空氣與氣體鉆井手冊(cè)

1 緒言

1.1 宗旨和術(shù)語(yǔ)

1.2 工程計(jì)算和單位制

1.2.1 物理機(jī)理

1.2.2 基本單位和用法

參考文獻(xiàn)

2 氣體與鉆井液鉆井的對(duì)比

2.1 旋轉(zhuǎn)鉆井

2.2 循環(huán)系統(tǒng)

2.2.1 正循環(huán)

2.2.2 反循環(huán)

2.3 鉆井液鉆井和空氣鉆井的對(duì)比

2.3.1 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

2.3.2 流動(dòng)特征

參考文獻(xiàn)

3 地面專用設(shè)備

3.1 井場(chǎng)

3.2 注氣管匯

3.2.1 泄壓管線

3.2.2 滌氣器

3.2.3 注液泵

3.2.4 固體顆粒注入裝置

3.2.5 閥門

3.2.6 壓力表

3.2.7 體積流量計(jì)

3.3 井口裝置

3.3.1 旋轉(zhuǎn)控制頭

3.3.2 防噴器組

3.4 排屑管線

3.4.1 排屑管線

3.4.2 燃燒池

3.4.3 主、次噴管

3.4.4 巖屑取樣器

3.4.5 除塵器

3.4.6 天然氣檢測(cè)器

3.4.7 點(diǎn)火裝置

參考文獻(xiàn)

4 井下設(shè)備

4.1 旋轉(zhuǎn)鉆柱

4.1.1 標(biāo)準(zhǔn)鉆柱

4.1.2 雙壁鉆柱

4.2 鉆頭

4.2.1 刮刀鉆頭

4.2.2 牙輪鉆頭

4.2.3 空氣錘鉆頭

4.2.4 鉆頭分類

4.3 井下鉆具組合

4.3.1 鉆鋌

4.3.2 穩(wěn)定器和擴(kuò)眼器

4.3.3 井下測(cè)量設(shè)備

4.4 鉆桿

4.4.1 標(biāo)準(zhǔn)API鉆桿

4.4.2 加重鉆桿

4.5 安全設(shè)備

4.5.1 浮閥

4.5.2 方鉆桿旋塞閥

4.6 鉆柱設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)

5 壓縮機(jī)與氮?dú)獍l(fā)生器

5.1 壓縮機(jī)的分類

5.2 不同標(biāo)準(zhǔn)氣體單位

5.3 連續(xù)流（動(dòng)力型）壓縮機(jī)

5.3.1 離心式壓縮機(jī)

5.3.2 軸流式壓縮機(jī)

5.4 容積式壓縮機(jī)

5.4.1 往復(fù)式壓縮機(jī)

5.4.2 旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)

5.4.3 容積式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)

5.5 壓縮機(jī)軸功率要求

5.5.1 基本的單級(jí)軸功率要求

5.5.2 多級(jí)軸功率要求

5.6 原動(dòng)機(jī)輸入功率要求

5.6.1 壓縮機(jī)系統(tǒng)組成

5.6.2 往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)組成

5.6.3 旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)系統(tǒng)組成

5.6.4 燃料消耗

5.6.5 小結(jié)

5.7 壓縮機(jī)系統(tǒng)示例

5.7.1 小型往復(fù)式初級(jí)和增壓壓縮機(jī)系統(tǒng)

5.7.2 四級(jí)往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)

5.7.3 旋轉(zhuǎn)初級(jí)壓縮機(jī)和往復(fù)壓縮機(jī)系統(tǒng)

5.8 現(xiàn)場(chǎng)膜制氮?dú)獍l(fā)生器

5.8.1 氧氣濃度極限

5.8.2 膜分離設(shè)備效率

參考文獻(xiàn)

6 正循環(huán)鉆井模型

6.1 基本假設(shè)

6.2 模型推導(dǎo)

6.2.1 氣體重量流量

6.2.2 環(huán)空三相流

6.2.3 鉆頭兩相流

6.2.4 鉆柱兩相流

6.3 充氣液鉆井模型

6.4 穩(wěn)定泡沫鉆井模型

6.5 空氣和氣體鉆井模型

參考文獻(xiàn)

7 反循環(huán)鉆井模型

7.1 基本假設(shè)

7.2 模型推導(dǎo)

7.2.1 氣體的重量流量

7.2.2 鉆柱內(nèi)三相流

7.2.3 鉆頭三相流

7.2.4 環(huán)空兩相流

7.3 充氣液鉆井模型

7.4 穩(wěn)定泡沫鉆井模型

7.5 空氣和氣體鉆井模型

參考文獻(xiàn)

8 空氣、氣體及不穩(wěn)定泡沫鉆井

8.1 深井鉆井設(shè)計(jì)流程

8.2 最小體積流量和壓縮機(jī)配置

8.2.1 理論研究

8.2.2 工程實(shí)踐

8.2.3 工程設(shè)計(jì)圖表

8.3 井底壓力和注入壓力

8.4 注水與地層出水

8.4.1 井底狀態(tài)下氣體的飽和

8.4.2 消除黏性

8.4.3 防止烴類爆燃

8.5 原動(dòng)機(jī)燃油消耗

8.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

9 充氣液鉆井

9.1 深井鉆井設(shè)計(jì)

9.2 充氣液鉆井作業(yè)

9.2.1 鉆桿注入方式

9.2.2 環(huán)空注入方式

9.2.3 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

9.3 最小體積流量

9.3.1 理論研究

9.3.2 工程實(shí)踐

9.4 無(wú)摩阻和有摩阻的計(jì)算實(shí)例

9.4.1 無(wú)摩阻近似值

9.4.2 均相多相流的主要和次要摩阻損耗

9.4.3 主要、次要摩阻損耗和流體阻滯作用

9.5 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

10 穩(wěn)定泡沫鉆井

10.1 穩(wěn)定泡沫的流變性

10.1.1 穩(wěn)定泡沫的實(shí)驗(yàn)篩選

10.1.2 實(shí)驗(yàn)篩選的經(jīng)驗(yàn)算法

10.2 深井鉆井設(shè)計(jì)

10.3 穩(wěn)定泡沫鉆井作業(yè)

10.4 最小體積流量

10.5 無(wú)摩阻和摩阻計(jì)算實(shí)例

10.5.1 無(wú)摩阻近似解

10.5.2 主要和次要摩阻損耗

10.6 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

11 專用井下鉆井設(shè)備

11.1 井下空氣錘

11.2 容積式液壓馬達(dá)

11.3 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

12 欠平衡鉆井

12.1 引言

12.2 垂直井

12.2.1 欠平衡鉆井實(shí)例

12.2.2 空氣、氣體和不穩(wěn)定泡沫

12.2.3 充氣液

12.2.4 穩(wěn)定泡沫

12.2.5 氣體型流體

12.3 定向井

12.3.1 定向控制與測(cè)量

12.3.2 膜制氮?dú)忏@水平井

12.3.3 斜井（或者水平井）鉆井方程

12.4 小結(jié)

參考文獻(xiàn)

附錄A 單位和量綱，轉(zhuǎn)換系數(shù)

附錄B 大氣的年平均狀態(tài)參數(shù)

附錄C 第8章計(jì)算實(shí)例的MathCad TM解法

附錄D 第9章計(jì)算實(shí)例的MathCad TM解法

附錄E 第10章計(jì)算實(shí)例的MathCad TM解法

附錄F 第11章計(jì)算實(shí)例的MathCadTM解法

附錄G 正循環(huán)鉆井所需最小體積流量

威廉 C.萊昂斯著等編寫的《空氣與氣體鉆井手冊(cè)(第3版)》從氣體與鉆井液鉆井的對(duì)比入手，介紹了地面專用設(shè)備、井下設(shè)備、壓縮機(jī)與氮?dú)獍l(fā)生器、專用井下鉆井設(shè)備等，重點(diǎn)講解了空氣鉆井、氣體鉆井、不穩(wěn)定泡沫鉆井、穩(wěn)定泡沫鉆井、充氣鉆井液鉆井、欠平衡鉆井等內(nèi)容。并且總結(jié)了大量公式、圖表和計(jì)算實(shí)例以方便讀者閱讀。

《空氣與氣體鉆井手冊(cè)(第3版)》適合從事鉆井工作的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、研究人員及高校相關(guān)專業(yè)師生參考。

利用空氣或天然氣作為鉆進(jìn)時(shí)循環(huán)的流體，是為了鉆開(kāi)低壓油（氣）層、嚴(yán)重漏失層或堅(jiān)硬而不含水的地層而發(fā)展起來(lái)的。由于絕對(duì)干燥的地層很少，為克服地層中的水將鉆屑濕潤(rùn)、粘合成團(tuán)，造成排屑困難，在氣體中注入泡沫劑形成“泡沫流體”。或者將泥漿與空氣同時(shí)泵入井中，形成“充氣泥漿”。氣體鉆井可以提高鉆速，并有利于保護(hù)油、氣層，但因受氣體本身特性和地層含水的影響，限制了它的使用范圍。