【文章內(nèi)容簡介】 尺寸的鉆頭，現(xiàn)場配有40″、30″、 20″等三種旋轉(zhuǎn)頭。旋轉(zhuǎn)頭由四川石油管理局生產(chǎn)，工作壓力：5Mpa，冷卻方式：循環(huán)水冷卻″。圖110 旋轉(zhuǎn)頭6) 泄壓管線泄壓管線時用來釋放立管、方鉆桿和鉆桿與鉆柱單流閥之間的壓力。它可以將存在于鉆柱內(nèi)的壓力直接排放到泄壓管線中。在接單根、立柱或者起下鉆作業(yè)時，必須迅速釋放掉存在于相應管線中的壓力。泄壓管線必須進行牢固的連接，而且必須使用安全纜將其串在一起。泄壓管線的出口端必須進行可靠固定，必須采用重物壓置。7) 遠程氣體管匯控制系統(tǒng)遠程氣體管匯控制就是集中控制空氣鉆井時需要經(jīng)常開啟和關閉的控制閥?？諝馀菽@井時，大量的氣體和液體控制閥分布在井場近100米的范圍之內(nèi)，而這些控制閥又將根據(jù)不同的鉆井要求，需要進行經(jīng)常的、及時的開啟和關閉，人工操作顯然不能滿足作業(yè)要求。為此，我們專門設計了一套遠程氣體管匯控制系統(tǒng)。遠程氣體管匯控制系統(tǒng)由多個三位四通閥組成，采用氣動控制。每一個三位四通閥控制一個閘閥，閘閥和三位四通閥之間由兩根軟管連接，在遠程控制臺上，一名操作人員就可以輕易、及時地開啟和關閉所有閘閥。圖111 遠程控制8) 化學注射泵 化學注射泵由International oilwell 公司生產(chǎn)，型號是P10。排量0～10l/min。工作壓力3000Psi。驅(qū)動方式：空氣。9) 空氣參數(shù)記錄儀空氣參數(shù)記錄儀可以24小時連續(xù)、準確、及時地記錄所注入井內(nèi)空氣的流量和壓力。它由流量和壓力測量兩部分組成。流量計則是通過一個標準的孔板流量計來測量注入氣體的體積流量的。壓力記錄儀也是孔板流量計的一部分，在孔板流量計處可測得壓力的絕對值和壓差值。根據(jù)這些壓力測量數(shù)據(jù)，就可很容易地計算出輸出的空氣流量大小，這是空氣泡沫鉆井的一個重要的依據(jù)。通過它，我們可以準確、及時地判斷井下所出現(xiàn)的復雜情況。在不同的情況下，必須及時更換不同尺寸的孔板。我們在伊朗19＋2項目中所使用的氣體流量計是巴頓氣體流量計，流量計的工作壓力為3000Psi，測量范圍0～15000標準立方英尺，測量精度96％；液體流量計是International Run400，流量計的工作壓力5000Psi，測量范圍0～1818l/min，測量精度99％。10) 自動加油系統(tǒng)在所有空氣鉆井設備同時工作時，由于數(shù)量多，整個系統(tǒng)的總功率將達到9780馬力，每天原料油的消耗量達到28m3。由于高架油罐離空氣鉆井設備的距離超過100m，不管是人工加油還是壓差加油都不可能滿足設備的工作要求，因此我們設計了一套自動加油系統(tǒng)。自動加油系統(tǒng)由油泵、計量儀表，壓力控制閥，電磁閥和管匯組成。每臺設備的油箱上都裝有高低位電磁限位閥，當油位達到高位時，電磁閥自動關閉，停止供油；當油位達到低位時電磁閥自動開啟，進行加油。當所有油箱都關閉時，供油泵在壓力控制閥的控制下，自動停止工作。11) 除塵器除塵器是用水泵的將水直接輸送到排砂管內(nèi)部，并噴灑在環(huán)空返出的空氣流體上，這樣即可減小排放管的粉塵量?？諝忏@井時，必須使用除塵器，這樣可以避免粉塵對空氣鉆井設備的影響，以及對環(huán)境的污染。不然的話，空壓機會因此吸入含有大量粉塵的空氣，從而影響空壓機零配件的消耗，甚至時空壓機的壽命。12) 鉆桿單流閥鉆桿單流閥是實施空氣泡沫鉆井的一個重要的井下工具?？諝忏@井時用于清潔井眼的流體為可壓縮流體，在接單根和進行其它作業(yè)需要卸開方鉆桿時，如果沒有鉆桿單流閥，鉆具內(nèi)的壓縮氣體就會從鉆桿內(nèi)噴出；同時過長的氣體泄壓時間也耽誤了鉆井作業(yè)，這是空氣泡沫鉆井所不允許的。鉆桿單流閥的作用就是在方鉆桿被卸開時用于阻止鉆具內(nèi)的壓縮流體釋放。鉆桿單流閥的安放位置隨著井深的不同而不同，其基本安放原則是：空氣鉆井開鉆前將鉆具下放至井底后安放第一只鉆桿單流閥，隨后隨著鉆井井深的增加而增加，一般是：在干地層鉆進時每鉆進150~250米加裝鉆桿單流閥一只；如果地層出油、氣、水或循環(huán)壓力過高時每鉆進100~150米加裝鉆桿單流閥一只。目前常用的鉆桿單流閥為箭型單流閥，它工作和自由狀態(tài)時處于開啟，當有一定的回壓（）時則自行關閉。鉆桿單流閥的安放位置和工作原理見下圖。當換鉆頭或進行其它井下作業(yè)需要進行起下鉆時，鉆桿單流閥將會和鉆具一起被起至鉆臺面。正常情況下隨著起鉆前的準備和起鉆的進行，作用于鉆桿單流閥上高壓氣體會自行經(jīng)氣體排出管線釋放，不會影響到起鉆作業(yè)的正常進行。但如果空氣鉆井時循環(huán)壓力過高，當提鉆至鉆桿單流閥時應檢查鉆桿單流閥是否處于開啟狀態(tài)，如果鉆桿單流閥處于關閉狀態(tài)，說明井下鉆具中還有壓縮流體，這時不應強行卸下鉆桿單流閥；特別是當鉆頭水眼被堵塞時，鉆具中將密閉有大量的高壓氣體，這時應使用專用鉆桿單流閥泄壓工具來釋放鉆具中的高壓氣體，等鉆具中的高壓氣體完全釋放完后才可卸下鉆桿單流閥，如果強行卸下鉆桿單流閥將是非常危險的。圖112 鉆桿單流閥安裝位置及工作原理13) 井底浮閥井底浮閥和鉆桿單流閥都具有使流體單向流動的功能，在空氣鉆井中它們的用途都是阻止空氣倒流。在進行空氣鉆井時，鉆具內(nèi)的壓力將大于環(huán)空壓力，當接單根或進行其它作業(yè)需要卸開方鉆桿時，首先要釋放鉆具最上部鉆桿單流閥以上的壓縮氣體，在這段時間內(nèi)，由于環(huán)空和鉆具內(nèi)的壓力差，將會使環(huán)空中的氣流向鉆具內(nèi)倒流。如果不及阻止這一現(xiàn)象發(fā)生，環(huán)空中的巖屑將會和倒流的氣流一起流入鉆具內(nèi)部，造成巖屑沉積于鉆具內(nèi)而堵塞鉆頭水眼。浮閥的作用就是在鉆具內(nèi)壓力需要釋放時，短時間內(nèi)快速隔離鉆具和環(huán)空，阻止環(huán)空中的氣流和巖屑倒流至鉆具內(nèi)部而造成鉆井事故。14) 鉆具組合空氣泡沫鉆井為彈性流體鉆井，除了常規(guī)泥漿鉆井所需配備的井下工具外，還應在鉆具的適當位置安裝浮閥和單流閥，以確保接單根和起下鉆時的快速和安全。鉆頭應選用保徑好的小齒鉆頭。另外空氣鉆井會使減震器、隨鉆震擊器等井下工具壽命大幅度降低，因此應選用適合空氣鉆井的減震器和隨鉆震擊器，這已由北京石油機械廠研制和生產(chǎn)。當進行空氣鉆進時，除常規(guī)的泥漿鉆井井下工具外，還應配備一些特殊的進行工具以滿足空氣鉆井的需要。一般來說，用于空氣鉆井的鉆具組合與常規(guī)泥漿鉆井中使用的鉆具組合沒有太大的差別，但也不完全等同于泥漿鉆井的鉆具組合，空氣鉆井的鉆具組合在泥漿鉆井的鉆具組合上還需要增加一些浮閥、旁通閥、鉆桿單流閥、振擊器、減震器及一些具有特殊功能的鉆井工具，所以，在空氣鉆井中仍推薦使用滿眼或者剛性鉆具組合。典型的空氣鉆井井底鉆具組合見下圖。空氣鉆井鉆具組合的功能除應具有常規(guī)泥漿鉆井鉆具組合的功能外，還應具有穩(wěn)斜、減振的功能。圖 113 典型的井底鉆具組合鉆頭由于空氣鉆井失去了泥漿對鉆頭的潤滑作用，所以空氣鉆井時應選用那些具有較好保徑作用的鉆頭。推薦使用具有硬質(zhì)合金鉆頭或短齒金屬密封軸承鉆頭。當使用氣體進行鉆進時，所有的鉆頭外徑都會發(fā)生磨損而變小。具有保徑作用的鉆頭有助于減少鉆進中鉆頭外徑的磨損，但是空氣鉆井中鉆頭外徑磨損量應該控制在一定的范圍之內(nèi)。在一個新的區(qū)域進行空氣鉆井前，要對所鉆地層的巖石硬度有一個比較詳細的了解，根據(jù)巖石的硬度選擇合適的鉆頭，一般所選用的鉆頭要比泥漿鉆井時所選用的鉆頭高一個檔次。例如：在某地層進行空氣鉆井，如果該地層泥漿鉆井所選用的鉆頭型號為XHP527，則空氣鉆井所選用的鉆頭型號應為XHP537。在堅硬地層進行空氣鉆井時，當一個已鉆進了相當進尺的鉆頭起出后，首先要測量其外徑，確定是否可以下入相同尺寸的新鉆頭，如果不經(jīng)檢驗而下入相同尺寸的新鉆頭是很危險的，很可能新的鉆頭下不到井底，而必須對井眼進行劃眼和擴眼。因此在進行空氣鉆井時應將鉆頭的外徑磨損控制在每鉆進350米進尺，鉆頭的磨損小于1/8。另外，如果井眼尺寸允許的話，在第一個鉆頭入井時應考慮所用鉆頭外徑比設計要求的井徑大一個數(shù)量級。鉆頭外徑的磨損主要取決于所用的鉆頭是否采用了保徑措施以及地層的軟硬程度。在空氣鉆井中，為了減少巖屑的重復破碎，盡快將巖屑帶離鉆頭，這樣就勢必要提高空氣的噴射速度。為了提高空氣的噴射速度，通常要封堵鉆頭上的一個噴嘴。在封堵噴嘴時，被封堵的噴嘴應該位于兩個具有最好保徑作用的牙輪之間。因為所封堵的噴嘴相鄰的牙輪之間將是絕大多數(shù)巖屑上返的通道，所以這二個牙輪往上的鉆頭本體所承受的巖屑沖擊也最厲害。另外需要提出的是，在空氣鉆井中，當壓縮空氣通過鉆頭噴嘴時，由于空氣的膨脹，會產(chǎn)生很高的速度（超音速流動且溫度很低）。空氣發(fā)生膨脹的原因是因為其井底的壓力很低。當空氣通過鉆頭時，其溫度急劇下降。通過噴嘴的氣流具有很高的動能，這種動能耗散在形成井底渦流的過程中。當氣流速度減緩，并沿環(huán)空上升時，噴射動能又被轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能。此時空氣流的溫度大致恢復到正常的流動溫度（近似等于井底溫度）。在伊朗19＋2項目實施的過程中，我們也在不斷的摸索鉆頭選擇的原則、鉆頭使用的具體規(guī)程。鑲齒、有保徑齒、抗沖擊、軸承壽命長的XHP537和XHP437已經(jīng)成了空氣泡沫鉆井的首選鉆頭。通過19＋2項目空氣泡沫鉆井的實踐，每口井的鉆頭用量從剛開始的20只進口鉆頭，減少到了后來的每口井只用10只國產(chǎn)鉆頭，節(jié)約了大量的成本。 空氣/泡沫鉆井技術(shù)措施 根據(jù)TABNAK氣田的實際井身結(jié)構(gòu)和地質(zhì)情況，經(jīng)過分析和計算,我們對空氣、泡沫鉆井的作業(yè)參數(shù)和技術(shù)措施進行了優(yōu)化設計，并制定了一套適合該氣田空氣泡沫鉆井的作業(yè)程序。1） 認真閱讀甲方提供的地質(zhì)和工程設計，詳細了解不同井段的地質(zhì)分層和巖性特征。2） 根據(jù)不同的井深、井徑、地層產(chǎn)水狀況和地層巖性，確定使用空氣鉆井還是泡沫鉆井，并根據(jù)井深、井徑、地層水特征和地層巖性特征計算出合理的空氣注入量和相應的泡沫配方。3） 安裝好全套防噴器、旋轉(zhuǎn)防噴器及管匯，按規(guī)定試壓合格。4） 安裝好排屑管線（不能拐彎），長度不得低于50m，并用繃繩固定；直徑合適；出口在下風方向；排屑管上安裝好降塵和取樣裝置。5） 配備合理的鉆具組合：包括浮閥、單流閥的位置，鉆具外徑。6） 選擇與地層相匹配的鉆頭。7） 充分和甲方監(jiān)督溝通，讓甲方明白為什么要這樣干，這樣干的優(yōu)點是什么？在不違反安全的情況下，充分尊重甲方監(jiān)督的意見。8） 安裝好空氣鉆井設備，對高、中壓管線、管匯都要嚴格固定，每根高壓、中壓和排空管線都要栓保險鏈。9） 查所有發(fā)動機防火罩和照明燈防爆裝置及防爆電路，確保完好。10） 檢查滅火裝置數(shù)量及完好狀態(tài)，按規(guī)定配備齊全。11） 在井場200m外設立警示牌，說明此處在進行空氣和天然氣鉆井；井場嚴禁煙火12） 貯備足夠數(shù)量的相應密度的壓井泥漿，并將泥漿泵與立管連接，隨時可用。13） 如可能存在天然氣溢出的情況，應使用防爆工具和繩索，鉆具接頭和方補心應涂防爆材料。14） 調(diào)整好設備，防止產(chǎn)生火花。15） 制定安全操作規(guī)定和崗位分工及職責。16） 制定應急預案。17） 措施和施工方案交底，讓參與施工的井隊和空氣作業(yè)隊的每一員工都明白和熟悉每一道工序的目的、意義、方法、步驟、職責和安全操作注意事項以及應急預案的處理。 作業(yè)過程中1） 根據(jù)不同的地層特性選擇合理的鉆井參數(shù)，充分發(fā)揮空氣泡沫鉆井鉆速快的特點，在安全的條件下，盡可能快地提高機械鉆速。2） 在循環(huán)的情況下，鉆具在井內(nèi)的靜止時間不得超過10分鐘，鉆具活動范圍視井下情況而定。特殊情況下（如需靜止時間較長）應將鉆具提至安全井段，防止井下事故發(fā)生；3） 在停止循環(huán)的條件下，鉆具不得在井內(nèi)靜止。如遇復雜情況應立即將鉆具提至套管內(nèi)進行處理；4） 每只單流閥、浮閥在下井前應仔細檢查和保養(yǎng)，其性能必須安全可靠。5） 每只單流閥和浮閥都要根據(jù)當?shù)氐氖褂们闆r，確定更換周期，到時必須更換。6） 鉆井時，工藝人員要隨時注意立管壓力和扭矩的變化情況，如果壓力變化波動不正常或扭矩不正常時，要及時采取措施，防止井下復雜情況的發(fā)生。7） 要經(jīng)常觀察排出口巖屑返出情況。如果返出不正常，應對井下情況進行準確分析和判斷，及時采取相應的措施進行處理。8） 鉆進過程中嚴格執(zhí)行“兩洗一劃”制度，即鉆完單根后要洗井劃眼5～10min，接單根后要洗井3～5分鐘。9） 鉆井作業(yè)期間，人員不得在空氣鉆井高、低壓管線、管匯處逗留。 起下鉆注意事項1） 提鉆前，充分洗井，至少循環(huán)一周，保證井眼清潔。2） 提鉆速度要均勻，當鉆頭提至井口時，應注意提鉆速度，防止鉆頭損壞旋轉(zhuǎn)頭。3） 提鉆到每一個浮閥處，都要用專用卸壓工具接頭卸壓，確定兩浮閥間無壓力后方可繼續(xù)提鉆。4） 將鉆具下入旋轉(zhuǎn)頭內(nèi)后，應鎖緊旋轉(zhuǎn)頭固定裝置。5） 下鉆要分段循環(huán)，將地層水分段替出；下鉆到底循環(huán)正常后，方可鉆進。6） 如用泡沫鉆井，要在出口看到一股柔和的氣流吹出或緩和的泡沫沖擊性流動，才可恢復鉆井。1） 必須循環(huán)2－3分鐘2） 打開旁通排氣閥，使空氣通過旁通管線直接排出。3） 關閉送氣閥，停止向井內(nèi)送氣。4） 打開泄壓排氣閥，當泄壓管線無返出時，方可接單根（立柱）。1） 關閉泄壓排氣閥。2） 打開送氣發(fā)閥，使空氣可以通過送氣管線。3） 關閉旁通排氣閥，此時空氣將直接進入井內(nèi)。4） 觀察空氣或泡沫返出情況 防止卡鉆及井下復雜情況的措施1） 鉆井過程中堅持“兩洗一劃”制度，適當控制鉆速。2） 在泡沫鉆井過程中立管壓力和扭矩發(fā)生異常，立即停止鉆進，洗井，觀察排出口返出情況，循環(huán)正常后方可繼續(xù)鉆進。3） 確?？諝夂团菽旱某掷m(xù)穩(wěn)定供應。 再開鉆準備（下鉆后的替漿）空氣泡沫鉆井中的還有一個重要過程，那就是在繼續(xù)進行空氣泡沫鉆進之前，必須要將套管柱內(nèi)部的流體替出井口。同樣在某些其他的情況下，也存在在空氣泡沫鉆進之前，將井內(nèi)的流體提出井口。將流體替出井口的步驟和方法如下：1） 將帶有所需下部鉆具組合的鉆柱頭下放到井底。2） 緩慢起動泥漿泵，以小排量向鉆柱內(nèi)泵入流體。采用小排量工作可以最大程度降低流動摩阻，并且使循環(huán)時的立管壓力最低。3） 將一臺空壓機和增壓機聯(lián)接到地面送氣管匯上，然后向鉆柱內(nèi)注入空氣，其注入排量一般約為100~150SCFM即可滿足井下流體的充氣要求。如果充氣所用的空氣排量大，立管壓力