钻井液除气工艺技术

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1、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，钻开天然气层后，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。气侵钻井液一直是钻井工程所遇到的难题。人们一直在探索去处气侵钻井液中气体的方法，最初人们发现，

2、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、最简单的除气办法；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，人们发明了除泡剂代替水除气，并一直沿用至今。在没有发明除气设备之前，一般使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年代产生了除气设备，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、气泡必须浮至钻井液表面并破裂无论除气设备的外形、结构怎样变幻、无

3、论除气设备采用的除气原理怎样不同，所有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破裂。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，必须使气泡脱离钻井液。分析气泡在钻井液中的存在状态（如图1），根据阿基米德定律，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     γ——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：大气泡比小气泡更容易浮上液面（见图2），图1、气泡上升过程      

4、      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破裂但由于钻井液是高粘度、高切力的液体，气泡浮到液面需要很长时间，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，并最终破裂；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别多，要想去除钻井液中的气体，必须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

5、的，而且效率很低。要想清除全部气体，必须使所有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。所有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、使之破裂（见图4）。三、除气设备布置方案根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：液气分离器和真空除气器。循环罐内的气侵钻井液含有很多很多的小气泡，直径很小（≤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，大部分或全部充满井眼的环形空间某段钻井液的

6、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。当在循环罐内采用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。液气分离器用于清除环空钻井液中的大气泡，处理量大于井口出口管线钻井液的排量。经液气分离器处理后的钻井液，还含有小气泡，可先经过振动筛除掉部分气泡，然后流入循环罐内。处理循环罐内气侵钻井液中小气泡的任务由真空除气器来完成。液气分离器不属于正常循环系统的设备，一般只有当发生井涌时才使用。液气分离器安装在振动筛之前，进口管线同井口出口管线或防喷器的节

7、流管汇连接，从液气分离器分离出的钻井液进入振动筛或直接流入沉砂罐；分离出的气体通过排气管线引到安全距离顺风排掉，或引入火炬管线燃烧。在设计液气分离器时，应保证能够处理可能产生的最大气体流量，为防止未除气的钻井液再次循环到井中，需在液气分离器上装一根旁通管线，一旦出现实际气体流量超过液气分离器处理能力的危险情况，就将未经除气的钻井液直接排入废浆池丢弃。图6 吸入口、流量平衡器的正确安装位置图5 除气器从沉砂罐后的第一个罐吸浆真空除气器属常规除气设备，安装除气器时应使除气器从沉砂罐后的第一个钻井液罐中吸取气侵钻井液（见图5），经

8、除气器处理过的脱气钻井液排入下游排浆罐中。       除气器的吸入口应位于吸入罐的下部（见图6），并且需在吸入罐中安装搅拌器，以保证真空除气器吸入的是搅拌均匀的气侵钻井液，需在真空除气器的吸浆罐和排浆罐之间需安装流量平衡器，安装位置要高一些，接近罐的顶部，这样来自排浆罐的脱气钻井液从上部