气体钻井专用连续循环系统的研铜
气体反循环钻井技术发展现状
第３卷 １
Ｖ０ ． １ ３１
第 ５期
Ｎｏ ５ ．
钻
采
工
艺
ＤＲＩ ＬＩ Ｌ ＮＧ ＆ Ｐ ＲＯＤＵＣＴ ＯＮ ＥＣＨＮ０Ｌ Ｉ Ｔ ０ＧＹ
气 体 反 循 环 钻 井 技 术 发 展 现 状
韩 烈 祥 ，孙 海 芳
（ 国石 油 川庆钻 探 工程 有 限公 司钻 采 工 艺技 术研 究 院） 中
韩烈祥等．气 体反循环钻井技术发 展现状． 钻采 工艺 ，０ ８ ３ （ ） １— ２ ０ ，１ ５ ： ５ 摘 要 ：气体钻 井技 术与常规钻 井相 比在发 现与保护储层 、 少钻 井工程 复杂和极 大地提 高钻 井速度等 方面 减 表 现 出明显优势 ， 是 气体钻 井设备投 资大、 但 占地 多、 运行 能耗 高也限制 了其 广泛应 用的 范围。而 气体反 循环钻 井
具有 消除 了井漏复杂 、 降低 了对动力和钻 井液的需 求量 ， 能完全 回收 未受 污染 的钻 屑或 连 续取 心 、 降低 地层 污染 ，
以及 更好、 更及 时地发现产层、 减少地层产液对钻探 工 艺的影 响等许 多优 点。气体 全井反循 环 钻井技 术在找 矿 系 统、 井、 水 水文地质 以及 大井径 工程施工的钻探 中广泛应 用。文章 介绍 了国内外反循 环钻 井工 艺及 工具技 术的发 展 现状 ， 为该技 术引进并更好地在石 油工业 中发挥效益提供 重要 参考。
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ８—０ ０ ６— ２
、
反 循 环 中 心取 样 钻 探 方 法 简 介
钻 井 时循 环介 质从 井 底携 带 岩屑 或岩 心 由钻杆
中心上 返 至地表 的 方法 称 为反 循 环 中心 取 样 钻 探 ，
连续循环钻井技术及其应用前景
ｔ ｏ ｃ ｄ ａ ｐ ｙ，ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｄｅ ｙ ｉ ｈ ｓ ｆｅ ｄ ｉ ｌｏ ｐｒ ｏｓ ｄ． ｒ ｄｕ ｅ ｍ ｌ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｔ ｎ ｎｃ ｎ ｔ ｉ ｉ ｌ ｓａ ｓ ｏｐ ｅ
Ｋｅ ｒ ：ｃ ｎｔｎｕ ｓ ｃｒ ｕ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ； ｙ ｗｏ ｄｓ ｏ ｉ ｏｕ ｉｃ ｌ ｔｏｎ ｓ ｓ ｅ ＥＣＤ ； ｉｌｎ ｕ ｄｏ ｎ ｌ ｅ ｓ ｒ ｄｒｌｉ ｇ ｍ ｄ； ｗ ｈｏ ｅ ｐｒ ｓ ｕ ｅ；ｃ ｎｅ ｔｏｎ ｏｎ ｃｉ
２０ ０ ８年 第 ３ 卷 ７ 第 １１ 第 ９ 期 ４页 文 章 编 号 ：１ １ ３４ ２（ ０ ００ － ８ ２ ０８） １ ０ ９ — ４ １＿０ ４０
石 油 矿 场 机 械
Ｆ Ｅ ＥＱＵＩ Ｍ Ｅ Ｉ ＬＤ Ｐ ＮＴ ２ ０ ，７ １ ）９ ～９ ０ ８ ３ （ １ ：４ ７
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｒ ｌ ｍ ｎ ｔ ｅ ｌｃ ｕｓ ｄ ｂ ｈｅ ｓ ｏ ｉ ｇ ｏ ｉｌ ｕｄ ａ ｈ ｉ ｅ ｏ ｔａ ｔ ｏ ｖ ｈｅ ｐ ｏｂ ｅ ｉ ｈｅ ｗ ｌ ａ ｅ ｙ ｔ ｔ ｐｐ ｎ ｆｄｒｌｉ ｍ ｎｇ ｔｔ ｅ ｔｍ ｆ
连 续循环 钻 井技 术 。该技 术 采 用顶部 驱动 ， 用三重 闸板连接 器 内闸板和 旁路 管汇的合 理开合 ， 利 保 持 泥 浆不 间断流动 ， 同时 ， 由液压钳 完成 上扣 、 卸扣等动 作 ， 而保证 了稳 定的 井眼压 力和 良好 的 当 从
量 循 环 密度 ， 以较 好 地 应 用 于 多种 钻 井 工 艺 中 。 重 点 介 绍 了连 续 循 环 钻 井技 术 的 工 作 原 理 、 术 可 技 特点 ， 及推 广应 用前景 。 以 ．
氮气循环钻井系统
氮气循环钻井系统中国石油大学（北京）柳贡慧一、钻井的压力分类在钻井工程中，按井筒中循环介质的压力与地层孔隙压力之间的大小，可将钻井分为过平衡压力钻井、近平衡压力钻井、欠平衡压力钻井。
（一）过平衡压力钻井过平衡压力钻井需要保持井眼内的钻井液流动压力介于地层孔隙压力和井壁破裂压力之间，钻井液在井眼内循环，可控制地层流体侵入，传递水动力，携带井底的钻屑到地面及冷却和润滑钻头﹑钻具，并起到稳定井壁和平衡地层压力的作用。
是最常用的钻井工艺。
（二）近平衡钻井井眼内的钻井液流动压力略高于地层孔隙压力的钻井作业。
（三）欠平衡钻井井筒压力小于地层压力，虽然在上个世纪就已经开始进行工业性实验，但在本世纪才开始得到广泛的应用。
二、欠平衡钻井介绍最早的欠平衡钻井历史可追溯到19世纪，进入20世纪50年代，采用空气钻井第一次显示在欠平衡状态下旋转钻井的商业生命力。
此时的目标是提高机械钻速。
该项技术之所以一直未能得到普遍认同，是因为当钻遇油、气、水层时，可能发生井喷失控着火、井下着火爆炸、井壁坍塌卡钻等恶性事故，成为该项技术推广应用的最大阻力。
且当时的钻井设备和工具也不能胜任快速钻进和处理多种类型的泥浆中不同大小颗粒的固相。
上世纪60年代，随着低固相泥浆的出现，产生了欠平衡钻井技术的第一个商业应用高潮，后由于存在井控和井下着火方面问题，欠平衡钻井技术的发展进入了低谷。
70年代末以来，开始考虑保护储层和解放储层的问题，并出现了控制井筒环空液柱压力的液压防喷器和旋转控制头以及地面控制设备，欠平衡状态对储层的保护得到了重视，钻井安全有了保障，人们开始真正认可欠平衡钻井技术。
随着欠平衡钻井水平的提高和应用范围的拓展，欠平衡钻井技术进入了一个新的发展高潮。
经过几十年的发展，到目前，国内外已经发展了空气钻井、氮气钻井、天然气钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术。
空气欠平衡钻井技术，是指空气作为循环介质进行欠平衡钻井，是最早发展的一种欠平衡钻井技术。
一种改进的连续循环钻井系统
一种改进的连续循环钻井系统
郗凤亮;马金山;徐朝阳;齐金涛;陈国栋
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2016(023)010
【摘要】本文介绍了现有连续循环系统的结构组成和工作原理,分析了其结构缺陷,在此基础上提出了一种连续循环系统的相应改进方案.新方案中,设计结构更为简单、可靠,工作效率更高,研究成果对连续循环钻井技术的进一步研究具有参考意义.
【总页数】3页(P77-79)
【作者】郗凤亮;马金山;徐朝阳;齐金涛;陈国栋
【作者单位】中国石油集团渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司天津300280;中国石油集团渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司天津 300280;
中国石油集团渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司天津 300280;中国石油
集团渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司天津 300280;中国石油集团渤海
钻探工程有限公司钻井技术服务分公司天津 300280
【正文语种】中文
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2.连续循环钻井系统防喷器组的研制 [J], 李俊;赵荣军;孟庆荣;王薇;王一婷;陈德浩
3.连续循环钻井系统改进与试验 [J], 胡志坚;肖建秋;梁国红
4.连续循环钻井系统动力钳的结构设计 [J], 肖建秋;马青芳;胡志坚;齐建雄
5.连续循环钻井系统分流增压过程压力波动机理∗ [J], 眭越;马青芳;胡志坚
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气体钻井的循环流体转换工艺配套技术
其 它气 体钻 井 ， 如氮 气 、 天然气 或 柴油 机尾 气 。 ５ 若用 充空 气 和空气 泡沫 在产层 钻 井 时有一 定 ） 的安全 （ 燃爆 ） 隐患 ， 用 氮 气 、 然 气 、 气 或 空 气 可 天 尾
与 氮气 的混 合气 体代 替 空气 ， 配合调 控气 液 比例 。 并 ６ 一般 情况 下 ， 眼尺寸 为 ３ １ ２ｍｍ 时 ， 果 ） 井 １ ． 如 地 层 出水 速 度 小 于 １ ０ ／ 扭 矩 小 于４ ｋ ｍ ， ． ｍ。 ｈ， ０ Ｎ・ 增 大气 体排 量 能 满足 携 岩要 求 时 ， 以连 续 采 用纯 可 气体 钻井 。如 果 增 大 气 体 排 量 不 能 满 足 携 岩 要 求 时 ， 备条 件 允许 的情 况 下 可 以转 为雾 化钻 井 。如 设 果采 用雾 化钻 井 ， 矩 仍 大 于 ２ Ｎ・ 则 转 为气 扭 ０ ｋ ｍ， 体 型流体 充气 或泡 沫 流体钻 井 方式 。
加雾 化泵 ； 改为 泡沫 钻井 时 ， 增加 泡沫 发 生器 及 液 应
１ 气基 流体 转 换 为 气体 型 流 体 配套 技
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叩 ｐ ｐ Ｌ １ 纯 气体钻井 方式与气体 型流体之 间的转换 ． 盯１
）
术 要 点
气分离器 等配套设 备 。 ４ 空 气钻 井 遇 到可 燃 气 体 时 可 能会 出现 爆 炸 ， ） 且 井 下着火 与爆 炸 对 井 下 设 备损 害极 大 ， 造 成 钻 会 铤 和 钻杆熔 化 。因此 ， 为防 止爆 炸 ， 在含 有 可燃气 体 地 层 钻进 时 ， 进入 产 层 前 需 要 将 空 气 钻井 转 换 为 在
ｎ加 Ｏ 对纯 气体钻井 危害最 大的就是钻遇 水层 ， 当井下
７
气基流体空气钻井技术
１气基流体空 气钻井 的基本概念和循环系统 １ ． １基本概念 气基流体 空气 钻井是利用大气 中的空气或 雾化空气流体作 为钻 井的循 环介质 ，通过特 殊 的气 体钻井 配套 设备 ｆ 空压机 、 增压机 、空气锤、旋转 防喷器及连接管汇等 ） 将空气注 入井下 再携岩返至地 面来进行钻井 的一种工 艺技术 。气基流体空气是 由空气 、干燥剂 、防腐 剂 以及其它添加剂按 一定的比例混合组 成 。干空气和 充空气、空气泡沫流体钻井 是可 使地层压力小于 １ ． ０的地层 实现欠平 衡钻 进的钻井 技术 ，是 目前使 用较 多的一 种气体型流体 。 １ ． ２空气量 的大 小与井 眼净化的关系 气基流体 空气 钻井 中使用 的循环流体 是空气，它在钻井过 程中 的主要作用是将 井下的钻屑举升到井 口并带出井眼。如果 空气量不够 ，则难 以有效地将井下钻屑携 带出来，这样钻屑就 会在井 内沉 降并在 井底聚积造成卡钻 。 因而在空气钻井作 业中， 空气注入量 ｆ 空气流速 ） 是安全钻井 的关键 因素。 １ ． ３气基流体 （ 空 气 ／雾液 ）的循环系统 空气钻井 的流 程大致是 ： 空气 ． 空压机 ． 增压机 方钻杆 一
关键词 ： 气体 钻 井 ；气基 流 体 ；空 气钻 井 ；携 岩 机 理 ； 钻具腐蚀 ； 钻 遇 水层 ；固井 中 图分类 号 ： 文献 标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ １ ． ５ ５ ８ ６（ ２ ０ １ ５ ）０ ９ ． ０ ０ ３ ９ — ０ １
１前 言 气体钻井技术 就是 以气体为主要循环介质 的欠 平衡钻井技 术 ，主要有纯气体钻井 、雾化钻井、泡沫钻井和充气钻 井液钻 井 。 气 体 钻 井 在 国 外应 用 已相 当 广 泛 ，主 要 用 于加 快 钻 速 ，发 现和保护气层 ，在低压 破碎地层用气体钻井可 以解 决长段井漏 问题 。气 体钻 井 首次使用 是在 ｌ ９ 世纪 中期 ，美 国犹他 州使 用 空气钻井技术进行钻井 。此后 ，该技术被广泛应 用于世界各地 油气井 （ 包括煤层 气 ）的钻探和开发上 ，特别 是在 阿巴拉契亚 山脉地区新墨 西哥 圣胡安盆地西得克萨斯等油 田和 钻井液易漏 失的洛基 山脉地 区，空气钻井得 到广泛 的应用 ，截至 ２ ０ ０ ０ 年， 美国约 ３ ０ ％ 的钻井和 完井作业采用该技术 ，最深 井 ５ ７ ９ １ ． ２ ｍ。
气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究
气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究
气体钻井具有钻速快、地层污染小、防止循环漏失等优点,但是由于地层出水及钻具磨损严重等问题,其在现场施工中的应用受到了限制。
本文针对气体钻井中下部钻具常出现的冲蚀磨损问题,进行了研究探讨,通过冲蚀实验研究、冲蚀模型分析、数值计算模拟等方法总结分析了钻具的冲蚀规律,针对气体钻井中下部钻具的冲蚀失效问题开展了以下研究工作并得到了相应结论：(1)自主研发设计了一套可循环的冲蚀实验装置,该装置将加沙器和排砂分离装置整合为一体,实现了砂粒在冲蚀中的循环利用。
在对试片的冲蚀规律进行了实验研究后得到了不同攻角时,试片表面的油漆在受到长时间冲蚀后的剥落规律。
对试片冲蚀后的质量进行了测量统计,估算了所用钢材在实验中的冲蚀速率。
(2)利用数值模拟软件建立了试片冲蚀的模型和井下钻具的模型,调整了冲蚀计算中的参数设置,在对试片冲蚀的模拟计算中得到了与实验中相近的结果。
对井下钻具模型进行了观察分析,设计了模拟组次,对模型的网格进行了优化处理并根据现场实际工况设计了进出口条件和环境变量。
(3)使用DPM模型对不同进出口条件下的环空流场和钻具冲蚀进行了计算,结果分析表明,冲蚀主要集中在钻杆接头位置,钻杆本体受到冲蚀的影响较小,冲蚀痕迹呈现螺旋上升的规律但是会受到不同入口条件的影响。
进口速度(注气量)对环空内流场影响较大,也会直接影响冲蚀速率,而相同的入口速度下井底压力的变化对冲蚀速率影响不大。
(4)通过对气体钻井中下部钻具的物理模型调整和环境变量设置,计算了不同工况时钻具的冲蚀速率,发现工况的改变对冲蚀速度和冲蚀分布影响很大。
不间断循环钻井系统
!国外石油机械#不间断循环钻井系统3马青芳(中国石油集团钻井工程技术研究院钻井机械研究所) 摘要 不间断循环钻井系统是世界钻井界近年来出现的一项新技术,该系统可以在接单根或立根期间保持钻井液的不间断循环,能够有效解决窄钻井液密度窗口的钻井问题。
概述了不间断循环钻井系统的优点、作用及技术发展历程,论述了系统的结构组成及工作原理。
不间断循环钻井系统为复杂井尤其是窄钻井液密度窗口井钻井提供了一种有效的解决方法,具有广阔的发展前景和市场空间。
关键词 不间断循环钻井系统 窄钻井液密度窗口 主体连接器引 言目前,复杂地层深井的钻井问题,已成为制约我国油气勘探开发事业发展的重要壁垒。
如何解决复杂地层深井钻井的主要技术难题引起了油气勘探开发界的高度关注,成为钻井工程所面临的重大挑战,也是当前钻井工程技术发展的主要方向。
其中复杂地层条件钻井中的漏、喷、塌、卡、斜、毒等井下复杂情况与事故仍是当前钻井技术壁垒最基础和最根本的问题。
当漏、喷、塌、卡、斜位于同一裸眼井段时,则引发出多种复杂问题,主要归结为窄钻井液密度窗口的安全钻井问题,成为目前钻井工程亟待解决的重大技术难题。
不间断循环钻井系统技术和装备的出现,大大改变了钻井作业的方式。
该系统可在接单根时保持钻井液的连续循环,可以有效避免接单根引起的压力波动,改善井眼质量和清洁度,降低循环漏失、地层破裂、井涌、卡钻等现象出现的几率,为复杂井尤其是窄钻井液密度窗口井钻井提供了一种有效的解决方法。
为解决复杂井钻井问题,中国石油集团钻井工程技术研究院钻井机械研究所已经开始不间断循环钻井系统的研制工作。
笔者拟对不间断循环钻井系统作一介绍,希望有益于这一实用新技术在我国的研究与应用。
不间断循环钻井系统的优点及作用不间断循环钻井系统(Continuous Circulati on Syste m -CCS )是世界钻井界近年来出现的一项新技术,该系统可以在接单根或立根期间保持钻井液的不间断循环,实现100多年来常规钻井中钻井液循环方式的重大变革,是一项有着巨大经济意义和发展潜力的新技术。
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（ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｄ ａ ｑ ｉ ｎ ｇ， Ｄａ ｑ ｉ ｎ ｇ １ ６ ３ ４ １ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２所 示 。
体循 环通 道 中断 ， 被 迫停 止气 体 的循环 ， 造 成诸 多不
利影 响 ： ①造 成井 眼 中岩屑 的沉 降 ， 容 易导 致沉 砂 卡
钻； ②在地 层 出水 的情 况下 ， 积 聚的水 量过 大会 破坏
井壁 的稳 定 ； ③长 时 间 的循 环 降低 了整 个 接单 根 的 效 率 。在气 体钻 井过 程 中采用 常规 的连 续循 环系 统 能够 解决 上述 问题 ， 但 是存 在 匹配不 合理 、 研制 费用 昂贵 的问题 。为 此 ， 研 制 了专 用 于气 体 钻 井 的 连续
１ 结 构 及 原 理
气 体钻 井专 用连 续循 环钻 井 系统 主要 由连续 循
卸 扣后 ， 特制 的全 封 封 隔 器 可 以将 整 个 压 力 腔 分 为 上、 下 ２个压 力腔 。接 单根 或立 柱 时 ， 首 先通 过升 降 机 构提 升主 机 ， 将 钻杆 接头 移 动到正 确 的位 置 ， 由密
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在常 规气 体钻 井 过 程 中 ， 钻 杆 上 卸扣 时 由 于气
循 环系 统 。
连 续循 环 系 统通 过 上 述 各部 分 的有 机 结合 ， 实 现 了接单 根 （ 或立柱 ） 和起下 钻过 程 中气体 的连续循
环 。通过 上 、 下 ２个 特 制 的半 封 封 隔器 可 在 钻 杆 接 头 两端形 成 密封 ， 在转 盘之 上形 成 １个 压力 腔 ， 钻 杆
窦 金 永
（ 大庆钻井工程技术研究 院， 黑 龙江 大庆 １ ６ ３ ４ １ ３ ）
摘要 ： 针 对 气体钻 井特 点 ， 研 发 了一套 专 用 于气体钻 井的 连 续循 环 系统 。该 系统 结 构 合理 ， 功 能 完 善， 能够 满足 气体钻 井的 实际需要 。阐述 了研制 该 装备 的关键技 术 ， 以期 为 国内连 续循 环 系统 的研 发 和 完善 提供 新 思路 ， 具有 一定 的参 考和 指导 意义 。
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关键 词 ： 气体 钻 井 ； 连 续循 环 系统 ； 关键 技 术
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ９ ２ ６
文献标 识码 ： Ａ
Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｇａ ｓ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
环系 统主 机 、 闸板 阀 、 液压 动 力系统 以及 电气 控 制 系 统组 成 （ 如图１ ） ， 另外 还 需要 顶 驱 的 配合 。其 中 ， 连
续循 环 系统 主 机 主要 由导 引 机 构 、 动力钳 、 升 降 机 构、 密封 封 隔装 置 、 动 力 卡 瓦及 主 机底 座 组 成 ， 如 图
２ ０ １ ４年 第 ４ ３卷 第 １期 第 ６ ６页
石 油 矿 场 机 械
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文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ３ ４ ８ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ － ０ ０ ６ ６ — ０ ４
气 体 钻 井 专 用 连 续循 环 系统 的研 制