CN110821445B - 一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，属于钻井工程领域，包括以下步骤：a、氮气钻进作业时，关闭第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀；b、氮气增压后经高压注气管线进入钻机立管；c、氮气钻井期间进行起下钻作业时，向第一抽吸短接注入抽吸用氮气，向第二抽吸短接注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；d、氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管注入氮气，将天然气抽吸至井场外排砂管线的出口端燃烧排空。本发明通过向排砂管线内注入氮气，在井口位置产生抽吸力，将地层产出的天然气吸导至排砂管线内，避免天然气溢出井口，有效提升了起下钻、更换胶芯敞井作业的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及到钻井工程技术领域，尤其涉及一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法。
背景技术
气体钻井技术具有提速、治漏及保护储层等优势。难钻性差的含气层段采用气体钻井提速愈发普遍，一旦钻遇地层出少量天然气时，天然气含量≤10000m3/d，循环介质则转换为惰性气体氮气以避免井下燃爆事故发生，但常常因为缺少环形防喷器，钻具尺寸大，无法通过旋转控制头总成等原因，在起下钻、更换胶芯等敞井作业时，存在天然气可能溢出井口，带来较大的安全隐患。
现阶段尚没有解决地层出少量天然气条件下进行“起下钻、更换胶芯”等敞井作业时，天然气溢出井口这一难题的有效措施，当前主要通过开启钻台上下防爆排风扇吹散可能溢出的天然气，防止其聚集。此处理方法存在诸多不足，如：其属于被动控制措施，不能从根本上阻止天然气溢出井口，而仅能通过排风扇吹散可能溢出的天然气；尽管防爆排风扇能够吹散溢出的天然气，避免聚集，但钻台、井口操作人员仍需直接面对可能溢出的天然气，存在较大安全隐患，尤其是在进行敲击作业时；因无法确保现场作业安全，在钻遇地层出少量天然气时，常常被迫提前终止气体钻井作业，不利于提速优势的发挥。
公开号为CN 106014326A，公开日为2016年10月12日的中国专利文献公开了一种用于清洗氮气钻井井口防喷器沉沙的冲砂系统，其特征在于：包括氮气注入装置、注水装置和气液混合装置，所述氮气注入装置和注水装置分别连接到气液混合装置，气液混合装置通过冲洗管线连接到氮气钻井用井口旋转控制头壳体。
该专利文献公开的清洗氮气钻井井口防喷器沉沙的冲砂系统，虽然通过采用气液两相混合流体作为清扫介质，可对防喷器腔室沉沙形成紊态搅动冲洗模式，更易于彻底清砂，同时利于将难于清理的油泥清洗干净，但是，在“起下钻、更换胶芯”等敞井作业时，天然气容易溢出井口，导致气体钻井敞井作业存在极大的安全隐患。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，本发明在排砂管线上增设抽吸短接，通过向排砂管线内注入氮气，在氮气向排砂管线出口方向高速流动时，在井口位置产生一定抽吸力，将地层产出的天然气吸导至排砂管线内，避免天然气溢出井口，有效提升了起下钻、更换胶芯敞井作业的安全性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀，打开第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀；
b、第一制氮单元产出的氮气经第一低压注气管线进入低压闸阀组，第二制氮单元产出的氮气经第二低压注气管线进入低压闸阀组，再经低压软管进入增压机组，增压后经高压注气管线进入钻机立管；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀，关闭第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀；开启第一制氮单元，向第一抽吸短接注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元，向第二抽吸短接注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管注入氮气，通过泄压撬体将氮气排空，先打开第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀，再关闭第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线的出口端经燃烧排空。
所述氮气抽吸系统包括钻机立管、第一低压注气管线、第二低压注气管线、第一制氮单元、第二制氮单元、第一抽吸短接、第二抽吸短接、井场内排砂管线、井场外排砂管线、井口防喷器组、低压闸阀组、增压机组、泄压撬体和安装在井口防喷器组顶部的旋转控制头，旋转控制头上连接有液动平板阀，液动平板阀与第一抽吸短接连接，井场内排砂管线的一端与与第一抽吸短接连接，另一端与第二抽吸短接连接，井场外排砂管线的入口端与第二抽吸短接连接，井场外排砂管线的出口端安装有自动点火器，第一抽吸短接通过第一抽吸管线与低压闸阀组连接，第二抽吸短接通过第二抽吸管线与低压闸阀组连接，第一抽吸短接上安装有第一抽吸平板阀，第二抽吸短接上安装有第二抽吸平板阀，低压闸阀组通过进气低压软管与增压机组连接，增压机组与泄压撬体连接，钻机立管上连接有立管平板阀，立管平板阀上连接有高压注气管线，高压注气管线与泄压撬体连接，低压闸阀组通过第一低压注气管线与第一制氮单元连接，低压闸阀组通过第二低压注气管线与第二制氮单元连接。
所述低压闸阀组包括第一管路、第二管路、第三管路、第一平板阀、第二平板阀、第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀，第一管路、第二管路和第三管路依次首尾相连，第一管路上开有第一进气端口，第二管路上开有第二进气端口，第一平板阀安装在第一抽吸管线上，第二平板阀安装在第二抽吸管线上，第三平板阀安装在第三管路上，第四平板阀安装在第一管路上，第五平板阀安装在第二管路上。
所述第一制氮单元包括八个空压机和两个膜制氮机，任意一个膜制氮机上连接四个空压机，膜制氮机通过第一低压注气管线与第一管路上的第一进气端口相连接。
所述第二制氮单元包括四个空压机和一个膜制氮机，四个空压机分别与膜制氮机连接，膜制氮机通过第二低压注气管线与第二管路上的第二进气端口相连接。
还包括沉砂池，沉砂池与井场外排砂管线的出口端连接。
所述第一低压注气管线和第二低压注气管线均为软管，第一低压注气管线和第二低压注气管线的内径均为76.2mm，压力级别均为4Mpa。
所述高压注气管线为钢制管线，高压注气管线的内径为76.2mm，压力级别为21Mpa，高压注气管线上安装有流量计。
所述井场内排砂管线的内径为244.5mm，压力级别为7MPa，井场外排砂管线的内径为254mm，压力级别为4MPa。
所述第一抽吸短接的注入氮气量为60m3/min，第二抽吸短接的注入氮气量为30m3/min。
本发明的基本原理如下：
在排砂管线特定位置增设抽吸短接，从制氮单元连接两条抽吸管线至抽吸短接处，在进行“起下钻、更换胶芯”敞井作业时，通过向排砂管线内注入氮气，因注入氮气在排砂管线内朝排出口方向的高速流动，在井口位置形成一定抽吸力，将井筒天然气吸导至排砂管线出口燃烧排空，避免了敞井作业期间井筒天然气从井口溢出，满足地层出少量天然气条件下的气体钻井敞井作业安全需要。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀，打开第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀；b、第一制氮单元产出的氮气经第一低压注气管线进入低压闸阀组，第二制氮单元产出的氮气经第二低压注气管线进入低压闸阀组，再经低压软管进入增压机组，增压后经高压注气管线进入钻机立管；c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀，关闭第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀；开启第一制氮单元，向第一抽吸短接注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元，向第二抽吸短接注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管注入氮气，通过泄压撬体将氮气排空，先打开第一平板阀、第二平板阀、第一抽吸平板阀和第二抽吸平板阀，再关闭第三平板阀、第四平板阀和第五平板阀，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线的出口端经燃烧排空”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，通过在排砂管线特定位置增设抽吸短接，从制氮单元连接两条抽吸管线至抽吸短接处，在进行“起下钻、更换胶芯”敞井作业时，通过向排砂管线内注入氮气，因注入氮气在排砂管线内朝排出口方向的高速流动，在井口位置形成一定抽吸力，将井筒天然气吸导至排砂管线出口燃烧排空，避免了敞井作业期间井筒天然气从井口溢出，有效提升了起下钻、更换胶芯敞井作业的安全性。
2、本发明，氮气抽吸系统包括钻机立管、第一低压注气管线、第二低压注气管线、第一制氮单元、第二制氮单元、第一抽吸短接、第二抽吸短接、井场内排砂管线、井场外排砂管线、井口防喷器组、低压闸阀组、增压机组、泄压撬体和安装在井口防喷器组顶部的旋转控制头，旋转控制头上连接有液动平板阀，液动平板阀与第一抽吸短接连接，井场内排砂管线的一端与与第一抽吸短接连接，另一端与第二抽吸短接连接，井场外排砂管线的入口端与第二抽吸短接连接，井场外排砂管线的出口端安装有自动点火器，第一抽吸短接通过第一抽吸管线与低压闸阀组连接，第二抽吸短接通过第二抽吸管线与低压闸阀组连接，第一抽吸短接上安装有第一抽吸平板阀，第二抽吸短接上安装有第二抽吸平板阀，低压闸阀组通过进气低压软管与增压机组连接，增压机组与泄压撬体连接，钻机立管上连接有立管平板阀，立管平板阀上连接有高压注气管线，高压注气管线与泄压撬体连接，低压闸阀组通过第一低压注气管线与第一制氮单元连接，低压闸阀组通过第二低压注气管线与第二制氮单元连接，通过安装两个抽吸短接，能够确保抽吸效果；旋转控制头上连接有液动平板阀，液动平板阀与第一抽吸短接连接，井场内排砂管线的一端与与第一抽吸短接连接，另一端与第二抽吸短接连接，井场外排砂管线的入口端与第二抽吸短接连接，第一抽吸短接和第二抽吸短接这种特定的位置设置，能够大幅提升抽吸力，确保井筒天然气吸导至井场外排砂管线的出口端燃烧排空。
3、本发明，采用了分体式注气管汇结构设计，引入低压闸阀组，通过对其通道切换以满足不同工况条件下氮气注入模式需要，及不同抽吸短接位置氮气注入量调控。将制氮设备分解成两个制氮单元，两个制氮单元产出的氮气并联至低压闸阀组，低压闸阀组其中一个端口连接进气低压软管进增压机组，低压闸阀组其余两个端口经两根抽吸管线分别连接第一抽吸短接和第二抽吸短接；能够根据不同工况，切换低压闸阀组通道实现钻井时提供氮气钻井所需氮气量，抽吸时提供抽吸用所需氮气量，且可分别对第一抽吸短接和第二抽吸短接的注入氮气量进行调控，操作灵活。
4、本发明，通过在井场外排砂管线的出口端安装自动点火器，氮气抽吸作业期间，通过自动点火器将抽吸至井场外排砂管线出口处的天然气进行点火燃烧，实现了安全清洁排放。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明氮气抽吸系统井口作业的结构示意图；
图2为本发明低压闸阀组的结构示意图；
图3为本发明第一制氮单元的结构示意图；
图4为本发明第二制氮单元的结构示意图；
图中标记：1、钻机立管，2、第一制氮单元，3、第二制氮单元，4、第一抽吸短接，5、第二抽吸短接，6、井场内排砂管线，7、井场外排砂管线，8、井口防喷器组，9、低压闸阀组，10、增压机组，11、泄压撬体，12、旋转控制头，13、液动平板阀，14、自动点火器，15、第一抽吸平板阀，16、第二抽吸平板阀，17、进气低压软管，18、立管平板阀，19、高压注气管线，20、第一低压注气管线，21、第二低压注气管线，22、第一管路，23、第二管路，24、第三管路，25、第一平板阀，26、第二平板阀，27、第三平板阀，28、第四平板阀，29、第五平板阀，30、空压机，31、膜制氮机，32、沉砂池，33、流量计，34、第一抽吸管线，35、第二抽吸管线。
具体实施方式
实施例1
参见图1和图2，一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，打开第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；
b、第一制氮单元2产出的氮气经第一低压注气管线20进入低压闸阀组9，第二制氮单元3产出的氮气经第二低压注气管线21进入低压闸阀组9，再经低压软管进入增压机组10，增压后经高压注气管线19进入钻机立管1；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；开启第一制氮单元2，向第一抽吸短接4注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元3，向第二抽吸短接5注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管1注入氮气，通过泄压撬体11将氮气排空，先打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，再关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线7的出口端经燃烧排空。
本实施例为最基本的实施方式，“a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，打开第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；b、第一制氮单元2产出的氮气经第一低压注气管线20进入低压闸阀组9，第二制氮单元3产出的氮气经第二低压注气管线21进入低压闸阀组9，再经低压软管进入增压机组10，增压后经高压注气管线19进入钻机立管1；c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；开启第一制氮单元2，向第一抽吸短接4注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元3，向第二抽吸短接5注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管1注入氮气，通过泄压撬体11将氮气排空，先打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，再关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线7的出口端经燃烧排空”，作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，通过在排砂管线特定位置增设抽吸短接，从制氮单元连接两条抽吸管线至抽吸短接处，在进行“起下钻、更换胶芯”敞井作业时，通过向排砂管线内注入氮气，因注入氮气在排砂管线内朝排出口方向的高速流动，在井口位置形成一定抽吸力，将井筒天然气吸导至排砂管线出口燃烧排空，避免了敞井作业期间井筒天然气从井口溢出，有效提升了起下钻、更换胶芯敞井作业的安全性。
实施例2
参见图1和图2，一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，打开第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；
b、第一制氮单元2产出的氮气经第一低压注气管线20进入低压闸阀组9，第二制氮单元3产出的氮气经第二低压注气管线21进入低压闸阀组9，再经低压软管进入增压机组10，增压后经高压注气管线19进入钻机立管1；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；开启第一制氮单元2，向第一抽吸短接4注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元3，向第二抽吸短接5注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管1注入氮气，通过泄压撬体11将氮气排空，先打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，再关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线7的出口端经燃烧排空。
所述氮气抽吸系统包括钻机立管1、第一低压注气管线20、第二低压注气管线21、第一制氮单元2、第二制氮单元3、第一抽吸短接4、第二抽吸短接5、井场内排砂管线6、井场外排砂管线7、井口防喷器组8、低压闸阀组9、增压机组10、泄压撬体11和安装在井口防喷器组8顶部的旋转控制头12，旋转控制头12上连接有液动平板阀13，液动平板阀13与第一抽吸短接4连接，井场内排砂管线6的一端与与第一抽吸短接4连接，另一端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的入口端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的出口端安装有自动点火器14，第一抽吸短接4通过第一抽吸管线34与低压闸阀组9连接，第二抽吸短接5通过第二抽吸管线35与低压闸阀组9连接，第一抽吸短接4上安装有第一抽吸平板阀15，第二抽吸短接5上安装有第二抽吸平板阀16，低压闸阀组9通过进气低压软管17与增压机组10连接，增压机组10与泄压撬体11连接，钻机立管1上连接有立管平板阀18，立管平板阀18上连接有高压注气管线19，高压注气管线19与泄压撬体11连接，低压闸阀组9通过第一低压注气管线20与第一制氮单元2连接，低压闸阀组9通过第二低压注气管线21与第二制氮单元3连接。
本实施例为一较佳实施方式，氮气抽吸系统包括钻机立管1、第一低压注气管线20、第二低压注气管线21、第一制氮单元2、第二制氮单元3、第一抽吸短接4、第二抽吸短接5、井场内排砂管线6、井场外排砂管线7、井口防喷器组8、低压闸阀组9、增压机组10、泄压撬体11和安装在井口防喷器组8顶部的旋转控制头12，旋转控制头12上连接有液动平板阀13，液动平板阀13与第一抽吸短接4连接，井场内排砂管线6的一端与与第一抽吸短接4连接，另一端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的入口端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的出口端安装有自动点火器14，第一抽吸短接4通过第一抽吸管线34与低压闸阀组9连接，第二抽吸短接5通过第二抽吸管线35与低压闸阀组9连接，第一抽吸短接4上安装有第一抽吸平板阀15，第二抽吸短接5上安装有第二抽吸平板阀16，低压闸阀组9通过进气低压软管17与增压机组10连接，增压机组10与泄压撬体11连接，钻机立管1上连接有立管平板阀18，立管平板阀18上连接有高压注气管线19，高压注气管线19与泄压撬体11连接，低压闸阀组9通过第一低压注气管线20与第一制氮单元2连接，低压闸阀组9通过第二低压注气管线21与第二制氮单元3连接，通过安装两个抽吸短接，能够确保抽吸效果；旋转控制头12上连接有液动平板阀13，液动平板阀13与第一抽吸短接4连接，井场内排砂管线6的一端与与第一抽吸短接4连接，另一端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的入口端与第二抽吸短接5连接，第一抽吸短接4和第二抽吸短接5这种特定的位置设置，能够大幅提升抽吸力，确保井筒天然气吸导至井场外排砂管线7的出口端燃烧排空。
实施例3
参见图1和图2，一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，打开第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；
b、第一制氮单元2产出的氮气经第一低压注气管线20进入低压闸阀组9，第二制氮单元3产出的氮气经第二低压注气管线21进入低压闸阀组9，再经低压软管进入增压机组10，增压后经高压注气管线19进入钻机立管1；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；开启第一制氮单元2，向第一抽吸短接4注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元3，向第二抽吸短接5注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管1注入氮气，通过泄压撬体11将氮气排空，先打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，再关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线7的出口端经燃烧排空。
所述氮气抽吸系统包括钻机立管1、第一低压注气管线20、第二低压注气管线21、第一制氮单元2、第二制氮单元3、第一抽吸短接4、第二抽吸短接5、井场内排砂管线6、井场外排砂管线7、井口防喷器组8、低压闸阀组9、增压机组10、泄压撬体11和安装在井口防喷器组8顶部的旋转控制头12，旋转控制头12上连接有液动平板阀13，液动平板阀13与第一抽吸短接4连接，井场内排砂管线6的一端与与第一抽吸短接4连接，另一端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的入口端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的出口端安装有自动点火器14，第一抽吸短接4通过第一抽吸管线34与低压闸阀组9连接，第二抽吸短接5通过第二抽吸管线35与低压闸阀组9连接，第一抽吸短接4上安装有第一抽吸平板阀15，第二抽吸短接5上安装有第二抽吸平板阀16，低压闸阀组9通过进气低压软管17与增压机组10连接，增压机组10与泄压撬体11连接，钻机立管1上连接有立管平板阀18，立管平板阀18上连接有高压注气管线19，高压注气管线19与泄压撬体11连接，低压闸阀组9通过第一低压注气管线20与第一制氮单元2连接，低压闸阀组9通过第二低压注气管线21与第二制氮单元3连接。
所述低压闸阀组9包括第一管路22、第二管路23、第三管路24、第一平板阀25、第二平板阀26、第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，第一管路22、第二管路23和第三管路24依次首尾相连，第一管路22上开有第一进气端口，第二管路23上开有第二进气端口，第一平板阀25安装在第一抽吸管线34上，第二平板阀26安装在第二抽吸管线35上，第三平板阀27安装在第三管路24上，第四平板阀28安装在第一管路22上，第五平板阀29安装在第二管路23上。
本实施例为又一较佳实施方式，采用了分体式注气管汇结构设计，引入低压闸阀组9，通过对其通道切换以满足不同工况条件下氮气注入模式需要，及不同抽吸短接位置氮气注入量调控。将制氮设备分解成两个制氮单元，两个制氮单元产出的氮气并联至低压闸阀组9，低压闸阀组9其中一个端口连接进气低压软管17进增压机组10，低压闸阀组9其余两个端口经两根抽吸管线分别连接第一抽吸短接4和第二抽吸短接5；能够根据不同工况，切换低压闸阀组9通道实现钻井时提供氮气钻井所需氮气量，抽吸时提供抽吸用所需氮气量，且可分别对第一抽吸短接4和第二抽吸短接5的注入氮气量进行调控，操作灵活。
实施例4
参见图1-图4，一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，打开第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；
b、第一制氮单元2产出的氮气经第一低压注气管线20进入低压闸阀组9，第二制氮单元3产出的氮气经第二低压注气管线21进入低压闸阀组9，再经低压软管进入增压机组10，增压后经高压注气管线19进入钻机立管1；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；开启第一制氮单元2，向第一抽吸短接4注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元3，向第二抽吸短接5注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管1注入氮气，通过泄压撬体11将氮气排空，先打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，再关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线7的出口端经燃烧排空。
所述氮气抽吸系统包括钻机立管1、第一低压注气管线20、第二低压注气管线21、第一制氮单元2、第二制氮单元3、第一抽吸短接4、第二抽吸短接5、井场内排砂管线6、井场外排砂管线7、井口防喷器组8、低压闸阀组9、增压机组10、泄压撬体11和安装在井口防喷器组8顶部的旋转控制头12，旋转控制头12上连接有液动平板阀13，液动平板阀13与第一抽吸短接4连接，井场内排砂管线6的一端与与第一抽吸短接4连接，另一端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的入口端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的出口端安装有自动点火器14，第一抽吸短接4通过第一抽吸管线34与低压闸阀组9连接，第二抽吸短接5通过第二抽吸管线35与低压闸阀组9连接，第一抽吸短接4上安装有第一抽吸平板阀15，第二抽吸短接5上安装有第二抽吸平板阀16，低压闸阀组9通过进气低压软管17与增压机组10连接，增压机组10与泄压撬体11连接，钻机立管1上连接有立管平板阀18，立管平板阀18上连接有高压注气管线19，高压注气管线19与泄压撬体11连接，低压闸阀组9通过第一低压注气管线20与第一制氮单元2连接，低压闸阀组9通过第二低压注气管线21与第二制氮单元3连接。
所述低压闸阀组9包括第一管路22、第二管路23、第三管路24、第一平板阀25、第二平板阀26、第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，第一管路22、第二管路23和第三管路24依次首尾相连，第一管路22上开有第一进气端口，第二管路23上开有第二进气端口，第一平板阀25安装在第一抽吸管线34上，第二平板阀26安装在第二抽吸管线35上，第三平板阀27安装在第三管路24上，第四平板阀28安装在第一管路22上，第五平板阀29安装在第二管路23上。
所述第一制氮单元2包括八个空压机30和两个膜制氮机31，任意一个膜制氮机31上连接四个空压机30，膜制氮机31通过第一低压注气管线20与第一管路22上的第一进气端口相连接。
所述第二制氮单元3包括四个空压机30和一个膜制氮机31，四个空压机30分别与膜制氮机31连接，膜制氮机31通过第二低压注气管线21与第二管路23上的第二进气端口相连接。
还包括沉砂池32，沉砂池32与井场外排砂管线7的出口端连接。
实施例5
参见图1-图4，一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，打开第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；
b、第一制氮单元2产出的氮气经第一低压注气管线20进入低压闸阀组9，第二制氮单元3产出的氮气经第二低压注气管线21进入低压闸阀组9，再经低压软管进入增压机组10，增压后经高压注气管线19进入钻机立管1；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29；开启第一制氮单元2，向第一抽吸短接4注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元3，向第二抽吸短接5注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管1注入氮气，通过泄压撬体11将氮气排空，先打开第一平板阀25、第二平板阀26、第一抽吸平板阀15和第二抽吸平板阀16，再关闭第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线7的出口端经燃烧排空。
所述氮气抽吸系统包括钻机立管1、第一低压注气管线20、第二低压注气管线21、第一制氮单元2、第二制氮单元3、第一抽吸短接4、第二抽吸短接5、井场内排砂管线6、井场外排砂管线7、井口防喷器组8、低压闸阀组9、增压机组10、泄压撬体11和安装在井口防喷器组8顶部的旋转控制头12，旋转控制头12上连接有液动平板阀13，液动平板阀13与第一抽吸短接4连接，井场内排砂管线6的一端与与第一抽吸短接4连接，另一端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的入口端与第二抽吸短接5连接，井场外排砂管线7的出口端安装有自动点火器14，第一抽吸短接4通过第一抽吸管线34与低压闸阀组9连接，第二抽吸短接5通过第二抽吸管线35与低压闸阀组9连接，第一抽吸短接4上安装有第一抽吸平板阀15，第二抽吸短接5上安装有第二抽吸平板阀16，低压闸阀组9通过进气低压软管17与增压机组10连接，增压机组10与泄压撬体11连接，钻机立管1上连接有立管平板阀18，立管平板阀18上连接有高压注气管线19，高压注气管线19与泄压撬体11连接，低压闸阀组9通过第一低压注气管线20与第一制氮单元2连接，低压闸阀组9通过第二低压注气管线21与第二制氮单元3连接。
所述低压闸阀组9包括第一管路22、第二管路23、第三管路24、第一平板阀25、第二平板阀26、第三平板阀27、第四平板阀28和第五平板阀29，第一管路22、第二管路23和第三管路24依次首尾相连，第一管路22上开有第一进气端口，第二管路23上开有第二进气端口，第一平板阀25安装在第一抽吸管线34上，第二平板阀26安装在第二抽吸管线35上，第三平板阀27安装在第三管路24上，第四平板阀28安装在第一管路22上，第五平板阀29安装在第二管路23上。
所述第一制氮单元2包括八个空压机30和两个膜制氮机31，任意一个膜制氮机31上连接四个空压机30，膜制氮机31通过第一低压注气管线20与第一管路22上的第一进气端口相连接。
所述第二制氮单元3包括四个空压机30和一个膜制氮机31，四个空压机30分别与膜制氮机31连接，膜制氮机31通过第二低压注气管线21与第二管路23上的第二进气端口相连接。
还包括沉砂池32，沉砂池32与井场外排砂管线7的出口端连接。
所述第一低压注气管线20和第二低压注气管线21均为软管，第一低压注气管线20和第二低压注气管线21的内径均为76.2mm，压力级别均为4Mpa。
所述高压注气管线19为钢制管线，高压注气管线19的内径为76.2mm，压力级别为21Mpa，高压注气管线19上安装有流量计33。
所述井场内排砂管线6的内径为244.5mm，压力级别为7MPa，井场外排砂管线7的内径为254mm，压力级别为4MPa。
所述第一抽吸短接4的注入氮气量为60m3/min，第二抽吸短接5的注入氮气量为30m3/min。
本实施例为最佳实施方式，通过在排砂管线特定位置增设抽吸短接，从制氮单元连接两条抽吸管线至抽吸短接处，在进行“起下钻、更换胶芯”敞井作业时，通过向排砂管线内注入氮气，因注入氮气在排砂管线内朝排出口方向的高速流动，在井口位置形成一定抽吸力，将井筒天然气吸导至排砂管线出口燃烧排空，避免了敞井作业期间井筒天然气从井口溢出，有效提升了起下钻、更换胶芯敞井作业的安全性。
通过在井场外排砂管线7的出口端安装自动点火器14，氮气抽吸作业期间，通过自动点火器14将抽吸至井场外排砂管线7出口处的天然气进行点火燃烧，实现了安全清洁排放。
Claims (9)
1.一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，包括以下步骤：
a、当地层出少量天然气，氮气钻进作业时，关闭氮气抽吸系统中的第一平板阀（25）、第二平板阀（26）、第一抽吸平板阀（15）和第二抽吸平板阀（16），打开第三平板阀（27）、第四平板阀（28）和第五平板阀（29）；
b、第一制氮单元（2）产出的氮气经第一低压注气管线（20）进入低压闸阀组（9），第二制氮单元（3）产出的氮气经第二低压注气管线（21）进入低压闸阀组（9），再经低压软管进入增压机组（10），增压后经高压注气管线（19）进入钻机立管（1）；
c、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行起下钻作业时，打开第一平板阀（25）、第二平板阀（26）、第一抽吸平板阀（15）和第二抽吸平板阀（16），关闭第三平板阀（27）、第四平板阀（28）和第五平板阀（29）；开启第一制氮单元（2），向第一抽吸短接（4）注入抽吸用氮气，开启第二制氮单元（3），向第二抽吸短接（5）注入抽吸用氮气，使井口无天然气溢出；
d、当地层出少量天然气，氮气钻井期间进行更换胶芯作业时，停止向钻机立管（1）注入氮气，通过泄压撬体（11）将氮气排空，先打开第一平板阀（25）、第二平板阀（26）、第一抽吸平板阀（15）和第二抽吸平板阀（16），再关闭第三平板阀（27）、第四平板阀（28）和第五平板阀（29），将井筒内天然气抽吸至井场外排砂管线（7）的出口端经燃烧排空；
所述氮气抽吸系统包括钻机立管（1）、第一低压注气管线（20）、第二低压注气管线（21）、第一制氮单元（2）、第二制氮单元（3）、第一抽吸短接（4）、第二抽吸短接（5）、井场内排砂管线（6）、井场外排砂管线（7）、井口防喷器组（8）、低压闸阀组（9）、增压机组（10）、泄压撬体（11）和安装在井口防喷器组（8）顶部的旋转控制头（12），旋转控制头（12）上连接有液动平板阀（13），液动平板阀（13）与第一抽吸短接（4）连接，井场内排砂管线（6）的一端与第一抽吸短接（4）连接，另一端与第二抽吸短接（5）连接，井场外排砂管线（7）的入口端与第二抽吸短接（5）连接，井场外排砂管线（7）的出口端安装有自动点火器（14），第一抽吸短接（4）通过第一抽吸管线（34）与低压闸阀组（9）连接，第二抽吸短接（5）通过第二抽吸管线（35）与低压闸阀组（9）连接，第一抽吸短接（4）上安装有第一抽吸平板阀（15），第二抽吸短接（5）上安装有第二抽吸平板阀（16），低压闸阀组（9）通过进气低压软管（17）与增压机组（10）连接，增压机组（10）与泄压撬体（11）连接，钻机立管（1）上连接有立管平板阀（18），立管平板阀（18）上连接有高压注气管线（19），高压注气管线（19）与泄压撬体（11）连接，低压闸阀组（9）通过第一低压注气管线（20）与第一制氮单元（2）连接，低压闸阀组（9）通过第二低压注气管线（21）与第二制氮单元（3）连接。
2.根据权利要求1所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述低压闸阀组（9）包括第一管路（22）、第二管路（23）、第三管路（24）、第一平板阀（25）、第二平板阀（26）、第三平板阀（27）、第四平板阀（28）和第五平板阀（29），第一管路（22）、第二管路（23）和第三管路（24）依次首尾相连，第一管路（22）上开有第一进气端口，第二管路（23）上开有第二进气端口，第一平板阀（25）安装在第一抽吸管线（34）上，第二平板阀（26）安装在第二抽吸管线（35）上，第三平板阀（27）安装在第三管路（24）上，第四平板阀（28）安装在第一管路（22）上，第五平板阀（29）安装在第二管路（23）上。
3.根据权利要求2所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述第一制氮单元（2）包括八个空压机（30）和两个膜制氮机（31），任意一个膜制氮机（31）上连接四个空压机（30），膜制氮机（31）通过第一低压注气管线（20）与第一管路（22）上的第一进气端口相连接。
4.根据权利要求2所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述第二制氮单元（3）包括四个空压机（30）和一个膜制氮机（31），四个空压机（30）分别与膜制氮机（31）连接，膜制氮机（31）通过第二低压注气管线（21）与第二管路（23）上的第二进气端口相连接。
5.根据权利要求1所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：还包括沉砂池（32），沉砂池（32）与井场外排砂管线（7）的出口端连接。
6.根据权利要求1所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述第一低压注气管线（20）和第二低压注气管线（21）均为软管，第一低压注气管线（20）和第二低压注气管线（21）的内径均为76.2mm，压力级别均为4Mpa。
7.根据权利要求1所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述高压注气管线（19）为钢制管线，高压注气管线（19）的内径为76.2mm，压力级别为21Mpa，高压注气管线（19）上安装有流量计（33）。
8.根据权利要求1所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述井场内排砂管线（6）的内径为244.5mm，压力级别为7MPa，井场外排砂管线（7）的内径为254mm，压力级别为4MPa。
9.根据权利要求1所述的一种地层出少量天然气条件下的氮气抽吸作业方法，其特征在于：所述第一抽吸短接（4）的注入氮气量为60 m3/min，第二抽吸短接（5）的注入氮气量为30m3/min。
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