气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术_钻井安全环保技术措施

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气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术

杨勇曾权先孙新江张彦龙吴磊

(西部钻探吐哈钻井工艺研究院)

摘要

气体钻完井技术在提高机械钻速及在发现和保护油气层方面的优势得到了行业内的普遍公认，在为油田的勘探、开发探索新的途径和创造巨大经济效益的同时，也给钻完井过程中对井口安全的控制及环境的保护注入了新的难题。本文概述了目前气体钻完井过程中关于井口安全及环保控制方面的主要技术措施及相关设备，并提出了如冻胶阀、环保抑尘器等自主创新的井口安全及环保控制技术措施及设备，对于气体钻完井工艺及设备配套技术研究具有一定的指导意义。

井口安全控制工艺新技术：自主研发了全过程冻胶阀钻完井技术、实体筛管完井技术。冻胶阀技术采用一种凝胶体将井筒分为上下两个部分，具有隔离作用、密封作用、承压作用，被赋予了一种“阀”的控制功能。目前该技术在国内用于欠平衡钻完井试验了8井次，其中气体钻完井试验了2井次，有效起到了“塞封”作用，试验成功率100%。实体筛管完井技术有效解决了筛管下入过程中管串内密封问题，做到了在下筛管完井整个过程中，没有向井内注入任何的液体及固体物质，并实现了对井口安全的有效控制。

环保控制工艺新技术：目前，气体钻井钻完井过程中的环保控制措施主要是在排砂口附近修建大型防喷池及搭建防尘墙等，并在排砂管线上安装简易雾化降尘装置，取得了一定的效果，点火主要采用长明火来保证点火的可靠性。为解决气体钻井钻完井过程中的环保控制技术难题，自主研发了环保抑器及油气雾化点火装置等相关配套设备。环保抑尘器是一种用于气体钻完井过程中从固气两相中分离出固相，达到净化气相减小环境污染目的的专用环保装置。油气雾化点火装置设计结构简单，操作方便，点火可靠。且在运输过程中不易损坏，使用柴油代理液化天然气，有效避免了在运输过程中的风险。

作者简介：杨勇（1979-），男，工程师，2003年毕业于江汉石油学院石油工程专业，现任吐哈钻井工艺研究院欠平衡钻井工艺研究所副所长，主要从事钻井工程技术研究与欠平衡技术服务工作。地址：（838202）新疆鄯善县火车站镇西部钻探吐哈钻井工艺研究院，电话：0995-8374455，Email:.cn

气体钻井钻完井过程中的井口安全及环保控制技术

杨 勇曾权先孙新江 张彦龙吴磊

(西部钻探吐哈钻井工艺研究院)

『摘要』本文概述了目前气体钻完井过程中关于井口安全及环保控制方面的主要技术措施及相关设备，并提出了如冻胶阀、环保抑尘器等自主创新的井口安全及环保控制技术措施及设备，对于气体钻完井工艺及设备配套技术研究具有一定的指导意义。

『关键词』井口安全环保控制冻胶阀实体筛管环保抑尘器油气雾化点火装置

前言

气体钻完井技术在提高机械钻速及发现和保护油气层方面的优势得到了行业内的普遍公认，取得了良好的应用效果和经济效益，集团公司也为气体钻完井技术在未来几年的发展提供了强有力的政策保障。在为油田的勘探、开发探索新的途径和创造巨大经济效益的同时，也给钻完井过程中对井口安全的控制及环境的保护提出了新的难题：①气体钻完井过程中，井筒只有气体、岩屑或油气流，在没有液柱压力的情况下，井筒处于高度负压状态，地层流体更加容易进入井筒，油气更容易上窜至井口诱发井口失控，为此井口压力控制显得尤为重要；②气体钻完井过程中的排砂/气口的粉尘污染及可燃和有毒气体，对周围环境和施工人员有着不同程度的伤害。因此，提高气体钻完井过程中的井口安全及环保控制技术手段和研究新型安全及环保控制设备，是气体钻完井技术安全、健康、快速发展的基础。吐哈钻研院通过多年的气体钻完井现场技术服务，为气体钻完井过程中的井口安全及环保控制积累了宝贵的经验，并通过科研攻关，逐步形成了具有自主特色的气体钻完井过程中的井口安全及环保控制技术。

1.井口安全控制技术

任何油气田的勘探开发都必须以安全作为基础，而井口压力的控制是油气安全开采的重要一环，因此，研究气体钻完井过程中井口压力的控制技术手段及设备非常必要。

1.1控制系统构成气体钻完井井口压力控制系统主要由旋转防喷器及其控制系统，闸板防喷器、环形防碰器、钻井四通、节流管汇、液动平板阀及远程控制室等组成。

图1-1井口安全地面控制装置图1-2井口安全井下控制装置

作者简介：杨勇（1979-），男，工程师，2003年毕业于江汉石油学院石油工程专业，现任吐哈钻井工艺研究院欠平衡钻井工艺研究所副所长，主要从事钻井工程技术研究与欠平衡技术服务工作。地址：（838202）新疆鄯善县火车站镇西部钻探吐哈钻井工

1.2控制内容

正常气体钻井过程中旋转防喷器起主要控制作用。通过胶心与钻具的过盈配合,来实现对环空压力的控制。

地层压力异常或者钻遇高产油气层等致使套压高于5MPa时，常规钻井井口装置起主要控制作用，技术措施与常规钻井一致。

起下钻、测井、下筛管过程中，井下封井器（DDV）起主要控制作用，在起下钻至井筒上部位置，封隔井筒压力，在保证井底压力平衡的前提下，在施工过程中井口不带压。

1.3井口控制工艺新技术

为完善气体钻完井井口压力控制工艺技术及设备配套，推动气体钻完井技术安全、快速发展，自主研发了全过程冻胶阀钻完井技术与实体筛管完井技术，并在现场应用过程中取得了良好的应用效果。

1.3.1全过程冻胶阀钻完井技术

该技术采用一种凝胶体将井筒分为上下两个部分。冻胶阀（如图1-3所示）被赋予了一种“阀”的控制功能，具有隔离作用、密封作用、承压作用，该胶体不仅能密封井筒，并且在正压差下不进入储层，起到保护油气层的作用。利用自产原油平衡部分地层压力后，在井眼某个层段注入这种非损害性流体。

图1-3冻胶阀室内测试成胶后图片

1.3.1.1冻胶阀施工工艺技术

基液配制：在配液罐中根据设计用量依次加入主剂、酸碱调节剂、杀菌剂等循环均匀，老化4小时配置基液。交联剂配制：在固井水泥车混浆池中配置交联剂，循环均匀。

注入工艺：用两台固井车将基液和交联剂按照设定的速度注入到预定位置。

返排工艺：采用正循环的方式注入气体返排胶塞，若注气体不能完成胶塞的返排，注气

前先从环空注适量破胶剂进行破胶返排，也可控制胶塞破胶时间来强化其效果。

图1-4冻胶阀注入工艺流程图图1-5冻胶阀返排工艺流程图

1.3.1.2冻胶阀应用效果

冻胶阀技术在吐哈、玉门、克拉玛依油田用于欠平衡钻完井过程中井口压力控制共试验8井次（其中气体钻完井试验2井次）；水平井堵水作为暂堵剂保护油层试验1井次，均起到了有效的“塞封”作用。应用成功率100%，同时油气层得到有效保护，原油产量均提高了三倍以上。

1.3.2实体筛管完井技术

该技术是一种操作程序简单、使用设备少的筛管完井技术。采用不压井起下钻装置的工艺原理，依赖井口装置解决管串与环空密封问题；依靠实体筛管内填充材料解决管串内密封问题来实现对气体钻井下筛管过程中的井口安全控制。

1.3.2.1实体筛管施工工艺技术

气体钻实体筛管完井技术主要分为四个步骤：

（1）打开防喷管线，利用旋转控制头及井口装置对环空的密封将实体筛管管串下入预定位置；

（2）悬挂实体筛管串，退扣起钻；

（3）更换小尺寸胶芯，利用旋转控制头的密封作用下入小钻具再次气体钻井，将实体筛管串内的充填材料钻掉；

（4）钻完充填材料后利用井口装置密封起钻，形成与储层直接连通的筛管串。

1.3.2.2实体筛管应用效果

该技术在三塘湖油田牛气1井得到成功应用，该井在下筛管完井整个过程中，没有向井内注入任何的液体及固体物质，没有发生天然气外溢现象，实现了对气体钻完井过程中井口安全的有效控制。

图1-6实体筛管下入时工程点火情况图1-7实体筛管内部结构实物图

2.环保控制技术

环保控制是国家实施可持续发展战略的前提条件，气体钻完井过程中的环保控制主要是粉尘、可燃及有毒气体污染。主要体现在粉尘随风飘散，产生大面积的污染；可燃及有毒气体来不及及时燃烧等。

2.1主要技术手段

目前，气体钻井钻完井过程中的环保控制措施主要是在排砂口附近修建大型防喷池及搭建防尘墙等，并在排砂管线上安装简易雾化降尘装置，取得了一定的效果，点火主要采用长明火来保证点火的可靠性。

2.2环保控制工艺新技术

为解决气体钻井钻完井过程中的环保控制技术难题，自主研发了环保抑尘器及油气雾化

点火装置等相关配套设备。

2.2.1环保抑尘器

环保抑尘器是一种用于气体钻完井过程中从固气两相中分离出固相，达到净化气相减小环境污染目的的专用环保装置。

如图2-1所示：环保抑尘器主要由(1)水罐及操作平台、(2)主体分离除尘罐、(3)分离罐运输底座、(4)分离罐作业底座四部分组成。

图2-1环保抑尘器装配图

该装置安装在污水池旁，具有设计巧妙、运输方便、操作简单、安全可靠的特点，能充分分离出气体钻井过程中的粉尘等固相颗粒，有效解决气体钻井过程中粉尘对环境的污染，同时避免了在排砂口修建大型防喷池等。

设备安装示意图（如图2-2所示）：

图2-2气体钻井环保抑尘器及配套设备连接图

2.2.2油气雾化点火装置

油气雾化点火装置是一种用于气体钻完井过程中的安全环保型点火装置，它能将排砂管线排放出来的气体，实施遥控式手动点火，使可燃气体及有毒气体燃烧排空。

该装置主要由主火管、导电杆、导气杆、远程控制器、电缆、遥控器等组成，结构形式分立式、卧式两种。

该装置安装在排砂管线放喷口，特别适用于各种人为所不能及的远距离点火和有毒气体的燃烧场所点火，避免了人工近距离点火的不安全因素。需要点火时，只需操作者远距离操作遥控器，导电杆末端火头处放电引燃被气体雾化的柴油，经排砂管线分离出来的可燃及有毒气体在点火装置主火管处被引燃。

设备安装示意图（如图2-3所示）：

如图2-3所示油气雾化点火装置设备安装示意图

结论

⑴冻胶阀在气体钻完井过程中起到了一种“阀”的控制功能，井口安全控制技术措施切实有效，为气体钻完井过程中井口压力的控制提供了一条新的思路。

⑵实体筛管有效解决了气体钻井完井过程中筛管下入过程中管串内密封问题，在保证井口安全的前提下，简化了完井工艺。

⑶环保抑尘器有效解决了气体钻井过程中的粉尘污染。

⑷油气雾化点火装置结构简单，操作方便，点火可靠。且在运输过程中不易损坏，使用柴油代理液化天然气，有效避免了在运输过程中的风险。