CN117072077A - 液力举升多梯度钻井管柱、钻井系统及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液力举升多梯度钻井管柱、钻井系统及钻井方法，该多梯度钻井管柱中，多通道钻杆具有动力液流入流道、动力液流出流道和钻井液流道；流体注入适配系统安装于多通道钻杆的上端；井下举升动力系统安装于多通道钻杆且与环空或者钻井液流道连通；流体注入适配系统注入的动力液能够经动力液流入流道流入井下举升动力系统，并经动力液流出流道返回流体注入适配系统，并且，井下举升动力系统能够受动力液的驱动而运转以为钻井液增压，解决了陆地和海洋复杂地层钻井作业中，地层压力难以预测且压力体系复杂，安全风险高、作业周期长的技术问题。

Description

液力举升多梯度钻井管柱、钻井系统及钻井方法

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻完井与天然气水合物钻采的技术领域，尤其涉及一种液力举升多梯度钻井管柱、钻井系统及钻井方法。

背景技术

随着油气资源勘探开发的不断深入，油气钻探逐渐向新区域、新深度、新层位、新环境迈进，地层未知性和复杂程度进一步增加，在一些陆地及海上油气田，钻井过程中的井筒安全控制难度持续增大。在一些陆上区域，油气勘探开发过程中面临着复杂的地质条件，钻遇地层的压力难以准确预测、同一裸眼段可能存在多套压力体系，导致安全密度窗口极窄；在一些海洋钻井作业中，由于海底地层弱胶结，同样导致了安全密度窗口窄的问题。

在复杂压力系统下，溢漏同存等问题频发，已经成为制约陆地和海洋油气田安全、高效开发的瓶颈难题。当钻遇大裂缝、溶洞时，高密度钻井液易引发恶性漏失，当钻遇高压气层、水层时，异常地层压力易引发溢流井涌，恶性溢流或者井漏处理不当更有可能引起井塌、卡钻、井涌、井喷等次生复杂事故，导致人员伤亡和经济损失。

为了应对复杂地层导致的井筒安全控制难题，目前主要研究发展了井底恒压式控压钻井技术、双梯度钻井技术等应对方法。

现有的井底恒压式控压钻井技术，主要是通过井口节流与地面补压的方式，实现对整个井眼环空压力剖面的精确控制，但该技术受到井筒流体静液柱压力限制，无法在其基础上实现向下降低的调节，单一的环空压力梯度体系在多压力复杂地层条件下可能面临“进退两难”的险境。

现有的双梯度钻井技术，主要包括：注低密度介质双梯度钻井、海底泵举升双梯度钻井、无隔水管控制泥浆液面高度双梯度钻井等。其中，注低密度介质双梯度钻井，主要实现方法是：向井筒环空中注入低密度介质并与常规钻井液混合，达到降低部分井段液柱压力的效果，具体又分为：注空心微球法、注气法和注低密度液体法。海底泵举升双梯度钻井，主要通过采用海底泵举升返回泥浆，同时隔水管内采用与海水相近密度的流体，达到双梯度钻井效果。无隔水管控制泥浆液面高度双梯度钻井，是通过安装海底泵，调节控制隔水管内部钻井液液面高度的方式，实现钻井液的闭路循环及对井底压力的精确控制。

现有的双梯度钻井方案，以海洋环境应用为基础，占用井下空间较大，基本不适用于陆地钻井环境，且对于井筒压力剖面的调节只能实现两种梯度，灵活度较低、可靠性难以保证。

因此，在复杂地质条件的钻井作业中，现有技术面临技术瓶颈和环境、成本限制，亟需形成新技术、新方法以支撑钻井作业打成打快，实现降本增效。

发明内容

本发明的目的是提供一种液力举升多梯度钻井管柱、钻井系统及钻井方法，以解决陆地和海洋复杂地层钻井作业中，地层压力难以预测且压力体系复杂，安全风险高、作业周期长的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种液力举升多梯度钻井管柱，包括：

多通道钻杆，其具有动力液流入流道、动力液流出流道和钻井液流道；

流体注入适配系统，其安装于所述多通道钻杆的上端；

至少一个井下举升动力系统；

所述井下举升动力系统安装于所述多通道钻杆，且与所述环空或者所述钻井液流道连通；所述流体注入适配系统注入的动力液能够经所述动力液流入流道流入所述井下举升动力系统，并在流经所述井下举升动力系统后经所述动力液流出流道返回所述流体注入适配系统，并且，所述井下举升动力系统能够受动力液的驱动而运转以为钻井液流经所述井下举升动力系统时增压。

在优选的实施方式中，所述井下举升动力系统包括与所述环空连通的系统流体吸入口和系统流体排出口，所述环空的钻井液能够被所述井下举升动力系统经所述系统流体吸入口吸入，并经所述系统流体排出口排出至所述环空。

在优选的实施方式中，所述液力举升多梯度钻井管柱包括环空封隔系统，所述环空封隔系统安装于所述井下举升动力系统外且用于封隔所述环空，所述系统流体吸入口和所述系统流体排出口分别设置于所述环空封隔系统的上下两侧。

在优选的实施方式中，所述多通道钻杆包括多个钻杆节，所述井下举升动力系统设置于相邻的两个所述钻杆节之间。

在优选的实施方式中，所述多通道钻杆包括中心管、第一弧形板和第二弧形板，所述钻井液流道设置于所述中心管内；所述第一弧形板和所述第二弧形板均设置于所述中心管外，所述第一弧形板与所述中心管之间构造出所述动力液流入流道，所述第二弧形板与所述中心管之间构造出所述动力液流出流道。

在优选的实施方式中，所述第一弧形板与所述第二弧形板为一管体的两部分；所述多通道钻杆包括用于隔断所述动力液流入流道与所述动力液流出流道的隔板。

在优选的实施方式中，所述多通道钻杆包括中心管、中管和外管，所述钻井液流道设置于所述中心管内；所述中管与所述中心管之间和所述中管与所述外管之间，构造出所述动力液流出流道和所述动力液流入流道。

在优选的实施方式中，所述井下举升动力系统包括系统驱动装置和环空举升装置；所述系统流体吸入口和所述系统流体排出口均设置于所述环空举升装置；所述动力液流入流道和所述动力液流出流道均与所述系统驱动装置连通，所述系统驱动装置能够受动力液的驱动而运转并带动所述环空举升装置运转。

在优选的实施方式中，所述系统驱动装置包括第一涡轮机构。

在优选的实施方式中，所述环空举升装置包括第二涡轮机构。

在优选的实施方式中，所述系统驱动装置包括螺杆机构。

在优选的实施方式中，所述环空举升装置包括蜗杆机构。

在优选的实施方式中，所述流体注入适配系统设置有动力液注入流道和动力液排出流道，所述动力液注入流道通过所述动力液流入流道与所述系统驱动装置连通，所述动力液排出流道通过所述动力液流出流道与所述系统驱动装置连通。

在优选的实施方式中，所述液力举升多梯度钻井管柱包括数据监测系统，所述数据监测系统包括设置于所述多通道钻杆的井下部分的井下测量工具。

本发明提供一种液力举升多梯度钻井系统，包括：井口管汇系统；上述的液力举升多梯度钻井管柱，所述井口管汇系统与所述液力举升多梯度钻井管柱中的动力液流入流道、动力液流出流道、钻井液流道及井口装置连通。

本发明提供一种液力举升多梯度钻井方法，采用上述的液力举升多梯度钻井管柱；所述井下举升动力系统受动力液的驱动而运转，并为钻井液流经所述井下举升动力系统时增压。

在优选的实施方式中，所述液力举升多梯度钻井管柱包括多个所述井下举升动力系统，各个所述井下举升动力系统的举升性能相同或者不相同。

本发明的特点及优点是：

本发明提供的液力举升多梯度钻井管柱、钻井系统及钻井方法，通过液力举升的方式，实现钻井过程中上返的钻井液的压力梯度的多级调节；能够解决油气钻井过程中由于钻遇地层压力体系多、钻井液密度窗口窄导致的溢漏并存难题。在多压力系统下，能够快速进行井筒压力调节，实现防止漏失与平衡高地层压力的调和。本发明具有占用空间小、压力调节快速平稳、与常规钻井作业融合度高等多项优点。

而且，原本由地面钻井泵提供的上返的钻井液的流动能量，部分地被井下举升动力系统分担，因此，井下举升动力系统启动时，井底压力和钻井泵泵压均有所下降，在降低井底压漏地层风险的同时，也减轻了地面钻井泵的工作负担。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的液力举升多梯度钻井管柱的一实施例的工作状态示意图；

图2为图1所示的液力举升多梯度钻井管柱中的流体注入适配系统的结构示意图；

图3为图1所示的液力举升多梯度钻井管柱中的多通道钻杆的结构示意图；

图3A为图3的横切图；

图4为图1所示的液力举升多梯度钻井管柱中的井下举升动力系统的结构示意图；

图5为图1所示的液力举升多梯度钻井管柱中的环空封隔系统的工作状态示意图；

图6为图1所示的液力举升多梯度钻井管柱多梯度钻井井筒压力分布图；

图7为本发明提供的液力举升多梯度钻井管柱的一实施例的工作状态示意图；

图8为图7所示的液力举升多梯度钻井管柱中的流体注入适配系统的结构示意图；

图9为图7所示的液力举升多梯度钻井管柱中的多通道钻杆的结构示意图；

图9A为图3的横切图；

图10为图7所示的液力举升多梯度钻井管柱中的井下举升动力系统的结构示意图；

图11为图7所示的液力举升多梯度钻井管柱中的环空封隔系统的工作状态示意图；

图12为图7所示的液力举升多梯度钻井管柱多梯度钻井井筒压力分布图。

附图标号说明：

1、多通道钻杆；10、钻杆节；

11、钻井液流道；12、动力液流入流道；13、动力液流出流道；

14、中心管；

151、第一弧形板；152、第二弧形板；153、隔板；

161、中管；162、外管；

2、流体注入适配系统；

21、动力液注入流道；22、动力液排出流道；

23、钻井液流动通道；

24、旋转流道口；25、中心流道口；

3、井下举升动力系统；301、第一级井下举升动力系统；302、第二级井下举升动力系统；303、第三级井下举升动力系统；

31、系统流体吸入口；32、系统流体排出口；

33、环空举升装置；331、第二涡轮机构；332、蜗杆机构；

34、系统驱动装置；341、第一涡轮机构；342、螺杆机构；

35、动力传递装置；

4、环空封隔系统；

41、橡胶塞；42、塑料挡片；

51、方钻杆；52、顶驱；53、钻头；54、井口装置；

6、井口管汇系统；

61、钻井泥浆泵；62、钻井液固相控制系统；

63、钻台面；

7、数据监测系统；71、井下测量工具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

方案一

本发明提供了一种液力举升多梯度钻井管柱，如图1-图12所示，该液力举升多梯度钻井管柱包括：多通道钻杆1、流体注入适配系统2和至少一个井下举升动力系统3，多通道钻杆1具有动力液流入流道12、动力液流出流道13和钻井液流道11；流体注入适配系统2安装于多通道钻杆1的上端；井下举升动力系统3安装于多通道钻杆1，且与环空连通；流体注入适配系统2注入的动力液能够经动力液流入流道12流入井下举升动力系统3，并在流经井下举升动力系统3后经动力液流出流道13返回流体注入适配系统2，并且，井下举升动力系统3能够受动力液的驱动而运转以为钻井液流经井下举升动力系统3时增压。

井下举升动力系统3受动力液的驱动而运转时，环空或钻井液流道11中的钻井液在该井下举升动力系统3处获得额外驱动力，从而在协助举升作用下，返回地面。上返的钻井液的压力分布由原本的单线性分布，转变为以井下举升动力系统3为分割点的多线性分布，上返的钻井液的压力梯度，可等效为以井下举升动力系统3为分割点的多级压力梯度。

本发明提供的液力举升多梯度钻井管柱，通过液力举升的方式，实现钻井过程中上返的钻井液的压力梯度的多级调节；能够解决油气钻井过程中由于钻遇地层压力体系多、钻井液密度窗口窄导致的溢漏并存难题。在多压力系统下，实现防止漏失与平衡高地层压力的调和。

而且，原本由地面钻井泵提供的上返的钻井液的流动能量，部分地被井下举升动力系统3分担，因此，井下举升动力系统3启动时，井底压力和钻井泵泵压均有所下降，在降低井底压漏地层风险的同时，也减轻了地面钻井泵的工作负担。

常规钻井中，钻井液自地面注入钻柱内腔，经钻柱内腔流动至钻头53位置，而后从钻头53流道流出，经钻柱与井壁或套管形成的井筒环空返回至地面，钻井液的这种流动方式称作正循环。正循环时，钻井液从多通道钻杆1内向下流动至钻头53位置，并经井筒环空上返至地面。井下举升动力系统3与环空连通，井下举升动力系统3能够受动力液的驱动而运转以为环空中的钻井液增压。

如图4和图10所示，井下举升动力系统3包括系统流体吸入口31和系统流体排出口32，系统流体吸入口31和系统流体排出口32分别与环空连通，环空的钻井液能够被井下举升动力系统3经系统流体吸入口31吸入，并经系统流体排出口32排出至环空。

在一些实施方式中，该液力举升多梯度钻井管柱包括环空封隔系统4，环空封隔系统4安装于井下举升动力系统3外且用于封隔环空，系统流体吸入口31和系统流体排出口32分别设置于环空封隔系统4的上下两侧。井下举升动力系统3处安装有环空封隔系统4，实现流体阻隔作用，通过隔断井下举升动力系统3的系统流体吸入口31与系统流体排出口32，防止钻井液从井下举升动力系统3的系统流体排出口32排出后，被系统流体吸入口31重新吸入而形成短程循环，避免钻井液短程循环影响举升效率，达到提高钻井液举升性能及效率的作用。

环空封隔系统4可以包括橡胶塞41或者塑料挡片42，橡胶塞41或者塑料挡片42能够与井壁或套管配合，从而阻挡环空流体。

在一实施例中，环空封隔系统4包括橡胶塞41，如图5所示，橡胶塞41可膨胀并可由压力驱动开启及关闭，当压力大于橡胶塞41膨胀压力时，橡胶塞41膨胀打开，将环空封隔；当压力小于橡胶塞41解封压力时，橡胶收缩关闭，解除环空封隔。优选地，橡胶塞41中添加有耐磨颗粒或粗纤维等材料，以提高材料耐磨性，可在井下与井壁的往复摩擦中保持一定的封隔性能。

在另一实施例中，环空封隔系统4包括塑料挡片42，如图11所示，塑料挡片42可由压力进行控制，当压力大于挡片伸出压力时，挡片伸出，将环空封隔；当压力小于挡片伸出压力时，挡片收回，解除环空封隔。塑料挡片42为定型的，塑料挡片42与井径尺寸近似，可以采用硬质塑料。优选地，塑料挡片42中添加有耐磨颗粒或粗纤维等材料以提高材料耐磨性，可在井下与井壁的往复摩擦中保持一定的封隔性能。

进一步地，环空封隔系统4的特点可以包括：(1)该环空封隔系统4包括一个或多个具有一定强度的可阻挡环空流体的定型或可膨胀封隔部件组成，封隔部件可以为橡胶塞41或者塑料挡片42，封隔部件的封隔最大尺寸与井筒直径近似；(2)封隔部件材料具有一定耐磨性及抗冲击性，对与井壁的往复摩擦及钻柱振动具有一定的承受能力；(3)该环空封隔系统4可通过人工地面干预控制，可通过机械或液压方法控制封隔部件的开启与关闭，在常规钻井中关闭，避免干扰环空钻井液流动，在多梯度钻井时开启，阻隔环空流体短程循环。

动力液的向下输送和上返均通过多通道钻杆1来实现。在一实施方式中，多通道钻杆1的动力液流出流道13和动力液流入流道12分别与井下举升动力系统3连通，动力液通过动力液流入流道12流进井下举升动力系统3，并流经井下举升动力系统3后进入动力液流出流道13。

在另一实施方式中，多通道钻杆1包括多个钻杆节10，井下举升动力系统3设置于相邻的两个钻杆节10之间，如图1、图3、图7和图9所示，钻杆节10与井下举升动力系统3沿纵向分布，井下举升动力系统3的上端和下端分别与钻杆节10连接；各个钻杆节10分别设置有动力液流入流道12、动力液流出流道13和钻井液流道11，钻杆节10的流道与井下举升动力系统3中相应的流道对接，各个钻杆节10的动力液流入流道12通过井下举升动力系统3中相应的流道实现相连通，各个钻杆节10的动力液流出流道13也通过井下举升动力系统3中相应的流道实现相连通，各个钻杆节10的钻井液流道11也通过井下举升动力系统3中相应的流道实现相连通。例如，井下举升动力系统3本身设计有流道，动力液驱动一个井下举升动力系统3后可以经其自身设计的流道，继续向下流向钻杆节10的流道，并进入下一个井下举升动力系统3，实现动力液向下流动。当该多梯度钻井管柱具有多个井下举升动力系统3时，如图1和图7所示，钻杆节10与井下举升动力系统3可以沿纵向交替布置且首尾连接。

多通道钻杆1的结构形式不限于一种。

在一实施例中，多通道钻杆1包括中心管14、第一弧形板151和第二弧形板152，如图3和图3A所示，钻井液流道11设置于中心管14内；第一弧形板151和第二弧形板152均设置于中心管14外，第一弧形板151与中心管14之间构造出动力液流入流道12，第二弧形板152与中心管14之间构造出动力液流出流道13。在另一实施例中，第二弧形板152与中心管14之间构造出动力液流入流道12，第一弧形板151与中心管14之间构造出动力液流出流道13。当多通道钻杆1包括多个钻杆节10时，则各个钻杆节10分别设置有相配合的中心管14、第一弧形板151和第二弧形板152。

进一步地，第一弧形板151与第二弧形板152为一管体的两部分；多通道钻杆1包括用于隔断动力液流入流道12与动力液流出流道13的隔板153。优选地，如图3A所示，第一弧形板151和第二弧形板152是一体的，第一弧形板151和第二弧形板152合成一个圆管，隔板153设置于该圆管与中心管14之间，以分隔出相独立的动力液流入流道12和动力液流出流道13。

在另一实施例中，多通道钻杆1包括中心管14、中管161和外管162，钻井液流道11设置于中心管14内；中管161与中心管14之间和中管161与外管162之间，构造出动力液流出流道13和动力液流入流道12。具体地，中管161与中心管14之间构造出动力液流出流道13，中管161与外管162之间构造出动力液流入流道12；或者，如图9和图9A所示，中管161与中心管14之间构造出动力液流入流道12，中管161与外管162之间构造出动力液流出流道13。

多通道钻杆1的主要功能是实现动力液与钻井液的分隔流动，可为动力液与钻井液分别提供独立的流动通道，避免2种流体体系发生混合。

多通道钻杆1的特点可以包括：

(1)多通道钻杆1具有三个及以上流道，动力液流入流道12、动力液流出流道、钻井液流道11间彼此分离，互不干扰，动力液可通过流入及流出流道完成井下密闭循环，不与钻井液混合；

(2)钻杆节10彼此之间，可以通过螺纹或接头进行连接，在井口可通过流体注入适配系统2与钻井顶驱52装置或方钻杆51进行连接；

(3)钻杆节10在井下可与井下举升动力系统3连接，动力液由动力液流入流道12流入井下举升动力系统3，驱动井下举升动力系统3后，再流入动力液流出流道13。

在一实施方式中，井下举升动力系统3包括系统驱动装置34和环空举升装置33；系统流体吸入口31和系统流体排出口32均设置于环空举升装置33；动力液流入流道12和动力液流出流道13均与系统驱动装置34连通，系统驱动装置34能够受动力液的驱动而运转，并带动环空举升装置33运转。

系统驱动装置34和环空举升装置33的结构形式不限于一种。例如，系统驱动装置34可以为第一涡轮机构341或者螺杆机构342，环空举升装置33可以为第二涡轮机构331或者蜗杆机构332。

在一实施例中，系统驱动装置34包括第一涡轮机构341。如图4所示，环空举升装置33包括第二涡轮机构331，第一涡轮机构341与第二涡轮机构331构成井下举升泵。

在另一实施例中，系统驱动装置34包括螺杆机构342。如图10所示，环空举升装置33包括蜗杆机构332，螺杆机构342与蜗杆机构332构成井下举升泵。

井下举升动力系统3为环空钻井液提供举升动力，由液力驱动，能够实现流体能量的转化，可将动力液动能转化为系统机械能，推动环空流体流动，进一步转化为环空流体动能。系统驱动装置34运转时，可通过动力传递装置35带动环空举升装置33运转。

进一步地，井下举升动力系统3的特点可以包括：

(1)该井下举升动力系统3还包括系统壳体和密封组件，其中，系统壳体为该系统的保护外壳，其主要作用为给其他部件提供安装空间、承受系统内外流体压力、防止系统其他部件受撞击损坏，以及为系统驱动装置及环空举升装置提供流道吸入口、排出口；密封组件主要作用为保障系统流道出入口流体密封性以及系统壳体与系统驱动装置、系统壳体与环空举升装置的密封性，维持流体压力，避免动力液与钻井液泄露；

(2)系统驱动装置主要作用为接受动力液能量驱动，动力液由多通道钻杆1的动力液流道流入系统驱动装置，驱动其运转，将流体动能转化为系统驱动装置机械能；

(3)环空举升装置主要作用为将系统机械能输出为环空流体动能，当其运转时，环空流体由系统流体吸入口31被吸入环空举升装置，获得额外流速与压力后由系统流体排出口32排出，达到举升环空钻井液的效果

(4)动力传递装置35主要作用为衔接系统驱动装置及环空举升装置，将液力驱动后的系统驱动装置机械能通过传动结构传递至环空举升装置，使环空举升装置运转。动力传递装置35可以包括传动杆或者传动套等结构，系统驱动装置及环空举升装置由动力传递装置35进行连接，实现系统机械能的传递；

(5)该井下举升动力系统3两端部均可通过转换接头同普通钻杆或多通道钻杆1相连接，其钻井液流道11可与普通钻杆或多通道钻杆1的钻井液流道联通；

(6)该井下举升动力系统3可多级安装于不同井深位置，不同井下举升动力系统3的工作效果可叠加，达到多级举升和多梯度钻井的作用。

在一实施方式中，流体注入适配系统2设置有动力液注入流道21和动力液排出流道22，动力液注入流道21通过动力液流入流道12与系统驱动装置34连通，动力液排出流道22通过动力液流出流道13与系统驱动装置34连通。例如，流体注入适配系统2设置有旋转注入通道、旋转排出流道和动密封，分内外壳体，注入时，外壳体不转，内壳体随钻柱转动。

动力液注入流道21和动力液排出流道22分别设置有旋转流道口24，如图2和图8所示，其中一个旋转流道口24作为动力液注入口，另一个旋转流道口24作为动力液排出口，两流道口向内可与多通道钻杆1的环空流道相连接，向外可连接井口管汇系统6实现动力液的流入排出。该流体注入适配系统2可以采用动密封承压设计，在钻井过程中可保持钻柱旋转，动力液经由旋转流道口24注入，并进入多通道钻杆1，最后循环后重新由多通道钻杆1返回至另一个旋转流道口24排出。两个旋转流道口24彼此呈相对排列或者分两侧排列。

流体注入适配系统2还设置有一个作为钻井液循环通道入口的中心流道口25，钻井液可由上部顶驱52装置流入中心流道口25，经由下方连接的多通道钻杆1内腔流入井内；或者，钻井液可由上部方钻杆51内腔流入中心流道口25，经由下方连接的多通道钻杆1内腔流入井内。

流体注入适配系统2具有良好密封性，可以安装于顶驱52位置，位于钻台面63上方，可随顶驱52的上升下降而发生高度改变；流体注入适配系统2也可以安装于井口位置，位于钻台面63下方，可随方钻杆51的起下钻携带发生高度改变。流体注入适配系统2可以设置在顶驱52和多通道钻杆1之间，钻井时，跟随顶驱52随着钻进而逐渐下移，起钻时，即跟随上移。

流体注入适配系统2分隔动力液与钻井液，可为2种流体体系分别提供独立的注入通道，并可在普通钻杆或上述多通道钻杆1旋转、起下钻、停止等常见钻井工况中实现动力液、钻井液的连续密闭循环。

进一步地，流体注入适配系统2的特点可以包括：

(1)流体注入适配系统2包括系统壳体和旋转核心组件，系统壳体主要包括动力液注入口、动力液流动通道和动力液排出口，注入口与排出口可与旋转核心组件的流道相配合，旋转核心组件主要包括钻井液流道11、动力液注入流道21、动力液排出流道22，可与系统壳体装配；

(2)旋转核心组件的端部安装有轴承组件，轴承组件可限制旋转核心组件的上下活动范围，同时保持其与系统壳体之间的相对旋转功能；

(3)流体注入适配系统2还包括高压密封组件，高压密封组件主要包括轴承密封件及流道密封件，用于保持工作期间的轴承密封、动力液与钻井液的流动密封；

(4)流体注入适配系统2可安装于井口防喷器组以上或顶驱52以下位置，一端可与钻井顶驱52装置或方钻杆51连接，另一端可通过转换接头与普通钻杆或多通道钻杆1连接；

(5)流体注入适配系统2拥有的钻井液流动通道23可为顶驱52与多通道钻杆1、方钻杆51与多通道钻杆1之间的钻井液流动通道23提供衔接，保持钻井液的连续注入；动力液的注入口、注入流道、排出口和排出流道可维持动力液的连续注入及排出。

在一实施方式中，该液力举升多梯度钻井管柱包括数据监测系统7，数据监测系统7包括设置于多通道钻杆1的井下部分的井下测量工具71，用以监测和记录井下参数，获取准确的井底压力、温度等参数，为施工作业效果提供评价，指导地面施工参数调整。

进一步地，数据监测系统7包括地面部分，主要由压力传感器、流量计、温度传感器及控制计算机等部件组成，用以监测和记录的地面施工参数，包括动力液与钻井液的注入流量、注入压力、注入温度、排出流量、排出压力、排出温度以及地面井口回压等。地面部分监测和记录地面施工参数，为软件模块计算、数据实时优化、工况分析判断等操作提供基础。

安装于多通道钻杆1上端的井口装置54，与多通道钻杆1外的环空连通，钻井液能够经多通道钻杆1和井口装置54进行循环。具体地，数据监测系统7的地面部分，可与动力液输出装置出口、钻井泥浆泵61出口、井口管汇、井口装置54相连接，进行流体流量、压力及温度测量。井下测量工具71作为数据监测系统7的井下部分，主要监测和记录的井下参数包括井下压力、井下温度等，井下部分与常规钻杆或多通道钻杆1相连接，进行井下压力及温度测量。数据监测系统7可与控制计算机交互，将监测和记录的数据传输至计算机进行存储和数据处理。

为避免驱动井下举升动力系统3的动力液与钻井液混合，杜绝流体污染和压力干扰问题，同时减轻地面设备负担，本发明提供的液力举升多梯度钻井管柱的一些实施方式，采用将动力液与钻井液分离的方式实现该多梯度钻井。其中，钻井液为常规钻井作业中用以平衡地层压力、携带岩屑的作业流体，动力液为驱动井下举升动力系统3的流体体系。

动力液与钻井液的流体体系独立，钻井液视现场实际钻井需求配置，动力液可采用与钻井液相同或不同的流体体系。2种流体分别由地面液压泵、钻井泥浆泵61驱动。其中，钻井液、动力液具有各自独立的地面管汇，由流体注入适配系统2实现钻井过程中各自的独立循环，流体注入适配系统2可保持钻井期间钻柱旋转、上提下放、带压循环等多种作业方式。

动力液与钻井液，经流体注入适配系统2注入井筒后，进入多通道钻杆1，多通道钻杆1可为2种流体提供独立的流道，动力液与钻井液在各自设计流道中流动，彼此独立，互不干扰。其中，动力液经由多通道钻杆1流至井下举升动力系统3，在该系统内部组件作用下，动力液动能首先转化为机械能驱动井下举升动力系统3运转。

钻井液经由多通道钻杆1或普通钻杆流至钻头53处，由钻头53水眼或喷嘴进入环空，携带岩屑沿井筒环空上返。在井下举升动力系统3启动工作后，环空钻井液在上返过程中进入井下举升动力系统3吸入口，井下举升动力系统3内部组件机械能转化为环空钻井液的动能，环空钻井液获得额外动能后由井下举升动力系统3排出口流出。同时，井下举升动力系统3处安装有环空封隔系统4，实现流体阻隔作用，防止井下举升动力系统3的系统流体排出口32流出的钻井液被重新吸入，造成环空钻井液短程循环影响举升效率。

井下举升动力系统3可分多级安装于不同设计井深处，由动力液统一驱动，对环空钻井液进行多级举升，实现多梯度压力改变。多个井下举升动力系统3可以采用串联或者并联的方式连接，采用串联时，动力液流经一个井下举升动力系统3并驱动其系统驱动装置34后，继续向下流入下一个井下举升动力系统3。采用并联时，动力液的一部分流经一个井下举升动力系统3并驱动其系统驱动装置34；动力液的另一部分仅流经该井下举升动力系统3(通过独立的流道)但并不驱动其系统驱动装置34，这部分动力液向下流向下一个井下举升动力系统3。

动力液驱动井下举升动力系统3后，经由多通道钻杆1流道返回地面，并从流体注入适配系统2流出，进入井口管汇。环空钻井液经由井下举升动力系统3举升后，同样经由多通道钻杆1流道返回地面，通过井口管汇系统6流入钻井液处理系统，实现钻井液循环。经处理后的动力液与钻井液可重复上述过程，实现流体循环工作，保持液力举升多梯度钻井的连续作业。

为了加强陆地和海洋油气资源的勘探与开发，填补目前井筒压力控制技术体系中的空白，突破现有技术装备应对井下复杂，特别是突发漏失时受限于钻井液静液柱压力的局面，需要充分结合复杂地层钻井实际条件和井控安全考虑。针对陆地和海洋复杂地层钻井安全风险高、处理难度大等问题，本发明提供的液力举升多梯度钻井管柱的至少部分实施方式，能够通过液力举升的方式，在静液柱压力基础上，实现井筒压力整体和局部压力梯度的多级双向调节，能够解决油气钻井过程中由于钻遇地层压力体系多、钻井液密度窗口窄导致的溢漏并存难题，在多压力系统下，实现防止漏失与平衡高地层压力的调和。本发明同时适用于陆地和海洋复杂地层钻井压力控制，能够实现复杂地质条件下的安全高效钻井。

为了便于理解，图1-图5示出了一具体实施例。

如图1所示，在一口采用顶驱52驱动的油井施工作业中，采用一种相适应的具体的液力举升多梯度钻井管柱，该钻井管柱包括一种安装于顶驱52位置的流体注入适配系统2、一种具有三个通道的多通道钻杆1、一种由涡轮构成的井下举升动力系统3以及一种由耐磨橡胶制成的环空封隔系统4构成。其中，流体注入适配系统2与顶驱52相配合，多通道钻杆1与流体注入适配系统2连接，采用3级井下举升动力系统3，均与多通道钻杆1连接，且与井下举升动力系统3配合安装有环空封隔系统4，动力液与钻井液的流入排出均由井口管汇系统6控制，井口管汇系统6与井口装置54、钻井泥浆泵61、顶驱52、流体注入适配系统2及钻井液固相控制系统62等流体流经的钻井装备系统相连接。

如图2所示，采用的流体注入适配系统2，为一种安装于顶驱52位置的具有良好密封性的机械装置，位于钻台面63上方。该装置拥有两个旋转流道口24和一个中心流道口25。中心流道口25为钻井液循环通道入口，钻井液可由上部顶驱52装置流入，经由下方连接的多通道钻杆1内腔流入井内。旋转流道口24位于流体注入适配系统2的侧面，彼此呈相对排列，其中一个作为动力液注入口，另一个作为动力液排出口，两流道口向内可与多通道钻杆1的环空流道相连接，向外可连接井口管汇系统6实现动力液的流入排出。

该流体注入适配系统2采用动密封承压设计，在钻井过程中可保持钻柱旋转，动力液经由旋转流道口24注入，并进入多通道钻杆1，最后循环后重新由多通道钻杆1返回至另一个旋转流道口24排出。该流体注入适配系统2可随顶驱52的上升下降而发生高度改变。

该安装于顶驱52位置的流体注入适配系统2仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过改变流道形状、增加流道入口或调整流道角度等方法，还可获得其他相似形式的结构以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

如图3和图3A所示，采用的多通道钻杆1是一种具有三个通道的井下循环多通道钻杆1，该多通道钻杆1与常规双壁钻杆的区别在于多通道钻杆1环空被分隔为左右两个弧形环空，从而具有三个独立流道。其中环空两流道分别作为动力液流入流道与排出流道，动力液在一侧弧形环空注入后经过井下举升动力系统3，再经由另一侧弧形环空返出。中间圆形流道为钻井液注入流道，与井下举升动力系统3内腔贯通，可保证钻井液流至钻头53，并由钻头53水眼排出。

该具有三个通道的多通道钻杆1仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过将该多通道钻杆1修改为三通道以上数量、调整流道截面或调整多通道钻杆1尺寸，还可获得其他形式的结构以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

如图4所示，采用的井下举升动力系统3，为一种由两种涡轮构成的井下举升泵，具有一定的承压密封性。该系统的系统驱动装置及环空举升装置，均由涡轮构成，彼此通过机械结构的动力传递装置35连接，两组件的流道及腔体独立，不发生动力液与钻井液交换。在环空举升装置上部及下部，按一定角度对应等间距分布有流体排出口和吸入口，为钻井液提供举升通道。工作时，钻井液由上部钻杆内腔流入，经井下举升动力系统3内腔流向井底钻头53。动力液由多通道钻杆1的一侧弧形环空注入泵体后，推动位于系统驱动装置的涡轮旋转，然后由底部流道返回至多通道钻杆1的另一侧弧形环空。

系统驱动装置的涡轮，旋转后由动力传递装置35的机械结构，将扭矩传递至环空举升装置的涡轮，推动涡轮叶片旋转，产生流体驱动力。位于环空举升装置下部的环空钻井液，被流体吸入口吸入，旋转的涡轮叶片将动力传递装置35的机械动力，传递给环空钻井液，推动环空钻井液上行并由流体排出口排出。

该由涡轮构成的井下举升动力系统3，仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过调整涡轮尺寸及级数、改变整体结构尺寸、改变结构形状、更换系统驱动装置及环空举升装置类型等方法还可获得其他形式的结构以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

如图5所示，采用的环空封隔系统4，是一种由耐磨橡胶制成的可膨胀环空封隔装置，该装置设计有可由压力驱动开启及关闭的橡胶塞41，当压力大于橡胶塞41膨胀压力时，橡胶塞41膨胀打开，将环空封隔；当压力小于橡胶塞41解封压力时，橡胶收缩关闭，解除环空封隔。该装置安装于井下举升动力系统3下部的流体吸入口与排出口之间，阻断吸入口与排出口间可能发生的流体短程循环，耐磨橡胶中添加有耐磨颗粒或粗纤维等材料，以提高材料耐磨性，可在井下与井壁的往复摩擦中保持一定的封隔性能。

该由耐磨橡胶制成的环空封隔系统4仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过采用其他封隔材料，或通过调整尺寸、改变开启关闭方式等方法，还可获得其他形式的结构或材质以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

在一实施例中，基于上述的系统组成，进行多梯度钻井井筒压力控制，采用3级井下举升动力系统3进行环空流体举升，如图6所示，分别为第一级井下举升动力系统301、第二级井下举升动力系统302和第三级井下举升动力系统303。在启动多梯度钻井后，若各级井下举升系统实际举升性能相同，井筒环空压力分布将由原OG线转变为OF-ED-CB-AK线。压力突变点E、C、A点可用直线连接，因此其井筒环空等效压力可近似形成一种双梯度分布，为OA-AK线。在从第一级井下举升动力系统301依次启动至第三级井下举升动力系统303过程中，井底压力则依次从G点降低至I、J、K点，当关闭其中某一级或全部井下举升动力系统，则井底压力相应增加并最终恢复至G点，基于本发明的方法理念和系统组成形成的该实施例可有效实现井底压力的准确控制。

图7-图11示出了另一具体实施例。

如图7所示，在一口采用转盘钻井的油井施工作业中，采用一种相适应的具体的液力举升多梯度钻井方法与系统，该系统由一种安装于井口位置的流体注入适配系统2、一种具有双环空的多通道钻杆1、一种由螺杆机构342和蜗杆机构332构成的井下举升动力系统3以及一种由耐磨塑料制成的环空封隔系统4构成。其中，流体注入适配系统2与井口装置54及方钻杆51相配合，多通道钻杆1与流体注入适配系统2连接，采用3级井下举升动力系统3，均与多通道钻杆1连接，且与井下举升动力系统3配合安装有环空封隔系统4，动力液与钻井液的流入排出均由井口管汇系统6控制，井口管汇系统6与井口装置54、钻井泥浆泵61、方钻杆51、流体注入适配系统2及钻井液固相控制系统62等流体流经的钻井装备系统相连接。

如图8所示，采用的流体注入适配系统2为一种安装于井口位置的具有良好密封性的机械装置，位于钻台面63下方。该装置拥有两个旋转流道口24和一个中心流道口25。中心流道口25，为钻井液循环通道入口，钻井液可由上部方钻杆51内腔流入，经由下方连接的多通道钻杆1内腔流入井内。旋转流道口24，位于流体注入适配系统2的底部，分两侧排列，其中一个作为动力液注入口，另一个作为动力液排出口，两流道口向内可与多通道钻杆1的环空流道相连接，向外可连接井口管汇系统6实现动力液的流入排出。

该流体注入适配系统2采用动密封承压设计，在钻井过程中可保持钻柱旋转，动力液经由旋转流道口24注入，并进入多通道钻杆1，最后循环后重新由多通道钻杆1返回至另一个旋转流道口24排出。该流体注入适配系统2可随方钻杆51的起下钻携带发生高度改变。

该安装于井口位置的流体注入适配系统2仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过改变流道形状、增加流道入口或调整流道角度等方法还可获得其他形式的结构以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

如图9和图9A所示，采用的多通道钻杆1是一种具有双环空的井下循环钻杆，该多通道钻杆1为一种特制的三壁钻杆，多通道钻杆1除具有中间圆形流道外，还具有两层环空流道，从而具有三个独立流道。其中两环空流道分别作为动力液流入流道与排出流道，动力液从其中一层环空流道注入后经过井下举升动力系统3，再经由另一层环空流道返出。中间圆形流道为钻井液注入流道，与井下举升动力系统3内腔贯通，可保证钻井液流至钻头53，并由钻头53水眼排出。

该具有双环空的多通道钻杆1仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过将该多通道钻杆1增加环空数量、调整流道截面或调整多通道钻杆1尺寸还可获得其他形式的结构以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

如图10所示，采用的井下举升动力系统3为一种由螺杆机构342和蜗杆机构332构成的井下举升泵，具有一定的承压密封性。该系统的系统驱动装置由螺杆机构342构成，环空举升装置由蜗杆机构332构成，彼此通过机械结构的动力传递装置连接，两组件的流道及腔体独立，不发生动力液与钻井液交换。在环空举升装置上部及下部按一定角度对应等间距分布有流体排出口和吸入口，为钻井液提供举升通道。工作时，钻井液由上部多通道钻杆1内腔流入，经井下举升动力系统3内腔流向井底钻头53。动力液由多通道钻杆1的一层环空流道注入泵体后，推动位于系统驱动装置的螺杆旋转，然后由底部经两侧流道返回至多通道钻杆1的另一层环空流道。

系统驱动装置的螺杆旋转后由动力传递装置的机械结构将扭矩传递至环空举升装置的蜗杆，推动蜗杆旋转，产生流体驱动力。位于环空举升装置下部的环空钻井液被流体吸入口吸入，旋转的蜗杆将动力传递装置的机械动力传递给环空钻井液，推动环空钻井液上行并由流体排出口排出。

该由螺杆机构342和蜗杆机构332构成的井下举升动力系统3仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过调整螺杆或蜗杆尺寸、改变整体结构尺寸、改变结构形状、更换系统驱动装置及环空举升装置类型等方法还可获得其他形式的结构以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

如图11所示，采用的环空封隔系统4是一种由耐磨塑料制成的环空封隔装置，该装置设计有可由压力进行控制的与井径尺寸近似的塑料挡片42，当压力大于挡片伸出压力时，挡片伸出，将环空封隔；当压力小于挡片伸出压力时，挡片收回，解除环空封隔。

该装置安装于井下举升动力系统3下部的流体吸入口与排出口之间，阻断吸入口与排出口间可能发生的流体短程循环，耐磨塑料中添加有耐磨颗粒或粗纤维等材料以提高材料耐磨性，可在井下与井壁的往复摩擦中保持一定的封隔性能。

该由耐磨塑料制成的环空封隔系统4仅为该液力举升多梯度钻井方法理念结合现场需要的一种示例，通过采用其他封隔材料，或通过调整尺寸、改变开启关闭方式等方法还可获得其他形式的结构或材质以达到相同或相似的液力举升多梯度钻井功能。

在一实施例中，基于上述的系统组成，进行多梯度钻井井筒压力控制，采用3级井下举升动力系统3进行环空流体举升，如图12所示，分别为第一级井下举升动力系统301、第二级井下举升动力系统302和第三级井下举升动力系统303。在启动多梯度钻井后，若各级井下举升系统具有不同的举升性能，井筒环空压力分布将由原OG线转变为OF-ED-CB-AK线。压力突变点E、C、A点可用折线连接，因此其井筒环空等效压力可近似形成一种四梯度分布，分别为OE、EC、CA、AK线。

在从第一级井下举升动力系统301依次启动至第三级井下举升动力系统303过程中，井底压力则依次从G点降低至I、J、K点，当关闭其中某一级或全部井下举升动力系统，则井底压力相应增加并最终恢复至G点，基于本发明的方法理念和系统组成形成的该实施例，可有效实现井底压力的准确控制。

基于本发明的方法理念和系统组成可以结合现场条件和需求灵活形成其他多种实施例方案。

井筒环空压力是保障井筒与地层力学平衡的基础，是安全钻井的核心，也是长久以来未有效解决的重大难题，特别是油气勘探向复杂地层不断深入，地层压力不确定性、复杂性日益突出，单一的环空压力梯度已难以满足逐渐增多的溢漏同存等复杂工况安全施工要求，本发明提出了一种液力举升多梯度钻井管柱，有别于双梯度钻井技术，且可适用于陆地和海洋两大环境。本发明能够实现井筒环空压力的多梯度分布，同时能够进行井筒环空整体和局部的双向压力调节，压力可增可降，为复杂地层钻完井提供一种适应陆地条件的全新安全作业方式。

本发明提出的液力举升多梯度钻井管柱，在多压力系统下，能够快速进行井筒压力调节，实现防止漏失与平衡高地层压力的调和；并具有占用空间小、压力调节快速平稳、与常规钻井作业融合度高等多项优点，为陆地和海洋复杂地层钻进提供了更为灵活的钻井工艺理念，石油与天然气行业的一般设计及研发人员，可根据本发明的方法理念和系统组成，依据实际现场条件形成相匹配的多梯度钻井技术，可为现场解决复杂地层井塌、卡钻、井涌、井喷、漏喷同存等事故提供可行方案，为陆地和海洋油气安全高效开发提供技术支撑。

方案二

本发明提供了一种液力举升多梯度钻井系统，包括：井口管汇系统6和上述的液力举升多梯度钻井管柱，井口管汇系统6与液力举升多梯度钻井管柱中的动力液流入流道12、动力液流出流道13及钻井液流道11连通。井口管汇系统6的主要功能为输送流体，为液力举升多梯度钻井管柱中各装置及系统之间提供流体通道，该液力举升多梯度钻井系统具有上述液力举升多梯度钻井管柱的技术特点和技术效果，在此不再赘述。

进一步地，井口管汇系统6的特点包括：(1)井口管汇系统6可与流体注入适配系统2、动力液输出装置、钻井泥浆泵61、井口装置54、顶驱52、钻井液固相控制系统62等流体流动系统的节点装备连接，进行流体输送；井口管汇系统6能够承受一定流体压力，在流体带压流动条件下，具有良好的连接密封性；(2)井口管汇系统6主要由软硬管线、管汇接头、管汇连接件以及控制阀门组成，井口管汇系统6安装有多个控制阀门，能够进行管汇开启关闭、控制流体流量以及高压情况下紧急泄压；(3)井口管汇系统6主体为多段硬管线及软管线相互连接构成，在管汇连接位置由管汇接头和管汇连接件衔接，易于拆卸安装。

钻井液经井筒环空上返至地面后，最终流入钻井液多级固相控制系统，经过固相控制处理后重新进入循环系统。

流体注入适配系统2、多通道钻杆1、井下举升动力系统3、环空封隔系统4、数据监测系统7、井口管汇系统6。以上组成部分是在现有常规钻井井场及设备条件下的附加适配部分。

方案三

本发明提供了一种液力举升多梯度钻井方法，采用上述的液力举升多梯度钻井管柱与钻井系统；井下举升动力系统3受动力液的驱动而运转，并为钻井液流经井下举升动力系统3时增压。该液力举升多梯度钻井方法依靠井下流体举升，实现井筒流体压力分布的多梯度调节，并具有上述液力举升多梯度钻井管柱的技术特点和技术效果，在此不再赘述。

进一步地，液力举升多梯度钻井管柱包括多个井下举升动力系统3，各个井下举升动力系统3的举升性能相同或者不相同。在预先设计的井下相应位置处，安装有1个或多个井下举升动力系统3，该系统由液力进行驱动，当该系统未启动时，井筒环空压力梯度为单一梯度，压力分布为单线性分布，与常规钻井情况相同。当该系统启动时，环空流体在该系统处获得额外驱动力，从而在协助举升作用下，返回地面。井筒环空压力分布由原本的单线性分布，转变为以井下举升动力系统3为分割点的多线性分布，井筒环空压力梯度可等效为以井下举升动力系统3为分割点的多级压力梯度。

等效压力梯度分布特征，随井下举升动力系统3性能参数变化，当采用的井下举升动力系统3为相同扬程时，最底部井下举升动力系统3以上的各段流体等效压力分布为相同斜率的线性分布；当采用的井下举升动力系统3为不同扬程时，最底部井下举升动力系统3以上的各段流体等效压力分布为不同斜率的多段线性分布，其中，压力梯度数量取决于采用的井下举升动力系统3数量，当采用的井下举升动力系统3数量越多时，能够实现调节的压力梯度数量也越多。环空封隔系统4配合井下举升动力系统3数量进行多级安装。

由于原本由地面钻井泵提供的井筒流体流动能量，部分地被井下举升动力系统3分担，因此，该系统启动时，井底压力和钻井泵泵压均有所下降，在降低井底压漏地层风险的同时，也减轻了地面钻井泵的工作负担。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，包括：

多通道钻杆，其具有动力液流入流道、动力液流出流道和钻井液流道；

流体注入适配系统，其安装于所述多通道钻杆的上端；

至少一个井下举升动力系统；

所述井下举升动力系统安装于所述多通道钻杆，且与环空连通；所述流体注入适配系统注入的动力液能够经所述动力液流入流道流入所述井下举升动力系统，并在流经所述井下举升动力系统后经所述动力液流出流道返回所述流体注入适配系统，并且，所述井下举升动力系统能够受动力液的驱动而运转以为钻井液流经所述井下举升动力系统时增压。

2.根据权利要求1所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述井下举升动力系统包括与所述环空连通的系统流体吸入口和系统流体排出口，所述环空的钻井液能够被所述井下举升动力系统经所述系统流体吸入口吸入，并经所述系统流体排出口排出至所述环空。

3.根据权利要求2所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述液力举升多梯度钻井管柱包括环空封隔系统，所述环空封隔系统安装于所述井下举升动力系统外且用于封隔所述环空，所述系统流体吸入口和所述系统流体排出口分别设置于所述环空封隔系统的上下两侧。

4.根据权利要求3所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述多通道钻杆包括多个钻杆节，所述井下举升动力系统设置于相邻的两个所述钻杆节之间。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述多通道钻杆包括中心管、第一弧形板和第二弧形板，所述钻井液流道设置于所述中心管内；

所述第一弧形板和所述第二弧形板均设置于所述中心管外，所述第一弧形板与所述中心管之间构造出所述动力液流入流道，所述第二弧形板与所述中心管之间构造出所述动力液流出流道。

6.根据权利要求5所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述第一弧形板与所述第二弧形板为一管体的两部分；所述多通道钻杆包括用于隔断所述动力液流入流道与所述动力液流出流道的隔板。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述多通道钻杆包括中心管、中管和外管，所述钻井液流道设置于所述中心管内；

所述中管与所述中心管之间和所述中管与所述外管之间，构造出所述动力液流出流道和所述动力液流入流道。

8.根据权利要求2所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述井下举升动力系统包括系统驱动装置和环空举升装置；

所述系统流体吸入口和所述系统流体排出口均设置于所述环空举升装置；

所述动力液流入流道和所述动力液流出流道均与所述系统驱动装置连通，所述系统驱动装置能够受动力液的驱动而运转并带动所述环空举升装置运转。

9.根据权利要求8所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述系统驱动装置包括第一涡轮机构。

10.根据权利要求8或者9所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述环空举升装置包括第二涡轮机构。

11.根据权利要求8所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述系统驱动装置包括螺杆机构。

12.根据权利要求8或者11所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述环空举升装置包括蜗杆机构。

13.根据权利要求8所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述流体注入适配系统设置有动力液注入流道和动力液排出流道，

所述动力液注入流道通过所述动力液流入流道与所述系统驱动装置连通，

所述动力液排出流道通过所述动力液流出流道与所述系统驱动装置连通。

14.根据权利要求1所述的液力举升多梯度钻井管柱，其特征在于，

所述液力举升多梯度钻井管柱包括数据监测系统，所述数据监测系统包括设置于所述多通道钻杆的井下部分的井下测量工具。

15.一种液力举升多梯度钻井系统，其特征在于，包括：

井口管汇系统；

权利要求1-14中任一项所述的液力举升多梯度钻井管柱，所述井口管汇系统与所述液力举升多梯度钻井管柱中的动力液流入流道、动力液流出流道和钻井液流道连通。

16.一种液力举升多梯度钻井方法，其特征在于，采用权利要求1-14中任一项所述的液力举升多梯度钻井管柱；

所述井下举升动力系统受动力液的驱动而运转，并为钻井液流经所述井下举升动力系统时增压。

17.根据权利要求16所述的液力举升多梯度钻井方法，其特征在于，

所述液力举升多梯度钻井管柱包括多个所述井下举升动力系统，各个所述井下举升动力系统的举升性能相同或者不相同。