CN102022094A - 一种不间断循环钻井泥浆装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为石油天然气钻井用的一种不间断循环钻井泥浆装置及方法，由顶部驱动装置(18)、底座(1)、密封机构、液压大钳以及泥浆传输管线组成；液压大钳下齿(3)位于中密封机构(4)和下密封机构(2)形成的密封腔室内，液压大钳上齿(5)位于中密封机构(4)与上密封机构(6)形成的密封腔室内；下密封机构(2)左边的孔连接泥浆排放管线(10)，出口位置安装泥浆排放阀(9)，右边的孔连接旁通泥浆管线(8)，出口位置安装旁通泥浆进入阀(7)；上密封机构(6)在左边上部留有孔并连接泥浆溢流管线(12)，出口端有泥浆溢流阀(11)。本发明能实现接立柱过程中不间断地循环泥浆，维持井底有效压力的相对稳定。

Description

一种不间断循环钻井泥浆装置及方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井的循环泥浆方法，特别是适合于窄密度窗口复杂井眼维持井底压力平衡的一种不间断循环钻井泥浆装置及方法。

背景技术

在进行常规油气钻井作业时，每钻完一根单根，如需继续钻进，都要提钻、停泵、接单根，然后再继续钻进。

在停泵、接单根期间，由于泥浆停止循环，正常钻进时作用于井底的泥浆环空流动压耗将不再作用于井底而导致井底有效压力降低。

对安全泥浆密度窗口较宽的井，容易实现静态不溢、动态不漏(泥浆停止循环时能靠泥浆静液柱压力压稳地层，泥浆循环时泥浆静液柱压力加泥浆环空流动压耗也不会超过地层破裂压力而压漏地层)。

对安全泥浆密度窗口较窄的井，要实现静态不溢、动态不漏则非易事，常出现静态溢、动态漏的情况，给钻井作业造成巨大的困难，甚至使钻井作业无法继续进行。

如何解决窄安全泥浆密度窗复杂井静态溢、动态漏的技术难题，已成为国内外石油界迫切需要解决的大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不间断循环钻井泥浆装置及方法，能够实现在接单根的过程中不停泵、不间断地循环泥浆。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：由钻杆上端的顶部驱动装置、座放在钻台面上的底座、密封机构、液压大钳以及泥浆传输管线组成；密封机构安装在底座上，并由上密封机构、中密封机构和下密封机构组成；液压大钳下齿位于中密封机构和下密封机构形成的密封腔室内，液压大钳上齿位于中密封机构与上密封机构形成的密封腔室内，且中密封机构留有过液压大钳的液压活塞的通孔，该孔与液压活塞缸外表间有密封件；下密封机构下端左右均留有孔，左边的孔连接泥浆排放管线，并在出口位置安装泥浆排放阀，右边的孔连接旁通泥浆管线，出口端位置安装旁通泥浆进入阀，旁通泥浆管线通过三通与常规泥浆管线并联；上密封机构在左边上部留有孔并连接泥浆溢流管线，出口端有泥浆溢流阀。

上密封机构和中密封机构之间、中密封机构和下密封机构之间以及下密封机构与底座之间采用法兰连接。

上密封机构和下密封机构为常规球形防喷器；中密封机构可以是常规球形防喷器，也可以是闸板防喷器。

在起下钻具时，将气动卡瓦置于钻台方补心内。

本发明按如下步骤实施：

步骤一：在正常钻进前将一种不间断循环钻井泥浆装置依次安装在钻台面上；

步骤二：接新立柱前，上提钻柱，将下部钻杆座放在气动卡瓦上，启动不间断循环装置，关闭下密封机构、上密封机构，在上密封机构和下密封机构之间形成一个大的密封腔，打开泥浆溢流阀和旁通泥浆进入阀，泥浆泵入密封腔，对密封腔排气直至充满泥浆，然后关闭泥浆溢流阀，液压大钳下齿咬住下部钻杆的上接头，液压大钳上齿咬住顶部驱动装置的连接端，启动液压大钳上齿卸掉顶部驱动装置，并上提顶部驱动装置至中密封机构的上端面以上并位于上密封机构下端面之间的位置，关闭常规泥浆管线(17)；

步骤三：启动中密封机构，使中密封机构和下密封机构之间形成下密封腔，继续循环泥浆，打开泥浆溢流阀，上密封腔卸压，然后打开上密封机构，提出顶部驱动装置；

步骤四：顶部驱动装置连接上新立柱并下钻至上密封机构下端面并位于中密封机构的上端面之间的位置后，启动上密封机构，抱住新立柱的下端，部分打开常规泥浆管线，泥浆进入上密封机构和中密封机构之间的密封腔，排气，直至泥浆充满该密封腔，关闭泥浆溢流阀，松开中密封机构，完全打开常规泥浆管线，同时，关闭旁通泥浆进入阀；

步骤五：缓慢下放新立柱对扣，预计到位后，启动大钳上齿试上扣，如扭矩正常则继续上扣，如扭矩不正常则卸扣、上提、下放，继续对扣、上扣，直至扭矩正常并增加到要求值；上扣完毕后，即恢复自顶部驱动装置到新立柱、下部钻杆的泥浆循环通道，松开液压大钳下齿，打开泥浆排放阀对密封腔卸压，卸压后松开上密封机构，排泥浆；待密闭腔内的泥浆基本排完后，松开下密封机构，再上提、松气动卡瓦、下钻，正常钻进。

上密封机构在抱住钻柱的情况下实现低速动密封。

本发明的有益效果：可以实现在接立柱过程中不停泵、不间断地循环泥浆，从而维持井底有效压力的相对稳定，缓解窄安全泥浆密度窗复杂井的静态溢、动态漏的技术难题。

附图说明

附图1不间断循环装置的结构示意图。

具体实施例

本发明不受下述实施例的限制，可依据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，本发明由钻杆上端的顶部驱动装置18、座放在钻台面13上的底座1、密封机构、液压大钳以及泥浆传输管线组成；密封机构安装在底座1上，并由上密封机构6、中密封机构4和下密封机构2组成；液压大钳下齿3位于中密封机构4和下密封机构2形成的密封腔室内，液压大钳上齿5位于中密封机构4与上密封机构6形成的密封腔室内，且中密封机构4留有过液压大钳的液压活塞的通孔，该孔与液压活塞缸外表间有密封件；下密封机构2下端左右均留有孔，左边的孔连接泥浆排放管线10，并在出口位置安装泥浆排放阀9，右边的孔连接旁通泥浆管线8，出口端位置安装旁通泥浆进入阀7，旁通泥浆管线8通过三通与常规泥浆管线17并联；上密封机构6在左边上部留有孔并连接泥浆溢流管线12，出口端有泥浆溢流阀11。

底座1为常规中空的圆筒，上端留有座放的法兰盘。

中密封机构4留的孔与液压活塞缸外表间的密封件为常规橡胶密封。

上述顶部驱动装置18具有驱动钻柱旋转的主轴组合，该主轴组合下端有与钻柱相适配的标准公扣连接端。

为确保各密封机构之间的密封效果，上密封机构6和中密封机构4之间、中密封机构4和下密封机构2之间以及下密封机构2与底座1之间采用法兰连接。

上密封机构6和下密封机构2为常规球形防喷器；中密封机构4可以是常规球形防喷器，也可以是闸板防喷器。

在起下钻具时，将气动卡瓦14置于钻台方补心内。

本发明的按如下步骤实施：

步骤一：在正常钻进前将一种不间断循环钻井泥浆装置依次安装在钻台面13上；

步骤二：接新立柱16前，上提钻柱，将下部钻杆15座放在气动卡瓦14上，气动卡瓦14抱紧下部钻杆15，启动不间断循环装置，关闭下密封机构2、上密封机构6，迫使下密封机构2橡胶密封件抱死下部钻杆15，上密封机构6抱死顶部驱动装置18，在上密封机构6和下密封机构2之间形成一个大的密封腔，打开泥浆溢流阀11和旁通泥浆进入阀7，泥浆过旁通泥浆管线8被泵入上述密封腔，并对密封腔排气直至密封腔充满泥浆，然后关闭泥浆溢流阀11，液压大钳下齿3咬住下部钻杆15的上接头，液压大钳上齿5咬住顶部驱动装置18的连接端，启动液压大钳上齿5卸掉顶部驱动装置18，并上提顶部驱动装置18至中密封机构4的上端面以上并位于上密封机构6下端面位置，关闭常规泥浆管线17；

步骤三：启动中密封机构4，使中密封机构4橡胶密封件完全封闭，从而使中密封机构4和下密封机构2之间形成下密封腔，继续循环泥浆，打开泥浆溢流阀11，上密封机构6和中密封机构4形成的上密封腔卸压，然后打开上密封机构6，提出顶部驱动装置18；

步骤四：顶部驱动装置18连接上新立柱16并下钻至上密封机构6下端面并位于中密封机构4的上端面之间的位置后，启动上密封机构6，抱住新立柱16的下端，部分打开常规泥浆管线17，泥浆进入上密封机构6和中密封机构4之间的上密封腔内，排气，直至泥浆充满该密封腔，关闭泥浆溢流阀11，松开中密封机构4，完全打开常规泥浆管线17，同时，关闭旁通泥浆进入阀7；

步骤五：缓慢下放新立柱16对扣，预计到位后，启动液压大钳上齿5试上扣，如扭矩正常则继续上扣，如扭矩不正常则卸扣、上提、下放，继续对扣、上扣，直至扭矩正常并增加到要求值；上扣完毕后，即恢复自顶部驱动装置18到新立柱16、下部钻杆15的泥浆循环通道，松开液压大钳下齿3，打开泥浆排放阀9对密封腔卸压，卸压后松开上密封机构6，排泥浆；待密闭腔内的泥浆基本排完后，松开下密封机构2，再上提、松气动卡瓦、下钻，正常钻进。

上密封机构6能在抱住钻柱的情况下实现低速动密封。

上述实施例中上密封机构6、中密封机构4、下密封机构2均采用常规球形防喷器。

本发明的另一种实施方式为：可应用在起钻或下钻过程中接立柱，中密封机构4使用闸板防喷器，而密封机构6、下密封机构2均采用常规球形防喷器。

本发明旁通泥浆管线8的耐压能力与常规泥浆管线17的耐压能力相同；

用气动卡瓦14座钻杆，并在其上找中、找正安装不间断循环装置；

在三套密封机构之间的液压大钳结构同常规液压大钳结构相同，但受空间间隙的限制，本发明所述的液压大钳其上齿与下齿之间的间隔更大，使得液压大钳上齿5能够位于上密封机构6、中密封机构4之间，而液压大钳下齿3位于中密封机构4、下密封机构2之间，通过液压实现上扣、卸扣操作；

中密封机构4可在钻杆被卸开且上提一定的距离后实现全封；

在完成接立柱之后，打开泥浆排放阀12对上密封机构6和下密封机构2形成的大密封腔卸压，之后松开上密封机构6，排放泥浆，待大密封腔内的泥浆基本排完后，再松开下密封机构2，以免泥浆大量散落在钻台面上。

在正常钻进时，泥浆过常规泥浆循环管线循环入井，无需使用本发明。

Claims (7)

1.一种不间断循环钻井泥浆装置，其特征在于：由钻杆上端的顶部驱动装置(18)、座放在钻台面(13)上的底座(1)、密封机构、液压大钳以及泥浆传输管线组成；密封机构安装在底座(1)上，并由上密封机构(6)、中密封机构(4)和下密封机构(2)组成；液压大钳下齿(3)位于中密封机构(4)和下密封机构(2)形成的密封腔室内，液压大钳上齿(5)位于中密封机构(4)与上密封机构(6)形成的密封腔室内，且中密封机构(4)留有过液压大钳的液压活塞的通孔，该孔与液压活塞缸外表间有密封件；下密封机构(2)下端左右均留有孔，左边的孔连接泥浆排放管线(10)，并在出口位置安装泥浆排放阀(9)，右边的孔连接旁通泥浆管线(8)，出口端位置安装旁通泥浆进入阀(7)，旁通泥浆管线(8)通过三通与常规泥浆管线(17)并联；上密封机构(6)在左边上部留有孔并连接泥浆溢流管线(12)，出口端有泥浆溢流阀(11)。

2.根据权利要求1所述的一种不间断循环钻井泥浆装置，其特征在于：上密封机构(6)和中密封机构(4)之间、中密封机构(4)和下密封机构(2)之间以及下密封机构(2)与底座(1)之间采用法兰连接。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种不间断循环钻井泥浆装置，其特征在于：上密封机构(6)和下密封机构(2)为常规球形防喷器；中密封机构(4)可以是常规球形防喷器，也可以是闸板防喷器。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种不间断循环钻井泥浆装置，其特征在于：在起下钻具时，将气动卡瓦(14)置于钻台方补心内。

5.根据权利要求3所述的一种不间断循环钻井泥浆装置，其特征在于： 在起下钻具时，将气动卡瓦(14)置于钻台方补心内。

6.根据权利要求1所述的一种不间断循环钻井泥浆装置的方法，按如下步骤实施：

步骤一：在正常钻进前将一种不间断循环钻井泥浆装置依次安装在钻台面(13)上；

步骤二：接新立柱(16)前，上提钻柱，将下部钻杆(15)座放在气动卡瓦(14)上，启动不间断循环装置，关闭下密封机构(2)、上密封机构(6)，在上密封机构(6)和下密封机构(2)之间形成一个大的密封腔，打开泥浆溢流阀(11)和旁通泥浆进入阀(7)，泥浆泵入密封腔，对密封腔排气直至充满泥浆，然后关闭泥浆溢流阀(11)，液压大钳下齿(3)咬住下部钻杆(15)的上接头，液压大钳上齿(5)咬住顶部驱动装置(18)的连接端，启动液压大钳上齿(5)卸掉顶部驱动装置(18)，并上提顶部驱动装置(18)至中密封机构(4)的上端面以上且位于上密封机构(6)下端面之间的位置，关闭常规泥浆管线(17)；

步骤三：启动中密封机构(4)，使中密封机构(4)和下密封机构(2)之间形成下密封腔，继续循环泥浆，打开泥浆溢流阀(11)，上密封腔卸压，然后打开上密封机构(6)，提出顶部驱动装置(18)；

步骤四：顶部驱动装置(18)连接上新立柱(16)并下钻至上密封机构(6)下端面并位于中密封机构(4)的上端面之间的位置后，启动上密封机构(6)，抱住新立柱(16)的下端，部分打开常规泥浆管线(17)，泥浆进入上密封机构(6)和中密封机构(4)之间的密封腔，排气，直至泥浆充满该密封腔，关闭泥浆溢流阀(11)，松开中密封机构(4)，完全打开常规泥浆管线(17)，同时，关闭旁通泥浆进入阀(7)；

步骤五：缓慢下放新立柱(16)对扣，预计到位后，启动大钳上齿(5)试上扣，如扭矩正常则继续上扣，如扭矩不正常则卸扣、上提、下放，继续对扣、上扣，直至扭矩正常并增加到要求值；上扣完毕后，即恢复自顶部驱动装置(18)到新立柱(16)、下部钻杆(15)的泥浆循环通道，松开液压大钳下齿(3)，打开泥浆排放阀(9)对密封腔卸压，卸压后松开上密封机构(6)，排泥浆；待密闭腔内的泥浆基本排完后，松开下密封机构(2)，再上提、松气动卡瓦、下钻，正常钻进。

7.根据权利要求6所述的一种不间断循环钻井泥浆装置，其特征在于：上密封机构(6)在抱住钻柱的情况下实现低速动密封。

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