qsh0010-2007川东北空气钻井技术规范

'ICS75.020E13Q/SH中国石油化工集团公司企业标准Q/SH0010—2007川东北气体钻井技术规范TechnicalSpecificationofgasdrillinginthenortheastofSichuan2007-08-14发布2007-08-20实施中国石油化工集团公司发布 Q/SH0010—2007目次前言..................................................................................I1范围................................................................................12规范性引用文件......................................................................13术语与定义..........................................................................14工程地质设计要求....................................................................15气体流量设计........................................................................16设备配置要求........................................................................27准备................................................................................38工艺要求............................................................................39作业程序............................................................................410安全规定...........................................................................6附录A（规范性附录）气体钻井气体流量计算式..........................................7附录B（规范性附录）气体钻井井场布置示意图.........................................10I Q/SH0010—2007前言本标准的附录A、附录B为规范性附录。本标准由中国石油化工集团公司油田企业经营管理部提出。本标准由中国石油化工股份有限公司科技开发部归口。本标准起草单位：胜利石油管理局钻井工艺研究院中国石油化工集团公司川气东送建设工程指挥部中原石油勘探局钻井院。本标准主要起草人：陈永明、燕修良、杨玉坤、周鲲、侯树刚。I Q/SH0010—2007川东北气体钻井技术规范1范围本标准规定了空气钻井、氮气钻井和雾化钻井的设计、设备配置与实施要求。本标准适用于川东北空气钻井、氮气钻井和雾化钻井作业，南方其它地区可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。SY/T6426—2005钻井井控技术规程Q/SH0034—2007气体钻井安全技术规范3术语与定义下列术语和定义适用于本标准。3.1过胶芯起下钻stripping指管具的浮重大于井口压力作用于管具的上顶力，使用旋转控制头或旋转防喷器的胶芯密封井口，起下管具的作业。3.2排液unloading用气体替换井内液体的作业。3.3泥环mudring指气体、雾化钻井中，在有水润湿的条件下，在气体速度最小的环形空间所堆积的岩屑。3.4主喷管primaryjet指安装在排屑管中并与空气压缩机相连的细管，当压缩空气通过时，由于射吸作用在排屑管中产生局部真空，从而便于井中的气体安全吸出。4工程地质设计要求4.1应对气体钻井井段的地层进行井壁稳定性分析。4.2提供分层地层压力系数、地表温度和地温梯度。4.3预告气体钻井井段的潜在油、气、水层，提供地层流体的组分和性质，并对产量进行预测。5气体流量设计5.1最小气体流量应满足携岩和举液要求。5.2雾化钻井的液体注入量（水、发泡剂和缓蚀剂）一般为0.26L/s～0.88L/s。5.3推荐采用最小动能准则进行气体流量设计，相关公式见附录A。5.4采用最小速度准则设计计算，应使环空岩屑浓度小于3％。1 Q/SH0010—20076设备配置要求6.1空气压缩机6.1.1应按设计的最大气体流量配置空气压缩机，并至少多配置一台压缩机作为备用。6.1.2若使用膜氮进行氮气钻井时，空气压缩机的供气能力按氮气流量的两倍配置。6.1.3实施雾化钻井，空气压缩机的供气能力应高于空气钻井的30％～40％，具体应根据地层出水量的大小按附录A提供的公式计算确定。6.1.4压缩机的额定气体流量应根据海拔高度、地面温度和湿度进行校正。6.2膜制氮机6.2.1膜制氮机氮气纯度应连续可调，在氮气纯度为95％的条件下氮气流量应大于设计气体流量。6.2.2若使用液氮，液氮设备的氮气流量应高于设计气体流量。6.3增压机36.3.1直径Φ444.5mm和Φ406.4mm井眼，增压机配置应达到处理量120m/min的要求。6.3.2氮气钻井或其它较小的井眼应按设计的气体流量配置增压机。6.3.3增压机的额定压力不宜低于10.5MPa。6.4雾泵6.4.1地质预告有潜在水层的情况下，应配备雾泵。36.4.2雾泵的额定压力应不低于10.5MPa，最大排量不低于18m/h。6.4.3宜另配2台化学剂注入泵，注入泵最大排量不低于1.25L/min、最大泵压不低于14MPa。6.5排屑管6.5.1排屑管内径应满足携岩、抗冲蚀等施工要求，排屑管出口距井口直线距离不少于100m。6.5.2排屑管宜直线连接，需拐弯时应使用防冲蚀短节。6.5.3排屑管上应安装岩屑取样器和喷淋装置。见图1。6.5.4空气钻井应安装燃爆检测分析系统。图1排屑管示意图2 Q/SH0010—20076.5.5如果地层可能产出天然气，应安装主喷管，并在出口安装点火装置或设置长明火,见图1。6.6立管管汇6.6.1应配备立管管汇（立管管汇包括压缩机旁通阀、立管泄压阀和截止阀），压缩机旁通阀和立管泄压阀宜与排屑管相连，见图1。6.6.2如旁通阀与泄压阀没有与排屑管连接，应采取消音措施，满足抗噪音要求。6.7仪表6.7.1气体集流管上应配备气体流量计。6.7.2气体钻井时应使用能分辨0.1MPa的立管压力表。7准备7.1井场7.1.1井场准备应满足气体钻井设备布置和安装的要求。井场布局示意图见附录B。7.1.2氮气钻井应修建燃烧池，其外周应建防火墙、内侧和底面应作防渗处理，容积满足氮气钻井施工井段岩屑排放要求，见图2。图2燃烧池示意图7.2设备安装与试压7.2.1旋转控制头或旋转防喷器按井口装置的要求安装。7.2.2天车、转盘、井口三中心在同一垂线上，偏差应不大于10mm。7.2.3气体钻井设备安装完毕后应进行试压。增压机上游试压到压缩机的额定压力，稳压10min不降为合格；增压机下游试压到增压机额定压力的80％，稳压时间10min，允许压降0.2MPa。8工艺要求8.1钻具与钻头8.1.1转盘钻井时，宜选用六方钻杆。方钻杆上、下应装接旋塞。o8.1.2应采用18斜台肩钻杆。8.1.3在钻柱底部（钻头之上）接一只止回阀。3 Q/SH0010—20078.1.4每次下完钻，在钻杆顶部接一只能泄压的止回阀（可用旋塞+止回阀代替）。8.1.5旋转钻井宜使用减振器。8.1.6应定期检查钻具本体、丝扣、台肩和接头的磨损情况，钻铤应定期进行探伤检查。入井钻具应达到API规定的一级钻杆的标准。8.1.7底部钻具组合与常规钻井相同。8.1.8宜采用空气锤和空气锤钻头。8.1.9牙轮钻头宜选择IADC空气钻井系列钻头。8.1.10钻头喷嘴的选择以不出现音速流动为原则，或可不装喷嘴。8.2井控要求8.2.1防喷器组合按SY/T6426－2005的3.7选择。8.2.2在防喷器组合之上安装旋转控制头或旋转防喷器。8.2.3低密度钻井液，406.4mm及其以上井眼应按井眼容积的1.5倍储备，小于406.4mm井眼按井眼容积的2倍储备；高密度钻井液按井眼容积的1.5倍储备。8.2.4每趟钻至少应使用喷射接头对防喷器冲洗一次。8.2.5当地层有天然气产出时，——如果排屑管刺漏，应先关闭半封闸板防喷器，并通过节流管汇中路导流，然后再修排屑管。——当全封关闭后，应通过节流管汇中路导流。——需换旋转控制头胶芯时，应关闭环形防喷器，并通过节流管汇中路导流；或通过主喷管抽真空，并用可燃气体检测仪检查，确保井口无天然气溢出。8.2.6需要压井时，宜采用大排量和不控制井口回压的方法压井。8.3地层出气量限制及处理8.3.1空气钻井天然气含量不大于3％，大于3％时应停止钻进，并循环排气，待天然气含量降至3％以下时再恢复钻进，否则应转化钻井方式。438.3.2氮气钻井天然气产量不高于8×10m/d。当天然气含量持续上升时，可适当循环排气观察，防止一次钻开太多的气层。8.4钻井方式转化原则8.4.1地层出水不能进行气体钻井时，应转化成雾化、泡沫或常规钻井液钻井。8.4.2污水池不能容纳产出的地层水和返出的泡沫时，雾化或泡沫钻井应转化成常规钻井液钻井。8.4.3天然气含量连续大于3％，或井下连续发生两次燃爆，空气钻井应转化成氮气、雾化、泡沫或常规钻井液钻井。438.4.4天然气产量连续高于8×10m/d，氮气钻井应压井转化为常规钻井液钻井。8.4.5发现硫化氢应终止气体钻井，并转化成常规钻井液钻井。8.4.6井壁失稳，阻卡严重，应转化成常规钻井液钻井。9作业程序9.1排液9.1.1气举排液9.1.1.1根据增压机的工作压力，确定每次气举井段的长度（一般600m～900m），下钻到预定深度。9.1.1.2安装旋转控制头轴承总成或关闭旋转防喷器。9.1.1.3启动空气压缩机和增压机，从立管注气。9.1.1.4气体循环出钻头、立管压力开始下降，可逐步增加气体流量9.1.1.5当排屑管返出物大多是气体时，停止注入并泄放钻柱中的气体。9.1.1.6再次下入一定长度的钻杆，重复本标准9.1.1.3～9.1.1.5步骤，直至下钻到底。9.1.2充气排液4 Q/SH0010—20079.1.2.1当井较深时，可采用充气排液。9.1.2.2下钻到底，安装旋转控制头轴承总成或关闭旋转防喷器。9.1.2.3开一台钻井泵，以小排量循环，保持较低的立管压力。9.1.2.4启动空气压缩机和增压机，注入气体。9.1.2.5可开雾泵注入发泡剂，增加排液效率。9.1.2.6当气体返到地面时，减小钻井泵排量，增加气体注入量。9.1.2.7立管压力下降后，停钻井泵将井内液体排出。9.2井眼干燥9.2.1排液完成后用干气循环，直到排屑管出口基本无液体返出。9.2.2试钻进1.5m～3m，循环5min，上下活动钻柱，确保无泥环形成。9.2.3重复9.2.2步骤，直到井眼开始返出粉尘。9.2.4观察粉尘的返出情况，使用喷淋装置除尘。9.2.5如钻进2～3单根后仍无粉尘返出，说明地层已经出水，应转化成雾化或泡沫钻井。9.3钻进9.3.1先按设计的最小气体流量钻进，若不能满足携岩需要，再提高气体流量。9.3.2注意观测排屑管的返出物和取样器取出的岩屑情况，及时判断可能出现的井眼问题。9.3.3均匀送钻，并注意立管压力及井下情况，发现立压升高、扭矩变化、蹩跳钻严重、上提遇卡等井下异常现象时，应立即停钻，活动钻具、循环观察，及时处理。9.3.4若遇到复杂情况需进行钻井方式转化时，按本标准8.4处理。9.3.5易斜地层推荐使用空气锤钻井方式。9.3.6每钻进200m左右应测斜一次。9.3.7易斜地层钻进应使用合适的防斜底部钻具组合，控制机械钻速、加密测斜，确保井身质量。9.4接单根9.4.1钻完一单根（或立柱）循环3min～10min洗井，缓慢地上下活动钻具，消除可能形成的泥环。9.4.2停止循环时应先打开压缩机旁通阀，再关闭截止阀停止注气。雾泵可以直接停止运转。9.4.3上提钻具，坐放吊卡或卡瓦。9.4.4打开泄压阀，泄放钻具内的气体。9.4.5正常接单根，液压大钳应使用无锐利咬痕的钳牙。9.4.6恢复循环。9.4.7在排屑口观察到流体正常返出后，恢复钻进。9.5起下钻9.5.1作业方式9.5.1.1如果地层无天然气产出，提出旋转控制头轴承总成或打开旋转防喷器，进行常规起下钻。9.5.1.2如果地层有天然气产出，应采用过胶芯起下钻或用主喷管配合起下钻。9.5.2过胶芯起下钻9.5.2.1充分洗井，确保井眼干净。9.5.2.2打开压缩机旁通阀，关闭截止阀停止注气。9.5.2.3打开泄压阀，泄放钻具内的气体，卸下方钻杆（或顶驱接头）。9.5.2.4通过旋转控制头（或旋转防喷器）胶芯起出立柱；当起至钻具止回阀时，先泄放钻柱内的压力再进行卸扣。9.5.2.5当起到钻铤时，关闭环形防喷器，打开液动平板阀，使井内气体通过节流管汇中路导流排出。9.5.2.6起出旋转控制头轴承总成，通过环形防喷器胶芯起出钻铤。如果使用旋转防喷器，则通过旋转防喷器胶芯起出钻铤9.5.2.7当钻头起至防喷器全封闸板之上，关闭全封。5 Q/SH0010—20079.5.2.8换新钻头后，将钻头下到全封闸板之上，关闭环形防喷器或下入旋转控制头轴承总成。9.5.2.9打开全封，进行过胶芯下钻作业。9.5.3用主喷管配合起下钻9.5.3.1充分洗井，确保井眼干净。9.5.3.2打开压缩机旁通阀，关闭截止阀停止注气。9.5.3.3打开泄压阀，泄放钻具内的压力后，卸下方钻杆（或顶驱接头）。9.5.3.4过胶芯起出2根钻杆。9.5.3.5从主喷管注气并打开旋转控制头底座球阀或在岩屑取样器处检查，确认排屑管内已形成一定的真空度。9.5.3.6在提出轴承总成（或打开旋转防喷器）之前，用便携式气体检查仪检查有无气体从旋转控制头逸出。如果无气体逸出，将旋转控制头轴承总成取出（或打开旋转防喷器）；如果有气体逸出，应关闭半封或环形防喷器，并打开节流管汇上的液动平板阀，重新安装旋转控制头轴承总成（或关闭旋转防喷器），准备进行过胶芯起下钻作业。。9.5.3.7如果所有气体都能吸入排屑管，开始起钻；如果不能，应用旋转防喷器或环形防喷器过胶芯起钻。9.5.3.8下钻是否采用过胶芯方式按井内气体吸入排屑管的效果确定。9.5.3.9下钻到底，安装旋转控制头轴承总成（或关闭旋转防喷器）。9.5.3.10接上方钻杆（或接顶驱），开始注气。9.5.3.11排屑管出口正常返出后恢复钻进。9.6替浆9.6.1气体钻井结束或转换常规钻井液钻井方式时进行替浆作业。9.6.2根据地层特点和区域经验，应在替入的钻井液中加入必需的堵漏材料和防塌剂。9.6.3替浆前应将在防喷器中堆积的粉尘全部吹出。9.6.4在具备相应条件时，替浆前应尽可能起钻更换简化的底部钻具组合。9.6.5下钻至井底，用气体清洗井眼。9.6.6起钻分段缓慢泵入泥浆，排量控制在10L/s～25L/s范围内。9.6.7钻头起进套管鞋处，以正常泵速循环。9.6.8分段循环下钻至井底。9.6.9下钻到底后，排量逐渐由小到大循环洗井至井下正常，替浆结束。9.6.10泵入泥浆时要始终保证钻柱转动或上下活动。10安全规定安全规定按Q/SH0034—2007的规定执行。6 Q/SH0010—2007附录A（规范性附录）气体钻井气体流量计算式A.1环空压力计算式2a22⎛2abT⎞⎛T+Gh⎞Gab()T+Gh⎜s⎟ssp=p−⎜⎟+（A.1）bh⎜sG−a⎟⎜T⎟G−a⎝⎠⎝s⎠其中：⎛π2()⎞g⎜dbρsRp+ρlql+ρwqw⎟a=⎜1+4⎟（A.2）R⎜60qgsρgs⎟⎜⎟⎝⎠222fqρRgsgsb=（A.3）27200gAdaH式中：pbh——井底压力，Pa；ps——套压，Pa；Ts——地面温度，K；G——地温梯度，℃/m；h——井深，m；3ρs、ρl、ρw——分别为岩屑、注入液和地层产出水的密度，kg/m；3ρgs——气体在标准状态下密度，空气为1.2258kg/m；3qgs——标准状态下的气体循环流量，m/min；3ql、qw——分别为注入液和产出水的流量，m/h；Rp——机械钻速，m/h；db——钻头直径，m；dH——水力直径，m；2Aa——环空截面积，m；F——摩阻系数，无量纲；R——气体常数，对于空气为287.06J/kg·K；2G——重力加速度，9.807m/s。A.2钻头压降计算A.2.1音速流动的临界条件：k⎛pbh⎞⎛2⎞k−1⎜⎜⎟⎟=⎜⎟（A.4）⎝pai⎠⎝k+1⎠式中：pai——钻头上游压力，Pa；7 Q/SH0010—2007k——定熵指数，空气取1.4。A.2.2如果pai≧pbh/0.528(对于空气)，气体通过喷嘴以音速流动，钻头上游压力与井底压力无关：0.5k+1⎧⎫M⎪TaR⎛k+1⎞k−1⎪pai=⎨⎜⎟⎬（A.5）An⎪k⎝2⎠⎪⎩⎭式中：M——气体质量流量，kg/s；2An——钻头喷嘴的总面积，m；Ta——钻头上游温度，K。A.2.3如果气体以亚音速流动，则：k⎧R()k−1M2T⎫k−1bpai=pbh⎨1+22⎬（A.6）2kAp⎩nbh⎭qρgsgsM=（A.7）60式中：Tb——钻头下游温度，K。A.2.4气体通过喷嘴后会膨胀降温，其温度关系为：k−1⎛p⎞kbhT=T⎜⎟（A.8）ba⎜p⎟⎝ai⎠A.3立管压力计算2α22⎛2αβ()T+Gh⎞⎛T+Gh⎞GαβTp=⎜p−s⎟⎜s⎟+s（A.9）d⎜aiG+α⎟⎜T⎟G+α⎝⎠⎝s⎠其中：g⎛ρq⎞α=⎜1+ll⎟（A.10）R⎜60qρ⎟⎝gsgs⎠222fqρRgsgsβ=（A.11）27200gAdiH式中：pd——立管压力，Pa；2Ai——钻柱内截面积，m。A.4最小气体流量计算式8 Q/SH0010—20072a222Rρgs()Ts+Ghqgs⎛2abT⎞⎛T+Gh⎞Gab()T+Gh⎜s⎟ss=p−⎜⎟+（A.12）3600ν2A2⎜sG−a⎟⎜T⎟G−agoa⎝⎠⎝s⎠式中：νgo——大气条件下的最小环空速度，m/s。A.5摩阻系数计算式−2⎡⎛Dh−Dp⎞⎤f=⎢2log⎜⎜⎟⎟+1.14⎥（A.13）⎢⎣⎝e⎠⎥⎦式中：Dh——井眼直径，m；Dp——钻杆直径，m；e——绝对表面粗糙度，m。9 Q/SH0010—2007附录B（规范性附录）气体钻井井场布置示意图B.1气体钻井井场布局示意图如图B.1所示。B.1气体钻井井场布置示意图图10'