[發明專利]一種全電動復合材料連續管鉆井裝置及方法

無效

• 申請號: 201110127210.3
• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN102787804A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 安慶寶;尹文波;曲剛;董懷榮;蔡文軍;郭振;曾飛舟
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B21/00;E21B4/04;E21B4/18;E21B47/00;E21B47/12;E21B44/00
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 羅文遠

技術領域

本發明涉及石油天然氣行業鉆井技術領域，尤其是一種全電動復合材料連續管鉆井裝置及方法。

背景技術

在連續管鉆井中，碳素鋼連續管對酸性環境適應性差，具有較高的硫化氫應力腐蝕裂紋敏感性，不適合鉆含硫化氫地層。金屬材料連續管難以實現電力和信號的有線傳輸。現有的井下隨鉆無線數據傳輸方法(MWD)中泥漿脈沖、電磁波遙測和鉆桿聲波傳輸技術的傳輸速率遠低于有線傳輸速率。

在定向鉆井作業中，為控制井眼軌跡，需要頻繁起下鉆，以更換底部鉆具組合(BHA)和調整井下馬達的彎曲角度，導致連續管過早產生疲勞破壞，縮短了連續管使用壽命。

定向鉆井中廣泛應用的常規的螺桿和渦輪馬達利用泥漿壓力作為動力，會產生顯著壓降，影響破巖效率。螺桿馬達是通過泥漿流體的變化間接控制轉速，必須限定泥漿流速和循環壓力，失速現象難以避免。螺桿馬達工作時自身產生高頻振動，無法實現反轉，此外螺桿馬達受泥漿類型限制大，不適合高壓縮比鉆井液。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種全電動復合材料連續管鉆井裝置。

本發明的另一個目的是提供一種全電動復合材料連續管鉆井方法。

本發明提供的鉆井裝置和利用該鉆井裝置的鉆井方法克服了現有技術的不足，實現復合材料連續管向井下傳輸電力、井下和地面雙向實時通訊、電動馬達鉆井和控制鉆頭導向。本發明可廣泛應用于欠平衡鉆井、深水鉆井、定向鉆井、老井重鉆和高含硫井鉆井等領域。

為了解決以上技術問題，本發明是通過采用以下技術方案方式實現的：一種全電動復合材料連續管鉆井裝置，鉆頭上端連接驅動鉆頭轉動的電動馬達，包括內嵌電纜的復合材料連續管、連續管滾筒、地面電源、連續管接頭、測量井下參數的測量機構、改變鉆頭指向的導向工具。復合材料連續管設有泥漿流道。復合材料連續管卷繞在連續管滾筒上，復合材料連續管的下端連接連續管接頭。連續管接頭、測量機構、導向工具與電動馬達依次串接。地面電源通過復合材料連續管內嵌的電纜與測量機構、導向工具及電動馬達連接。

本發明的測量機構內通過導線串接有泥漿壓力傳感器、方位角傳感器、井斜傳感器、三軸加速度計、鉆壓傳感器、扭矩傳感器、鉆井液密度傳感器、井底溫度傳感器、井徑傳感器、地層電阻率測量儀、中子孔隙度測量儀和自然伽馬參數測量儀。

本發明在連續管接頭與測量機構之間還連接有驅動鉆頭沿井眼移動的電控推進器。在連續管接頭與電控推進器之間還連接有電控斷脫器。在地面電源和復合材料連續管之間還連接有地面電力變壓器，在復合材料連續管和測量機構之間還連接有井下電力變壓器。

本發明還包括地面監控器、地面通訊處理器和井下通訊處理器。在地面，地面監控器與地面通訊處理器通過導線相連接。在井下，井下通訊處理器與測量機構、導向工具、電控推進器、電控斷脫器及電動馬達通過導線相連接。地面通訊處理器通過復合材料連續管內嵌的電纜與井下通訊處理器連接。

本發明在導向工具和電動馬達之間還設有控制泥漿單向通過的單向閥。地面還設有泥漿泵，泥漿泵的排出口與復合材料連續管的上端連接。在地面井口處還設有夾持復合材料連續管的注入頭。

實際施工時，注入頭夾持和提拉復合材料連續管，將鉆頭下放到井下。泥漿由泥漿泵排出，經復合材料連續管的泥漿流道輸送至井下鉆頭，并由鉆頭噴嘴噴出，清洗井底并攜巖屑管柱沿管柱和井壁的環空上返至地面，單向閥控制泥漿單向流動。在井下，電動馬達驅動鉆頭轉動，電控推進器驅動鉆頭沿井眼移動，電控推進器或者井下管柱的重力給鉆頭施加鉆壓。測量機構采集數據，井下通訊處理器將測量數據編碼轉換為通訊信號實時上傳。同時井下通訊處理器接收地面下傳的控制指令，根據控制指令，電動馬達改變鉆頭轉速，導向工具改變鉆頭前進方向，電控推進器改變鉆壓，電控斷脫器根據控制指令斷開，以分離復合材料連續管和鉆頭。在地面，地面通訊處理器接收上傳的通訊信號并解碼，地面監控器顯示測量數據，根據測量數據，地面通訊處理器下傳控制指令。井下和地面之間通過復合材料連續管內嵌的電纜進行雙向實時通訊，復合材料連續管內嵌的電纜同時傳輸電力和通訊信號。地面電源的電力經地面電力變壓器變壓后向井下輸送，電力再經井下電力變壓器變壓后輸送給測量機構、導向工具、電控推進器、電控斷脫器和電動馬達。

利用該鉆井裝置的一種全電動復合材料連續管鉆井方法是：

(1)利用復合材料連續管下入鉆頭；

(2)利用電動馬達驅動鉆頭轉動，利用電控推進器向鉆頭施加鉆壓；