸事故；并始終預(yù)防放噴排污管線噴出口火焰的熄滅。
文檔編號(hào)E21B7/18GK1436913SQ02114438
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2002年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者雷桐, 張漢林, 王崇軍, 楊博 申請(qǐng)人:長慶石油勘探局工程技術(shù)研究院