【正文】 畢業(yè)論文氣基流體空氣鉆井技術(shù) 畢業(yè)設(shè)計論文題 目 氣基流體空氣鉆井技術(shù) 摘 要過去對氣基流體 空氣霧化液等 作為氣體鉆井循環(huán)流體缺乏深入的理論研究和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗為適應(yīng)新的氣基流體鉆井方式及鉆井工藝技術(shù)的進(jìn)步開展了氣基流體空氣的應(yīng)用技術(shù)的研究空氣作為循環(huán)流體它在鉆井過程中的主要作用是將井下的鉆屑舉升到井口并帶出井眼如果空氣量不夠則難以有效地將井下鉆屑攜帶出來這樣鉆屑就會在井內(nèi)沉降并在井底聚積造成卡鉆介紹了氣基流體空氣的攜巖機理空氣量的計算方法空氣循環(huán)系統(tǒng)以及氣基流體空氣霧液在現(xiàn)場的應(yīng)用效果空氣鉆井國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀優(yōu)缺點及所用的設(shè)備并闡述了空氣鉆井的一些關(guān)鍵技術(shù)如鉆具腐蝕問題鉆遇水層問題固井等最后介紹了空氣鉆井技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)[1]關(guān)鍵詞 氣體鉆井氣基流體空氣鉆井 攜巖機理 鉆具腐蝕 鉆遇水層 固井目 錄前 言 3第1章 氣基流體空氣鉆井的基本概念和循環(huán)系統(tǒng) 411基本概念 412 空氣量的大小與井眼凈化的關(guān)系 4 空氣攜巖機理 4 鉆屑形狀與下沉速度的關(guān)系 5 空氣注入量的確定 613 氣基流體 空氣／霧液 的循環(huán)系統(tǒng) 8第2章 空氣鉆井技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1021 空氣鉆井在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 1022 國內(nèi)外關(guān)于空氣鉆井理論研究與參數(shù)計算的發(fā)展與現(xiàn)狀 1123 空氣鉆井的優(yōu)缺點比較 1224 空氣鉆井設(shè)備介紹 1325氣體鉆井所必需的條件井眼條件13第3章空氣鉆井的關(guān)鍵技術(shù)與實例簡 1631 空氣鉆井與鉆具腐蝕 16 腐蝕物質(zhì)與腐蝕形式 16 防治措施 1732 空氣鉆井地層出水限定值 18 地層出水對空氣鉆井的影 18 地層出水后空氣鉆井方法 1933 空氣鉆固井技術(shù)實例 22 平落0065井空井固井初 22 主要技術(shù)難點 23 空井固井施工技術(shù) 25 現(xiàn)場施工技術(shù) 26 固井技術(shù)總結(jié) 27第4章 氣體鉆井技術(shù)的改進(jìn) 2841控制氣體體系的壓力 2842 控制壓力鉆井的目標(biāo) 29 液壓系統(tǒng) 29 氣壓系統(tǒng) 29 氣體流體鉆井誤解 30 沒有適當(dāng)控制井眼壓力所造成的問題 3043 井下空氣分流器 DHAD 3144 壓力試驗結(jié)果 3245 建議 33結(jié) 論 34參考文獻(xiàn) 35致 謝 36 前 言氣體鉆井技術(shù)就是以氣體為主要循環(huán)介質(zhì)的欠平衡鉆井技術(shù)主要有純氣體鉆井霧化鉆井泡沫鉆井和充氣鉆井液鉆井[1]氣體鉆井在國外應(yīng)用已相當(dāng)廣泛主要用于加快鉆速發(fā)現(xiàn)和保護(hù)氣層在低壓破碎地層用氣體鉆井可以解決長段井漏問題氣體鉆井首次使用是在19世紀(jì)中期美國猶他州使用空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井此后該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于世界各地油氣井包括煤層氣的鉆探和開發(fā)上特別是在阿巴拉契亞山脈地區(qū)新墨西哥圣胡安盆地西得克薩斯等油田和鉆井液易漏失的洛基山脈地區(qū)空氣鉆井得到廣泛的應(yīng)用[2]截至2000年美國約30的鉆井和完井作業(yè)采用該技術(shù)最深井57912m[2]第1章 氣基流體空氣鉆井的基本概念和循環(huán)系統(tǒng)11基本概念氣基流體空氣鉆井是利用大氣中的空氣或霧化空氣流體作為鉆井的循環(huán)介質(zhì)通過特殊的氣體鉆井配套設(shè)備 空壓機增壓機空氣錘旋轉(zhuǎn)防噴器及連接管匯等 將空氣注入井下再攜巖返至地面來進(jìn)行鉆井的一種工藝技術(shù)氣基流體空氣是由空氣干燥劑防腐劑以及其它添加劑按一定的比例混合組成干空氣和充空氣空氣泡沫流體鉆井是可使地層壓力小于10的地層實現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)的鉆井技術(shù)是目前使用較多的一種氣體型流體12 空氣量的大小與井眼凈化的關(guān)系氣基流體空氣鉆井中使用的循環(huán)流體是空氣它在鉆井過程中的主要作用是將井下的鉆屑舉升到井口并帶出井眼如果空氣量不夠則難以有效地將井下鉆屑攜帶出來這樣鉆屑就會在井內(nèi)沉降并在井底聚積造成卡鉆因而在空氣鉆井作業(yè)中空氣注入量 空氣流速 是安全鉆井的關(guān)鍵因素 空氣攜巖機理在空氣鉆井中循環(huán)的空氣對鉆屑施加一個與鉆屑重力方向相反的舉升力當(dāng)舉升力大于重力時鉆屑就沿井眼向上移動相反鉆屑就會沉降由于鉆屑自身重力不受空氣流的影響因而空氣使鉆屑向上運動有一個臨界速度當(dāng)空氣在環(huán)空中的流動速度超過臨界速度時鉆屑就向上運動如果鉆屑的自由沉降速度為Vt 空氣沿井眼環(huán)空向上的流速為Vf 那么鉆屑向上的運動速度Vc 可由下式表示Vc VfVt 11 由公式 11 可知鉆屑的自由下沉速度越大運移鉆屑所需的空氣流速越大鉆屑的自由下沉速度與鉆屑直徑密度形狀和流體密度等因素有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)球形微粒的自由下沉速度為 12 在公示12 中dc為鉆屑直徑mmCd為阻力系數(shù)ρc為鉆屑密度g／cm3ρf為流體密度g／cm 鉆屑形狀與下沉速度的關(guān)系攜帶巖屑的阻力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)可由鉆屑在流體中的運動速度確定研究發(fā)現(xiàn)在空氣鉆井中環(huán)空中的空氣一般為紊流這時鉆屑的阻力系數(shù)與流動速度無關(guān)為一定值但阻力系數(shù)受鉆屑形狀的影響扁平狀鉆屑的阻力系數(shù)為14角狀及次圓狀鉆屑的阻力系數(shù)為08結(jié)合氣體狀態(tài)方程可推導(dǎo)出扁平狀鉆屑的自由下沉速度為13次圓角狀鉆屑的自由下沉速度為14式中T為井底溫度KP為井底壓力MPa 13 公式 14 可以看出鉆屑的自由下沉速度隨鉆屑直徑的增加而加大鉆屑尺寸越大要帶出鉆屑所需的空氣流速就越大同時攜帶圓球形鉆屑所需空氣量比扁平狀鉆屑所需空氣量大 空氣注人量的確定為了有效攜帶鉆屑需要預(yù)測地面空氣注入速度而其與井眼大小井深機械鉆速等有關(guān)國外研究了多種預(yù)測方法其中多數(shù)方法用于現(xiàn)場時都遇到一個共同問題這就是難以提供鉆屑的形狀和尺寸同時還需要知道井眼的幾何形狀因為在井徑擴大處環(huán)空空氣流速會明顯下降攜帶鉆屑的效果也會下降A(chǔ)ngel提出了一種方法該方法假設(shè)空氣沖擊每粒鉆屑的動能與空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下給予鉆屑的動能是相同的目前該方法已廣泛成為預(yù)測空氣注入量的基礎(chǔ)利用Angel軟件以某井為例計算了3112mm井眼與127mm 鉆桿環(huán)空井深為500m機械鉆速為8m／h球形鉆屑直徑為3mm時空氣注入量與注入壓力巖屑含量和巖屑運移速度的關(guān)系分別如圖11圖12和圖13所示圖13 巖屑運移速度與空氣注入量的關(guān)系圖11表明隨空氣注入量增加注入壓力降低最終趨于一個比較恒定的值圖12表明巖屑含量隨空氣注入量的增加而下降當(dāng)空氣注入量達(dá)到一定值后巖屑含量變化趨勢減緩圖13表明空氣注入量增加巖屑在環(huán)空的運移速度增加當(dāng)空氣注入量達(dá)到一定值后運移速度呈顯著上升趨勢空氣鉆井時對于 4445 mm3112 mm2159 mm不同尺寸的井眼一般情況下的注氣量分別為180～210110～15O8O～120 m3／min13 氣基流體 空氣／霧液 的循環(huán)系統(tǒng)空氣鉆井的流程大致是空氣空壓機增壓機方鉆桿鉆具鉆頭環(huán)空井口排砂管排砂池在空氣鉆井作業(yè)中需要將壓縮機系統(tǒng)的壓縮空氣輸送到鉆機的立管管匯因此就需要連接較大直徑 76～1016mm 的鋼管或軟管這些連接管線的額定壓力值應(yīng)與增壓機的最大壓力相匹配或更高此外在這些連接管線中應(yīng)安裝相應(yīng)的單流閥安全閥和球閥以保護(hù)壓縮機和便于泄壓在氣體輸入的主管線上要連接一根旁通管線 泄壓管線 方便在接單根或需要時泄壓旁通管線可以直接導(dǎo)流到排砂管線另外在旁通管線與立管之間也需安裝一條泄壓管線用以在接單根前放掉立管和鉆具內(nèi)的壓縮空氣以便壓縮機在接單根期間保持運轉(zhuǎn)旁通管線和泄壓管線的直徑一般為508 mm[3]第2章 空 氣 鉆 井 簡 介21 空氣鉆井在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀空氣鉆井是欠平衡鉆井的一個重要分支與傳統(tǒng)鉆井液鉆井相比具有明顯的特征空氣鉆井是指以空氣作為循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行欠平衡鉆井它是最早發(fā)展起來的一種欠平衡鉆井技術(shù)空氣鉆井在美國及加拿大應(yīng)用較為廣泛據(jù)文獻(xiàn)記載空氣鉆井首次使用是在十九世紀(jì)中期有文字記載的是1953年美國猶他州使用空氣鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆井此后該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于世界各地油氣井 包括煤層氣 的鉆探和開發(fā)上到70年代末估計有10的深井鉆井和完井作業(yè)采用了空氣與氣體鉆井技術(shù)截止到2000年據(jù)美國能源部統(tǒng)計30左右的石油天然氣鉆井和完井作業(yè)采用了該技術(shù)最深井已鉆達(dá)19000英尺特別是在美國東部阿巴拉契亞山脈地區(qū)新墨西哥州的圣胡安盆地以及西得克薩斯的某些油田和那些鉆井液易漏失的地區(qū)如洛基山脈