[发明专利]先期存储式氮气循环钻井系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油与天然气钻井工艺，更具体而言涉及一种先期存储式氮气循环钻井系统。

背景技术

气体钻井技术是近几年来在国内外得到普遍重视和广泛应用的一项新技术。它采用空气、天然气、氮气及尾气等气体作为循环介质，极大地降低了井筒液柱压力，实现了真正意义上的欠平衡钻井。因而具有有效保护油气储层、及时发现油气显示、大幅度提高钻井速度、缩短建井周期、降低钻井成本、提高油气采收率等诸多优点，现已成为开发低压低渗储层、溶洞及裂缝发育的易井漏地层、多层薄层且物性差储层等难拿产量、以及大幅度提高钻井速度、增产增效的关键技术之一。

目前的气体钻进中，一般都采用空气作为循环介质。由于空气中含有20％左右的氧气，在储层中遇到天然气时极易发生燃烧、爆炸等恶性事故，导致钻井失败。而氮气属于惰性气体，不会与油气发生化学反应。因此，利用氮气作为循环介质，具有空气钻井不可比拟的优点。目前，氮气钻井已经成为气体钻井过程中钻进储层时的主要技术之一。

国内外近年来都积极开展了氮气钻井实践。在我国也得到了一定程度的应用并取得了良好的效果。中石油、中石化等公司都开展了氮气钻井工程实验。在陕西、四川、青海、新疆、甘肃等地都成功地进行了氮气钻井，均取得了良好的效果。

氮气钻井的工艺流程与空气钻井有所不同。目前常用的氮气钻井系统流程图有两种。图4示出了现有技术中采用撬装式膜制氮机为基础，配以压缩机、增压机的氮气钻井方式；图5示出了现有技术中采用制氮车为基础，配以液氮车和液氮泵车的氮气钻井方式。

目前采用的氮气钻井系统与空气钻井系统的流量和压力基本一致，因此要求制氮装置的制氮能力为60-150m³/min。大容量的制氮装置、压缩机、增压机、液氮泵车的费用非常昂贵，上述能力的制氮装置造价为2400-4000万元人民币左右。昂贵的设备投入成为制约氮气钻井工艺应用的瓶颈。另外，目前的氮气钻井中，从井内排出的气体采用直接排放的方式，气体没有得到循环利用。因此，在一定程度上造成了资源的浪费和成本的增加。因此亟需提供一种能够循环利用氮气，从而降低氮气用量，进而显著降低氮气钻井成本的先期存储式氮气循环钻井系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种先期存储式氮气循环钻井系统，能够将氮气循环使用，则可以大大降低气体用量，使用小容量的制氮装置即可满足生产需要，从而显著降低氮气钻井的成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种先期存储式氮气循环钻井系统，包括：

制氮装置，用于制备氮气，并将制备的氮气注入储氮装置；

储氮装置，先期存储氮气，用来在钻进前快速充井眼、钻进过程中补充损耗的氮气、以及在出现复杂情况时迅速增加注气量；

多级分离与净化系统，对井口排出的气固混合流体进行分离和过滤，将从中分离出的纯净氮气重新注入井内使用。

根据本发明的优选实施例，其中所述多级分离与净化系统由一级惯性快分装置、二级旋风分离装置和三级精细过滤装置组成。

根据本发明的优选实施例，其中所述一级惯性快分装置，用来对井口排出物进行气固液分离，分离出粒径大于0.1mm的岩屑颗粒，分离后的气体进入下一级分离；所述二级旋风分离装置，分离出粒径大于10μm以上的岩屑颗粒，分离后的气体进入过滤装置；所述三级精细过滤装置对气体进行过滤后，气体粉尘粒度和浓度能够满足进入压缩机要求。

根据本发明的优选实施例，该先期存储式氮气循环钻井系统还包括压缩机，用于压缩从多级分离与净化系统输出的气体，再重新注入井内使用。

根据本发明的优选实施例，其中所述压缩机的入口适应连续循环运转的要求。

根据本发明的优选实施例，该先期存储式氮气循环钻井系统还包括增压机，对从所述压缩机输出的气体进一步增压，再注入井内使用。

根据本发明的优选实施例，其中所述制氮装置的制氮量不低于15Nm3/min，排气压力不低于15MPa。

根据本发明的优选实施例，其中所述储氮装置用于先期储存氮气，容积为5m3，压力为15MPa。

根据本发明的优选实施例，该先期存储式氮气循环钻井系统还包括缓冲罐，布置于所述二级旋风分离装置与所述三级精细过滤装置之间，缓冲罐的卸压出口压力为0.3MPa，以便稳定出口压力，起到保护分离装置、保持氮气循环钻井入口与出口压力差的作用。

根据本发明的优选实施例，该先期存储式氮气循环钻井系统还包括排料系统，用于将分离装置分离出的液、固相连续排出。