CN105781437A - 一种双壁钻杆钻井系统及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双壁钻杆钻井系统及钻井方法。该系统主要由气相注入装置、液相注入装置、旋转控制头、防喷器组、旋转流体注入装置、双壁钻杆、双壁钻铤、随钻测量装置和气液汇流短节、动力钻具、钻具止回阀钻头组成；气相和液相在随钻测量装置之前，流经各自的通道，并分别经过随钻测量装置；流过随钻测量装置后，在气液汇流短接处混合，最后从钻头进入钻井环空。液相通过随钻测量装置的测量内管，将测量装置产生的脉冲传至井口进行检测。该方法可解决深井及水平井中气体钻井随钻测量或测井的难题，有广阔的市场应用前景。

Description

一种双壁钻杆钻井系统及钻井方法

技术领域

本发明涉及一种双壁钻杆钻井系统及钻井方法，属于石油钻井设备及工艺技术领域。

背景技术

我国拥有大面积的低孔、低渗、低压、低丰度油气藏，同时随着油气勘探开发的不断深入，钻遇易漏失、高研磨性、极坚硬的地层越来越多。气体钻井技术是解决上述钻井难题、提高钻井速度、保护油气层的有效技术手段，气体钻井技术包括空气钻井、雾化钻井、泡沫钻井和充气钻井，是一种保护油气层、缩短建井周期的技术，具有其他钻井技术无法比拟的巨大优势，目前，国内外的随钻测量系统普遍采用钻井液脉冲来传送测量数据，这种随钻测量技术在液体钻井液中能够稳定?可靠地工作，然而，对于泡沫和充气钻井，由于流体可压缩性强，钻井液脉冲信号很弱甚至不能产生有效的脉冲信号，因此钻井液压力脉冲MWD将无法正常工作。

电磁随钻测量(EM-MWD)是20世纪80年代进入工业化应用的一项新技术，具有信号传输速度高?不需要循环钻井液便可传送数据?测量时间短，EM-MWD系统基本上不受钻井液介质的影响，不仅适用于常规钻井液中的随钻测量，而且还适用于在气体?泡沫?雾化?空气?充气等钻井液中使用。从EM-MWD传输信道构成上看，它是由井下信号发射机、井下偶极发射天线、钻柱、地层、地面信号接收机等构建组成，而地层是信道一个组成部分，基于这种传输机理，EM-MWD信道的稳定性和可靠性与地层的电磁特性是密切相关的，传输深度尤其是垂直深度受到地层电阻的影响较大。随着钻井深度增加井下上传信号将随之衰减，并导致信噪比降低使信号接收的可靠性下降，当到达一定深度后地面将无法收到井下上传的信号，是难以逾越的随钻测量难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决泡沫钻井和充气钻井中的随钻测量问题，尤其是深井垂直井及水平井等应用气体钻井技术，特提出一种双壁钻杆钻井系统及钻井方法。

本发明的技术方案包括：

一种双壁钻杆钻井系统，包括气相注入装置1、液相注入装置2、旋转流体注入装置5、钻杆8、钻铤11、随钻测量装置13和气液汇流短节14、动力钻具15、钻具止回阀16、钻头17；其特征在于：所述钻杆8为双壁钻杆8，由同心的内钻杆10和外钻杆9组成，内钻杆10和外钻杆9之间构成环隙；所述钻铤11为双壁钻铤11，具有双通道，分别为内部的液相流道和外部的气相流道；所述旋转流体注入装置5由旋转的中心管和静止的壳体组成，旋转流体注入装置5的中心管为双层管组成，分别为中心管内管和中心管外管，壳体上加工有旁通口，旁通口与中心管内管和中心管外管的环隙连通，旋转流体注入装置5安装在双壁钻杆8的顶部；液相注入装置2通过旋转流体注入装置5的中心管内管与双壁钻杆8的内钻杆10连通；气相注入装置1通过旋转流体注入装置5的壳体旁通口、中心管内管和中心管外管的环隙与双壁钻杆8的内钻杆10和外钻杆9的环隙连通；随钻测量装置13为双层管结构并安装在双壁钻铤11的下端，其双层管分别由测量内管和气相流体外管组成，液相通过随钻测量装置13的测量内管，将测量装置产生的脉冲传至井口进行检测，气相通过气相流体外管与测量内管环隙向下流动；气液汇流短节14连接在随钻测量装置13的下端，将通过随钻测量装置13测量内管和气相流体外管的流体汇集在一起，通过动力钻具15、钻具止回阀16流向钻头17。

其中所述钻井系统优选的钻柱组合为旋转流体注入装置5、双壁钻杆8、双壁钻铤11、随钻测量装置13、气液汇流短节14、动力钻具15、钻具止回阀16和钻头17。

上述方案还包括：所述双壁钻杆8的外钻杆9上下加工有丝扣，外钻杆9之间通过丝扣上下连接，内钻杆10之间通过插接方式连接,内外钻杆之间安装扶正块。

所述双壁钻杆8的内钻杆10安装有隔离内外钻杆之间的环隙和内钻杆10的内部孔道的密封部件。

按照前述双壁钻杆钻井系统的钻井方法是：

气相注入装置1产生气体并将气体注入钻具，依次经过旋转流体注入装置5的壳体旁通口、旋转流体注入装置5的中心管内管和中心管外管的环隙、双壁钻杆8的内钻杆10和外钻杆9的环隙、双壁钻铤11的气相流道、随钻测量装置13的气相流体外管与测量内管环隙，到达气液汇流短节14与液相混合；

液相注入装置2将钻井液液相注入钻具，依次经过旋转流体注入装置5的中心管内管内部孔道、双壁钻杆8的内钻杆10内部孔道、双壁钻铤11的液相流道、随钻测量装置13的测量内管到达气液汇流短节14与气相混合；

气相和液相在气液汇流短节14汇流后，经过动力钻具15、钻具止回阀16、钻头17，然后进入钻具与井眼的环空；液相通过随钻测量装置13的测量内管，将测量装置产生的脉冲传至井口进行检测。

本发明的优点是随钻测量装置上部液相与气相分别输送，纯液相可使随钻测量装置的脉冲信号像常规钻井液钻井一样传到地面，进行随钻测量或测井。该方法很好的解决了深井及水平井中气体钻井随钻测量或测井的难题，有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明一种双壁钻杆钻井系统的总体设备及连接示意图。

图2是本发明一种双壁钻杆钻井系统的旋转流体注入装置示意图。

图3是本发明一种双壁钻杆钻井系统的气液汇流短节的示意图。

图中1.气相注入装置，2.液相注入装置，3.气相注入管线，4.液相注入管线，5.旋转流体注入装置，6.旋转控制头，7.防喷器组，8.双壁钻杆9.外钻杆，10.内钻杆，11.双壁钻铤（外），12.双壁钻铤（内），13.随钻测量装置，14.气液汇流短节，15.动力钻具，16.钻具止回阀，17.钻头，18.旋转控制头旁通，19.旋转流体注入装置中心管内管，20.旋转流体注入装置悬吊点，21.旋转流体注入装置中心管外管旁通，22.气液汇流短节止回阀瓣，23.气流汇流短节内管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

实施例1:

参照附图1，一种双壁钻杆钻井系统，包括气相注入装置1（如空气压缩机SULLAIR1150XH/凯德1500-400HT、增压机E3430/243等）、液相注入装置2（如常规钻井用宝鸡石油机械有限公司产F-1600泥浆泵等）、气相注入管线3（如3″硬管、3″气体注入立管管汇、6MPa耐震压力表、配套3″截止阀等）、液相注入管线4（如常规钻井用4″地面高压硬管及管汇组等）、旋转流体注入装置5（又名顶部注入接头/顶驱适配器，如图2）、旋转控制头6（如旋转防喷器/旋转导流系统）、双壁钻杆8、双壁钻铤11、随钻测量装置13和气液汇流短节14（如图3）组成。

其中：旋转控制头6上设有旁通18。双壁钻杆8由同心的内钻杆10和外钻杆9组成，内钻杆10和外钻杆9之间构成环隙，外钻杆9上下加工有丝扣，外钻杆9之间通过丝扣上下连接，承受钻具的扭转与拉伸；内钻杆10之间通过插接方式连接,内钻杆10安装有密封部件以隔离内外钻杆之间的环隙和内钻杆10的内部孔道，内外钻杆之间安装扶正块。

如图2所示，旋转流体注入装置5安装在双壁钻杆8的顶部，由旋转的中心管和静止的壳体组成；旋转流体注入装置5的中心管为双层管组成，分别为中心管内管19和中心管外管，壳体上悬吊点20（三个），中心管外管加工有旁通口21，旁通口与中心管内管19和中心管外管的环隙连通。

液相注入装置2通过旋转流体注入装置5的中心管内管与双壁钻杆8的内钻杆10连通；气相注入装置1通过旋转流体注入装置5的壳体旁通口、中心管内管和中心管外管的环隙与双壁钻杆8的内钻杆10和外钻杆9的环隙连通。

随钻测量装置13为双层管结构安装在双壁钻铤11的下端，其双层管分别由测量内管和气相流体外管组成，液相通过随钻测量装置13的测量内管，将产生的测量脉冲传至井口进行检测，气相通过气相流体外管与测量内管环隙向下流动。

如图3所示，气液汇流短节14由止回阀瓣22和气流汇流短节内管23组成，连接在随钻测量装置13的下端，将通过随钻测量装置13测量内管和气相流体外管的流体汇流在一起，然后流动到达钻头17。

双壁钻铤11具有双通道，分别为内部的液相流道和外部的气相流道。

实施例2：双壁钻杆钻井系统的使用方法如下：

本实施例中钻柱组合为：旋转流体注入装置5+双壁钻杆8+双壁钻铤11+随钻测量装置13+气液汇流短节14+动力钻具15+钻具止回阀16+钻头17。

气相注入装置1产生气体并将气体注入钻具，依次经过旋转流体注入装置5的壳体旁通口、旋转流体注入装置5的中心管内管和中心管外管的环隙、双壁钻杆8的内钻杆10和外钻杆9的环隙、双壁钻铤11的气相流道、随钻测量装置13的气相流体外管与测量内管环隙，到达气液汇流短节14与液相混合。

液相注入装置2将液体注入钻具，依次经过旋转流体注入装置5的中心管内管内部孔道、双壁钻杆8的内钻杆10内部孔道、双壁钻铤11的液相流道、随钻测量装置13的测量内管到达气液汇流短节14与气相混合。

气相和液相在气液汇流短节14汇流后，经过动力钻具15（适用于气体作为驱动介质的动力钻具即可）、钻具止回阀16(即常规钻井用钻具止回阀)、钻头17，然后进入钻具与井眼的环空；液相通过随钻测量装置13的测量内管产生测量脉冲然后传至井口进行检测。

气液混合到达井底，携带岩屑后经环空上返，到达防喷器组7和旋转控制头6处，由旋转控制头旁通18经（节流管汇）进入液气分离器，气体分离后去往火炬，液体及岩屑去往振动筛，之后液体进入循环罐，循环使用。

液相通过随钻测量装置13的测量内管，将产生的测量脉冲传至井口进行检测。

Claims (4)

1.一种双壁钻杆钻井系统，包括气相注入装置（1）、液相注入装置（2）、旋转流体注入装置（5）、钻杆（8）、钻铤（11）、随钻测量装置（13）和气液汇流短节（14）、动力钻具（15）、钻具止回阀（16）、钻头（17）；其特征在于：所述钻杆（8）为双壁钻杆（8），由同心的内钻杆（10）和外钻杆（9）组成，内钻杆（10）和外钻杆（9）之间构成环隙；所述钻铤（11）为双壁钻铤（11），具有双通道，分别为内部的液相流道和外部的气相流道；所述旋转流体注入装置（5）由旋转的中心管和静止的壳体组成，旋转流体注入装置（5）的中心管为双层管组成，分别为中心管内管和中心管外管，壳体上加工有旁通口，旁通口与中心管内管和中心管外管的环隙连通，旋转流体注入装置（5）安装在双壁钻杆（8）的顶部；液相注入装置（2）通过旋转流体注入装置（5）的中心管内管与双壁钻杆（8）的内钻杆（10）连通；气相注入装置（1）通过旋转流体注入装置（5）的壳体旁通口、中心管内管和中心管外管的环隙与双壁钻杆（8）的内钻杆（10）和外钻杆（9）的环隙连通；随钻测量装置（13）为双层管结构并安装在双壁钻铤（11）的下端，其双层管分别由测量内管和气相流体外管组成，液相通过随钻测量装置（13）的测量内管，将测量装置产生的脉冲传至井口进行检测，气相通过气相流体外管与测量内管环隙向下流动；气液汇流短节（14）连接在随钻测量装置（13）的下端，将通过随钻测量装置（13）测量内管和气相流体外管的流体汇集在一起，通过动力钻具（15）、钻具止回阀（16）流向钻头（17）。

2.根据权利要求1所述的双壁钻杆钻井系统，其特征在于：所述双壁钻杆（8）的外钻杆（9）上下加工有丝扣，外钻杆（9）之间通过丝扣上下连接，内钻杆（10）之间通过插接方式连接,内外钻杆之间安装扶正块。

3.根据权利要求2所述的双壁钻杆钻井系统，其特征在于：所述双壁钻杆（8）的内钻杆（10）安装有隔离内外钻杆之间的环隙和内钻杆（10）的内部孔道的密封部件。

4.按照权利要求1、2或3所述的双壁钻杆钻井系统的钻井方法，其特征是：

气相注入装置（1）产生气体并将气体注入钻具，依次经过旋转流体注入装置（5）的壳体旁通口、旋转流体注入装置（5）的中心管内管和中心管外管的环隙、双壁钻杆（8）的内钻杆（10）和外钻杆（9）的环隙、双壁钻铤（11）的气相流道、随钻测量装置（13）的气相流体外管与测量内管环隙，到达气液汇流短节（14）与液相混合；

液相注入装置（2）将钻井液液相注入钻具，依次经过旋转流体注入装置（5）的中心管内管内部孔道、双壁钻杆（8）的内钻杆（10）内部孔道、双壁钻铤（11）的液相流道、随钻测量装置（13）的测量内管到达气液汇流短节（14）与气相混合；

气相和液相在气液汇流短节（14）汇流后，经过动力钻具（15）、钻具止回阀（16）、钻头（17），然后进入钻具与井眼的环空；液相通过随钻测量装置（13）的测量内管，将测量装置产生的脉冲传至井口进行检测。