基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法技术

本发明专利技术提供了一种基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法，其采用基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业系统来实现对井口可燃气体的抽吸作用，所述系统包括排砂管线、将井口与排砂管线连接的轴向斜喷抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇；第一注气管汇将注气单元产生的惰性气体提供至斜喷抽吸助排机构以形成负压抽吸作用；点火装置设置在排砂管线出口端并将从排砂管线排出的可燃气体点燃。本发明专利技术能够实现双通道抽吸、注气可调控的注氮气抽吸方法，消除了在地层出少量天然气条件下进行“起下钻、更换胶芯”等敞井作业时天然气溢出井口的安全风险，显著提升现场作业安全性，利于气体钻井提速优势发挥，适用于反循环钻井领域。

Safe operation method of wellhead based on axial syncline injection suction and drainage

The invention provides a wellhead safety operation method based on the axial syncline injection suction and drainage, which adopts the wellhead safety operation system based on the axial syncline injection suction and drainage to realize the suction of the combustible gas at the wellhead, the system includes a sand discharge pipeline, an axial syncline injection suction and drainage mechanism, an ignition device, a gas injection unit and a first gas injection manifold which connect the wellhead and the sand discharge pipeline; The first gas injection manifold provides the inert gas produced by the gas injection unit to the inclined injection suction and drainage mechanism to form the negative pressure suction effect; the ignition device is set at the outlet of the sand discharge pipeline and ignites the combustible gas discharged from the sand discharge pipeline. The invention can realize the nitrogen injection suction method with double channel suction and adjustable gas injection, eliminate the safety risk of natural gas overflowing the wellhead when \tripping out, replacing rubber core\ and other open wells are operated under the condition that a small amount of natural gas is produced from the formation, significantly improve the safety of field operation, facilitate the development of gas drilling speed-up advantages, and is applicable to the field of reverse circulation drilling.

【技术实现步骤摘要】
基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法
本专利技术涉及钻井(钻探)工程
，具体来讲，涉及一种采用惰性气体(例如，氮气)抽吸井口可燃气体的安全作业方法，可用于石油天然气钻井
，也适用于反循环钻井领域。
技术介绍
通常，气体钻井技术具有提速、治漏及保护储层等优势，近年来在川渝、新疆、青海等油气区块得到了广泛应用，同比常规钻井提速3倍以上。难钻性差的含气层段采用气体钻井提速愈发普遍，一旦钻遇地层出少量天然气时(≤10000m3/d)，循环介质转换为惰性气体氮气以避免井下燃爆事故发生，但常常因为缺少环形防喷器、钻具尺寸大无法通过旋转控制头总成等原因，在起下钻、更换胶芯等敞井作业时，存在天然气可能溢出井口，带来了较大安全隐患。现阶段没有解决地层出少量天然气条件下进行“起下钻、更换胶芯”等敞井作业时天然气溢出井口这一难题的有效措施，当前主要通过开启钻台上下防爆排风扇吹散可能溢出的天然气，防止其聚集。此处理方法存在诸多不足：①属被动控制措施，不能从根本上阻止天然气溢出井口，而仅能通过排风扇吹散可能溢出的天然气；②尽管防爆排风扇能够吹散溢出天然气，避免聚集，但钻台、井口操作人员仍需直接面对可能溢出的天然气，存在较大安全隐患，尤其进行敲击作业；③因无法确保现场作业安全，在钻遇地层出少量天然气时(≤10000m3/d)，常常被迫提前终止气体钻井作业，不利于提速优势发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的一个目的在于提供一种能够对石油天然气钻井或钻探井口所形成的可燃气体进行安全处理的方法。本专利技术的另一目的在于解决地层出少量天然气条件下气体钻井敞井作业时的安全难题，以提高含气层段气体钻井敞井作业安全性，延长气体钻井进尺，从而利于气体钻井提速优势发挥，甚至于填补地层出少量天然气时气体钻井敞井作业安全工艺措施的空白。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法，所述安全作业方法采用基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业系统来实现对井口可燃气体的抽吸作用，所述井口安全作业系统包括排砂管线、第一轴向斜喷抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，其中，所述第一轴向斜喷抽吸助排机构包括同轴设置的下芯管、中芯母管、中芯公管、上芯管、基础法兰、注气壳体和喷射法兰，其中，基础法兰具有能够与井口连接的左侧部，以及通过防转动构件与注气壳体紧固连接的右侧部；下芯管具有插入基础法兰并通过第一密封件与基础法兰的内圆周壁紧密接触的左侧部，以及插入喷射法兰的左侧并通过第二密封件与喷射法兰的内圆周壁紧密接触的右侧部；喷射法兰位于注气壳体内部，且喷射法兰的圆周壁上贯穿开设有一个或两个以上的喷射孔；中芯母管具有螺纹内壁，以及插入注气壳体并与注气壳体以不可转动的方式连接的左侧部，并且中芯母管的所述左侧部通过第三密封件与注气壳体紧密接触；中芯公管具有插入喷射法兰的右侧并且通过第四密封件与喷射法兰的内圆周壁紧密接触的左侧部，插入上芯管的左侧并且通过第五密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，设置在中芯公管外壁上且能够与所述中心母管的螺纹内壁配合的螺纹，以及能够在外力作用下使中芯公管转动的回转配合部，所述回转配合部能够使所述中芯公管通过转动实现向左或向右移动，以通过中芯公管的所述左侧部的左端相应实现对所述喷射孔的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线连接的右侧部，并且所述上芯管的左侧与中芯母管的右端具有间隔；注气壳体具有与所述喷射孔连通的一个或两个以上的注气接头；所述注气单元产生惰性气体；所述第一注气管汇将注气单元产生的惰性气体提供至第一轴向斜喷抽吸助排机构的注气壳体的所述一个或两个以上的注气接头，以在第一轴向斜喷抽吸助排机构中形成负压抽吸作用；所述点火装置设置在排砂管线出口端并能够将从排砂管线排出的可燃气体点燃。所述安全作业方法可用于氮气钻井期间时地层出预定量天然气时进行起下钻作业、或进行更换胶芯作业的情况。例如，所述安全作业方法可用于处理地层出可燃气体的量≤10000m3/d的情况。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述井口安全作业系统还可包括第二轴向斜喷抽吸助排机构和第二注气管汇，所述第二轴向斜喷抽吸助排机构设置在排砂管线的转弯处；所述第二注气管汇将注气单元产生的惰性气体提供至第二轴向斜喷抽吸助排机构以在第二轴向斜喷抽吸助排机构中形成负压抽吸作用。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述井口安全作业系统还可包括第三注气管汇和增压机，所述增压机的进气端通过阀门与注气单元连接，所述第三注气管汇将增压机的出气端与井口连通，第三注气管汇能够耐受预定的高压。此外，所述井口安全作业系统还可包括低压闸阀组，所述低压闸阀组设置在注气单元与第一、第二和第三注气管汇之间。另外，所述井口安全作业系统还可包括设置在第三注气管汇上的流量计、立管平板阀和/或泄压撬体。这里，所述安全作业方法可用于氮气钻进作业时地层出预定量天然气的情况。例如，所述安全作业方法可用于处理地层出可燃气体的量≤10000m3/d的情况。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述注气单元可包括一组或两组以上的制氮单元。另外，所述制氮单元可以由一台或两台以上的膜制氮和一台或两台以上的空压机构成。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述中芯母管的左侧部的一部分设置为横截面可呈多边形结构，并且所述注气壳体与中芯母管的左侧部的所述一部分配合的部分具有相应的多边形凹入，以限制中芯母管与注气壳体之间的相互转动。在本专利技术的一个示例性实施例中，所述第一轴向斜喷抽吸助排机构还可包括上芯管卡接件，所述上芯管卡接件能够将中芯公管的右侧部与上芯管卡紧并限制上芯管与中芯公管之间的轴向位移。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下内容中的一项或多项：(1)在排砂管线的特定位置增设轴向斜喷抽吸助排机构，通过向排砂管线内注入一定量氮气，氮气在排砂管线内的高速流动，在井口位置产生一定抽吸力，将井筒天然气吸导至排砂管线内，避免其溢出井口；(2)所增设的两个轴向斜喷抽吸助排机构，分别安装在井口旋转控制头侧出口位置及井场内排砂管线“Z”字型落地三通位置；(3)优化改进注气单元结构及连接方式，引入低压闸阀组，通过对其闸阀的操控，实现不同工况条件下氮气注入模式的切换，及不同轴向斜喷抽吸助排机构处注入氮气量的独立调控；(4)在排砂管线出口处设置自动点火装置，将抽吸至排砂管线出口的天然气点火燃烧排空；(5)该方法提供了在地层出少量天然气条件下进行“起下钻、更换胶芯”等敞井作业时安全作业方法，消除了井筒天然气溢出井口可能引发的安全风险，提高含气层段气体钻井作业安全性，更利于气体钻井提速优势发挥。附图说明图1a示出了本专利技术的基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法的一个示例性实施例使用的安全作业系统中的轴向斜喷抽吸助排机构沿轴向的剖面结构示意图；图1b示出了图1a中的M的局部放大示意图；图2示出了本专利技术的基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法的一个示例性实施例使用的安全作业系统中的轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法，其特征在于，所述安全作业方法采用基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业系统来实现对井口可燃气体的抽吸作用，所述井口安全作业系统包括排砂管线、第一轴向斜喷抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，其中，/n所述第一轴向斜喷抽吸助排机构包括同轴设置的下芯管、中芯母管、中芯公管、上芯管、基础法兰、注气壳体和喷射法兰，其中，基础法兰具有能够与井口连接的左侧部，以及通过防转动构件与注气壳体紧固连接的右侧部；下芯管具有插入基础法兰并通过第一密封件与基础法兰的内圆周壁紧密接触的左侧部，以及插入喷射法兰的左侧并通过第二密封件与喷射法兰的内圆周壁紧密接触的右侧部；喷射法兰位于注气壳体内部，且喷射法兰的圆周壁上贯穿开设有一个或两个以上的喷射孔；中芯母管具有螺纹内壁，以及插入注气壳体并与注气壳体以不可转动的方式连接的左侧部，并且中芯母管的所述左侧部通过第三密封件与注气壳体紧密接触；中芯公管具有插入喷射法兰的右侧并且通过第四密封件与喷射法兰的内圆周壁紧密接触的左侧部，插入上芯管的左侧并且通过第五密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，设置在中芯公管外壁上且能够与所述中心母管的螺纹内壁配合的螺纹，以及能够在外力作用下使中芯公管转动的回转配合部，所述回转配合部能够使所述中芯公管通过转动实现向左或向右移动，以通过中芯公管的所述左侧部的左端相应实现对所述喷射孔的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线连接的右侧部，并且所述上芯管的左侧与中芯母管的右端具有间隔；注气壳体具有与所述喷射孔连通的一个或两个以上的注气接头；/n所述注气单元产生惰性气体；/n所述第一注气管汇将注气单元产生的惰性气体提供至第一轴向斜喷抽吸助排机构的注气壳体的所述一个或两个以上的注气接头，以在第一轴向斜喷抽吸助排机构中形成负压抽吸作用；/n所述点火装置设置在排砂管线出口端并能够将从排砂管线排出的可燃气体点燃。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法，其特征在于，所述安全作业方法采用基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业系统来实现对井口可燃气体的抽吸作用，所述井口安全作业系统包括排砂管线、第一轴向斜喷抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，其中，
所述第一轴向斜喷抽吸助排机构包括同轴设置的下芯管、中芯母管、中芯公管、上芯管、基础法兰、注气壳体和喷射法兰，其中，基础法兰具有能够与井口连接的左侧部，以及通过防转动构件与注气壳体紧固连接的右侧部；下芯管具有插入基础法兰并通过第一密封件与基础法兰的内圆周壁紧密接触的左侧部，以及插入喷射法兰的左侧并通过第二密封件与喷射法兰的内圆周壁紧密接触的右侧部；喷射法兰位于注气壳体内部，且喷射法兰的圆周壁上贯穿开设有一个或两个以上的喷射孔；中芯母管具有螺纹内壁，以及插入注气壳体并与注气壳体以不可转动的方式连接的左侧部，并且中芯母管的所述左侧部通过第三密封件与注气壳体紧密接触；中芯公管具有插入喷射法兰的右侧并且通过第四密封件与喷射法兰的内圆周壁紧密接触的左侧部，插入上芯管的左侧并且通过第五密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，设置在中芯公管外壁上且能够与所述中心母管的螺纹内壁配合的螺纹，以及能够在外力作用下使中芯公管转动的回转配合部，所述回转配合部能够使所述中芯公管通过转动实现向左或向右移动，以通过中芯公管的所述左侧部的左端相应实现对所述喷射孔的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线连接的右侧部，并且所述上芯管的左侧与中芯母管的右端具有间隔；注气壳体具有与所述喷射孔连通的一个或两个以上的注气接头；
所述注气单元产生惰性气体；
所述第一注气管汇将注气单元产生的惰性气体提供至第一轴向斜喷抽吸助排机构的注气壳体的所述一个或两个以上的注气接头，以在第一轴向斜喷抽吸助排机构中形成负压抽吸作用；
所述点火装置设置在排砂管线出口端并能够将从排砂管线排出的可燃气体点燃。


2.根据权利要求1所述的基于轴向斜喷抽吸助排的井口安全作业方法，其特征在于，所述井口安全作业系统还包括第二轴向斜喷抽吸助排机构和第二注气管汇，所述第二轴向斜喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：范黎明，邓虎，韩烈祥，邓柯，董仕明，蒋杰，李雷，黄崇君，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51