[發明專利]一種瞬時負壓欠平衡鉆井裝置及方法

有效

• 申請號: 201610851093.8
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN106285464B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 李志娜;李振春;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B21/08
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏;于正河

本發明屬于石油天然氣開發技術領域，涉及一種瞬時負壓欠平衡鉆井裝置及方法，通過在鉆柱中加入瞬時負壓欠平衡鉆井裝置實現鉆井，上接頭在上部鉆柱的帶動下順時針勻速轉動，瞬時負壓欠平衡鉆井裝置在鉆柱帶動下向上振動時，球堵塞環空鉆井流體通道，上導流壓緊套筒流道的環空鉆井流體使壓力升高，同時下導流接頭流道內的環空鉆井流體使壓力降低，在井底形成瞬時負壓；當鉆柱向下振動時,下導流接頭流道打開，環空鉆井流體正常循環，上導流壓緊套筒流道和下部下導流接頭流道內的環空鉆井流體聯通，壓力恢復相等；如此循環實現瞬時負壓欠平衡鉆井；其結構簡單，使用方便，安全可靠，不消耗鉆井液能量，不影響鉆具結構，加工制造和使用維護成本低。

技術領域：

本發明屬于石油天然氣開發技術領域，涉及一種用于減小鉆柱振動同時提高機械鉆速的瞬時負壓欠平衡鉆井裝置及方法。

背景技術：

在石油、天然氣鉆井過程中，鉆柱和環空中充滿著鉆井流體，其作用主要包括平衡地層壓力、攜帶巖屑、冷卻鉆頭等，其中平衡地層壓力是鉆井過程能夠安全進行的重要保證。由于鉆井流體的存在，井底巖石受到巨大的液體壓力使其處于三向應力狀態、塑形增強，破碎難度增大，且隨著井深的增加，鉆井液作用于井底巖石的靜液壓力線性增加，巖石破碎難度迅速增加，機械鉆速降低，延長了鉆井周期。另一方面，當環空鉆井液液柱壓力大于儲層孔隙壓力時，鉆井液會流入儲層，對儲層造成污染，降低油氣采收率。

為了解決上述鉆井流體對機械鉆速和油氣采收率的影響，20世紀50年代提出了欠平衡鉆井技術，即鉆井過程中井底壓力低于地層壓力，地層流體有控制地進入井筒并循環至地面的鉆井技術。除了提高機械鉆速、降低儲層傷害外，欠平衡鉆井技術還能夠減少井漏、壓差卡鉆，提高初期產量，降低完井及增產作業成本，延長有效儲層開采期和發現新的產層等。20世紀90年代開始，該技術在國外迅速發展，其后國內也開展了該技術的理論研究和現場試驗探索，截至目前，針對不同的地層，發展了低密度鉆井液、空氣鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井和充氣鉆井等欠平衡鉆井技術，通過使用欠平衡鉆井技術，在油氣勘探開發領域取得了豐碩的成果。國內雖已進行了一批欠平衡鉆井攻關試驗,取得了一定的成績,但其關鍵技術及主要設備均是從國外引進的,龐大的資金投入增加了鉆井成本,也是制約我國欠平衡鉆井技術進一步拓展其應用空間的一大障礙。因此，簡化欠平衡鉆井設備和工藝，或者說在現有常規鉆井工藝體系尋求一種新的欠平衡鉆井思路和方法對解決過平衡鉆井油氣開中發存在的問題以及促進欠平衡鉆井技術的發展至關重要。另一方面，鉆井過程中鉆柱高速旋轉，鉆頭與井底的接觸以及鉆柱與井壁之間的摩擦碰撞會使鉆柱發生劇烈的縱向、橫向和扭轉振動，造城鉆柱的疲勞破壞，鉆柱振動雖然包含巨大的能量，但是由于沒有對該能量進行有效的利用，使其對鉆井過程產生了不利的影響，通常認為鉆柱的振動是有害的并加以抑制。因此，考慮是否可以利用鉆柱旋轉過程中所產生的振動(尤其是縱向振動最為普遍)作為能量來源來誘發井底欠平衡，一方面可以消除鉆柱振動對鉆柱疲勞壽命的影響，另一方面還可以提高機械鉆速和保護儲層。

基于上述認識，本發明擬通過利用鉆柱旋轉過程中產生的縱向振動作為能量來源，通過在底部鉆具組合中加入能夠誘發瞬時負壓的鉆井工具，實現欠平衡鉆井，從而提高深井硬地層的機械鉆速、我國油氣資源開發效率及應對世界石油鉆探市場激烈競爭的能力。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，針對平衡及過平衡鉆井過程中機械鉆速低、儲層污染嚴重的難題，提供一種瞬時負壓欠平衡鉆井裝置及方法，減小鉆柱縱向振動的同時，利用鉆柱的軸向振動能量在井底產生周期性的瞬時負壓，降低巖石破碎強度，提高破巖效率和機械鉆速，降低鉆井資金投入，并在一定程度上保護儲層免受污染。