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2024年钻井液除气工艺技术
钻井液除气工艺技术
时志国
***钻井公司
一、引言
在钻井过程中,钻开自然气层后,气体有可能侵入钻井液;振动筛、除砂器、除泥器、钻井液枪、搅拌器等设备在工作过程中有可能使空气侵入钻井液。这些气体侵入钻井液后,会造成钻井液密度降低;会增加钻井液上返速度,引起循环罐过满或外溢;会使离心泵气锁、使水力旋流器、钻井液枪、离心机、灌注泵等无法工作,甚至会引起井喷的发生。气侵钻井液始终是钻井工程所遇到的难题。
人们始终在探究去处气侵钻井液中气体的方法,最初人们发觉,向气侵钻井液中加水,会使钻井液密度上升(钻井液密度回复说明气体离开了钻井液),于是产生了最原始、最简洁的除气方法;向循环罐内钻井液表面上洒水除气、向振动筛筛网面喷水除气。在弄明白水能除气的原理之后,人们独创了除泡剂代替水除气,并始终沿用至今。
在没有独创除气设备之前,一般运用搅拌器和泥浆枪搅动钻井液除气,这种方法见效慢、除气效率低。上个世纪40年头产生了除气设备,发展到现在已经有常压、真空、立式、卧式等不同结构、不同原理的除气设备,并形成了成熟的除气工艺流程。
二、气泡必需浮至钻井液表面并裂开
无论除气设备的外形、结构怎样变化、无论除气设备采纳的除气原理怎样不同,全部除气设备的基本除气原理都是一样的,就是使气泡浮至钻井液表面裂开。
侵入钻井液中的气体以大小不一的气泡形式存在于钻井液中,要想去除这些气体,必需使气泡脱离钻井液。分析气泡在钻井液中的存在状态(如图1),依据阿基米德定律,气泡的上升浮力等于气泡排开相同体积钻井液的重量:
其中,F气泡浮力,g
r气泡半径,cm
gamma;shy;钻井液的密度,g/cm3
可以看出,在同一钻井液中,气泡的浮力与气泡半径成正比,也就是说:大气泡比小气泡更简单浮现液面(见图2),
图1、气泡上升过程图2、在高粘度钻井液中的小气泡
不能浮起来
图3气泡在钻井液中的状态图4紊流将气泡带至液面裂开
但由于钻井液是高粘度、高切力的液体,气泡浮到液面须要很长时间,直径较小的气泡根本无法浮至钻井液液面。所以,处在钻井液中的气泡有两种状态(见图3):一种是气泡能浮到钻井液液面,并最终裂开;另一种是气泡被裹在钻井液中,既不能浮动,也不能聚集在一起形成大气泡。
产生气侵后钻井液中的小气泡特殊多,要想去除钻井液中的气体,必需使小气泡运动到钻井液液面。利用搅拌器或是钻井液枪搅动钻井液,所增大的钻井液液面是有限的,而且效率很低。要想清除全部气体,必需使全部的钻井液都搅到表面,并且分布很薄,才能释放出气泡。于是产生了除气设备。全部除气设备的设计原则都是增大钻井液液面面积,使钻井液产生紊流,将气泡带至钻井液表面、使之裂开(见图4)。
三、除气设备布置方案
依据现用除气设备清除气泡直径的大小,可将除气设备分为两类:液气分别器和真空除气器。
循环罐内的气侵钻井液含有许多许多的小气泡,直径很小(le;1/16英寸),它们被裹在钻井液中,既不能浮动的,也不能聚集。所谓的大气泡是指起钻抽吸气或地层气体气侵形成的,大部分或全部充溢井眼的环形空间某段钻井液的膨胀性气体,大气泡将造成环空排量增大,使钻井液管线过载,使钻井液从钻台钻盘喷出。当在循环罐内采纳浅没式泥浆枪或搅拌器充分搅拌时,通常这些大气泡(直径在1/9~1英寸)会浮到钻井液表面。
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