[發明專利]一種不間斷循環鉆井裝置

有效

• 申請號: 201010271989.1
• 申請日: 2010-09-01
• 公開（公告）號: CN101942977A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 馬青芳;胡志堅;肖建秋;王愛國;邵強
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B21/00
• 分類號: E21B21/00;E21B21/10
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

技術領域

本發明涉石油行業中的鉆井裝備領域，具體是一種在接單根鉆桿期間保持鉆井液不間斷循環的鉆井裝置。

背景技術

目前，常規鉆井作業，在接單根鉆桿前，必須首先關閉鉆井液泵，停止鉆井液循環，當完成接單根鉆桿操作后，再啟動鉆井液泵恢復鉆井液循環。當鉆井液循環停止時，井底產生的負激動壓力和巖屑沉降，極易導致井涌、氣侵、井壁坍塌和卡鉆等事故；當接單根后，重啟高壓鉆井泵，重新建立鉆井液循環，此時在井底引起的正激動壓力可能超過地層破裂壓力，造成鉆井液漏失。因此常規的鉆井液循環方式無法滿足窄鉆井液密度窗口等復雜地層的鉆井需求。

為了解決上述問題，國外首先提出了連續循環鉆井(ContinuousCirculation?System)的概念，并申請了相關專利(US6591916B1，US6315051B1，CA2550981A1)。之后國外研制出了連續循環系統樣機，并成功實現了商業化應用(SPE102851，SPE102859，SPE90702)，成為一項先進的技術裝備。國外連續循環系統主要由主機、分流裝置、動力單元以及控制系統組成。主機是連續循環系統的核心，主要包括鉆桿動力鉗(Iron?roughneck)、強行起下裝置(Snubber)、三聯防噴器組(BOP)和鉆井動力卡瓦(Power?slip)等，其中鉆桿動力鉗具有旋扣、緊扣及卸扣功能，同時在強行起下裝置的驅動下鉆桿能夠上下移動；防噴器組則由上半封閘板防噴器、中間全封閘板防噴器和下半封閘板防噴器組成，在鉆桿接頭周圍形成密閉腔體，在上半封閘板防噴器與中間全封閘板防噴器之間有一個旁通口；在下半封閘板防噴器與中間全封閘板防噴器之間有一個旁通口，兩個旁通口分別用于卸荷與分流；鉆井動力卡瓦則用于承受鉆柱懸重，并提供上卸扣反扭矩。

國外連續循環鉆井系統的工作原理是：當鉆桿上接頭位于下半封閘板防噴器的上端時，關閉上半封閘板防噴器和下半封閘板防噴器，在接頭周圍形成一個密閉的容腔；然后用鉆井動力卡瓦夾住下部鉆桿本體，使整個鉆柱重量通過鉆井動力卡瓦作用于鉆井轉盤補心上，同時鉆井動力卡瓦還作為背鉗提供上卸扣所需的反扭矩；在容腔內填充滿高壓鉆井液后，利用鉆桿動力鉗夾住頂驅加長接頭進行卸扣；接著用強行起下裝置將加長接頭提升至中間全封閘板上端，并利用防噴器組上半封、中間全封的開合動作配合分流裝置完成鉆井液循環通道的切換，此時鉆井液完全從防噴器上的旁通口被泵入腔體，而鉆井液泵與立管之間的通道被完全切斷；之后關閉全封閘板防噴器，從而形成上、下兩個密閉腔室，在打開上腔旁通口卸壓后，開啟上半封閘板防噴器，并提出上部鉆桿，這樣就完成了卸鉆桿操作。同樣利用與上述相反的控制流程能完成加接新鉆桿的操作，此時鉆井液仍不斷被泵入井內，從而實現鉆井液的連續循環。

在利用主機實施鉆桿上卸扣操作的過程中，卡在鉆桿本體上的鉆井動力卡瓦，不僅要承受整個鉆柱的重量，還要作為背鉗提供上卸扣反扭矩，導致損傷鉆桿本體，甚至可能引起在鉆井過程中鉆桿斷裂等嚴重事故。另外，由于上卸扣過程中產生的鉆井液上頂力作用于主機鉆桿動力鉗上，使主機受到向上的作用力，導致鉆井動力卡瓦具有向上運動的趨勢，使其對鉆桿的夾持力減小，可能導致上卸扣時卡瓦打滑卸不開扣，甚至出現鉆柱下滑的事故。

發明內容

本發明的目的是：提供一種不間斷循環鉆井裝置，在接單根期間保持鉆井液不間斷循環，提高上卸扣操作安全性。利用不間斷循環鉆井裝置，不僅在接單根期間能夠保持鉆井液的不間斷循環，從而在整個鉆進期間實現穩定的當量循環密度和不間斷的鉆屑排出，而且能夠避免上卸扣時背鉗對鉆桿本體造成損傷，消除鉆井液上頂力對卡瓦夾持能力的不利影響，改善卡瓦與鉆柱之間的受力狀態，提高上卸扣操作的安全性和可靠性。