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鉆進(jìn)過(guò)程中井噴事故的預(yù)防

  
評(píng)論: 更新日期:2012年11月16日
2-3-2 新型多級(jí)節(jié)流管匯的合理流動(dòng)通道

?

序號(hào)
級(jí)數(shù)
節(jié)流閥
流動(dòng)通道
備注
1
一級(jí)節(jié)流
J4b
J0-J6a-J7a-J7c-J4b-J7d-J10b
正常情況
2
J1
J0-J6a-J5d-J5C-J2a-J1-J5a-J8b-J10a-J1Ob
備用
3
二級(jí)節(jié)流
J4a J4b
J0-J3a-J4a-J3b-J7C-J4b-J7d-J10b
正常情況
4
G2 J1
JO-J2b-G2-J2a-J1-J5a-J8b-J0a-J10b
?
備用
?
5
三級(jí)節(jié)流
G2 J1 J4b
J0-J2b-G2-J2a-J1-J5b-J5d-J7a-J7C-J4b-J7d-J10b
?
6
放噴
無(wú)
J0-J6a-J6b-J9
?
??? c. 多級(jí)節(jié)流管匯在壓井作業(yè)中節(jié)流級(jí)數(shù)的選擇
??? 節(jié)流級(jí)數(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)保證壓井作業(yè)的安全(主要是閥門(mén)的安全),同時(shí)又要便于調(diào)節(jié)壓力,滿足套壓變化規(guī)律。據(jù)此應(yīng)遵循以下原則:壓井時(shí),額定工作壓力105MPa的節(jié)流閥一般在70MPa左右可以實(shí)現(xiàn)正常有效工作,超過(guò)此壓力則有可能出現(xiàn)閥桿斷裂、閥板刺壞等情況,引發(fā)溢流、井涌、井噴事故。由此,對(duì)節(jié)流閥而言,其承壓能力要保證在額定工作壓力的60%~70%以內(nèi);流動(dòng)通道中的第一個(gè)固定節(jié)流閥和第二個(gè)液動(dòng)節(jié)流閥按60%和40%進(jìn)行節(jié)流壓力分配,調(diào)節(jié)液動(dòng)節(jié)流閥時(shí)壓力變化比較敏感。
??? 在一級(jí)節(jié)流情況下,采用的節(jié)流閥J4b和J1都是液動(dòng)節(jié)流閥,其額定工作壓力都是70MPa。按設(shè)計(jì)要求,其允許的套壓必須滿足:p<70×(60%~70%)=40~50MPa。
??? 由上述可知,套壓小于50MPa可采用一級(jí)節(jié)流;套壓在50~105MPa時(shí),可二級(jí)或三級(jí)節(jié)流;套壓高于105MPa則需要通過(guò)三級(jí)或更多級(jí)節(jié)流控制。
??? 在三級(jí)節(jié)流情況下,流動(dòng)通道將分別經(jīng)過(guò)固定節(jié)流閥G2、液動(dòng)節(jié)流閥J1以及液動(dòng)節(jié)流閥J4b,其額定工作壓力分別為105MPa、70MPa、70MPa。由此可以推出,三級(jí)節(jié)流套壓不能超過(guò)160MPa。
? ??d. 多級(jí)節(jié)流系統(tǒng)操作
? ??根據(jù)壓井節(jié)流操作規(guī)程,并參考常規(guī)節(jié)流管匯閥門(mén)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換順序,多級(jí)節(jié)流管匯在實(shí)現(xiàn)流動(dòng)通道的轉(zhuǎn)換時(shí),閥門(mén)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換原則為:先執(zhí)行由關(guān)到開(kāi),再執(zhí)行由開(kāi)到關(guān);執(zhí)行由關(guān)到開(kāi)時(shí),由遠(yuǎn)而近;執(zhí)行由開(kāi)到關(guān)時(shí),由近而遠(yuǎn)。閥門(mén)編號(hào)越靠后越遠(yuǎn),越靠前越近。
為了便于操作,新型多級(jí)節(jié)流管匯在不同流動(dòng)通道時(shí)閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)見(jiàn)表2-3-3。
2-3-3 新型多級(jí)節(jié)流管匯閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)表

?

閥門(mén)編號(hào)
閥門(mén)類型
規(guī)格
一級(jí)節(jié)流(備用)
一級(jí)節(jié)流(正常情況)
二級(jí)節(jié)流(備用)
二級(jí)節(jié)流(正常情況)
三級(jí)節(jié)流
放噴
J0
手動(dòng)平板閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
J1
液動(dòng)節(jié)流閥
70
開(kāi)(1/4)
關(guān)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
關(guān)
J2a
液動(dòng)平板閥
70
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
J2b
液動(dòng)平板閥
105
關(guān)
關(guān)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
G2
固定節(jié)流閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
J3a
手動(dòng)平板閥
105
開(kāi)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
J3b
手動(dòng)平板閥
70
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
J7c
液動(dòng)平板閥
70
關(guān)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
開(kāi)
開(kāi)
J4a
手動(dòng)節(jié)流閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)
開(kāi)
J4b
液動(dòng)節(jié)流閥
70
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
開(kāi)(1/4)
J5a
手動(dòng)平板閥
70
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
開(kāi)
J5b
手動(dòng)平板閥
70
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
開(kāi)
關(guān)
J5c
液動(dòng)平板閥
70
關(guān)
關(guān)
開(kāi)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
J5d
手動(dòng)平板閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
J6a
手動(dòng)平板閥
105
關(guān)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
開(kāi)
J6b
液動(dòng)平板閥
105
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
開(kāi)
J7a
手動(dòng)平板閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
J7b
手動(dòng)平板閥
70
開(kāi)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
J7d
手動(dòng)平板閥
70
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
J8a
手動(dòng)平板閥
70
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
J8b
手動(dòng)平板閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
J9
手動(dòng)平板閥
105
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
關(guān)
開(kāi)
J10a
手動(dòng)平板閥
105
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
關(guān)
J10b
手動(dòng)平板閥
70
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
開(kāi)
?? (3) 鉆具內(nèi)防噴工具
??? 鉆井過(guò)程中,當(dāng)?shù)貙映鰵夂缶琢鲏撼^(guò)鉆柱內(nèi)流體注入壓力時(shí),井內(nèi)流體將推動(dòng)鉆柱內(nèi)的流體沿鉆柱水眼上竄,此時(shí)需要使用鉆具內(nèi)仿噴工具。鉆具內(nèi)防噴工具包括上部和下部方鉆桿旋塞閥、鉆具止回閥、鉆具旁通閥和防噴鉆桿。
?? ?1) 方鉆桿上、下旋塞閥
? ??方鉆桿上、下旋塞閥一般采用球閥結(jié)構(gòu),其開(kāi)啟和關(guān)閉一般采用手動(dòng)方式。上旋塞也有采用氣動(dòng)遠(yuǎn)程控制方式的。聯(lián)合使用上、下旋塞時(shí),無(wú)論方鉆桿處于任何位置,都有一個(gè)可以使用,而且,當(dāng)一個(gè)發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)可起作用。欠平衡鉆井應(yīng)聯(lián)合使用上、下旋塞,且上旋塞采用氣動(dòng)遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)。
??? 2) 鉆具止回閥
??? 鉆具止回閥主要有彈簧式碟形止回閥、箭形止回閥、浮閥和投入式止回閥,其使用方法不同。
??? 在常規(guī)鉆井中,因鉆井液的沖蝕和腐蝕,鉆具止回閥容易損壞,一般將鉆具止回閥(投入式止回閥除外)放在鉆臺(tái)上備用(油氣層鉆井除外),需要時(shí)再連接到鉆柱上。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明,箭形止回閥性能優(yōu)于彈簧式碟形止回閥,其受鉆井液的沖蝕作用小,表面有較高硬度,密封墊采用耐沖蝕、抗腐蝕的尼龍材料,整體性能好。
??? 投入式止回閥由止回閥組件和一個(gè)聯(lián)頂接頭組成。聯(lián)頂接頭預(yù)先裝在靠近鉆鋌的鉆柱部位上,當(dāng)發(fā)生井涌、井噴或進(jìn)行不壓井起下鉆作業(yè)時(shí),投入止回閥組件將自動(dòng)鎖緊在聯(lián)頂接頭處即可封堵水眼,需要時(shí)還可通過(guò)投入止回閥循環(huán)。
??? 根據(jù)鉆具止回閥的原理和使用方法,鉆具止回閥的連接形式有:
??? a. 在近鉆頭處安裝一個(gè)箭形止回閥。
??? b. 當(dāng)液體欠平衡鉆井時(shí),在靠近鉆鋌的鉆柱部位安裝一個(gè)投入式止回閥。
??? c. 鉆進(jìn)過(guò)程中,在井口處安裝強(qiáng)制回壓閥隨鉆入井,隨著井深每增加200m左右,在井口又加接一只同樣的下旋塞和強(qiáng)制式回壓閥。需要測(cè)斜時(shí),在安全許可的前提下可起鉆將鉆柱上部的回壓閥取出,然后下鉆到底進(jìn)行測(cè)斜作業(yè)。
?? ?3) 鉆具旁通閥
? ??鉆具旁通閥主要用于壓井作業(yè)中鉆頭水眼被堵時(shí)建立循環(huán)。
?? ?鉆井時(shí),將鉆具旁通閥接在鉆鋌頂部,當(dāng)鉆頭水眼被堵而無(wú)法解堵時(shí),卸掉方鉆桿投球后再接方鉆桿使球落至鉆具旁通閥閥座處,開(kāi)泵憋壓剪斷固定銷,使閥座下行直到排泄孔全部打開(kāi),建立循環(huán)。
? ??4) 防噴鉆桿
? ??起下鉆作業(yè)時(shí),準(zhǔn)備一根防噴鉆桿單根,該防噴鉆桿單根應(yīng)接上與鉆鋌連接螺紋一致的配合接頭和鉆具止回閥。
? ??5. 套管鞋處的地層破漏壓力試驗(yàn)及地層承壓試驗(yàn)
? ??一般在下表層套管或技術(shù)套管后,在鉆開(kāi)套管鞋以下第一個(gè)砂體進(jìn)行地層破漏壓力試驗(yàn),測(cè)定砂巖層的破漏壓力梯度,為一旦發(fā)生井噴關(guān)井提供控制井口壓力的依據(jù)。
? ??通常采用套管鞋試漏法測(cè)定地層破漏壓力,其主要步驟為:
? ??(1) 利用預(yù)測(cè)模式或鄰井資料估算試漏層的破漏壓力。
? ??(2) 井口安裝試壓后下鉆掃水泥塞,進(jìn)入新地層3~5m或鉆至套管鞋以下第一個(gè)砂體開(kāi)始進(jìn)行套管鞋處的地層破漏壓力試驗(yàn)。
? ??(3) 循環(huán)并調(diào)整鉆井液性能,保證鉆井液密度等性能均勻穩(wěn)定。
??? (4) 上提鉆頭到套管鞋以上,關(guān)閉井口防噴器,緩慢啟動(dòng)鉆井泵(最好采用水泥車(chē)或壓裂車(chē)),以1~2L/s的排量向井內(nèi)注入鉆井液,若裸眼長(zhǎng)度超過(guò)5m則以2~4 L/s的排量向井內(nèi)注入鉆井液。
??? (5) 為了求取試漏層最小主地應(yīng)力和巖石抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù),地層壓裂后應(yīng)進(jìn)行停泵和重張壓力測(cè)量;當(dāng)壓力達(dá)到井口承壓設(shè)備中的最小額定工作壓力或套管承受的壓力達(dá)到套管中的最小抗內(nèi)壓強(qiáng)度80%時(shí)仍末被壓裂,應(yīng)停止試驗(yàn)。
(6) 準(zhǔn)確記錄不同時(shí)期的注入量和泵壓,并作圖(圖2-3-19)。曲線圖中各點(diǎn)的意義:L為初始偏離直線段的點(diǎn),該點(diǎn)的壓力即為漏失壓力pL;F為曲線段上最高壓力點(diǎn),即為破裂壓力pF;S為停泵壓力穩(wěn)定點(diǎn);R為重張壓力穩(wěn)定點(diǎn)。

?

??? (7) 破漏壓力及地層破裂壓力的當(dāng)量鉆井液密度計(jì)算:
??? ① 漏失壓力
??? pL=pGL+0.00981ρmH??? (2-3-5)
式中pL——計(jì)算點(diǎn)的漏失壓力,MPa;
??? pGL——泵壓表上讀出的計(jì)算點(diǎn)的漏失壓力,MPa;
??? ② 破裂壓力
??? pF=pGF+0.00981ρmH??? (2-3-6)
式中pF——計(jì)算點(diǎn)的破裂壓力,MPa;
??? pGF——泵壓表上讀出的計(jì)算點(diǎn)的破裂壓力,MPa。
??? ③ 地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度
??? 地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度,一般情況下以漏失壓力pL作為允許壓力,則:
??? pF=pGL+0.00981ρmH????? (2-3-7)
將地層破裂壓力換算成鉆井液當(dāng)量密度,則(2-3-7)變成:
?

?

式中ρF——地層破裂壓力的當(dāng)量鉆井液密度,g/cm3
??? 式(2-3-8)計(jì)算出的地層破裂壓力的當(dāng)量鉆井液密度即為所允許的最大鉆井液密度。
??? 在鉆至目的層以上50~100m,應(yīng)做一次地層裸眼承壓試驗(yàn)。做裸眼承壓試驗(yàn)時(shí),不能以地層破裂壓力為依據(jù),而應(yīng)以地質(zhì)預(yù)告的地層孔隙壓力為依據(jù),進(jìn)行地層承壓能力試驗(yàn),其試驗(yàn)的承壓梯度應(yīng)不小于氣層的壓力梯度,否則應(yīng)采取提高承壓措施,提高裸眼井段的地層承壓能力,為加重鉆井液提供保障。

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