專利名稱：氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)，通過控制井口回壓，降低氣體對井 下鉆具及井口防噴器組合的沖蝕，屬于石油與天然氣氣體鉆井技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣體鉆井是利用氣體代替鉆井液作為循環(huán)流動介質(zhì)進(jìn)行的鉆井作業(yè),氣體
具有密度低、黏度低、對井筒施加壓力低的特點。氣體鉆井的優(yōu)點有:鉆井效率 高、有效保護(hù)油氣層、防止井漏和黏附卡鉆。氣體鉆井還可以有效克服井漏、
頁巖垮塌等井下復(fù)雜情況。但是氣體鉆井在應(yīng)用過程中還存在一系列問題1、 由于氣體鉆井缺少鉆井液的潤滑作用，高速巖屑對井筒(鉆桿、鉆鋌、裸眼和 套管等)及排砂管線的沖蝕嚴(yán)重；2、高速含巖屑?xì)怏w介質(zhì)的酸性腐蝕嚴(yán)重等。 如果不及時地處理上述問題井下鉆具及地面設(shè)備會因為沖蝕及磨損而產(chǎn)生表面 缺陷，同時在交變應(yīng)力的作用下很容易形成裂紋，最終造成井下鉆具及地面設(shè) 備的損壞。
但是，常規(guī)氣體鉆井為保證環(huán)空氣體的攜巖能力，井口一般不施加回壓。 這就造成常規(guī)氣體鉆井缺乏合理有效的回壓控制技術(shù)及裝備，使得井下鉆具及 井口防噴器組合沖蝕嚴(yán)重而得不到有效解決。因此，通過研究氣體鉆井沖蝕機 理及回壓控制技術(shù)，集成一套氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)是解決常規(guī)氣體鉆井在保證 環(huán)空氣體攜巖能力基礎(chǔ)上降低沖蝕問題的有效方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了控制氣體鉆井過程中高速氣-固兩相流對井下鉆具6及井口防噴器組合 5的沖蝕問題，本發(fā)明提供一種氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠通過優(yōu)選 在指定氣體注入壓力及排量下控制回壓的降壓噴嘴l及該噴嘴的安裝位置，降低高速氣-固兩相流對井下鉆具及井口防噴器組合5的沖蝕，而且能夠保證環(huán)空氣 體的攜巖能力。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在常規(guī)氣體鉆井井控設(shè)備基 礎(chǔ)上，通過增加改造后的排砂管線2、降壓噴嘴l及氣體鉆井降沖蝕回壓控制分 析軟件，集成一套氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)；運用數(shù)值計算分析在指定氣體注入壓 力及排量下，環(huán)空井口7加回壓后，高速氣-固兩相流對井下鉆具6及井口防噴器 組合5的沖蝕作用，即井筒環(huán)空8和井口防噴器組合5中的氣-固兩相流速度是否 達(dá)到井下鉆具6及井口防噴器組合5的沖蝕臨界速度，若超過沖蝕臨界速度，則 重新調(diào)整環(huán)空井口7的回壓重新進(jìn)行分析，直到氣-固兩相流速度介于最小攜巖 速度和沖蝕臨界速度之間；通過降沖蝕回壓控制分析軟件根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果優(yōu) 選在該注入壓力及排量下能夠進(jìn)行降沖蝕回壓控制的降壓噴嘴組合及推薦降壓 噴嘴的安裝位置，從而精確控制井口回壓，在保證環(huán)空氣體攜巖能力的同時降 低高速氣-固兩相流對井下鉆具6及井口防噴器組合5的沖蝕作用；降壓噴嘴l的 多級降壓作用能夠降低排砂管線內(nèi)氣-固兩相流的沖蝕臨界速度，從而降低氣-固兩相流對排砂管線彎接頭9的沖蝕。
本發(fā)明的有益效果是通過研究氣體鉆井沖蝕機理及回壓控制技術(shù)，建立 一套氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)，在保證氣體攜巖能力的基礎(chǔ)上合理有效地控制氣體 鉆井井下鉆具6及井口防噴器組合5的沖蝕問題?？梢越档褪┕こ杀?，保證施工 安全。


圖l是本發(fā)明氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi).降壓噴嘴，2.排砂 管線，3.排砂管線入口端，4.排砂管線出口端，5.井口防噴器組合，6.井下鉆 具，7.環(huán)空井口， 8.井筒環(huán)空，9.排砂管線彎接頭。
圖2是本發(fā)明氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)在注入壓力為1.0MPa及排量為27mVmin下
的環(huán)空流速與沖蝕臨界速度的關(guān)系圖。圖3是本發(fā)明氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)在注入壓力為1.0MPa及排量為27mVmin下 施加回壓O. 2MPa后環(huán)空流場分布圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
在圖1中，由于井筒環(huán)空8返出的氣固兩相流體從排砂管線入口端3經(jīng)過降壓 噴嘴l組合會產(chǎn)生一個壓降，而此壓降既是環(huán)空井口7需要控制的回壓值，該回 壓值可以運用氣體鉆井降沖蝕回壓控制分析軟件在給定氣體注入壓力及排量下 計算得出。根據(jù)此回壓值，優(yōu)選在該注入壓力及排量下能夠?qū)⒕诨貕嚎刂圃?該回壓值上下O. lMPa的降壓噴嘴l組合及推薦降壓噴嘴l組合之間的安裝間隔， 使得高速氣固兩相流通過井筒環(huán)空8、井口防噴器組合5、井下鉆具6、排砂管線 2及排砂管線彎接頭9時，其流動速度低于流經(jīng)各個管道的臨界沖蝕速度，從而 達(dá)到降低沖蝕的目的。
在圖2中，從沖蝕作用可以看出，在設(shè)計注入壓力為1.0MPa，回壓為OMPa時， 距環(huán)空井口300m井段氣-固兩相流速已經(jīng)超過沖蝕臨界速度，現(xiàn)場施工需要加回 壓。
在圖3中，通過氣體鉆井降沖蝕回壓控制分析軟件計算結(jié)果可以得出在環(huán) 空井口加O. 2MPa回壓，能夠確保環(huán)空內(nèi)流速介于最小攜巖速度和沖蝕臨界速度 之間，降低了高速氣-固兩相流對井下鉆具6的沖蝕作用。
權(quán)利要求
1. 氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)，其特征是在常規(guī)氣體鉆井井控設(shè)備基礎(chǔ)上，增加改造后的排砂管線、降壓噴嘴；終端計算機配置氣體鉆井降沖蝕回壓控制分析軟件，該軟件包括回壓控制分析模塊及噴嘴安裝位置分析模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)，其特征是排砂管線入口 端(3)直接連接井口防噴器組合(5);降壓噴嘴(1)安裝在排砂管線入口端(3)和排砂管線出口端(4)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)，其特征是降沖蝕回壓控 制分析軟件優(yōu)選在指定氣體注入壓力及排量下控制回壓的降壓噴嘴及推薦噴嘴在排砂管線本體(2)內(nèi)的安裝位置。
全文摘要
氣體鉆井降沖蝕系統(tǒng)。該系統(tǒng)屬于石油與天然氣氣體鉆井技術(shù)領(lǐng)域，運用氣體鉆井沖蝕機理及回壓控制技術(shù)，在常規(guī)氣體鉆井井控設(shè)備基礎(chǔ)上，通過增加改造后的排砂管線、降壓噴嘴及氣體鉆井降沖蝕回壓控制分析軟件，利用上述軟件計算在給定注入壓力及排量下降沖蝕需要的回壓值及推薦產(chǎn)生該回壓值的合理降壓噴嘴組合，并在排砂管線入口端增加該軟件推薦的噴嘴組合用來控制井口回壓，該回壓值能夠在保證環(huán)空氣體攜巖能力的同時降低高速氣-固兩相流對井下鉆具及井口設(shè)備的沖蝕作用。
文檔編號E21B7/18GK101545358SQ20091005917
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者黔 李, 梁海波, 川 江 申請人:西南石油大學(xué)