專利名稱：氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，用于油氣田鉆井工程中 利用氣體作為循環(huán)介質(zhì)實(shí)施鉆進(jìn)工程時(shí)，鉆遇產(chǎn)氣量不超過13000m7d的含氣層的起下鉆， 屬于氣體鉆井中起下鉆的工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，氣體鉆井已成為大幅提高機(jī)械鉆速、發(fā)現(xiàn)與保護(hù)油氣層、治理惡性井漏、降 低鉆井成本的重要技術(shù)手段，為了加快油氣田的開發(fā)速度，氣體鉆井正在大量的使用與鉆 井工程中，因此氣體鉆井正以其優(yōu)勢蓬勃發(fā)展；在現(xiàn)有技術(shù)中，采用氣體欠平衡鉆井是快 速鉆井的方法之一，為了保證在實(shí)施鉆井過程中，在有控制的條件下，實(shí)施一邊放噴一邊鉆 井，因此在井口都要使用旋轉(zhuǎn)防噴器，當(dāng)氣體鉆井鉆遇含氣層，在需要進(jìn)行起下鉆作業(yè)時(shí)， 通常采用的方法是不拆除旋轉(zhuǎn)防噴器總成，利用旋轉(zhuǎn)防噴器膠芯密閉鉆桿進(jìn)行起下鉆作 業(yè)，這樣可以防止井下的可燃?xì)怏w從井筒內(nèi)溢出；但是，目前旋轉(zhuǎn)防噴器的膠芯最大通徑僅 為195mm，只能允許鉆桿和外徑小于195mm的鉆鋌通過，而尺寸較大且使用較多的203. 2mm 鉆鋌和228. 6mm鉆鋌等則不能通過膠芯，因此，在使用較大尺寸鉆鋌時(shí)，起下鉆必須取下膠 芯，一旦取下旋轉(zhuǎn)防噴器的膠心，就造成井口敞開，井下的可燃?xì)怏w便會(huì)溢出井口，造成極 大的安全隱患；并且，在下鉆過程中，由于鉆具通過膠心的速度比鉆進(jìn)過程中鉆具通過膠心 的速度大大加快，這樣長時(shí)間摩擦膠芯可能造成膠芯脫落，脫落的膠心掉入井底后可能造 成卡鉆等井下事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述氣體鉆井過程中鉆遇氣層后起下鉆作業(yè)存在的問 題，基于流體力學(xué)和流體數(shù)值模擬技術(shù)，提供了一種氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方 法。本發(fā)明按照以下步驟完成第一步在排砂管線7的中間部位設(shè)置一個(gè)90度的轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)角位置設(shè)置一個(gè)噴口 向著排砂管線7出口的噴嘴6，再將供氣管線中的旁通管線5通過三號(hào)球閥3接至噴嘴6 ；第二步在起鉆或者下鉆前先用氮?dú)鈱圻M(jìn)行大于兩個(gè)循環(huán)周期的循環(huán)，循環(huán)時(shí) 間為5 10分鐘；第三步完成第二步要求的循環(huán)后，關(guān)閉二號(hào)球閥2停止向井內(nèi)注氣，同時(shí)打開三 號(hào)球閥3，由注氣設(shè)備1通過三號(hào)球閥3和旁通管線5，再通過噴嘴6向排砂管7注入氮?dú)猓坏谒牟皆阢@臺(tái)10采用可燃?xì)怏w檢測儀檢測可燃?xì)怏w的溢出，如有溢出則增大注 入氮?dú)獾呐帕?，至到鉆臺(tái)10沒有可燃?xì)怏w溢出，然后開始實(shí)施起鉆或者下鉆。所述排砂管線7的中間部位設(shè)置90度轉(zhuǎn)角的位置距離排砂管7出口 20 30m ；所述噴嘴6的直徑為30mm 60mm ；所述通過噴嘴6向排砂管7注入的氮?dú)饬繛?5 80m7min ；所述注入的氮?dú)庖部梢允瞧渌豢扇細(xì)怏w；
當(dāng)采用氣體鉆井時(shí)，為了在遇到氣層時(shí)安全實(shí)施起鉆或者下鉆的施工，事先在排 砂管線中段設(shè)計(jì)一個(gè)90度的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角的位置應(yīng)距離排砂管線7出口 20 30m，轉(zhuǎn)角處的 前段是通向井口 9的排砂管線，轉(zhuǎn)角處的后段通向排砂管線7的出口，在轉(zhuǎn)角位置設(shè)置一 個(gè)噴口向著排砂管線7出口的噴嘴6，再將供氣管線的旁通管線5通過三號(hào)球閥3與噴嘴 6連接；在需要實(shí)施起鉆或者下鉆之前，先用氣體對井眼內(nèi)的巖屑進(jìn)行循環(huán)清理，根據(jù)不同 的井深，采用氣體進(jìn)行由井上到井下的氣體循環(huán)要大于兩個(gè)循環(huán)周期，循環(huán)時(shí)間為5 10 分鐘，使井底留下的巖屑被充分?jǐn)y帶出井；完成循環(huán)后，關(guān)閉二號(hào)球閥2停止通過立管11向 井內(nèi)注氣，停止循環(huán)，然后打開旁通管線5的三號(hào)球閥3，由注氣設(shè)備1通過旁通管線5向 噴嘴6供氣，由于噴嘴6是設(shè)置在排砂管線90度轉(zhuǎn)角處的，其噴口是對著排砂管線7的出 口的，所以當(dāng)噴嘴6向排砂管7出口方向噴射氮?dú)鈺r(shí)，排砂管線7轉(zhuǎn)角處通向井口 9的前段 將形成負(fù)壓狀態(tài)，對從井下經(jīng)過井口出來的可燃?xì)怏w產(chǎn)生抽吸作用，一并將從井筒內(nèi)溢出 的可燃?xì)怏w吸入排沙管線7，并排出到遠(yuǎn)離井口 9的巖屑池8，并被點(diǎn)火燃燒，因此，鉆臺(tái)10 上便不會(huì)有可燃?xì)怏w的蔓延；為了安全起見，在實(shí)施負(fù)壓抽吸排出可燃?xì)怏w的同時(shí)，在鉆臺(tái) 10上設(shè)置可燃?xì)怏w檢測儀，如測出有可燃?xì)怏w溢出，就從每分鐘25m3的氮?dú)庾⑷肓恐饾u增 大到每分鐘50m3的氮?dú)庾⑷肓?，使抽吸能力加?qiáng)，直到鉆臺(tái)10沒有可燃?xì)怏w溢出，然后開 始實(shí)施起鉆或者下鉆；在實(shí)施注入氮?dú)夂蛯?shí)施鉆臺(tái)可燃?xì)怏w檢測的過程中，為了保險(xiǎn)的目 的，還可以在鉆臺(tái)10上設(shè)置并開啟防爆風(fēng)扇，以便加快井口 9環(huán)境內(nèi)的空氣流動(dòng)速度；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果采用的注入氮?dú)獾姆椒?，由于注氣量可以控制，所以?dāng) 注入氮?dú)獾牧看笥诘叵驴扇細(xì)怏w溢出量的情況下，能夠在排砂管線產(chǎn)生負(fù)壓效果，將井下 溢出的可燃?xì)怏w帶出井口，使其通過排砂管線的出口被燃燒，增設(shè)的可燃?xì)怏w檢測和防爆 風(fēng)扇能夠起到鋪助的作用，使起鉆或者下鉆工作在沒有可燃?xì)怏w蔓延的井口實(shí)施，能夠提 高在使用氣體鉆井時(shí)，當(dāng)鉆遇氣層后的起下鉆作業(yè)的安全性，而且簡單易實(shí)施。


圖為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于流體力學(xué)和流體數(shù)值模擬技術(shù) 的基礎(chǔ)上，提供了一種氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，由以下幾步完成為了實(shí)現(xiàn) 抽吸井下溢出的可燃?xì)怏w，首先將排砂管線7設(shè)計(jì)為一根中間部位帶有90度轉(zhuǎn)角的管線， 在轉(zhuǎn)角位置安裝一個(gè)噴口向著排砂管線7出口的噴嘴6，噴嘴6安裝在距離排砂管7出口 20 30m之間，設(shè)置的噴嘴6直徑為30mm 60mm ；再將旁通管線5通過三號(hào)球閥3與噴 嘴6連接；在實(shí)施起下鉆工作之前，為了不使井下存在的巖屑被井下的氣體噴出井口，在起 鉆或者下鉆前需要對井眼進(jìn)行大于兩個(gè)循環(huán)周期的循環(huán)，根據(jù)井深不同，使用氣體對井眼 的循環(huán)時(shí)間為5 10分鐘，以便達(dá)到充分?jǐn)y帶井底巖屑出井的目的；完成氣體循環(huán)后，關(guān)閉 二號(hào)球閥2停止向立管11注氣，然后打開三號(hào)球閥3，由注氣設(shè)備1通過三號(hào)球閥3和旁 通管線5向噴嘴6注氣，并通過噴嘴6向排砂管7出口方向噴射氮?dú)?，?jīng)噴嘴6向排砂管7 注入的氮?dú)鉃?5 50m7min，在沒有氮?dú)獾那闆r時(shí)，注入的氮?dú)庖部梢允瞧渌豢扇細(xì)怏w； 由于噴嘴6是設(shè)置在排砂管線90度轉(zhuǎn)角處的，其噴口是對著排砂管線7的出口的，所以當(dāng)噴嘴6向排砂管7出口方向噴射氮?dú)鈺r(shí)，排砂管線7轉(zhuǎn)角處通向井口 9的前段將形成負(fù)壓 狀態(tài)，對從井下經(jīng)過井口出來的氣體產(chǎn)生抽吸作用，一并將從井筒內(nèi)溢出的可燃?xì)怏w吸入 排沙管7，并從遠(yuǎn)離井口 9的巖屑池8排出，點(diǎn)火燃燒，因此，鉆臺(tái)10上便不會(huì)有可燃?xì)怏w的 蔓延；為了安全起見，在實(shí)施負(fù)壓抽吸排出可燃?xì)怏w的同時(shí)，在鉆臺(tái)10上設(shè)置可燃?xì)怏w檢 測儀，如測出有可燃?xì)怏w溢出，就從每分鐘25m3的氮?dú)庾⑷肓恐饾u增大到每分鐘SOm3的氮 氣注入量，使抽吸能力加強(qiáng)，直到鉆臺(tái)10沒有可燃?xì)怏w溢出，然后開始實(shí)施起鉆或者下鉆； 在實(shí)施注入氮?dú)夂蛯?shí)施鉆臺(tái)可燃?xì)怏w檢測的過程中，為了保險(xiǎn)的目的，還可以在鉆臺(tái)10上 設(shè)置并開啟防爆風(fēng)扇，以便加快井口 9環(huán)境內(nèi)的空氣流動(dòng)速度；下面是
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 以國內(nèi)某地清溪2井為例，清溪2井在二開311. 2mm井眼采用120m7min氮?dú)忏@ 進(jìn)至井深2338. 67m時(shí)，出現(xiàn)氣測異常，全烴含量由0/29. 3%，出口點(diǎn)火焰高5 8m ；循 環(huán)鉆至起鉆井深2645. 20m時(shí)，出口火焰熄滅，此時(shí)全烴含量為6. 28% ；本趟鉆具組合中 有203. 2mm鉆鋌5根、203. 2mm減震器1根、228. 9mm鉆鋌3根，所使用旋轉(zhuǎn)防噴器通徑為 190mm，不能通過該鉆鋌；通過氣量比例折算出日產(chǎn)氣量為10851. 84m3，為了避免可燃?xì)怏w 溢至井口造成復(fù)雜情況的發(fā)生，在起至203. 2mm鉆鋌后采用了氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起 下鉆的方法本井起鉆時(shí)井深為2645. 20m,由于本井全烴含量為6. 28%，超過燃爆極限，所以， 起鉆前采用120m7min氮?dú)鈱圻M(jìn)行循環(huán)8min，使用氮?dú)鈱圻M(jìn)行的循環(huán)周期為兩個(gè) 循環(huán)周期以上；在距排砂管線出口 30m處設(shè)置一個(gè)直徑為50mm的噴嘴6，噴嘴6的噴口對 著排砂管線的出口 ；起鉆至203. 2mm鉆鋌時(shí)，關(guān)閉二號(hào)球閥2停止向井內(nèi)注入氮?dú)?，打開三 號(hào)球閥3，由旁通管線5，再通過噴嘴6向排砂管線7注入60m7min氮?dú)?；開始注氣后，使排 砂管線7產(chǎn)生抽吸作用，井下的可燃?xì)怏w被帶向排砂管線，并被燃燒，然后拆下旋轉(zhuǎn)防噴器 的膠心，同時(shí)采用可燃?xì)怏w監(jiān)測儀測量鉆臺(tái)面可燃?xì)怏w含量，無顯示，正常完成起鉆鋌的作 業(yè)；本井起鉆中由于全烴含量較高，所以采用了 60m7min氮?dú)?，使排砂管線產(chǎn)生負(fù)壓抽吸， 達(dá)到了良好的效果，整個(gè)起鉆過程中鉆臺(tái)臺(tái)面監(jiān)測無可燃?xì)怏w顯示，避免了可燃?xì)怏w溢出 帶來的安全隱患；實(shí)施例2:以國內(nèi)某地龍101井為例，龍101井在二開311. 2mm井眼采用150m7min空氣鉆 進(jìn)至井深2115. 60m,出現(xiàn)氣測異常，全烴含量由OZfO. 2459%，鉆進(jìn)至井深2476. 90m時(shí)起 鉆，此時(shí)全烴含量為0. 68% ；本趟鉆具組合中有203. 2mm、228. 9mm鉆鋌各兩柱，所使用旋轉(zhuǎn) 防噴器的膠心通徑為195mm，不能通過該鉆鋌；通過氣量比例折算，日產(chǎn)氣量為1468. 8m3，為 了避免可燃?xì)怏w溢至井口造成復(fù)雜情況的發(fā)生，在起至203. 2mm鉆鋌后了氣體鉆井鉆遇氣 層時(shí)安全起下鉆的方法龍101井鉆至井深2476. 90m,由于本井的全烴含量為0. 68%，當(dāng)注入的空氣量為 150m3/min時(shí)，就不會(huì)達(dá)到燃爆極限，所以，本井起鉆前采用150m7min空氣對井眼進(jìn)行循環(huán) lOmin，使用空氣對井眼進(jìn)行的循環(huán)周期為三個(gè)循環(huán)周期以上；在距排砂管線出口 30m處設(shè) 置一個(gè)直徑為30mm的噴嘴6，噴嘴6的噴口對著排砂管線的出口 ；起鉆至203. 2mm鉆鋌時(shí)， 關(guān)閉二號(hào)球閥2停止向井內(nèi)注入氮?dú)?，打開三號(hào)球閥3，由旁通管線5，再通過噴嘴6向排砂管線7注入30m7min氮?dú)?，由于注入的氣量只?0m7min，所以不能使用空氣，否則井下 被抽出的可燃?xì)怏w與空氣的混合含量就會(huì)超過燃爆極限，所以在實(shí)施注氣建立抽吸時(shí)只能 使用氮?dú)?；建立抽吸循環(huán)后，拆下旋轉(zhuǎn)防噴器的膠心，同時(shí)采用可燃?xì)怏w監(jiān)測儀測量鉆臺(tái)面 可燃?xì)怏w含量，無顯示；正常完成起鉆鋌作業(yè)；本井在建立循環(huán)周期時(shí)，由于注入的空氣量 為150m7min，與井下的可燃?xì)怏w混合后，不能達(dá)到燃爆的極限，所以采用空氣進(jìn)行循環(huán)，節(jié) 約了氮?dú)獾馁M(fèi)用，也就節(jié)約了鉆井的成本；在建立負(fù)壓抽吸時(shí)，由于注入的氣量僅為30m3/ min，在這個(gè)注入量的情況下，如果繼續(xù)使用空氣，就會(huì)使井下被抽出的可燃?xì)怏w與注入的 空氣量混合后達(dá)到燃爆的極限，就有可能發(fā)生燃爆，所以必須改注氮?dú)膺M(jìn)行；本次試驗(yàn)達(dá)到 了良好的效果，整個(gè)起鉆過程中鉆臺(tái)臺(tái)面監(jiān)測無可燃?xì)怏w顯示，避免了可燃?xì)怏w溢出帶來 的安全隱患。
權(quán)利要求
一種氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，其特征在于第一步 在排砂管線的中間部位設(shè)置一個(gè)90度的轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)角位置設(shè)置一個(gè)噴口向著排砂管線出口的噴嘴，再將供氣管線中的旁通管線通過三號(hào)球閥接至噴嘴；第二步 在起鉆或者下鉆前先用氮?dú)鈱圻M(jìn)行大于兩個(gè)循環(huán)周期的循環(huán)，循環(huán)時(shí)間為5～10分鐘；第三步 完成第二步要求的循環(huán)后，關(guān)閉二號(hào)球閥停止向井內(nèi)注氣，同時(shí)打開三號(hào)球閥，由注氣設(shè)備通過三號(hào)球閥和旁通管線，再通過噴嘴向排砂管注入氮?dú)?；第四?在鉆臺(tái)上采用可燃?xì)怏w檢測儀檢測可燃?xì)怏w的溢出，如有溢出則增大注入氮?dú)獾呐帕?，至到鉆臺(tái)沒有可燃?xì)怏w溢出，然后開始實(shí)施起鉆或者下鉆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，其特征在于所述 在排砂管線的中間部位設(shè)置90度轉(zhuǎn)角的位置距離排砂管出口 20 30m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，其特征在于所述 噴嘴的直徑為30mm 60mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，其特征在于所述 通過噴嘴向排砂管注入的氮?dú)饬繛?5 80m7min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，其特征在于所述 注入的氮?dú)庖部梢允瞧渌豢扇細(xì)怏w。
全文摘要
一種氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，屬于氣體鉆井中起下鉆的工藝技術(shù)領(lǐng)域，包括在排砂管線設(shè)置噴口、在起下鉆前用氮?dú)鈱圻M(jìn)行循環(huán)、向排砂管注入氮?dú)夂驮阢@臺(tái)檢測可燃?xì)怏w四個(gè)步驟，本發(fā)明基于流體力學(xué)的技術(shù)，提供了一種氣體鉆井鉆遇氣層時(shí)安全起下鉆的方法，解決了起下鉆時(shí)鉆鋌過膠心，以及膠心被刮落井底造成事故的問題，本發(fā)明能夠在排砂管線產(chǎn)生負(fù)壓效果，將井下溢出的可燃?xì)怏w帶出井口排放燃燒，能保證鉆遇氣層時(shí)起下鉆作業(yè)的安全。
文檔編號(hào)E21B21/16GK101922285SQ200910060218
公開日2010年12月22日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者余銳, 侯偉, 王衛(wèi)東, 羅整, 肖洲, 許期聰, 鄧虎, 黃寧生 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工藝技術(shù)研究院