[实用新型]一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置

说明书

本实用新型涉及一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置，包括筒体、螺旋通道、钻井液进出口、排气孔、集气腔和气体出口，内筒体、外筒体和螺旋通道采用整体式一体加工而成，内筒体自下而上沿筒体周边开有规则排列的排气孔，集气腔设置在排气孔内侧，集气腔内装有气体吸附和阻液材料，气体出口设置在集气腔顶部，内筒体顶部和底部均设置旋转动密封结构，钻杆位于内筒体内，内筒体与外筒体之间设置螺旋通道，钻井液进口和出口分别设置在螺旋通道底部和顶部。本实用新型对大流量、高含气量的钻井气液分离效果较好，施工操作简单、拆卸方便、结构可靠稳定，能够为我国海洋深水油气资源开发提供技术和设备支持。

技术领域

本实用新型涉及海洋石油钻井工程装置领域，尤其是一种海洋深水隔水管气举钻井气液分离装置。

背景技术

当前，海上钻井使用的主要是单梯度钻井技术。单梯度钻井在同尺寸的井眼中只有一个液柱梯度，即井底压力由海面到井底的钻井液柱压力来产生，钻井液柱压力梯度均以海面为参考点。在海洋深水钻井中，由于海底疏松的沉积物和海水柱影响，地层孔隙压力和破裂压力之间的间隙（即钻井液密度窗口）很小，使得钻井非常困难。如果使用的钻井液密度较小，使得井底环空钻井液循环压力小于地层孔隙压力，将会导致地层流体侵入井筒，严重时会引发井涌、井喷事故；若钻井液密度过大，井底环空钻井液循环压力超过地层破裂压力，则会导致井漏复杂情况的发生。

双梯度钻井是自上世纪90年代发展起来的一种新型控压钻井技术，能够很好解决海洋深水钻井中钻井液密度窗口狭窄的问题。采用该技术时，海底以上隔水管环空内流体密度与海水密度相近，钻井液柱的压力计算以海底为参考点，使得地层孔隙压力和破裂压力之间区域相对变宽，井涌、井喷和井漏事故大大减少，从而有利于缩短建井周期和降低处理钻井事故的时间和成本。隔水管气举钻井作为双梯度钻井技术的一种实现型式，是通过将气体压缩后注入到海底隔水管环空中降低钻井液的密度来实现双梯度钻井的，具有平台设备改造少、无需海底复杂设备以及可以降低17%~24%深水钻井费用等诸多技术优势。

理论和试验研究表明，隔水管气举钻井期间向海底隔水管环空中注入的气体量较大，加上气体具有可压缩性的特点，隔水管气举钻井能否成功安全实施的技术关键在于气体沿隔水管环空上行过程中的流型控制和环空钻井液压力梯度非线性控制问题。注气初期时，由于隔水管下部环空压力较高，压缩气体主要以小气泡的形式均匀地分布在钻井液中；当气体随钻井液上行过程中，随着隔水管环空钻井液柱压力的降低，气体将会发生膨胀，气液两相流中气体所占比例将不断上升，混合流体也将出现由泡状流、段塞流向搅拌流、环状流的转化，钻井液携岩性能将会明显下降，同时隔水管环空钻井液的压力控制也将变得极不稳定，尤其当达到环状流的时候，将会出现钻井液携岩困难和海底隔水管环空压力难以控制的问题，从而严重影响隔水管气举双梯度钻井的安全实施。因此，在压缩气体沿隔水管环空上行至一定井深时，采取一定技术措施将气体从钻井液中分离出来，尽可能保持混合流体处于泡状流或段塞流的状态，成为了隔水管气举钻井亟待解决的关键问题之一。

目前，能够实现气液两相分离的气液分离装置在其它行业领域已有广泛应用，但隔水管气举钻井期间，向海底隔水管环空中注入的气体通常为空气、氮气等，气液混合流体流量大（一般至少30升/秒）、含气量高，加上海平面以下复杂工况下的井筒稳定性问题尤为重要，因此常规的气液分离装置并不适用于海洋深水油气资源勘探开发的要求。

中国专利ZL201110125801.7公开了一种制冷设备中用于用气态的制冷剂与液态制冷剂进行分离的装置。该装置包含入口、气出口、液出口、分离腔和集液腔，通过旋转分离原理，将气态制冷剂和液态制冷剂分离，结构简单。但该专利仅用于气相含量较小且流量很低的制冷设备领域，不适用于海洋深水隔水管气举钻井的气液分离。