基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统，所述系统包括排砂管线、可调式环形抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，可调式环形抽吸助排机构将井口与排砂管线连接；注气单元产生惰性气体；第一注气管汇将注气单元产生的惰性气体提供至可调式环形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能够将从排砂管线排出的可燃气体点燃。本实用新型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 system based on adjustable annular suction and drainage of wellhead gas

【技术实现步骤摘要】
基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统
本技术涉及钻井(钻探)工程技术装备领域，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系统，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装置。本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，本技术提供了一种基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统，所述安全作业系统包括排沙管线、第一可调式环形抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，其中，所述抽吸助排机构包括同轴设置的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管，其中，基础法兰具有能够与井口连接的左侧部，具有外圆锥面的右侧部，以及沿径向向外凸出的外突出部；注气壳体包括具有第一内径的左侧部、具有第二内径的右侧部和一个或两个以上的注气接头，其中，所述第一内径大于所述第二内径，所述注气壳体的左侧部通过防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接，所述注气壳体的右侧部的内圆周设置有第一螺纹，所述注气接头与所述第一内径所对应的空间连通；中芯公管包括插入上芯管的左侧并且通过第一密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，具有第二螺纹的左侧部，以及形成在中芯公管的所述左侧部的内圆周上内圆锥面，其中，所述第二螺纹设置在中芯公管的外壁上且能够与所述第一螺纹配合，以对应于中芯公管的绕轴转动实现中芯公管相对于注气壳体的向左或向右移动，所述内圆锥面能够与所述基础法兰的右侧部的外圆锥面相互配合以形成与所述注气接头连通的可调节的喷射通道，从而对应于中芯公管的所述向左或向右移动相应实现喷射通道的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线连接的右侧部；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与第一可调式环形抽吸助排机构的注气接头连接，以在第一可调式环形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。在本技术的一个示例性实施例中，所述安全作业系统还可包括第二可调式环形抽吸助排机构和第二注气管汇，所述第二可调式环形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可调式环形抽吸助排机构以在第二可调式环形抽吸助排机构中形成负压抽吸作用。在本技术的一个示例性实施例中，所述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。在本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。在本技术的一个示例性实施例中，安全作业系统中的中芯公管还可包括能够在外力作用下使中芯公管实现所述绕轴转动的回转配合部。例如，回转配合部可设置在中芯公管的位于所述上芯管的左侧与注气壳体的所述右侧部之间的外壁上。在本技术的一个示例性实施例中，所述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。在本技术的一个示例性实施例中，所述中芯公管还可包括设置在中芯公管的所述左侧部上且位于所述第二螺纹左侧的沿径向向外凸出的外凸圆周部，以提高所述第一螺纹与所述第二螺纹配合的密封性。此外，所述抽吸助排机构还可包括设置在注气壳体的所述右侧部与中芯公管的所述外凸圆周部之间的第二密封件。此外，所述第一密封件可包括相互配合的密封圈与密封槽，所述第二密封件可包括相互配合的密封圈与密封槽。在本技术的一个示例性实施例中，所述注气壳体的左侧部可通过可拆卸的防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接。与现有技术相比，本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可调式环形抽吸助排机构，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)所增设的两个可调式环形抽吸助排机构，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，及不同可调式环形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示出了本技术的基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统的一个示例性实施例中的可调式环形抽吸助排机构的剖面结构示意图；图1b示出了图1a中的I的局部放大示意图；图2示出了本技术的基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统的一个示例性实施例中的可调式环形抽吸助排机构外观示意图；图3a示出了本技术的基于可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统，所述安全作业系统包括排沙管线，其特征在于，所述安全作业系统还包括第一可调式环形抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，其中，/n所述抽吸助排机构包括同轴设置的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管，其中，基础法兰具有能够与井口连接的左侧部，具有外圆锥面的右侧部，以及沿径向向外凸出的外突出部；注气壳体包括具有第一内径的左侧部、具有第二内径的右侧部和一个或两个以上的注气接头，其中，所述第一内径大于所述第二内径，所述注气壳体的左侧部通过防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接，所述注气壳体的右侧部的内圆周设置有第一螺纹，所述注气接头与所述第一内径所对应的空间连通；中芯公管包括插入上芯管的左侧并且通过第一密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，具有第二螺纹的左侧部，以及形成在中芯公管的所述左侧部的内圆周上内圆锥面，其中，所述第二螺纹设置在中芯公管的外壁上且能够与所述第一螺纹配合，以对应于中芯公管的绕轴转动实现中芯公管相对于注气壳体的向左或向右移动，所述内圆锥面能够与所述基础法兰的右侧部的外圆锥面相互配合以形成与所述注气接头连通的可调节的喷射通道，从而对应于中芯公管的所述向左或向右移动相应实现喷射通道的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线连接的右侧部；/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与第一可调式环形抽吸助排机构的注气接头连接，以在第一可调式环形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】
1.一种基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统，所述安全作业系统包括排沙管线，其特征在于，所述安全作业系统还包括第一可调式环形抽吸助排机构、点火装置、注气单元和第一注气管汇，其中，
所述抽吸助排机构包括同轴设置的基础法兰、注气壳体、中芯公管和上芯管，其中，基础法兰具有能够与井口连接的左侧部，具有外圆锥面的右侧部，以及沿径向向外凸出的外突出部；注气壳体包括具有第一内径的左侧部、具有第二内径的右侧部和一个或两个以上的注气接头，其中，所述第一内径大于所述第二内径，所述注气壳体的左侧部通过防转动构件与所述基础法兰的外突出部紧固连接，所述注气壳体的右侧部的内圆周设置有第一螺纹，所述注气接头与所述第一内径所对应的空间连通；中芯公管包括插入上芯管的左侧并且通过第一密封件与上芯管的内圆周壁紧密接触的右侧部，具有第二螺纹的左侧部，以及形成在中芯公管的所述左侧部的内圆周上内圆锥面，其中，所述第二螺纹设置在中芯公管的外壁上且能够与所述第一螺纹配合，以对应于中芯公管的绕轴转动实现中芯公管相对于注气壳体的向左或向右移动，所述内圆锥面能够与所述基础法兰的右侧部的外圆锥面相互配合以形成与所述注气接头连通的可调节的喷射通道，从而对应于中芯公管的所述向左或向右移动相应实现喷射通道的关闭或打开；上芯管具有能够与排砂管线连接的右侧部；
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与第一可调式环形抽吸助排机构的注气接头连接，以在第一可调式环形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所述的基于可调式环形抽吸助排井口可燃气的安全作业系统，其特征在于，所述安全作业系统还包括第二可调式环形抽吸助排机构和第二注气管汇，所述第二可调式环形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可调式环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：范黎明，邓虎，杨晓峰，廖兵，李雷，段慕白，张继川，何弦桀，
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：新型
国别省市：四川;51