CN107023259B - 一种基于双壁钻杆的钻井系统 - Google Patents

一种基于双壁钻杆的钻井系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双壁钻杆的钻井系统，包括包括钻头、常规钻具、液动工具、双壁钻杆、导流加压活塞、防喷器组、顶驱适配装置、顶驱和泥浆罐、钻井泵。钻井过程中，钻井泵排出钻井液依次经过导流加压活塞上部环空、导流加压活塞下部双壁钻杆的孔道、常规钻具、钻头，从钻头返出并携带岩屑依次经过导流加压活塞下部环空、导流加压活塞上部双壁钻杆的孔道、顶驱适配装置孔道、顶驱，最后经过水龙带返回振动筛。本发明的优点导流加压活塞附着在双壁钻杆上，上下环空产生的压差可以推动导流加压活塞及双壁钻杆施加向下的压力，为钻头施加钻压；独立的从井口至井下工具的液压控制通道，为井下工具提供了一种控制通道和实时连续的控制方法。

Description

一种基于双壁钻杆的钻井系统
技术领域
本发明涉及石油钻井设备技术领域，尤其是一种基于双壁钻杆的钻井系统。
背景技术
随着石油勘探开发进程的不断深入，定向井、水平井、大位移井所占的比例越来越大。长水平段钻井技术在国内外得到广泛应用，主要得益于其较好的投入产出比。目前，国外水平井钻井成本已降至直井的1.2～2.0倍，而产量则是直井的4～8倍；国外已经钻成了水平位移超万米的大位移井，而国内只能完成水平位移约4000m的大位移井。在定向井、水平井钻井过程中存在以下复杂情况。一种情况是在钻进过程中，由于摩擦阻力大，产生压力无法施加到钻头上的托压现象，使得钻井效率低、钻井周期长、钻井成本高，这成为制约水平井发展的主要瓶颈。另一种情况是，钻井过程中的造斜、稳斜或降斜钻具组合主要是通过不同尺寸长度的钻杆、加重钻杆、钻铤等配以不同位置上的满眼、不满眼稳定器组成，而钻具组合的变化都必须通过起下钻实现，这就增加了钻井作业的辅助时间，而且采用常规稳定器在起下钻、定向等工况下，存在着遇阻划眼、易斜地层防斜、定向井井眼轨迹控制以及提高机械钻速等技术难题，并且时常出现卡钻、起下钻遇阻卡和“拔活塞”现象，不但给钻井施工造成极大麻烦，浪费大量时间，甚至会发生井塌、井喷事故，使井眼报废，造成巨大损失。遥控变径稳定器通过地面作业者发出操作信息，使井下稳定器产生相应的动作，达到所需的外径，以此实现对井下钻具参数和状态的改变，使井下钻具组合具备相应的力学性能。应用遥控变径稳定器不需起下钻就可实现不同钻具组合的转变，可以减少起下钻次数，降低钻井成本，解决了钻井过程中卡钻、起下钻遇阻卡和“拔活塞”等问题。遥控变径稳定器的遥控方式有启停泵法、排量法、投球法和钻压控制方法等。需要改变变径稳定器外径时，各种遥控方式都会对正常钻进产生一定的影响，无法边钻进边变径。
因此，降低定向井、水平井和大位移井钻井过程中的托压现象，以及提供一种连续实时的改变变径稳定器外径的方法是提高钻井效率以及水平井延伸能力重要途径。
发明内容
本发明的目的就是提供一种连续实时的改变变径稳定器外径，以提高钻井效率以及水平井延伸能力的基于双壁钻杆的钻井系统。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种基于双壁钻杆的钻井系统，包括钻头15、常规钻具14、液动工具13、双壁钻杆9、导流加压活塞7、防喷器组10、顶驱适配装置4、顶驱2和泥浆罐 5、钻井泵6，其中：所述双壁钻杆9由内钻杆91和外钻杆90组成，内钻杆91 和外钻杆90之间构成环隙A92，环隙A92内设置悬挂器94，内钻杆内部的孔道 A95为轴向通孔；所述顶驱适配装置4安装在双壁钻杆9以及顶驱2之间，由内筒A40和壳体A41组成，内筒A40与壳体A41构成旋转密封配合，顶驱适配装置4的内筒A40加工旁通孔道B43和轴向孔道C46，顶驱适配装置4的壳体A41 上加工有旁通口42，旁通孔道B43将旁通口42以及双壁钻杆9环隙A92连通，轴向孔道C46分别与顶驱2内流体通道和下部双壁钻杆9的孔道A95连通；所述顶驱2与顶驱适配装置4的内筒A40连接；所述导流加压活塞7连接在双壁钻杆9之间，导流加压活塞7由内筒B72和壳体B71组成，内筒B72与壳体B71 构成旋转配合，壳体B71上安装皮碗73将壳体B71与井眼之间轴向密封，并将井眼与双壁钻杆之间的环空分割为上部环空B16和下部环空C17，导流加压活塞 7的内筒B72与壳体B71上加工有孔道D70、孔道E76和孔道F77,孔道D70将上部环空B16与导流加压活塞7下部双壁钻杆的孔道A95连通,孔道E76将下部环空C17与导流加压活塞7上部双壁钻杆的孔道A95连通,孔道F77将导流加压活塞7上部和下部的双壁钻杆环隙A92连通；所述的液动工具13为液力变径稳定器，连接在双壁钻杆最下端，液力变径稳定器内部加工有孔道G130和孔道 H132，外缘加工有活塞式支撑头131，孔道H132为轴向通孔，将双壁钻杆9的孔道A95和下部常规钻具14的流道连通，孔道G130分别与环隙A92和活塞式支撑头131的内端面连通，形成一条从顶驱适配装置4的旁通口42至液力变径稳定器13活塞式支撑头内端面的液压控制通道；常规钻具14和钻头15依次安装在液动工具13下部。
上述方案进一步包括：
所述孔道D70内设有节流喷嘴，所述的液动工具13通过密封插头133与双壁钻杆9的内钻杆91插接密封配合。
所述顶驱适配装置4的内筒A40与壳体A41之间安装轴承A45和密封圈A44。
所述导流加压活塞7内筒B72和壳体B71之间安装轴承B75和密封圈B74。
所述外钻杆90上下加工有螺纹，外钻杆90之间通过螺纹上下连接,内钻杆 91之间采用插入密封结构93实现环隙A92与孔道A95之间流体密封隔绝。
本发明的优点导流加压活塞附着在双壁钻杆上，上下环空产生的压差可以推动导流加压活塞及双壁钻杆施加向下的压力，为钻头施加钻压；独立的从井口至井下液动工具液压控制通道，为井下液动工具提供了一种控制通道和实时连续的控制方法。
附图说明
图1是本发明一种基于双壁钻杆的钻井系统连接示意图；
图2是本发明中双壁钻杆的示意图；
图3是本发明中顶驱适配装置的示意图；
图4是本发明中导流加压活塞的俯视图；
图5是本发明中导流加压活塞的A-A截面剖视图；
图6是本发明中导流加压活塞的B-B截面剖视图；
图7是本发明中液力变径稳定器的示意图。
图中1.水龙带，2.顶驱，3.辅泵，4.顶驱适配装置，5.泥浆罐，6.钻井泵，7.导流加压活塞，8.双壁钻杆接箍，9.双壁钻杆，10.防喷器组，11. 套管，12.地层，13.液动工具，14.常规钻具，15.钻头，16.上部环空B,17. 下部环空C,40.内筒A,41.壳体A,42.旁通口,43.孔道B,44.密封圈A,45. 轴承A,46.孔道C,70.孔道D,71.壳体B,72.内筒B,73.皮碗，74.密封圈B， 75.轴承B，76.孔道E,77.孔道F,90.外钻杆，91.内钻杆，92.环隙A,93. 密封结构 ，94.悬挂器,95.孔道A，130.孔道G，131.活塞支撑头，132.孔道 H，133.密封插头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
参照附图1，一种基于双壁钻杆的钻井系统自下而上依次包括钻头15、常规钻具14、液动工具13、双壁钻杆9、双壁钻杆接箍8、导流加压活塞7、防喷器组10、顶驱适配装置4和顶驱2，以及配套的泥浆罐5、钻井泵6、辅泵3、水龙带1。
参照附图2，双壁钻杆9由内钻杆91和外钻杆90组成，内钻杆91和外钻杆90之间构成环隙A92，内钻杆内部的孔道A95为轴向通孔；外钻杆90上下加工有螺纹，外钻杆90之间通过螺纹上下连接,内钻杆91之间采用插入密封结构 93实现环隙A92与孔道A95之间流体密封隔绝。双壁钻杆9的内钻杆91上部安装悬挂器94，悬挂器94放置在外钻杆90的母扣内孔台阶位置，起到悬挂、扶正和限位内钻杆91的作用，同时具有过流的作用。
参照附图3，顶驱适配装置4安装在双壁钻杆9以及顶驱2之间，由内筒 A40和壳体A41组成，内筒A40与壳体A41构成旋转配合；内筒A40与壳体A41 之间安装轴承A45和密封圈A44实现内筒A40与壳体A41的相对转动，顶驱2 固定连接内筒A40；顶驱适配装置4的内筒A40加工孔道B43和孔道C46，顶驱适配装置4的壳体A41上加工有旁通口42，孔道B43将旁通口42以及双壁钻杆 9环隙A92连通，孔道C46为轴向通孔分别与顶驱2内流体通道和下部双壁钻杆 9的孔道A95连通。
参照附图4/5/6，导流加压活塞7连接在双壁钻杆9之间并下入井眼中，将井眼与双壁钻杆之间的环空分割为上部环空B16和下部环空C17；导流加压活塞 7由内筒B72和壳体B71组成，内筒B72与壳体B71构成旋转配合；内筒B72与壳体B71利用两者之间的轴承B75和密封B74实现相对转动，壳体B71上安装皮碗73将壳体B71与井眼之间轴向密封；导流加压活塞7的内筒B72与壳体B71 上加工有孔道D70、孔道E76和孔道F77,孔道D70将上部环空B16与导流加压活塞7下部双壁钻杆的孔道A95连通,孔道E76将下部环空C17与导流加压活塞7上部双壁钻杆的孔道A95连通,孔道F77将导流加压活塞7上部和下部的双壁钻杆环隙A92连通；液动工具13连接在双壁钻杆最下端，形成一条从顶驱适配装置4的旁通口42、双壁钻杆环隙A92、导流加压活塞7的孔道F77、双壁钻杆环隙A92到下部液动工具13的液压控制通道。孔道D70内加工一个节流喷嘴。
参照附图7，液动工具13为液力变径稳定器，液力变径稳定器安装在双壁钻杆9底部，其下部连接常规钻具14；液力变径稳定器内部加工有孔道G130和孔道H132，外缘加工有活塞式支撑头131；孔道H132为轴向通孔，将双壁钻杆 9的孔道A95和下部常规钻具14的流道连通；孔道G130分别与环隙A92和活塞式支撑头131的内端面连通，形成一条从顶驱适配装置4的旁通口42至液力变径稳定器13活塞式支撑头内端面的液压控制通道。
一种基于双壁钻杆钻井系统的使用方法如下：
采用的钻具组合为：钻头15+常规钻具14+变径稳定器13+双壁钻杆9+导流加压活塞7+双壁钻杆9+顶驱适配装置4+顶驱2；
钻井过程中(防喷器10关闭)，如图1中箭头所示，钻井泵6从泥浆罐5 吸入钻井液，排出钻井液依次进入上部环空B16、孔道D70(内部安装节流喷嘴)、导流加压活塞7下部双壁钻杆的孔道A95、常规钻具14、钻头15，从钻头返出并携带岩屑依次经过下部环空C17、孔道E76、导流加压活塞7上部双壁钻杆的孔道A95、孔道C46、顶驱2，最后经过水龙带1返回振动筛和泥浆罐5；孔道 D70内安装一个节流喷嘴，上部环空B16和下部环空C17的压差推动导流加压活塞7带动双壁钻杆向下运动产生作用到钻头15上的附加钻压。
辅泵3排出流体依次经过顶驱适配装置4的旁通口42、孔道B43、双壁钻杆9环隙A92、孔道F77、双壁钻杆9环隙A92后与液力变径稳定器13活塞支撑头的内端面连通，通过辅泵的压力调节控制活塞支撑头伸缩。
当然，从顶驱适配装置4的旁通口至下部液动钻具的液压控制通道可以用于除变径稳定器外其它液动工具，利用专用的液压通道实现工具的连续和实时控制。

Claims (5)

1.一种基于双壁钻杆的钻井系统，包括钻头(15)、常规钻具（14）、液动工具(13)、双壁钻杆(9)、导流加压活塞(7)、防喷器组（10）、顶驱适配装置(4)、顶驱(2)和泥浆罐（5）、钻井泵（6），其特征在于：所述双壁钻杆(9)由内钻杆(91)和外钻杆(90)组成，内钻杆(91)和外钻杆(90)之间构成环隙A(92)，环隙A(92)内设置悬挂器（94），内钻杆内部的孔道A(95)为轴向通孔；所述顶驱适配装置(4)安装在双壁钻杆(9)以及顶驱(2)之间，由内筒A(40)和壳体A(41)组成，内筒A(40)与壳体A(41)构成旋转密封配合，顶驱适配装置(4)的内筒A(40)加工旁通孔道B(43)和轴向孔道C(46)，顶驱适配装置(4)的壳体A(41)上加工有旁通口(42)，旁通孔道B(43)将旁通口(42)以及双壁钻杆(9)环隙A(92)连通，轴向孔道C(46)分别与顶驱(2)内流体通道和下部双壁钻杆(9)的孔道A(95)连通；所述顶驱(2)与顶驱适配装置(4)的内筒A(40) 连接；所述导流加压活塞(7)连接在双壁钻杆(9)之间，导流加压活塞(7)由内筒B(72)和壳体B(71)组成，内筒B(72)与壳体B(71)构成旋转配合，壳体B(71)上安装皮碗(73)将壳体B(71)与井眼之间轴向密封，并将井眼与双壁钻杆之间的环空分割为上部环空B(16)和下部环空C(17)，导流加压活塞(7)的内筒B(72)与壳体B(71)上加工有孔道D(70)、孔道E(76)和孔道F(77),孔道D(70)将上部环空B(16)与导流加压活塞(7)下部双壁钻杆的孔道A(95)连通, 孔道E(76)将下部环空C(17)与导流加压活塞(7)上部双壁钻杆的孔道A(95)连通, 孔道F(77)将导流加压活塞(7)上部和下部的双壁钻杆环隙A(92)连通；所述的液动工具(13)为液力变径稳定器，连接在双壁钻杆最下端，液力变径稳定器内部加工有孔道G(130)和孔道H(132)，外缘加工有活塞式支撑头(131)，孔道H(132)为轴向通孔，将双壁钻杆(9)的孔道A(95)和下部常规钻具(14)的流道连通，孔道G(130)分别与环隙A(92)和活塞式支撑头(131)的内端面连通，形成一条从顶驱适配装置(4)的旁通口(42)至液力变径稳定器(13)活塞式支撑头内端面的液压控制通道；常规钻具（14）和钻头(15)依次安装在液动工具(13)下部。
2.根据权利要求1所述的一种基于双壁钻杆的钻井系统，其特征在于：所述孔道D(70)内设有节流喷嘴，所述的液动工具(13)通过密封插头（133）与双壁钻杆(9)的内钻杆(91)插接密封配合。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于双壁钻杆的钻井系统，其特征在于：所述顶驱适配装置(4)的内筒A(40)与壳体A(41)之间安装轴承A(45)和密封圈A(44)。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于双壁钻杆的钻井系统，其特征在于：所述导流加压活塞(7)内筒B(72)和壳体B(71)之间安装轴承B(75)和密封圈B(74)。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于双壁钻杆的钻井系统，其特征在于：所述外钻杆(90)上下加工有螺纹，外钻杆(90)之间通过螺纹上下连接,内钻杆(91)之间插入密封结构(93)实现环隙A(92)与孔道A(95)之间流体密封隔绝。
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