一种天然气凝液作为循环介质的应用的制作方法

本发明涉及石油天然气勘探开发技术领域。更具体地，涉及一种天然气凝液作为循环介质的应用。

背景技术：

目前，很多油气田的地层压力已经降低到清水液柱压力以下，即1.00的当量泥浆密度，甚至有些地区的已经降低到0.51，也就是说，即便使用最常用的柴油(密度0.84)作循环介质时，也可能发生漏失，增加了材料消耗、污染了地层。因此，从上个世纪九十年代，石油天然气工业越来越多地采用气体来代替液体循环介质，但是，因为气体的体积大，需要配备庞大压缩设备和粗壮的井筒管柱，建井投资和作业费用非常昂贵,并且，由于气体循环介质的压缩性很大，使得井下动力钻具运转很不稳定，不能用于钻定向井和水平井作业，这是气体做循环介质的一个致命弱点。人们也在使用密度减轻材料、空心玻璃球等来降低循环介质的密度，但是，它们的密度变化范围窄，不能达到气体降低密度的效果；并且，它们具有较高的研磨性，使其应用受到了限制。

因此，本发明提供了一种天然气凝液作为循环介质的应用，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种天然气凝液(简称为ngl)作为循环介质的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种天然气凝液作为循环介质的应用。

优选地，所述循环介质为用于井筒作业的循环介质。

优选地，所述井筒作业包括钻井、完井、修井和气举中的一种或多种。

优选地，所述天然气凝液包括乙烷、丙烷、丁烷和戊烷中的一种或多种；其中，乙烷、丙烷、丁烷和戊烷相对于清水的密度分别是0.45、0.50、0.58和0.63。天然气凝液也称为天然气液或天然气液体，习惯上称之为轻烃，是从天然气中回收到的液烃混合物，包括乙烷、丙烷、丁烷及戊烷等烃类；ngl可以进一步分离出乙烷、丙烷、丁烷、戊烷，其中，丙烷和丁烷的混合物是经常使用的液化气(lpg)和天然汽油(又称凝析油)。

优选地，所述天然气凝液的临界温度范围为32.2℃～196.6℃；当达到这些温度以上时，天然气凝液只能是气体状态，压力再大也不会变成液体。

优选地，所述天然气凝液的临界压力范围为3.37mpa～4.87mpa；该临界压力范围为天然气凝液在临界温度范围发生气液转换的压力范围，属于中等压力级别；事实上，在某些井中，井下的自然温度已经达到200℃，如果达不到这个温度，可以采取井下加温，促进凝液气化，从而降低了循环介质对井底的压力，保证欠平衡钻井、完井、修井和气举作业的效果。

优选地，所述天然气凝液的沸点范围为-88.6℃～36.1℃；在该沸点范围温度以下，天然气凝液都可能成为液体状态；其中，丙烷、丁烷及戊烷的凝析温度较高，分别是-42.1℃、-0.5℃和36.1℃，在北极的冬季，不需要对天然气进行深度冷却和压缩就能凝析出液体。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用上述天然气凝液的用于井筒作业的循环系统，包括井筒、密封储存装置、动力装置、钻具、分离装置和制冷及压缩装置；其中，

所述密封储存装置中储存有上述作为循环介质的天然气凝液；

所述动力装置连接密封储存装置，用于将密封储存装置中的循环介质输送至井筒；

所述钻具的顶部连接动力装置，所述钻具的底部向下延伸进入井筒；

所述分离装置连接井筒，用于对输入到分离装置中的由井筒返出的循环介质进行气液固分离，分离后的气体进入制冷及压缩装置，分离后的液体进入密封储存装置；

所述制冷及压缩装置连接密封储存装置，用于将进入制冷及压缩装置中的气体冷却和压缩形成液体，形成的液体进入密封储存装置。

优选地，所述循环系统还包括设于井筒内的加热装置，用于加热循环介质。

优选地，所述动力装置依次通过高压管线、立管和水龙带连接所述钻具。本领域技术人员应当理解的是，所述高压管线为常规的高压管线，在此不做赘述。

优选地，所述井筒通过流出管连接所述分离装置，该流出管用于将井筒返出的循环介质输送至分离装置；其中，所述流出管的两端分别连接所述井筒的上部和所述分离装置的上部，所述流出管与井筒的连接处高于所述流出管与分离装置的连接处。本发明中向下倾斜的流出管使循环介质中大部分气体脱离了液体和固体。

优选地，所述循环系统还包括设于所述分离装置与所述密封储存装置之间的振动筛，用于进行液体和固体的进一步分离；所述密封储存装置顶部设有单向入口，所述单向入口的出口设于所述密封储存装置的下部，经振动筛分离后的液体经所述密封储存装置顶部的单向入口进入密封储存装置；本发明中单向入口的出口安置在密封储存装置的下部，淹没于液体面之下，气体和液体只能进入、不能返出。

优选地，所述分离装置的底部连接有螺旋筒，所述螺旋筒的出口设于所述振动筛的上方，用于将分离装置分离出的固体输送至振动筛进行进一步的固液分离。

优选地，所述分离装置的底部还设有底座，用于承接分离装置中下沉的固体。

优选地，所述分离装置连接有排出管，所述排出管的出口设于所述振动筛的上方，用于将分离装置分离出的液体输送至振动筛进行进一步的固液分离。

优选地，所述排出管的出口处的高度低于所述分离装置中气体的底部位置，从而阻止了气体的外逸。

优选地，所述分离装置通过排气管线连接所述制冷及压缩装置，该排气管线用于将分离装置分离出的气体输送至制冷及压缩装置；其中，所述排气管线的两端分别连接所述分离装置的顶部和所述制冷及压缩装置的顶部。

优选地，所述制冷及压缩装置通过液管线连接所述密封储存装置，该液管线用于将经制冷及压缩装置压缩得到的液体输送至密封储存装置。

优选地，所述制冷及压缩装置与所述密封储存装置之间还设有吸气管，该吸气管一方面用于将密封储存装置中的气体吸入至制冷及压缩装置，反复降温和压缩，以维持密封储存装置中的温度和压力不会升高至大气压之上；另一方面用于将密封储存装置中的压力维持在大气压之下，从而保证一旦某处的密封失效，循环系统只会有气体吸入，不会有气体溢出。在实际应用中，由于甲烷到戊烷范围内的轻烃气体爆炸下限和上限分是1.5％和16％，空气中含有这个范围的烷烃气体比较容易，而密封储存装置的烷烃气体中要吸入84％以上的空气，需要一定的时间，容易检测到，有时间采取防火和防爆措施。

优选地，所述井筒的顶部设有井口闸门；为了防止气化了的循环介质挥发到大气中，井筒安装了井口闸门，钻井现场一般会使用旋转防喷执行这一功能。

优选地，所述分离装置为淹没式分离器。

优选地，所述钻具的底部设有钻头。

优选地，所述密封储存装置为密封式泥浆罐。

优选地，所述动力装置为泥浆泵。

优选地，所述加热装置为加热器。

优选地，所述制冷及压缩装置为制冷及压缩机。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用上述循环系统的用于井筒作业的循环方法，包括如下步骤：

通过动力装置将密封储存装置中的天然气凝液通过钻具输入至井筒中；井筒返出的循环介质进入分离装置进行气液固分离，分离后的气体进入制冷及压缩装置，分离后的液体进入密封储存装置参加下一轮循环；制冷及压缩装置将分离装置分离后的气体和/或密封储存装置中挥发的气体进行制冷和压缩得到液体，该液体进入密封储存装置参加下一轮循环。

优选地，所述循环方法具体包括如下步骤：

通过动力装置将密封储存装置中的天然气凝液通过钻具输入至井筒中；

井筒返出的循环介质经流出管进入分离装置进行气液固分离；

经分离装置分离得到的固体经螺旋筒输送至振动筛；

经分离装置分离得到的液体经排出管输送至振动筛；

经分离装置分离得到的气体经排气管线输送至制冷及压缩装置；

密封储存装置中挥发的气体经吸入管吸入至制冷及压缩装置；

进入振动筛的固体和液体进行固液分离，振动筛分离得到的液体通过单向入口注入密封储存装置重新循环使用，振动筛分离得到的固体排出循环系统；

进入制冷及压缩装置的气体经冷却和压缩形成液体，通过液管线流入密封储存装置，参加下一轮循环。

本发明的有益效果如下：

本发明根据井下情况的不同、地面及井下温度变化和施工目的，选择合适组分的天然气凝液作循环介质，充分地利用井下和地面的自然能量，促进ngl在液和气之间相互转换，达到减少井底压力的目的，减少值最大可达到所用液体的数值，使得施工设备更简单，能量消耗更低；与此同时，通过密封工艺设计，确保施工安全，对环境和人身健康的影响最低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明提供的循环系统的示意图；

其中，1-动力装置，2-高压管线，3-加热装置，4-立管，5-井筒，6-井口闸门，7-水龙带，8-钻具，9-流出管，10-排气管线，11-分离装置，12-底座，13-制冷及压缩装置，14-液管线，15-密封储存装置，16-吸气管，17-振动筛，18-排出管，19-螺旋筒，20-单向入口，21-钻头。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种用于井筒作业的循环系统，如图1所示，包括井筒5、加热装置3、密封储存装置15、动力装置1、钻具8、分离装置11、振动筛17和制冷及压缩装置13；其中，

所述密封储存装置15中储存有天然气凝液；

所述动力装置1用于将密封储存装置15中的天然气凝液输送至井筒5，所述动力装置1依次通过高压管线2、立管4和水龙带7连接所述钻具8；所述钻具8的顶部连接动力装置1，所述钻具8的底部向下延伸进入井筒5；所述钻具8的底部设有钻头21；

所述井筒5通过流出管9连接所述分离装置11，该流出管9用于将井筒5返出的天然气凝液输送至分离装置11，天然气凝液在分离装置11中进行气液固分离；其中，所述流出管9的两端分别连接所述井筒5的上部和所述分离装置11的上部，所述流出管9与井筒5的连接处高于所述流出管9与分离装置11的连接处；所述井筒5的顶部设有井口闸门6；所述加热装置3设于井筒5内，用于加热天然气凝液；

所述分离装置11通过排气管线10连接所述制冷及压缩装置13，该排气管线10用于将分离装置11分离出的气体输送至制冷及压缩装置13；其中，所述排气管线10的两端分别连接所述分离装置11的顶部和所述制冷及压缩装置13的顶部；

所述分离装置11的底部连接有螺旋筒19，所述螺旋筒19的出口设于所述振动筛17的上方，用于将分离装置11分离出的固体输送至振动筛17进行进一步的固液分离；所述分离装置11的底部还设有底座12，用于承接分离装置11中下沉的固体；

所述分离装置11连接有排出管18，所述排出管18的出口设于所述振动筛17的上方，用于将分离装置11分离出的液体输送至振动筛17进行进一步的固液分离；该排出管18的出口处的高度低于所述分离装置11中气体的底部位置；

所述密封储存装置15顶部设有单向入口20，所述单向入口20的出口设于所述密封储存装置15的下部，经振动筛17分离后的液体经所述密封储存装置15顶部的单向入口20进入密封储存装置15；

所述制冷及压缩装置13通过液管线14连接所述密封储存装置15，该液管线14用于将经制冷及压缩装置13压缩得到的液体输送至密封储存装置15；

所述制冷及压缩装置13与所述密封储存装置15之间还设有吸气管16，该吸气管16用于将密封储存装置15中的气体吸入至制冷及压缩装置13，以及将密封储存装置15中的压力维持在大气压之下。

实施例2

本实施例提供了一种使用实施例1中循环系统的钻井循环方法，以平均温度在36℃以下的地区钻井为例，本实施例中使用的分离装置为淹没式分离器，密封储存装置为密封式泥浆罐，动力装置为泥浆泵，加热装置为加热器，制冷及压缩装置为制冷及压缩机；该方法包括如下步骤：

1)选择戊烷液体30立方米做循环介质，将其储放在密封式泥浆罐中，泥浆泵将循环介质吸入和增压，经过高压管线、立管、水龙带、钻具、钻头注入井筒中；其中，当钻头附近温度达不到使戊烷液体气化的温度时，加热器进行加热使戊烷液体气化，从而减小循环介质密度；通过这些装置，含有气体、液体和固体的循环介质有控制地返出井筒，完成了一次循环；

2)因返到地面的循环介质的压力将降低至接近正常大气压，气体会膨胀，由于气体膨胀是吸热过程，使得系统降温；当压力等于大气压、温度降低36.1℃以下时，井筒中开始有戊烷气体析出，经向下倾斜的流出管进入淹没式分离器中；

循环介质在淹没式分离器得到进一步的分离；经淹没式分离器分离得到的固体将下沉到底座部位，由螺旋筒传送到振动筛；经淹没式分离器分离得到的液体落入淹没式分离器的下方，通过排出管输送到振动筛；经淹没式分离器分离得到的气体经排气管线输送至制冷及压缩机；

密封式泥浆罐中部分易挥发的气体经吸入管吸入至制冷及压缩机；

进入振动筛的固体和液体进行液体和固体的进一歩分离，振动筛分离后的液体通过单向入口注入密封式泥浆罐重新循环使用，振动筛分离后的固体排出循环系统；

进入制冷及压缩机的气体经冷却和压缩形成液体，通过液管线流入密封式泥浆罐，参加下一轮循环；

经过上述周而复始地循环步骤，满足石油钻井作业对减轻循环介质密度的需要。

由于实际生产中，油气生产作业的完井、修井和气举作业的循环工艺与实施例2中的钻井相似，在此不做赘述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。