CN110029938A - 一种气体反循环钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体反循环钻井方法。该方法使用了包括：钻井泵组、顶驱、顶驱适配器、旋转防喷导流装置、防喷器组、套管、双壁钻杆、流道转换装置、常规钻具和钻头的钻井系统。注气钻井时，注入气体一路经过顶驱、顶驱适配器、双壁钻杆、流道转换装置、常规钻具和钻头进入井底环隙；另一路通过旋转防喷导流装置进入井底环隙；两路注入气体在井底环隙中汇合后经过流道转换装置、双壁钻杆和顶驱适配器返回沉砂池。本发明的优点包括用气量小，钻速快，能够实现低成本钻井；适合石油钻探领域钻井井控和钻井安全要求。

Description

一种气体反循环钻井方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域的钻井方法，尤其涉及一种石油钻探领域的气体反循环钻井方法。

背景技术

气体钻井是自20 世纪50年代以后发展起来的一种气相流体为循环介质的特殊欠平衡钻井技术，与常规液相钻井技术相比，气体钻井技术可以有效避免或减少井漏事故；大幅提高硬脆性地层钻井速度，降低钻井成本、缩短建井周期；有效保护低渗储层不受钻井液伤害，提高单井的油气采收率和产量；由于减少了钻井液柱压持效应，可以容易发现和提高低压低渗储层钻遇率，并实现随钻储层评价；另外由于其循环介质为气体，在大量节省钻井液费用的同时又保护了环境。因此，该技术拥有众多其他技术所不能比拟的优势。

反循环钻孔技术，在国外最早被称为CSR(Center Sample Recover)即中心取样钻孔技术，其以特有的双壁钻杆反循环系统和全面破碎的碎岩方式，依靠收集钻进过程中由内管中心通道上返至地表的岩屑来取代常规取心钻探中的岩心进行地质编录、岩矿分析等，是一种全新的钻探方法，具有优质、高效、低耗的显著特点，因此，在工业发达国家得到了迅速发展。在上世纪80年代后期在国外地质勘探工作中利用该方法所完成的钻探工作量已超过了长期以来一直占主导地位的金刚石钻探方法，且用于中心取样钻探的设备与机具相对成熟。

目前，气体钻井以其高效、清洁的优势已成为加快国内塔里木、四川及准噶尔盆地复杂、深层油气资源开发重要提速技术。但传统正循环方式在大井眼及深井条件下，需要的气量巨大，燃油费用居高不下，使其综合经济效益大幅降低，特别实在“低油价”的新常态下，严重制约了气体钻井的应用与发展。因此调节井底压力从而有效的降低井漏或者钻穿窄密度窗口成为部分地区钻井的一个重要难题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提出一种适合钻井井控、钻井安全以及降低钻井费用的气体反循环钻井方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种气体反循环钻井方法，该方法是在钻井系统的基础上进行的，钻井系统包括：钻井泵组、顶驱、顶驱适配器、旋转防喷导流装置、防喷器组、套管、双壁钻杆、流道转换装置、常规钻具和钻头； 其中：所述双壁钻杆由同心的内钻杆和外钻杆组成，内钻杆和外钻杆之间构成环隙B，在内钻杆和外钻杆下端部径向设有孔道D，孔道D与双壁钻杆内部孔道A和外部环隙A贯通，内钻杆的内部形成孔道A，双壁钻杆上端依次连接顶驱适配器、顶驱，双壁钻杆下端依次连接有流道转换装置、常规钻具和钻头构成井下钻具组合；所述常规钻具包括单壁钻杆和井下止回阀；所述顶驱适配器加工有孔道B和孔道C，孔道B连通顶驱通道和环隙B，孔道C连通孔道A至井口出口。钻井系统改进之处包括：所述钻井泵组为气体发生装置，气体发生装置通过管道与顶驱、旋转防喷导流装置连通；所述流道转换装置包括活塞和活塞套，活塞与内钻杆下端部设置的孔道D构成轴向滑动密封配合，活塞套固定在活塞下部的外钻杆内，活塞套外壁设有轴向贯通的通道，活塞套内部设有与活塞配合的驱动机构。

基于上述钻井系统的钻井方法包括：

注入气体钻井时，从气体发生装置注入气体一路经过双壁钻杆的环隙B进入井底的环隙A，另一路经过双壁钻杆外进入井底的环隙A；通过环隙B向下注入的气体首先作用到活塞下部的驱动机构上，驱动机构下行致使活塞下行处于下支点，孔道D开启；两路注入气体在环隙A中汇合后携带井下流体经过流道转换装置中孔道D 、双壁钻杆孔道A和顶驱适配器孔道C返回井口出口；

停止注气非钻进时，环隙A中的压力通过驱动机构向上驱动活塞处于上支点，孔道D和孔道A关闭，阻断地层流体进入双壁钻杆内部。

上述方法中钻井系统进一步改进方案包括：

所述驱动机构为在活塞套内部的活塞外壁上设有与活塞套滑动配合的活塞环，活塞环的上下与活塞套间隔为上下两个活塞腔，在活塞套底部设有与双壁钻杆外部环隙A连通孔。

所述活塞下部和活塞套之间设有弹簧。

所述活塞和活塞环上设有密封圈；所述气体发生装置包括主气体发生装置和辅助气体发生装置，分别与顶驱、旋转防喷导流装置连接。

在流道转换装置上部的双壁钻杆上设有封堵器，封堵器将环隙A间隔为上下两个环隙，上环隙与下环隙通过封堵器与井眼之间的间隙连通。

封堵器外径比钻头在大外径小～毫米。

本发明的优点包括：（1）由于本发明采用双壁钻杆和套管双通道注入气体方法，所需气量仅是正循环需气量的1/5～1/6，且钻井时很少出现岩屑重复破碎，速度是常规PDC钻井的3～4倍；特别是当井径加大时，钻井费用同比可减少1/3；岩屑由内管排出，上返风速不受井径大小的影响，有利于减少井下复杂；流体介质无漏失，钻遇溶洞或大裂缝也不会出现因漏气而终止钻井；因此，气体反循环钻井技术用气量小，钻速快，能够实现低成本钻井；（2）实现该方法的系统中借鉴了大量现有技术装置，降低了设备造价和维护成本；（3）采用该方法更适合石油钻探领域钻井井控和钻井安全要求；（4）该方法还可广泛应用于油气钻井、地热钻井和煤层气钻井。

附图说明

图1是本发明一种气体反循环钻井方法的注入气体循环钻进状态系统结构示意图。

图2是本发明一种气体反循环钻井方法的停止注气非循环钻进状态系统结构示意图。

图中：1.主气体发生装置，2.顶驱，3.顶驱适配器，4.辅助气体发生装置，5.旋转防喷导流装置，6.常规防喷器组，7.套管，8.双壁钻杆，9.封堵器，10.流道转换装置，11.常规钻具，12.钻头，13.环隙A ，14.环隙B，15.孔道A， 16.沉砂池，30.孔道B，31.孔道C ，80.外钻杆，81.内钻杆，101.孔道C，102.滑动活塞，103.孔道D。

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和2，一种气体反循环钻井方法所采用的钻井系统包括：钻井泵组、顶驱2、顶驱适配器3、旋转防喷导流装置5、防喷器组6、套管7、双壁钻杆8、流道转换装置10、常规钻具11和钻头12。其中：所述双壁钻杆8由同心的内钻杆81和外钻杆80组成，内钻杆81和外钻杆80之间构成环隙B14，在内钻杆81和外钻杆80下端部径向设有孔道D103，孔道D103与双壁钻杆8内部孔道A15和外部环隙A13贯通，内钻杆81的内部形成孔道A15，双壁钻杆8上端依次连接顶驱适配器3、顶驱2，双壁钻杆8下端依次连接有流道转换装置10、常规钻具11和钻头12构成井下钻具组合。所述常规钻具11包括常规钻铤以及常规单壁钻杆用井下止回阀等。所述顶驱适配器3加工有孔道B30和孔道C31，孔道B30连通顶驱3通道和环隙B14，孔道C31连通孔道A15至井口出口。所述钻井泵组为气体发生装置，气体发生装置通过管道与顶驱2、旋转防喷导流装置5连通。所述流道转换装置10包括活塞102和活塞套，活塞102与内钻杆81下端部设置的孔道D103构成轴向滑动密封配合，活塞套固定在活塞下部的外钻杆80内，活塞套外壁设有轴向贯通的通道，活塞套内部设有与活塞103配合的驱动机构。

所述驱动机构为在活塞套内部的活塞103外壁上设有与活塞套滑动配合的活塞环，活塞环的上下与活塞套间隔为上下两个活塞腔，在活塞套底部设有与双壁钻杆8外部环隙A13连通孔。

所述活塞103下部和活塞套之间设有弹簧。

所述活塞103和活塞环上设有密封圈；所述气体发生装置包括主气体发生装置1和辅助气体发生装置2，分别与顶驱2、旋转防喷导流装置5连接。

在流道转换装置10上部的双壁钻杆8上设有封堵器9，封堵器9将环隙A13间隔为上下两个环隙，上环隙与下环隙通过封堵器9与井眼之间的间隙连通。

封堵器9外径比钻头在大外径小2～6毫米。

基于上述钻井系统的钻井方法包括：

注入气体循环钻进时，主气体发生装置1注入气体经过顶驱2、顶驱适配器孔道B30、双壁钻杆环隙B14 、流道转换装置孔道C101、常规钻具11和钻头12，进入环隙A13；辅助气体发生装置4的注入气体通过旋转防喷导流装置5进入环隙A13；通过环隙B14向下注入的气体作用到滑动活塞102下部的活塞环上部致使活塞102处于下支点，孔道D103开启；主气体发生装置1的注入气体以及辅助气体发生装置4的注入气体在环隙A13中汇合后经过流道转换装置10中孔道D103 、双壁钻杆孔道A15和顶驱适配器孔道C31返回井口进入沉砂池16。

停止注气非钻进时，如果环隙A13中压力大于双壁钻杆8内部压力时，在环隙A13中压力或者弹簧力作用下活塞102处于上支点，孔道D103关闭；常规钻具11包括常规单壁钻杆用井下止回阀；因此，当有地层流体溢出时，停止注气，双壁钻杆的环隙B14以及孔道A15均被关闭，可以防止地层流体进入双壁钻杆内部。

Claims (6)

1.停止注气非钻进时，环隙A（13）中的压力通过驱动机构向上驱动活塞（102）处于上支点，孔道D（103）和孔道A（15）关闭，阻断地层流体进入双壁钻杆内部。

2.根据权利要求1所述的气体反循环钻井方法，其特征在于：所述驱动机构为在活塞套内部的活塞（103）外壁上设有与活塞套滑动配合的活塞环，活塞环的上下与活塞套间隔为上下两个活塞腔，在活塞套底部设有与双壁钻杆(8)外部环隙A（13）连通孔。

3.根据权利要求2所述的气体反循环钻井方法，其特征在于：所述活塞（103）下部和活塞套之间设有弹簧。

4.根据权利要求2所述的气体反循环钻井方法，其特征在于：所述活塞（103）和活塞环上设有密封圈；所述气体发生装置包括主气体发生装置（1）和辅助气体发生装置（2），分别与顶驱（2）、旋转防喷导流装置（5）连接。

5.根据权利要求1或2、3、4所述的气体反循环钻井方法，其特征在于：在流道转换装置(10)上部的双壁钻杆(8)上设有封堵器(9)，封堵器（9）将环隙A（13）间隔为上下两个环隙，上环隙与下环隙通过封堵器（9）与井眼之间的间隙连通。

6.根据权利要求4所述的气体反循环钻井方法，其特征在于：封堵器（9）外径比钻头在大外径小2～6毫米。