一种气爆惯性虹吸负压钻井系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种气爆惯性虹吸负压钻井系统，涉及钻井技术领域，包括钻井系统包括：钻井装置包括钻杆与钻头；注气装置，包括氮气源，氮气源通过注气管线连通钻杆；增压注水装置，包括脉冲增压储能水罐，脉冲增压储能水罐通过注水管线连通钻杆；井筒的井口处通过返回管线连通有返回物回收设备。本实用新型专利技术通过设置注气装置、增压注水装置、钻井装置，向井内持续注气、增压注水，在欠平衡钻井工艺的基础上，利用液体控化产生活塞效应进行虹吸产生尾流，产生纵向垂直作用于井底截面积岩层的拉应力，加大地层撬动，并利用虹吸将岩屑携带返回，实现钻井，在发挥了欠平衡钻井工艺提速优势上，大大提高钻井效率，并解决了传统欠平衡钻井的诸多问题。井的诸多问题。井的诸多问题。

【技术实现步骤摘要】
一种气爆惯性虹吸负压钻井系统


[0001]本技术涉及钻井
，更具体地说，它涉及一种气爆惯性虹吸负压钻井系统。

技术介绍

[0002]目前石油工程中从钻到采，只利用了作用力，而反作用力没有被利用，导致工程效率最多完成50％，如石油开采率还没有超过40％，煤炭可燃冰等难动用的能源大部分还不可利用，地热钻井成本失衡的局面始终达不到人类社会高速发展的需要，导致能源危机极大的阻碍人类生存发展的主要矛盾。
[0003]传统钻井工艺采用液体作为钻井液循环携带岩屑保持进尺。钻井液受到地球引力影响产生累积压强，累积压强对井底岩石产生压持效应，使其力学特性显示以塑性和韧性为主，使得岩石可钻性变差。由于钻井液产生的累积压强的大小与液柱的高度和密度成正比，钻井能力与钻机功率、井深、直径、钻头材质、液体比重、岩层力学性质相关，这种状况造成了钻头破岩难度随着井深增加而加大，使得传统钻井工艺钻速慢、深井钻机功率巨大、运行成本居高不下。
[0004]为了解决传统钻井工艺井下岩石力学特性的问题，现有技术中已提出并研发了欠平衡钻井工艺，采用低密度钻井液作为钻井循环介质。以气体钻井液举例说明：气体作为钻井液的优势是地球引力对气体介质基本不产生累积压强，可作为循环介质起到携带岩屑，气体介质具备了携带岩屑的功能后，释放了井底岩层的压持效应，使岩层的塑性及韧性转变为脆性，给钻头破岩创造了有利条件，大幅提高机械钻速。
[0005]但是上述气体欠平衡工艺在实际应用中还存在诸多难题：
[0006](1)气体钻井最忌惮的是井内出水。因为水对井底产生累积压强，会阻碍甚至停止气体循环。目前应对办法是增加压缩机/增压机功率将气体压力大幅度升高，抵消出水产生的累积压强，这导致现场设备投资及运行成本巨大；
[0007](2)施加钻压造成钻具出现挠度会使钻具与井壁产生摩擦发热，岩屑在上返过程中与钻具、井壁发生粘卡现象；
[0008](3)由于直径出现变化，钻挺与钻杆接头处容易出现旋流，可使细小岩屑产生堆积。由于井内湿度影响，岩屑堆积严重时可能发生抱钻事故；
[0009](4)气体控化难度大于液体，只要利用地球引力液体就从高处向低处自动导向流动，而气体必须由密封管控方向否则会发生泄漏污染环境；
[0010](5)由于气体流速快又携带岩屑对管件冲击很大，特别在转弯处很容易击穿管件；
[0011](6)由于陀螺效应的存在防斜打直有难度，所以钻压也很关键。
[0012]基于上述难题的欠平衡钻井技术应用范围大大缩小，但是其优势仍然很明显，比传统液体钻井的钻速提高了5
‑
8倍，钻机功率可减小60％。如果更换气锤钻井可提高机械钻速10
‑
15倍。
[0013]基于上述问题，本技术提出一种在发挥欠平衡钻井工艺提速优势基础上，解
决传统欠平衡钻井工艺诸多难题的气爆惯性虹吸负压系统及工艺。

技术实现思路

[0014]针对实际运用中这一问题，本技术目的在于提出一种气爆惯性虹吸负压钻井系统，具体方案如下：
[0015]一种气爆惯性虹吸负压钻井系统，所述钻井系统包括：
[0016]钻井装置，其伸入井筒内，所述钻井装置包括钻杆与钻头，所述钻杆内形成注入通道，所述钻杆与所述井筒之间形成返回通道；
[0017]注气装置，用于向钻杆内注气，包括氮气源，所述氮气源通过注气管线连通所述钻杆；
[0018]增压注水装置，用于向钻杆内增压注水，包括脉冲增压储能水罐，所述脉冲增压储能水罐通过注水管线连通所述钻杆，所述脉冲增压储能水罐出水端还连通有钻井液排空管线；
[0019]所述井筒的井口处通过返回管线连通有返回物回收设备。
[0020]进一步的，所述增压注水装置上还包括注气补水装置，所述注气补水装置用于向脉冲增压储能水罐内注气补水，包括钻井液储存罐与泵，所述钻井液储存罐通过补气管线连通所述脉冲增压储能水罐，所述补气管线上设有泵，所述脉冲增压储能水罐出水端通过泄压排空管线连通气储存罐。
[0021]进一步的，所述注气管线上依次设有第一电控阀门、第二电控阀门以及第三电控阀门；
[0022]所述注水管线上依次设有第四电控阀门、第五电控阀门；
[0023]所述注水管线与注气管线并联，所述第四电控阀门、脉冲增压储能水罐与第五电控阀门位于第一电控阀门与第三电控阀门之间，且与所述第二电控阀门并联；
[0024]所述补气管线上设有第六电控阀门，所述泄压排空管线上设有第七电控阀门；
[0025]所述返回管线上设有第八电控阀门；
[0026]所述注气管线上还设有压力传感器、气体流量传感器以及钻杆压力传感器；
[0027]所述返回管线上还设有套管压力传感器。
[0028]进一步的，所述脉冲增压储能水罐的出水端还设有钻井液排空管线，所述钻井液排空管线上设有第九电控阀门。
[0029]进一步的，所述钻井液储存罐、气储存罐以及返回物回收设备上设有安全模组。
[0030]进一步的，所述钻井装置还包括钻井平台以及封井器，所述井筒安装于所述钻井平台下方，所述钻杆自钻井平台上方向下延伸至井筒内，所述封井器安装于井筒顶端位置处，用于密封井筒。
[0031]一种气爆惯性虹吸负压钻井工艺，该钻井工艺包括如下步骤：
[0032]1)将钻杆布置到井筒内，并在钻杆与井筒内壁之间形成返回通道；
[0033]2)注气：根据各个传感器测量数值，关闭第四电控阀门与第五电控阀门，打开第一电控阀门、第二电控阀门、第三电控阀门，氮气源通过注气管线向井内输送氮气；
[0034]3)增压注水：关闭第二电控阀门、第六电控阀门、第七电控阀门、第九电控阀门以及泵，开启第四电控阀门以及第五电控阀门，用氮气源内的高压氮气将脉冲增压储能水罐
内钻井液推入井内；
[0035]4)根据井内状况，调节增压注水频率，并重复步骤2)与步骤3)中操作，对井内持续注气、增压注水，钻井液与氮气间隔进入钻杆内，在气体欠平衡的基础上利用液体控化产生活塞效应进行虹吸产生尾流，产生拉应力，加大地层撬动凸鼓力，以实现钻井；
[0036]5)利用虹吸将钻井产生的各种介质经返回通道输送至返回物回收设备。
[0037]进一步的，所述步骤3)还包括注气补水：根据各传感器测量数值，关闭第四电控阀门与第五电控阀门，开启第九电控阀门、第六电控阀门与第七电控阀门，泵向脉冲增压储能水罐内补充钻井液，过程中，第九电控阀门遇液自动关闭。
[0038]进一步的，所述步骤2)中进入井内氮气流速达到15.24m/s，并且氮气压力随井深及出水量的增加而增加。
[0039]与现有技术相比，本技术的有益效果如下：本技术中，通过设置注气装置、增压注水装置，通过钻井装置向井内持续注气、增压注水，在欠平衡工艺的基础上，利用液体控化产生活塞效应进行虹吸产生尾流，地层表面产生负压，使得地层表面与地层内部形成压差，并产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气爆惯性虹吸负压钻井系统，其特征在于，所述钻井系统包括：钻井装置，其伸入井筒(7)内，所述钻井装置包括钻杆(1)与钻头(2)，所述钻杆(1)内形成注入通道(3)，所述钻杆(1)与所述井筒(7)之间形成返回通道(4)；注气装置，用于向钻杆(1)内注气，包括氮气源(5)，所述氮气源(5)通过注气管线连通所述钻杆(1)；增压注水装置，用于向钻杆(1)内增压注水，包括脉冲增压储能水罐(6)，所述脉冲增压储能水罐(6)通过注水管线连通所述钻杆(1)，所述脉冲增压储能水罐(6)出水端还连通有钻井液排空管线；所述井筒(7)的井口处通过返回管线连通有返回物回收设备。2.根据权利要求1所述的气爆惯性虹吸负压钻井系统，其特征在于，所述增压注水装置上还包括注气补水装置，所述注气补水装置用于向脉冲增压储能水罐(6)内注气补水，包括钻井液储存罐与泵(8)，所述钻井液储存罐通过补气管线连通所述脉冲增压储能水罐(6)，所述补气管线上设有泵(8)，所述脉冲增压储能水罐(6)出水端通过泄压排空管线连通气储存罐。3.根据权利要求2所述的气爆惯性虹吸负压钻井系统，其特征在于，所述注气管线上依次设有第一电控阀门(9)、第二电控阀门(10)以及第三电控阀门(11)；所述注水管线上依次设有第四电控阀门(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，曹溪，张朝纯，李松涛，张忠涛，林纯建，钟鸣，贺群，田华，李青青，孙振勇，邹强，金钊，王虎，田沛然，赵晓宇，张雁飞，张群通，郑海东，刘晶，耿娜，张荣涛，
申请(专利权)人：上海万维亿通装备制造有限公司，
类型：新型
国别省市：