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反循环钻井技术研究

更新时间：2020-05-03　点击量：1732

一、概述

1.正循环钻井：钻井液经钻井泵注入钻具内水眼，流经钻头清洗井底，携带岩屑后从环空返出地面，返出的钻井液通过地面处理设备的处理，再次进入循环，形成连续的钻井过程；反循环钻井：与正循环相反。

2.反循环钻井的优势

正循环钻井中出现的问题：钻井液流动的环空压耗对地层直接产生正压力，当钻遇漏层时，循环压耗加剧了钻井液的漏失。在钻大直径的井眼时，由于排量的限制和环空体积太大，造成钻井液环空流速低，携岩困难，机械钻速慢，钻井效率低等问题。当大直径井眼存在漏层时，此类问题更加突出，在采用正循环方法钻井极为困难。反循环钻井方法可以克服上述缺点，提高复杂断层钻井效率。

二、工艺特点及用途

不同方法的反循环钻井技术具有不同的工艺特点和用途，泵吸反循环钻井主要用于较浅水井的钻探，一般能钻进100m左右，但易受水、钻具密封条件的限制，密封失效后无法正常钻进。气举反循环钻井技术主要应用于水井、水文地质钻孔、大口径工程施工孔的钻井，可解决井漏和大口径井眼的携沙问题。双壁钻具空气反循环钻井主要应用于低压、低渗、裂缝油气藏的开发，可避免钻井流体、钻屑、泵脉冲对暴露储层的损害。从反循环原理上分，主要分为气举反循环和空气反循环钻井，即一种为以压差建立反循环，一种为靠压力建立反循环。

1.气举反循环钻井技术

1）工艺原理

气举反循环钻井是将压缩空气通过气水后其它注气接头，注入双层钻具内管与外管的环空，气体流到双层钻杆底部，经混合器处喷入内管，形成无数的小气泡，气泡一面沿内管迅速上升，一面同时膨胀，由于压缩空气不断进入钻井液，在混合器上部形成低密度的混合液，而钻杆外的钻井液密度大，环空钻井液进入钻具内水眼，形成反循环流动，并把井底岩屑连续不断的带出地表，排入沉砂池。沉淀后的泥浆再注入井眼内，经井底进入钻杆内补充循环液的空间，如此不断循环形成连续钻进过程。

2）优点及用途

（1）反循环时消除了环空压耗，应用于低压、低渗油藏，可以在井底形成负压，有利于发现、保护油气藏。

（2）气举反循环钻井时，钻头处的钻井液对井底产生抽汲作用，岩屑被及时带走，不会出现压持效应，在漏层钻井时，可减少岩屑重复破碎、能提高机械钻速，增加钻井效率。

（3）可减少或消除钻井液的漏失，节约大量钻井液材料消耗。能过钻穿因漏失无法穿过的层位，钻达目的层。

（4）采用气举反循环钻井时，钻井泵的作用只是往环空灌钻液，泵负荷大大减小，泵使用寿命增长。

（5）可采用正循环、反循环两种方法压井，井控灵活。

反循环压井方法是从环空泵入泥浆将井内溢流替入钻杆，由钻杆内上升到井口，在阻流器控制钻杆出口回压下排除油气溢流并进行压井。

2.空气反循环钻井技术

1）工艺原理

空气反循环钻井技术是将压缩空气注入上壁钻具内管和外管的间隙，流至钻头后，携带岩屑通过内管返出地面，为防止起下钻和接单根时天然气溢出钻台，在钻具内装有井下防喷装置，井口安装旋转防喷器，可在井口密封钻具与井眼的环空。地面安装压井分流装置，与导流管线连接，可将岩屑导流至沉砂池，在导流关出口处点燃一火把，当钻遇天然气目的层时，排出的可燃气体将被燃烧。在硬地层钻井时可采用贯通式气动潜孔锤，以避免岩屑经过潜孔锤外筒时对储层的损害。

2）优点及用途

（1）所需气量小，可节约注气设备投入。空气反循环钻井时，岩屑从钻具内眼返出，在大直径井眼钻井时，由于内眼截面积远小于环空截面积，与正循环空气钻井相比，达到携岩返速所需空气量小，配套的空压机及增压机数量少，可节约基金投入。

（2）岩样不受污染、代表性强。由于岩屑和钻井流体通过钻柱内循环至地面，岩样迟到时间短，避免了常规钻井中岩屑和钻井流体通过钻具和井眼间环空循环时，岩样易损失和受污染的情况。

（3）能避免钻进是对储层的损害。反循环钻进时，地层不再受循环钻井流体（钻井液或空气）、钻屑、泵脉冲的压力损害，可大限度的保护储层，特别适用于低压、低渗储层的钻井。

三、国内外应用现状

反循环钻井技术在水井、大口径工程施工井中应用较广，近年来气举反循环钻井技术已在地质、冶金、建设、水利、煤田和军工等系统推广应用。采用此方法达到的大井深是2470.88m，大井径是3.2m。在复杂地层钻进综合效率是正循环钻进的3—6倍；水晶的洗井时间缩短1/2；出水量增大1/3。

华北石油管理局钻井院从2001年底开始反循环钻井技术研究，主要目的是解决井漏问题和保护油气层，已开展了反循环钻井技术调研，气举反循环钻井设备配套等研究内容，进行了2口井气举反循环钻井先导试验，获得重要突破。初步形成了反循环钻井施工工艺，实现了流程设计改造、反循环钻进、携带岩屑、钻井液脱气等重要突破。

四、存在问题和前景展望

反循环钻井试验虽取得了一定成果，但仍有一些问题需进一步深化研究。

（1）加强反循环钻井和注气参数匹配的理论研究。双壁钻具下入深度、注气量、注气压力、钻井液性能等参数的优选匹配应在理论方面加强研究。

（2）加强地层适应性研究。针对不同地层特性，研制不同类型的反循环钻用钻头和施工措施，增强钻头对地层的适应性。

全国低压储层油田占70%以上，且大多数油田已进入开发后期，地层压力衰竭严重，对低压油气藏的保护开采和解决井漏问题显得尤为重要。反循环钻井技术可为解决井漏问题和低压易漏油气藏的勘探开发提供一种崭新方法，将在油气钻探领域逐步发挥重要作用。

TD-016C型 RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

反循环钻井技术研究

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