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反循环钻井工艺技术及其实践

时间:2020-08-07 来源:矿业装备 共2631字
作者:韦继雄 单位:上海市岩土地质研究院有限公司

  摘    要: 近年来,我国钻井技术取得较为明显的进步。其中,反循环钻井工艺技术在我国钻井事业中的应用,具有井壁扰动小、成本低、钻井速率高等优势。因此,本文对反循环钻井工艺技术及趋势展开分析,旨在明确反循环钻井工艺流程创新方向,希望给予相关从业者建议与参考。

  1 、反循环钻井工艺技术

  1.1 、技术原理

  相较于正循环钻井工艺技术,反循环钻井工艺技术,在钻进泥浆时无需通过水龙头,将泥浆直接注入钻孔周围。而是在钻头搅拌后将孔底泥浆转动至孔壁。以起到润滑钻头、将砖渣浮起的作用。并且在已压缩空气流进水龙头后,固定管道,直至钻头顶部在空气吸泥原理影响下,使空心钻杆排进水龙头的钻渣从软管溢出。具体来说,反循环钻井工艺技术原理是借助循环介质,在循环钻井系统中的运动轨道,带出地层内部岩屑、钻渣。其循环介质主要包括清水、压缩空气、钻井液、氮气等,在循环介质由水龙头注入钻杆内部间隙且下行后,可在抵达钻井井底后,把所钻区域内钻渣、岩屑运送至地表,交由固控系统将其分离。但在接单根、起下钻时,相关人员需利用关井阀避免井下气体流出。另外,由于完井、钻井技术应用要求存在差异性,需确保钻井液马达、反循环钻头、旋转防喷器,以及隔离测试、固井、套管脱气等工具的全面配置。

  1.2、 技术特点

  第一,反循环钻井工艺技术实践中,可采用清水作为循环介质,以降低冲洗液密度,从而通过控制冲洗液循环速度,减少钻头损伤,延长钻头使用周期。同时有助于提升漏层钻井效率,比如在钻头区域内气体将井底岩屑抽汲、携带后,可降低压持效应,预防岩屑反复破碎,确保钻井整体效率。

  第二,反循环钻井在使用清水钻进时,会科学调整泥浆添加剂运用剂量,且成井时间短、泥浆渗透范围易于控制,有助于降低后期清洗难度。

  第三,反循环钻井工艺技术具有保护水回灌热储层的特点。反循环工艺技术应用时,循环介质其流动形式多为“从上到下”,可降低钻井对井壁、井底的压耗。

  1.3、 工艺流程

  (1)连接管线。

  气举期间,由于气体在返回过程中,会对地面产生较强冲击力,使得回灌井水龙带容易产生大幅度摇摆、偏移现象,最终诱发钻井安全风险。所以相关人员在反循环工艺技术应用前,还应做好管线连接工作。比如在放气管汇后,安装三通,进而使“强气管线”可连接至反循环压井管汇、正循环立管,便于施工人员加装球阀。即相关人员将三通加装至放气管汇后,根据气管线与正循环立管、反循环井管汇连接位置合理安装球阀。
 

反循环钻井工艺技术及其实践
 

  (2)组装钻具。

  受反循环钻井工艺技术中,气举需要运用正循环方式的基本要求,因此在组装钻具时,不能将单流阀用于钻具组合中。并在正常钻具尚未钻入产层时,将反向单流阀加装在钻具上方,从而在反循环钻井过程中,减少接单根作业时进入产层所需的放气时间。再者,钻井工作结束前,需及时将反向单流阀拆除,便于特殊情况下,对正反循环压井技术的有效应用。

  (3)气举及注气量。

  基于上述,钻井管线连接后,相关人员应在气举时,及时将反循环球阀管壁。同时利用正循环球阀,以正常钻井流程展开气举工作。气举完成后,应在反循环气体钻进之前,立即将反循环球阀打开,并关闭正循环球阀。基于反循环工艺技术的钻渣、岩屑,会在钻井工作中由钻具内部反循环至地面表层。相较于正循环钻井技术,其钻渣流经通道截面积较小,所需气量约为32.9 m3,为正循环钻井中气量需求量的1/3。

  (4)钻进及接单根。

  在应用反循环钻井技术正式钻进前,需预先完成“试钻进”工作,便于将钻井参数的优化调整,确保井底钻渣或岩屑可在气体带动下循环指地面,防止重复钻井后对钻井速率的影响。在钻井参数调整至最佳状态后,可开始反循环钻井工作。接单根操作时,相关人员需基于正循环钻井原理,让钻具充分在井底循环,直至井底钻渣返回符合预期目标,然后展开停气操作。待回灌井底内部气体压力,低于大气压后完成接单根工作。除此之外,钻井完毕后,若需转换钻井液,需在压井管汇处,将钻井液反循环灌注,直至反循环钻井系统可正常起钻。

  2、 反循环钻井工艺技术实践趋势

  2.1、 实践案例

  某市在地下水层过量开采后,出现较为严重的地面沉降问题。为在该市后期建设中,强化地面沉降防治力度,相关政府部门出台地面沉降防治规划、管理方法等文件,提出优化地下水开采技术、采用地水人工回灌工艺是控制地面沉降的方式之一。近些年,该市开凿出大批回灌深井,年回灌量高达2 200 m3。但由于回灌井内地下水回灌量的增加,其回灌功能逐渐弱化。而回灌井功能减弱的原因,在于该市钻井技术多采用正循环钻井工艺,成井后含水层泥浆残留量大,难以清除。在此背景下,该市在后期回灌井施工中,尝试应用反循环钻井工艺技术,高效解决传统回灌井钻井工艺中,钻井速度慢、井壁泥浆难以清理等问题。

  2.2 、实践趋势

  随着反循环钻井工艺技术应用价值的不断凸显,相关人员还应在技术实践中,明确其创新方向,梳理其实践趋势。其一,相关人员利用大数据、仿真技术,建立反循环钻井技术模型,分析其钻井参数,便于结合钻井要求,优化其参数设置。其二,相关人员需重视反循环钻井设备性能的完善,以及钻头钻进方式的创新改进。其三,尝试使用双壁钻具,支撑反循环钻井技术,借此科学控制井壁污染,甚至实现无污染的钻井目标。

  3 、反循环钻井技术钻探方式

  反循环钻井技术实践中,循环介质在将井底岩屑、钻渣带离井底时,会使用三层、单层、双层钻杆,将循环介质压入井管中心位置,将其携带。而在反循环钻井技术所用循环介质不同,其钻探方式会存在明显的差异性,具体包括以下三种类型。第一,泵吸钻井。此种钻探方式是借助离心泵本身的抽吸功能,促使钻杆中的流体介质可以上升。在钻井过程中,泵入口位置会产生复压,并在气压影响下,让岩屑和钻渣上升,从水龙带排出。同时在沉淀后,钻杆内流体会移动至井底,形成反循环。第二,气举钻井。反循环钻井技术中,气举钻井这一钻探方式,是利用空压机将空气作为反循环介质,输送至内管。在岩屑、钻渣、钻井液、空气混合后,形成比钻井液密度小的混合物,然后在压力驱动下,引发钻杆内液体循环,将井底异物带出。此种钻探方式在具体运用中,所用钻井工具少,在双臂钻杆支撑下就能够完成反循环钻井任务。第三,全井反循环。在反循环技术应用中,全井反循环是使用双臂钻具将气体输送到井底,在携带井底岩屑后,从反循环系统通道返回地面,具有提高反循环钻井安全性的实践优势。

  4 、结语

  综上所述,反循环钻井工艺技术在油田开采、地下水回灌井建设等领域实践时,具有提高钻井速率,保障钻井质量、降低钻井污染等优势。其技术核心主要集中在管线连接、钻具组合等方面。并且在反循环钻井工艺技术应用过程中,相关人员需在技术参数、钻井设备性能的完善中,融入大数据、仿真技术,优化反循环钻井工艺流程。

原文出处:韦继雄.反循环钻井工艺技术及趋势探讨[J].矿业装备,2020(04):32-33.

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