氮气泡沫钻井的钻井液循环系统

摘要

一种氮气泡沫钻井的钻井液循环系统。为了克服现有氮气泡沫钻井中制氮设备配套投入大，导致钻井成本高的不足，本发明的液氮泵由柴油发动机驱动；液氮泵的入口端通过管线与液氮罐车联通，液氮泵的出口端通过管线与液氮蒸发器连接；液氮蒸发器置于泥浆池中；液氮蒸发器的出口端通过管线与泡沫发生器的进口端联通，泡沫发生器的出口端通过管线与井口联通；井口安装有钻井液排出管线，钻井液排出管线上安装有气液分离器；泥浆泵由柴油发动机驱动，泥浆泵的入口端通过管线与泥浆池联通，泥浆泵的出口端通过管线与泡沫发生器联通。其有益效果是结构简单，有效简化了获得氮气泡沫钻井所需的氮气的流程，有利于大量推广氮气钻井，提高钻井速度，最终降低钻井成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提供氮气泡沫钻井所需气体的装置，尤其是涉及一种氮气 泡沫钻井的钻井液循环系统。

背景技术

欠平衡钻井是20世纪90年代成熟并迅速发展的一项钻井的新技术。在美 国，欠平衡钻井被称为上游石油工业新技术，已经成为钻井技术发展热点，并 越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。欠平衡钻井的优点 是提高硬地层钻进的机械钻速，减少井漏、压差卡钻、地层损害等，有利于及 时发现油气井地层，并提高产量。

目前，已经发展形成了空气钻井、氮气泡沫钻井、天然气钻井、充气钻井 液钻井、边喷边钻等多种欠平衡钻井技术，欠平衡钻井得到了广泛的应用。在 钻进储层时，为了避免空气与天然气混合产生井下燃爆事故，通常采用氮气作 为携岩介质。氮气泡沫欠平衡钻井技术也是其一，氮气泡沫钻井是指钻井时将 大量的氮气分散在少量含起泡剂（表面活性剂）的液体中作为循环介质的工艺 技术，具有提高机械钻速，延长钻头使用寿命，缩短钻井周期，降低钻井成本， 减少钻井事故发生，避免出现井下爆炸或井筒燃烧事故，减少地层伤害，有利 于发现油气藏，保护环境，降低增产措施作业费等优点，尤其在开发低渗透、 低压力储层，非常规油气资源和老油气田改造方面发挥着重要作用。

现有氮气泡沫钻井的钻井液循环系统（参见图1），首先由空压机1与膜制氮 机2分离出空气中的氮气，氮气通过增压机3和泡沫发生器4形成泡沫基液（或者 直接由液氮泵车5输出高压氮气，氮气经泡沫发生器4形成泡沫基液），流经析液 装置6之后，与泥浆泵7泵出的泥浆混合成为氮气泡沫泥浆钻井液；然后，氮气 泡沫泥浆钻井液依次经过立管8、钻具9与钻柱的环形空间10、防喷器11、固控 系统12后流回泥浆池13，钻井液完成一个循环。钻井液通过井上、井下的不断 循环，为氮气泡沫钻井作业提供所需的钻井液。

氮气泡沫钻井液由钻井泥浆基液、泡沫剂和氮气混合而成。其中，氮气的 产生多由现场制氮机实现，然后通过压缩机、泡沫发生装置、增压泵使其与泥 浆基液混合，形成氮气泡沫钻井液。也可以由液氮泵车5产生高压氮气与泡沫剂、 泥浆基液混合而形成氮气泡沫钻井液。无论由制氮机、压缩机、增压泵或由液 氮泵车的方式产生氮气，都存在制氮设备配套投入大，导致钻井成本高的不足， 制约了氮气泡沫钻井工艺技术的推广应用。

发明内容

为了克服现有氮气泡沫钻井中制氮设备配套投入大，导致钻井成本高的不 足，本发明提供一种氮气泡沫钻井的钻井液循环系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：氮气泡沫钻井的钻井液循环 系统包括泡沫发生器、泥浆泵、泥浆池，液氮泵由柴油发动机驱动；液氮泵的 入口端通过管线与液氮罐车联通，液氮泵的出口端通过管线与液氮蒸发器连接； 液氮蒸发器置于所述泥浆池中。液氮蒸发器的出口端通过管线与泡沫发生器的 进口端联通，泡沫发生器的出口端通过管线与井口联通；井口安装有钻井液排 出管线，钻井液排出管线的另一端通往泥浆池，钻井液排出管线上安装有气液 分离器。泥浆泵由柴油发动机驱动，泥浆泵的入口端通过管线与泥浆池联通， 泥浆泵的出口端通过管线与泡沫发生器联通。液氮蒸发器与泡沫发生器的连接 管线上安装有单流阀；泥浆泵与泡沫发生器的连接管线上安装有单流阀。

本发明的有益效果是，结构简单，有效简化了获得氮气泡沫钻井所需的氮 气的流程，有利于大量推广氮气钻井，提高钻井速度，最终降低钻井成本。

附图说明

图1是现有氮气泡沫钻井循环流程图。

图2是本发明氮气泡沫钻井的钻井液循环系统流程图。

图中：1.空压机，2.膜制氮机，3.增压机，4.泡沫发生器，5.液氮泵车，6. 析液装置，7.泥浆泵，8.立管，9.钻具，10.环形空间，11.防喷器，12.固控系统， 13.泥浆池，21.柴油发动机，22.液氮泵，23.液氮罐车，24.柴油发动机，25.钻井 液排出管线，26.井口，27.气液分离器，28.单流阀，29.液氮蒸发器。

具体实施方式

下面结合附图2和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员 应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神， 都应该包括于本发明的保护范围内。

参见附图2。氮气泡沫钻井的钻井液循环系统的液氮泵22由柴油发动机 21驱动；液氮泵22的入口端通过管线与液氮罐车23联通，液氮泵22的出口 端通过管线与液氮蒸发器29连接。液氮蒸发器29置于泥浆池13中；液氮蒸发 器29的出口端通过管线与泡沫发生器4的进口端联通，泡沫发生器4的出口端 通过管线与井口26联通。

井口26安装有钻井液排出管线25，从钻井液排出管线25另一端排出的钻 井液体通往泥浆池13；钻井液排出管线25上安装有气液分离器27，钻井排出 液体经气液分离器27后气体放出，液体返回泥浆池13内。

泥浆泵7由柴油发动机24驱动，泥浆泵7的入口端通过管线与泥浆池13 联通，泥浆泵7的出口端通过管线与泡沫发生器4联通。

液氮蒸发器29与泡沫发生器4的连接管线上安装有单流阀28；泥浆泵7 与泡沫发生器4的连接管线上安装有单流阀20。

本发明氮气泡沫钻井的钻井液循环系统是利用液氮吸热蒸发变为氮气的原 理，产生氮气泡沫钻井所需要的氮气。即通过柴油发动机21（或电动机）驱动 的液氮泵22将液氮输送到液氮蒸发器23，将液氮蒸发器23至于泥浆池13的 泥浆液环境中，利用泥浆液在钻井作业循环过程中带出的地热，在液氮蒸发器 23中实现热交换，将液氮转化成氮气，并与泥浆泵7打出的泥浆基液混配，经 过泡沫发生器4形成氮气泡沫钻井液，供钻井使用。

众所周知，钻井液（泥浆）是钻探过程中使用的循环冲洗介质，吸收地热， 吸收钻头、钻具与岩石摩擦产生的热量，具有较高的温度，并且通过井上、井 下的不断循环，始终具有较高的热量。利用泥浆地热不需另配热源，使本发明 具有节能、易实现的特点。

液氮蒸发器29吸收泥浆中的热量使泥浆温度有所降低。一方面，钻井液 温度降低一般不超过10度，工程上可以接受；另一方面，对于高温储层降低钻 井液温度有利于油（气）藏开发。

本发明氮气泡沫钻井的钻井液循环系统中的液氮罐车23中装有工厂制造 的廉价液氮，运输至井场后，通过管线提供给液氮泵13，液氮泵13通常选用 高压柱塞泵，可以将液氮压力升至钻井所需的工作压力。液氮经液氮泵13变为 高压液氮进入浸在泥浆池13中的液氮蒸发器29，液氮蒸发器29中的高压液氮 吸收了泥浆中的地热，蒸发为高压气体，通过与泡沫剂、泥浆混合，形成氮气 泡沫钻井液流向井口，供氮气泡沫钻井施工作业使用。

本发明氮气泡沫钻井的钻井液循环系统提供的氮气钻井所需气体装置，结 构简单，具有获得氮气泡沫钻井所需的气体容易、制氮气成本低的特点，有利 于推广应用于氮气钻井，提高钻井速度，最终降低钻井成本。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够 设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。