[發明專利]一種用于連續油管鉆井裝置的旋轉鉆頭

有效

• 申請號: 201780084037.9
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN110352284B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: S·P·瑟;S·L·福克斯
• 申請（專利權）人: 米尼克斯CRC有限公司
• 主分類號: E21B19/22
• 分類號: E21B19/22;E21B1/02;E21B3/02;E21B15/00;E21B7/02;E21B17/20
• 代理公司: 北京華睿卓成知識產權代理事務所(普通合伙) 11436
• 代理人: 程淼

一種具有旋轉鉆頭的移動式連續油管鉆井裝置，該裝置包括位于移動式平臺上的非旋轉桅桿，該桅桿上安裝有位于連續油管盤架下方的噴射器，該噴射器限定了用于連續油管的操作軸，其中旋轉鉆頭可樞轉地安裝在噴射器上，以便可在遠離操作軸的縮回位置和與操作軸線成一直線的操作位置之間移動，旋轉鉆頭包括用于非旋轉連接于連續油管的頂部旋轉接頭和用于旋轉連接于管段的底部心軸，所述頂部旋轉接頭和底部心軸在操作期間在所連接的連續油管和所連接的管段之間提供流體連通。

相關申請

本申請要求2017年1月18日提交的澳大利亞臨時專利申請2017900143和2017年5月30日提交的國際專利申請PCT/AU2017/050508的巴黎公約優先權。所述兩個申請的內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及一種主要用于礦物勘探的連續油管鉆井裝置用旋轉鉆頭，所述鉆井裝置為不需要連續油管圍繞其縱軸旋轉以便鉆井裝置操作的類型。

背景技術

歷史上，礦物勘探使用在一端附接有鉆頭的旋轉鉆柱(為一系列連接的剛性的管段)，用于鉆出地下孔，以便定位有價值的礦床。隨著旋轉的鉆頭鉆入地下以形成井眼，增加另外的管段以便鉆得更深；而隨著鉆頭從井眼中抽出，發生相反的情況。在鉆孔期間添加和移除這些管段以組裝和拆卸鉆柱消耗大量的時間和能量(并因此消耗成本)。

已經開發出連續油管作為使用鉆柱的替代方案(盡管通常用于石油工業而不是用于礦物勘探)，連續油管通常是可以幾乎無限長度使用的韌性金屬。連續油管的使用包括將管從承載這種油管的盤架上拆卷，通常是利用位于井眼上方并靠近井眼的噴射器(injector)，所述噴射器負責提升和降低所述油管。盤架通常水平地遠離噴射器和井眼定位，并且在盤架和噴射器之間使用彎曲引導管(通常稱為“鵝頸管”)以引導所述油管從盤架穿過所述裝置到達噴射器。在美國專利公開2013/0341001A1的圖6中可以看到這樣的示例。

在大多數連續油管鉆井中，位于油管底部的井底鉆具組件(BHA)通常包括一個泥漿馬達，它為鉆頭提供動力并使其旋轉(已知連續油管不圍繞其縱軸旋轉)，泥漿馬達由從表面泵送通過所述連續油管的鉆井液的運動提供動力。在其他形式的連續油管鉆井中，已經開發出地上裝置以允許連續油管圍繞其縱軸旋轉。當然，需要相當大且復雜的地上裝置能夠旋轉整盤架的連續油管以實現油管的這種旋轉，但本發明不涉及這種類型的旋轉連續油管鉆井。

然而，在即使“非旋轉”連續油管鉆孔裝置的正常操作循環中，仍然經常需要使用旋轉鉆柱并由此向井眼下插入和連接多個管段的傳統類型鉆井。通常，這種需要發生在井眼開鉆時，例如在通過風化層的鉆井過程中。此外，應當理解，即使使用連續油管鉆井裝置，仍然需要安裝套管，這通常需要能夠將多個套管套筒插入并旋轉到井眼中并隨后通過套管套筒沿著井眼注入水泥等，以便隨后通過井眼壁與套管套筒外部之間從井眼向上返回。

迄今為止的連續油管鉆孔通常需要使用與傳統旋轉鉆頭相關的另外的流體處理設備，例如用于使用傳統鉆柱鉆孔的設備，以便能夠為井底鉆具組件提供扭矩和鉆井液。本發明的一個目的是在非旋轉連續油管鉆井裝置中避免使用這種另外的流體處理設備。

在描述發明內容之前，必須理解，在整個說明書中，將使用諸如“水平”和“豎直”、“上”和“下”、以及“之前”和“之后”的術語。應該理解的是，這些和其他類似的方位型描述術語是相對于操作鉆機的取向，該操作鉆機大體位于地平面上相當平坦的(并因而水平的)表面上，并且相對于卷上盤架和從盤架上拆卷以及向下進入井眼和從井眼向上出來的垂直油管通道。然而，這些術語并非意在產生操作限制，或者要求裝置的各部件完全水平或完全豎直。

最后，還需要指出的是，包括對本發明背景的討論用以解釋本發明的背景。不應將其看作是承認所提及的任何材料在本申請的優先權日期已公布，已知或是公知常識的一部分。

發明內容