CN105822222A - 一种天然气循环回收的钻井工艺系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油勘探技术领域，涉及一种天然气循环回收的钻井工艺系统及其方法，钻井工艺系统，包括气源、供气选择模块、气体增压模块、井筒、多相处理模块和限流模块，气源连通供气选择模块，供气选择模块连通气体增压模块，气体增压模块连入井筒循环入口，井筒的循环出口连通多相处理模块，多相处理模块连通限流模块，限流模块分别与气源、供气选择模块连通。这种钻井工艺系统具有钻井提速、裂缝及溶洞发育地层安全钻进和非常规油气藏储层保护、增产增效等气体钻井的优点，实现钻井用天然气介质的循环重复利用，避免了可燃气体的非利用排放，避免了环境污染；实现钻井用天然气介质的“就地取材”及回收，最大限度地节省了资源成本。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探技术领域，具体涉及一种天然气循环回收的钻井工艺系统及其方法。
背景技术
欠平衡钻井时，钻井液循环压力低于地层孔隙压力，因此，在钻井防漏、提高钻井速度、及时发现油气显示、有效保护油气储层等方面具有良好的优势。
气体钻井技术是钻井过程中，采用空气、天然气、氮气及尾气等气体作为循环介质，使井筒循环压力大幅低于地层孔隙压力，实现了真正意义上的欠平衡。目前，气体钻井技术已经成为古老地层提速、裂缝及溶洞发育地层安全钻进和非常规油气藏储层保护、增产增效的关键技术之一。
目前，应用的气体钻井技术不具备循环回收的功能，造成天然气资源极大地浪费，难以在工厂化规模钻完井中高效使用。另外，循环排出的多相混合物，未经处理或处理不够直接排放到大气中，对空气形成污染。
因此，需要提供一种天然气循环回收的钻井工艺。
发明内容
本发明的目的是克服目前应用的气体钻井技术不具备循环回收的功能，提出一种天然气循环回收的钻井工艺，以实现钻井使用的天然气介质的“就地取材”、循环复用和“回注回收”，最终达到降本增效目标。
为此，本发明提供了一种天然气循环回收的钻井工艺系统，包括气源、供气选择模块、气体增压模块、井筒、多相处理模块和限流模块。
所述的气源连通供气选择模块，供气选择模块连通气体增压模块，气体增压模块连入井筒循环入口，井筒的循环出口连通多相处理模块，多相处理模块连通限流模块，限流模块分别与气源、供气选择模块连通。
所述的供气选择模块为三岔型管路结构，第一个岔管路连接限流模块，该管路上设置有第一单向开关阀和第一增压机；第二个岔管路连接气体增压模块，该管路上设置有第一流量计和第二单向开关阀；第三个岔管路连接气源，该管路上设置有第一节流阀和第三单向开关阀。
所述的气体增压模块由4～10台气体压缩机和6～8台气体增压机并联构成。
所述的多相处理模块为一套气体钻井用的旋风分离器组。
所述的限流模块为三岔型管路结构，第一个岔管路连接多相处理模块，该管路上设置有第四单向开关阀和第二流量计；第二个岔管路连接供气选择模块，该管路上设置有第三流量计和第五单向开关阀；第三个岔管路连接气源，该管路上设置有第六单向开关阀、第二节流阀、第二增压机和第七单向开关阀。
一种天然气循环回收的钻井工艺系统的钻井工艺方法，包括如下步骤：
1）开钻前，供气选择模块根据其流量表的显示数据选择气源，汲取气源（1）中的天然气，天然气输送到气体增压模块；
2）天然气经气体增压模块增压到钻井设计压力要求时，注入到井筒内；
3）井筒内所注天然气达到钻井设计要求后，开始进行钻进作业；
4）钻井过程中，井内的固、液、气混合物循环流入多相处理模块进行固、液、气三相分离；
5）分离后的天然气进入限流模块，若限流模块的流量表的显示数值超过钻井设计要求时，天然气输送至供气选择模块，待供气选择模块的流量表的显示数据达到钻井设计要求时，富余天然气回注到气源内；否则天然气全部输送至供气选择模块。
所述的步骤5）中输送至供气选择模块的天然气，若供气选择模块的流量表的显示数据达不到钻井设计要求时，汲取气源中的天然气进行补偿后天然气输送到气体增压模块；否则，直接输送到气体增压模块。
钻井过程不停钻时，始终进行步骤2）至步骤5）的循环确保钻井作业的顺利进行；停钻后，天然气经限流模块回注到气源内。
所述的步骤1）中，供气选择模块具体工作方法如下：
停钻时，第一单向开关阀、第二单向开关阀、第三单向开关阀与第一节流阀均处于关闭状态；开钻时，打开第一单向开关阀、第二单向开关阀、第三单向开关阀与第一节流阀；所注天然气达到井筒钻进要求后，关闭第一节流阀，启动第一增压机工作；钻进时，实时监测第一流量计的数值，若流量达不到钻井设计流量时，由打开第一节流阀利用气源供气补偿；否则，第一节流阀处于关闭状态，天然气用于钻井系统；停钻时，第一增压机停止工作，第一节流阀处于关闭状态。
所述的步骤5）中，限流模块具体工作方法如下：
停钻时，第四单向开关阀、第五单向开关阀、第六单向开关阀、第七单向开关阀与第二节流阀均处于关闭状态；开钻时，依次打开第五单向开关阀、第二增压机、第七单向开关阀、第二流量计；实时监测第二流量计的数值，若显示数值超过钻井设计要求时，打开第二节流阀保证第三流量计的数值满足设计需要，开启第二增压机，部分富余天然气回注到气源内；否则，关闭第二节流阀，第二增压机停止工作,天然气全部用于钻井系统；停钻时，打开第二节流阀，开启第二增压机，关闭第五单向开关阀，将天然气回注到气源内；当第二流量计显示为零时，表明完成天然气回注，关闭第二节流阀，第二增压机停止工作。
本发明的有益效果：本发明提供的这种天然气循环回收的钻井工艺系统及其方法具有钻井提速、裂缝及溶洞发育地层安全钻进和非常规油气藏储层保护、增产增效等气体钻井的优点外，还具有以下特点：
1、实现钻井用天然气介质的循环重复利用，避免了可燃气体的非利用排放，避免了环境污染；
2、实现钻井用天然气介质的“就地取材”及回收，最大限度地节省了资源成本。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明的供气选择模块示意图；
图3是本发明的限流模块示意图。
附图标记说明：1、气源；2、供气选择模块；3、气体增压模块；4、井筒；5、多相处理模块；6、限流模块；7、第一单向开关阀；8、第一增压机；9、第一流量计；10、第二单向开关阀；11、第一节流阀；12、第三单向开关阀；13、第四单向开关阀；14、第二流量计；15、第三流量计；16、第五单向开关阀；17、第六单向开关阀；18、第二节流阀；19、第二增压机；20、第七单向开关阀。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种天然气循环回收的钻井工艺系统，包括气源1、供气选择模块2、气体增压模块3、井筒4、多相处理模块5和限流模块6，
所述的气源1连通供气选择模块2，供气选择模块2连通气体增压模块3，气体增压模块3连入井筒4循环入口，井筒4的循环出口连通多相处理模块5，多相处理模块5连通限流模块6，限流模块6分别与气源1、供气选择模块2连通。
气源提供钻井系统气源，天然气钻井完后将天然气回存地方；
供气选择模块在开始钻进前钻井系统无天然气时，选择由气源供气；正常钻进时，根据检测的气体流量进行判断是否需要进行压力补偿：若流量达不到钻井设计流量时，由气源供气补偿；否则，可由钻井系统循环天然气即可。
气体增压模块将低压天然气加压至钻井设计压力要求，满足天然气钻井需要；
多相处理模块将从井内循环出的固、液、气混合物分离，分离后的固体、液、粉尘等进入废物集中处理中心，气体进入限流模块。
限流模块在正常钻进时，根据检测的气体流量进行判断正确的操作。若流量超过钻井设计流量时，适量开启回注通道，将部分天然气回收至气源；停钻时，关闭钻井系统通道，将天然气回收至气源。
通过上述过程，使得在钻井过程中，利用钻井系统气源天然气，作为循环介质，使井筒循环压力大幅低于地层孔隙压力，实现真正意义上的欠平衡，同时循环的天然气最终回存地方，既节省了资源，还能避免循环气外放造成的空气污染。
实施例2：
本实施例进一步对实施例中的供气选择模块2进行说明，如图2所示，供气选择模块2为三岔型管路结构，第一个岔管路连接限流模块6，该管路上设置有第一单向开关阀7和第一增压机8；第二个岔管路连接气体增压模块3，该管路上设置有第一流量计9和第二单向开关阀10；第三个岔管路连接气源1，该管路上设置有第一节流阀11和第三单向开关阀12。
停钻时，第一单向开关阀7、第二单向开关阀10、第三单向开关阀12与第一节流阀11均处于关闭状态；开钻时，打开第一单向开关阀7、第二单向开关阀10、第三单向开关阀12与第一节流阀11；所注天然气达到井筒钻进要求后，关闭第一节流阀11，启动第一增压机8工作；钻进时，实时监测第一流量计9的数值，若流量达不到钻井设计流量时，由打开第一节流阀11利用气源供气补偿；否则，第一节流阀11处于关闭状态，天然气用于钻井系统；停钻时，第一增压机8停止工作，第一节流阀11处于关闭状态。
实施例3：
本实施例进一步对实施例中的气体增压模块3和多相处理模块5进行说明，所述的气体增压模块3由4～10台气体压缩机和6～8台气体增压机并联构成，气体增压模块3将低压天然气加压至钻井设计压力要求，满足天然气钻井需要。
多相处理模块5为一套气体钻井用的旋风分离器组，多相处理模块5将从井内循环出的固、液、气混合物分离，分离后的固体、液、粉尘等进入废物集中处理中心，气体进入限流模块。
实施例4：
本实施例进一步对实施例中的限流模块6进行说明，如图3所示，限流模块6为三岔型管路结构，第一个岔管路连接多相处理模块5，该管路上设置有第四单向开关阀13和第二流量计14；第二个岔管路连接供气选择模块2，该管路上设置有第三流量计15和第五单向开关阀16；第三个岔管路连接气源1，该管路上设置有第六单向开关阀17、第二节流阀18、第二增压机19和第七单向开关阀20。
停钻时，第四单向开关阀13、第五单向开关阀16、第六单向开关阀17、第七单向开关阀20与第二节流阀18均处于关闭状态；开钻时，依次打开第五单向开关阀16、第二增压机19、第七单向开关阀20、第二流量计14；实时监测第二流量计14的数值，若显示数值超过钻井设计要求时，打开第二节流阀18保证第三流量计15的数值满足设计需要，开启第二增压机19，部分富余天然气回注到气源内；否则，关闭第二节流阀18，第二增压机19停止工作,天然气全部用于钻井系统；停钻时，打开第二节流阀18，开启第二增压机19，关闭第五单向开关阀16，将天然气回注到气源1内；当第二流量计14显示为零时，表明完成天然气回注，关闭第二节流阀18，第二增压机19停止工作。
实施例5：
本实施例提供一种天然气循环回收的钻井工艺系统的钻井工艺方法，包括如下步骤：
1）、开钻前，供气选择模块2根据其流量表的显示数据选择气源，汲取气源1中的天然气，天然气输送到气体增压模块3；
2）、天然气经气体增压模块3增压到钻井设计压力要求时，注入到井筒4内；
3）、井筒4内所注天然气达到钻井设计要求后，开始进行钻进作业；
4）、钻井过程中，井内的固、液、气混合物循环流入多相处理模块5进行固、液、气三相分离；
5）、分离后的天然气进入限流模块6，若限流模块6的流量表的显示数值超过钻井设计要求时，天然气输送至供气选择模块2，待供气选择模块2的流量表的显示数据达到钻井设计要求时，富余天然气回注到气源内；否则天然气全部输送至供气选择模块2。
步骤5）中输送至供气选择模块2的天然气，若供气选择模块2的流量表的显示数据达不到钻井设计要求时，汲取气源1中的天然气进行补偿后天然气输送到气体增压模块3；否则，直接输送到气体增压模块3。
钻井过程不停钻时，始终进行步骤2）至步骤5）的循环确保钻井作业的顺利进行；停钻后，天然气经限流模块6回注到气源1内。
综上所述，本发明的这种天然气循环回收的钻井工艺系统及其方法具有钻井提速、裂缝及溶洞发育地层安全钻进和非常规油气藏储层保护、增产增效等气体钻井的优点，实现钻井用天然气介质的循环重复利用，避免了可燃气体的非利用排放，避免了环境污染；实现钻井用天然气介质的“就地取材”及回收，最大限度地节省了资源成本。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种天然气循环回收的钻井工艺系统，其特征在于：包括气源（1）、供气选择模块（2）、气体增压模块（3）、井筒（4）、多相处理模块（5）和限流模块（6），
所述的气源（1）连通供气选择模块（2），供气选择模块（2）连通气体增压模块（3），气体增压模块（3）连入井筒（4）循环入口，井筒（4）的循环出口连通多相处理模块（5），多相处理模块（5）连通限流模块（6），限流模块（6）分别与气源（1）、供气选择模块（2）连通。
2.如权利要求1所述的天然气循环回收的钻井工艺系统，其特征在于：所述的供气选择模块（2）为三岔型管路结构，第一个岔管路连接限流模块（6），该管路上设置有第一单向开关阀（7）和第一增压机（8）；第二个岔管路连接气体增压模块（3），该管路上设置有第一流量计（9）和第二单向开关阀（10）；第三个岔管路连接气源（1），该管路上设置有第一节流阀（11）和第三单向开关阀（12）。
3.如权利要求1所述的天然气循环回收的钻井工艺系统，其特征在于：所述的气体增压模块（3）由4～10台气体压缩机和6～8台气体增压机并联构成。
4.如权利要求1所述的天然气循环回收的钻井工艺系统，其特征在于：所述的多相处理模块（5）为一套气体钻井用的旋风分离器组。
5.如权利要求1所述的天然气循环回收的钻井工艺系统，其特征在于：所述的限流模块（6）为三岔型管路结构，第一个岔管路连接多相处理模块（5），该管路上设置有第四单向开关阀（13）和第二流量计（14）；第二个岔管路连接供气选择模块（2），该管路上设置有第三流量计（15）和第五单向开关阀（16）；第三个岔管路连接气源（1），该管路上设置有第六单向开关阀（17）、第二节流阀（18）、第二增压机（19）和第七单向开关阀（20）。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的天然气循环回收的钻井工艺系统的钻井工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）开钻前，供气选择模块（2）根据其流量表的显示数据选择气源，汲取气源（1）中的天然气，天然气输送到气体增压模块（3）；
2）天然气经气体增压模块（3）增压到钻井设计压力要求时，注入到井筒（4）内；
3）井筒（4）内所注天然气达到钻井设计要求后，开始进行钻进作业；
4）钻井过程中，井内的固、液、气混合物循环流入多相处理模块（5）进行固、液、气三相分离；
5）分离后的天然气进入限流模块（6），若限流模块（6）的流量表的显示数值超过钻井设计要求时，天然气输送至供气选择模块（2），待供气选择模块（2）的流量表的显示数据达到钻井设计要求时，富余天然气回注到气源内；否则天然气全部输送至供气选择模块（2）。
7.如权利要求6所述的天然气循环回收的钻井工艺方法，其特征在于：所述的步骤5）中输送至供气选择模块（2）的天然气，若供气选择模块（2）的流量表的显示数据达不到钻井设计要求时，汲取气源（1）中的天然气进行补偿后天然气输送到气体增压模块（3）；否则，直接输送到气体增压模块（3）。
8.如权利要求6或7所述的天然气循环回收的钻井工艺方法，其特征在于：钻井过程不停钻时，始终进行步骤2）至步骤5）的循环确保钻井作业的顺利进行；停钻后，天然气经限流模块（6）回注到气源（1）内。
9.如权利要求6所述的天然气循环回收的钻井工艺方法，其特征在于：所述的步骤1）中，供气选择模块（2）具体工作方法如下：
停钻时，第一单向开关阀（7）、第二单向开关阀（10）、第三单向开关阀（12）与第一节流阀（11）均处于关闭状态；开钻时，打开第一单向开关阀（7）、第二单向开关阀（10）、第三单向开关阀（12）与第一节流阀（11）；所注天然气达到井筒钻进要求后，关闭第一节流阀（11），启动第一增压机（8）工作；钻进时，实时监测第一流量计（9）的数值，若流量达不到钻井设计流量时，由打开第一节流阀（11）利用气源供气补偿；否则，第一节流阀（11）处于关闭状态，天然气用于钻井系统；停钻时，第一增压机（8）停止工作，第一节流阀（11）处于关闭状态。
10.如权利要求6所述的天然气循环回收的钻井工艺方法，其特征在于：所述的步骤5）中，限流模块（6）具体工作方法如下：
停钻时，第四单向开关阀（13）、第五单向开关阀（16）、第六单向开关阀（17）、第七单向开关阀（20）与第二节流阀（18）均处于关闭状态；开钻时，依次打开第五单向开关阀（16）、第二增压机（19）、第七单向开关阀（20）、第二流量计（14）；实时监测第二流量计（14）的数值，若显示数值超过钻井设计要求时，打开第二节流阀（18）保证第三流量计（15）的数值满足设计需要，开启第二增压机（19），部分富余天然气回注到气源内；否则，关闭第二节流阀（18），第二增压机（19）停止工作,天然气全部用于钻井系统；停钻时，打开第二节流阀（18），开启第二增压机（19），关闭第五单向开关阀（16），将天然气回注到气源（1）内；当第二流量计（14）显示为零时，表明完成天然气回注，关闭第二节流阀（18），第二增压机（19）停止工作。
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