[發明專利]泵壓反循環鉆井方法及系統

有效

• 申請號: 201310658941.X
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103615191A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 周勁輝;高德利;房軍;張勇
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B3/00
• 分類號: E21B3/00;E21B21/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳開磊

技術領域

本發明涉及鉆井機械領域，具體而言，涉及一種泵壓反循環鉆井方法及系統。

背景技術

隨著油氣資源的勘探開發難度的增加，鉆井工程技術人員面臨著種種技術難題。鉆井機械鉆速低是制約勘探開發成本的關鍵因素之一，頁巖氣水平井鉆進過程中鉆速低導致裸眼段長時間浸泡在鉆井液中，井壁坍塌嚴重；致密砂巖氣鉆進速度低導致鉆井成本急劇增加，傳統的鉆頭選型、鉆具組合優化、井身結構優化等提速方法也難以取得令人滿意的效果。在大斜度井、水平井、大位移井的鉆井過程中，因巖屑床的存在，導致井筒凈化不好、巖屑重復破碎、鉆柱摩阻扭矩增大、套管磨損嚴重、卡鉆事故頻繁等一系列問題，造成鉆井成本急劇增加。

目前反循環鉆井技術從原理上講主要有泵吸反循環和氣舉反循環兩種，泵吸反循環通過離心泵的抽吸作用，在大氣壓與循環管路之間壓差的作用下建立反循環，壓差有限，其反循環深度不足200米。氣舉反循環依靠雙壁鉆桿，向管柱內注入氣體，使循環管路內外形成一定的泥漿密度差，在此壓差下形成反循環，因受雙壁鉆桿強度的限制，反循環深度不足3500米，在大斜度井、水平井和大位移井中鉆進深度更小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種泵壓反循環鉆井方法及系統，以解決上述的問題。

在本發明的實施例中提供了一種泵壓反循環鉆井方法，其包括以下步驟：

向井筒的環空內輸入鉆井液；

鉆井液從鉆頭的水眼進入鉆頭；

鉆井液從鉆頭進入鉆柱，并從鉆柱返出。

進一步的，環空內輸入的鉆井液經過鉆井液泵入短節進入環空。

進一步的，使用旋轉送鉆系統對井筒遠離鉆頭的一端進行密封，用于保證環空內流體不泄漏。

進一步的，水眼沿鉆井液流動方向漸縮。

還提供了一種泵壓反循環鉆井系統，其包括鉆頭、鉆柱、井筒和動力裝置；

井筒上設置有進液口，進液口用于向井筒內輸送鉆井液；

鉆柱為中空圓柱體，其一端連接鉆頭，另一端連接方鉆桿，動力裝置用于驅動鉆柱轉動，鉆柱用于驅動鉆頭轉動和鉆井液回流；

鉆柱穿過井筒，井筒遠離鉆頭一端與鉆柱之間密封；

鉆頭上設有水眼，用于鉆井液回流。

進一步的，水眼為八個；

四個水眼沿鉆頭徑向均勻分布在鉆頭側部；

四個水眼沿鉆頭徑向均勻分布在鉆頭底部;

和/或，

四個側部水眼與四個鉆頭底部水眼沿鉆頭軸向錯開45°；

水眼由外向內逐漸縮小。

進一步的，泵壓反循環鉆井系統還包括旋轉送鉆系統，所述旋轉送鉆系統用于密封井筒遠離鉆頭的一端，其包括方鉆桿、旋轉體和外套；

方鉆桿為中空柱體，方鉆桿穿過旋轉體，方鉆桿一端與鉆柱連接，方鉆桿用于驅動鉆柱轉動和鉆井液回流，方鉆桿另一端連接動力裝置，由動力裝置驅動方鉆桿轉動；

旋轉體設置在外套內，能由方鉆桿帶動旋轉體在外套內轉動。

進一步的，旋轉送鉆系統還包括卡瓦，設置在方鉆桿與旋轉體之間；

和/或，

旋轉送鉆系統還包括主軸承，設置在旋轉體與外套之間；

和/或，

所述旋轉送鉆系統還包括限位軸承，設置在旋轉體與外套之間，用于防止旋轉體上下震動；

和/或，

旋轉送鉆系統還包括支撐座，外套固定安裝在支撐座的一端，支撐座的另一端與井筒固定連接。

進一步的，泵壓反循環鉆井系統還包括泥漿泵和單向閥，單向閥一端連接井筒，另一端連接泥漿泵，單向閥用于控制液流方向。

進一步的，泵壓反循環鉆井系統還包括鉆井液池，用于為井筒提供鉆井液和回收鉆柱中回流的鉆井液。

本發明泵壓反循環鉆井系統，通過向井筒內輸入鉆井液，鉆井液經井筒進入鉆頭，再進入鉆柱將鉆井液排出，鉆井液壓力用于克服循環過程中的壓力損耗，完成泵壓反循環，當井口密封裝置的耐壓能力和地層的破裂壓力值足夠時，理論鉆井深度可以無限大。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例泵壓反循環鉆井系統結構示意圖；

圖2為本發明實施例旋轉送鉆系統結構示意圖；

圖3為本發明實施例泵入短節系統；