本实用新型专利技术涉及一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置，包括筒体、螺旋通道、钻井液进出口、排气孔、集气腔和气体出口，内筒体、外筒体和螺旋通道采用整体式一体加工而成，内筒体自下而上沿筒体周边开有规则排列的排气孔，集气腔设置在排气孔内侧，集气腔内装有气体吸附和阻液材料，气体出口设置在集气腔顶部，内筒体顶部和底部均设置旋转动密封结构，钻杆位于内筒体内，内筒体与外筒体之间设置螺旋通道，钻井液进口和出口分别设置在螺旋通道底部和顶部。本实用新型专利技术对大流量、高含气量的钻井气液分离效果较好，施工操作简单、拆卸方便、结构可靠稳定，能够为我国海洋深水油气资源开发提供技术和设备支持。
【技术实现步骤摘要】
一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置
本技术涉及海洋石油钻井工程装置领域，尤其是一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置。
技术介绍
当前，海上钻井使用的主要是单梯度钻井技术。单梯度钻井在同尺寸的井眼中只有一个液柱梯度，即井底压力由海面到井底的钻井液柱压力来产生，钻井液柱压力梯度均以海面为参考点。在海洋深水钻井中，由于海底疏松的沉积物和海水柱影响，地层孔隙压力和破裂压力之间的间隙（即钻井液密度窗口）很小，使得钻井非常困难。如果使用的钻井液密度较小，使得井底环空钻井液循环压力小于地层孔隙压力，将会导致地层流体侵入井筒，严重时会引发井涌、井喷事故；若钻井液密度过大，井底环空钻井液循环压力超过地层破裂压力，则会导致井漏复杂情况的发生。双梯度钻井是自上世纪90年代发展起来的一种新型控压钻井技术，能够很好解决海洋深水钻井中钻井液密度窗口狭窄的问题。采用该技术时，海底以上隔水管环空内流体密度与海水密度相近，钻井液柱的压力计算以海底为参考点，使得地层孔隙压力和破裂压力之间区域相对变宽，井涌、井喷和井漏事故大大减少，从而有利于缩短建井周期和降低处理钻井事故的时间和成本。隔水管气举钻井作为双梯度钻井技术的一种实现型式，是通过将气体压缩后注入到海底隔水管环空中降低钻井液的密度来实现双梯度钻井的，具有平台设备改造少、无需海底复杂设备以及可以降低17%~24%深水钻井费用等诸多技术优势。理论和试验研究表明，隔水管气举钻井期间向海底隔水管环空中注入的气体量较大，加上气体具有可压缩性的特点，隔水管气举钻井能否成功安全实施的技术关键在于气体沿隔水管环空上行过程中的流型控制和环空钻井液压力梯度非线性控制问题。注气初期时，由于隔水管下部环空压力较高，压缩气体主要以小气泡的形式均匀地分布在钻井液中；当气体随钻井液上行过程中，随着隔水管环空钻井液柱压力的降低，气体将会发生膨胀，气液两相流中气体所占比例将不断上升，混合流体也将出现由泡状流、段塞流向搅拌流、环状流的转化，钻井液携岩性能将会明显下降，同时隔水管环空钻井液的压力控制也将变得极不稳定，尤其当达到环状流的时候，将会出现钻井液携岩困难和海底隔水管环空压力难以控制的问题，从而严重影响隔水管气举双梯度钻井的安全实施。因此，在压缩气体沿隔水管环空上行至一定井深时，采取一定技术措施将气体从钻井液中分离出来，尽可能保持混合流体处于泡状流或段塞流的状态，成为了隔水管气举钻井亟待解决的关键问题之一。目前，能够实现气液两相分离的气液分离装置在其它行业领域已有广泛应用，但隔水管气举钻井期间，向海底隔水管环空中注入的气体通常为空气、氮气等，气液混合流体流量大（一般至少30升/秒）、含气量高，加上海平面以下复杂工况下的井筒稳定性问题尤为重要，因此常规的气液分离装置并不适用于海洋深水油气资源勘探开发的要求。中国专利ZL201110125801.7公开了一种制冷设备中用于用气态的制冷剂与液态制冷剂进行分离的装置。该装置包含入口、气出口、液出口、分离腔和集液腔，通过旋转分离原理，将气态制冷剂和液态制冷剂分离，结构简单。但该专利仅用于气相含量较小且流量很低的制冷设备领域，不适用于海洋深水隔水管气举钻井的气液分离。中国专利ZL201410238775.2公开了一种气液分离器包括：筒体、进气管、出气管、旋风分离组件、螺旋通道、丝网部、排液组件，主要作用是脱除气体中所夹带的液态物质，解决了经气液分离后的液态物质中的盐结晶析出或是重组分有机物附集在丝网中堵塞、气液分离效率低和运行周期短的问题。但该装置同样不适用于大排量、气相含量高的隔水管气举钻井气液分离。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：提供一种结构合理、使用安全、可解决隔水管气举钻井中钻井液与气体分离问题的海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置。本技术所述的海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置，包括外筒体2和内筒体10，外筒体2和内筒体10均为筒体结构，二者套装后之间的环形腔设置螺旋通道3，在螺旋通道3底部和顶部分别设置钻井液进口9和钻井液出口1，在外筒体2的顶部和内筒体10的底部沿中心轴分别设有与钻杆11旋转密封配合的顶部密封结构7和底部密封结构6；在内筒体10筒壁上设有沿螺旋通道3排列的诸多排气孔4，每个排气孔4连通内筒体10内外，内筒体10内部为集气腔5，集气腔5顶部设置气体出口8。上述方案进一步包括：所述集气腔5内设置气体吸附和阻液材料。所述内筒体10、外筒体2和螺旋通道3采用整体式一体加工而成。所述螺旋通道3采用右旋单头实体形螺旋，螺纹升角17~25°。所述螺旋通道3为矩形螺纹，螺纹断面宽度15~20mm，螺距120~200mm，螺槽深度25~30mm。本技术的有益效果是：该装置与海洋钻井隔水管配合，能够实现海洋深水隔水管气举钻井的气液分离，施工操作简单、拆卸方便、结构可靠、性价比优越、物理力学性能稳定；采用高速自旋转式螺旋通道结构，对大流量、高含气量的钻井气液分离效果较好；不改变现有隔水管气举钻井设备及工艺，适用于海洋深水石油钻井现场复杂工作条件。附图说明图1为本技术的气液分离装置结构示意图。图2为图1气液分离装置的内筒体和外筒体在气体出口处的剖视图。图3为本技术在海洋深水钻井施工中的实施方式示意图。图中：1-钻井液出口；2-外筒体；3-螺旋通道；4-排气孔；5-集气腔；6-底部密封结构；7-顶部密封结构；8-气体出口；9-钻井液进口；10-内筒体；11-钻杆；12-气液分离装置（即本技术的海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置）；13-注气管道；14-排气管道；15-气液处理设备；16-海洋钻井平台；17-海底；18-隔水管。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步描述：参照附图1～图2，本技术的海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置，包括外筒体2和内筒体10，外筒体2和内筒体10均为筒体结构，二者套装后之间的环形腔设置螺旋通道3，在螺旋通道3底部和顶部分别设置钻井液进口9和钻井液出口1。在外筒体2的顶部和内筒体10的底部沿中心轴分别设有与钻杆11旋转密封配合的顶部密封结构7和底部密封结构6，主要作用是阻止当钻杆旋转钻进期间钻井液和气体从钻杆与内筒的配合面间隙进入，防止气体不经分离直接上升至井口，以免影响气液分离的效果。在内筒体10筒壁上设有沿螺旋通道3规则排列的诸多排气孔4，每个排气孔4连通内筒体10内外。内筒体10内部为集气腔5，集气腔5顶部设置气体出口8。进一步的：所述集气腔5内设置气体吸附和阻液材料，主要作用是吸附气体和提供气体上升通道，最终沿气体出口排出分离。内筒体10、外筒体2和螺旋通道3采用整体式一体加工而成。筒体长度500~1000mm，外筒体2直直径150~500mm，内筒体10直径100~300mm。所述螺旋通道3采用右旋单头实体形螺旋，与内、外筒体之间采用整体式一体加工而成，矩形螺棱断面宽度15~20mm，螺距120~200mm，螺纹升角17~25°，螺槽深度25~30mm，允许的钻井液和气体混合液的最小流量为20~70L/s。螺旋通道主要作用是通过产生高速旋转，实现气体和钻井液有效分离，气体集中在内侧，并被吸入集气腔最终排出，钻井液沿通道螺旋上升，不影响钻井液循环。工作原理：钻井液和所注气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置，包括外筒体（2）和内筒体（10），其特征在于：外筒体（2）和内筒体（10）均为筒体结构，二者套装后之间的环形腔设置螺旋通道（3），在螺旋通道（3）底部和顶部分别设置钻井液进口（9）和钻井液出口（1），在外筒体（2）的顶部和内筒体（10）的底部沿中心轴分别设有与钻杆（11）旋转密封配合的顶部密封结构（7）和底部密封结构（6）；在内筒体（10）筒壁上设有沿螺旋通道（3）排列的诸多排气孔（4），每个排气孔（4）连通内筒体（10）内外，内筒体（10）内部为集气腔（5），集气腔（5）顶部设置气体出口（8）。
【技术特征摘要】
1.一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置，包括外筒体（2）和内筒体（10），其特征在于：外筒体（2）和内筒体（10）均为筒体结构，二者套装后之间的环形腔设置螺旋通道（3），在螺旋通道（3）底部和顶部分别设置钻井液进口（9）和钻井液出口（1），在外筒体（2）的顶部和内筒体（10）的底部沿中心轴分别设有与钻杆（11）旋转密封配合的顶部密封结构（7）和底部密封结构（6）；在内筒体（10）筒壁上设有沿螺旋通道（3）排列的诸多排气孔（4），每个排气孔（4）连通内筒体（10）内外，内筒体（10）内部为集气腔（5），集气腔（5）顶部设置气体出口（8）。2.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪山，唐洪林，牛洪波，董广华，席境阳，曹继飞，王锐，白立业，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11
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