[發明專利]一種雙壁鉆桿充氣鉆井系統及其鉆井方法

在審

• 申請號: 202011484545.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN114635642A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 周延軍;唐洪林;朱煥剛;康波;王樹江;燕修良;吳仲華;孫浩玉;于海葉;韓玉華;陳永明
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B21/08;E21B21/06;E21B21/01
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌

本發明涉及鉆井技術領域種的一種雙壁鉆桿充氣鉆井系統及其鉆井方法。該系統主要包括氣液雙注適配器、雙壁鉆桿、井下混流器、自動節流管匯、泥漿氣體分離器、旋轉防噴導流裝置、注氣設備和環空液面測量裝置；根據實鉆井身結構、鉆具參數、泥漿性能和目標井底壓力設計泥漿舉升所需的泥漿排量、氣體排量、雙壁鉆桿初始下入深度、雙壁鉆桿最大下入深度以及節流套壓調節范圍；通過調節自動節流管匯的節流閥，改變井口節流套壓，維持雙壁鉆桿充氣鉆進時泥漿循環罐液量恒定鉆進。本發明適用于壓力衰竭及溶洞裂縫性易漏失地層，特別是失返性漏失地層鉆井；不僅能夠降低鉆井周期，降低泥漿損耗，而且能夠實現氣舉穿漏的定向鉆井。

技術領域

本發明涉及鉆井技術領域，尤其涉及一種雙壁鉆桿充氣鉆井系統及其鉆井方法。

背景技術

地熱鉆井以及石油鉆井過程中，很多井都遭遇惡性失返性漏失的影響，嚴重制約鉆井進度和地層的鉆遇率。漏失地層鉆井可以采用充氣鉆井方式予以解決，該技術從注氣工藝方式上可分為鉆桿內充氣鉆井技術、套管寄生管注氣技術、同心套管注氣技術以及雙壁鉆桿充氣技術等。

雙壁鉆桿充氣鉆井技術與傳統的鉆桿內充氣鉆井技術相比具有以下優勢：①氣液分別注入、效率更高效并且易于控制：②不降低鉆井液密度及排量，更好發揮井下提速工具優勢；③所需注氣設備少，壓力低，經濟性好；④鉆桿內注入純液相可以使用常規MWD進行定向服務。雙壁鉆桿充氣鉆井技術的的實施，有望大幅減少常低壓易漏地層井漏處理失效、解決漏塌同存負窗口地層安全高效鉆井難題，進一步保障鉆井施工成功率，具有良好推廣及應用前景。

然而常規的雙壁鉆桿充氣鉆井技術，泥漿和氣體從井口返出后，并不進行控制而直接排放，無法維持恒定的目標井底壓力，從而導致井底壓力控制不精確，造成井壁失穩、巖屑攜帶困難以及地層漏失嚴重問題。因此，如何確定合理的目標井底壓力，并維持目標井底壓力鉆進，是雙壁鉆桿充氣鉆井技術的推廣應用的一個技術關鍵。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種雙壁鉆桿充氣鉆井系統及其鉆井方法。

其技術方案如下：

一種雙壁鉆桿充氣鉆井系統：包括氣液雙注適配器、雙壁鉆桿、井下混流器、自動節流管匯、泥漿氣體分離器、旋轉防噴導流裝置、注氣設備和環空液面測量裝置。

防噴器組頂端安裝旋轉防噴導流裝置，旋轉防噴導流裝置出口連接自動節流管匯，自動節流管匯下游連接泥漿氣體分離器，泥漿氣體分離器排液口連接振動篩，泥漿氣體分離器排氣口通向井場邊緣；頂驅下端連接氣液雙注適配器；氣液雙注適配器下端依次連接雙壁鉆桿、井下混流器、常規單壁鉆桿、鉆鋌和鉆頭；環空液面測量裝置安裝在井口用于測量氣體和泥漿停止注入時環空泥漿液位。

氣液雙注適配器加工有氣體孔道A和液體孔道A，雙壁鉆桿加工有氣體孔道B和液體孔道B，井下混流器加工有氣體孔道C和液體孔道C；注氣設備注入氣體，氣體依次經過氣體孔道A、氣體孔道B和氣體孔道C到達井眼環空；鉆井泵注入泥漿，泥漿依次經過頂驅、液體孔道A、液體孔道B、液體孔道C、常規單壁鉆桿、鉆鋌和鉆頭進入井眼環空并上返，到達井下混流器位置處，氣體舉升泥漿繼續上返，到達旋轉防噴導流裝置后，依次經過自動節流管匯、泥漿氣體分離器，分離后的泥漿到達振動篩和泥漿循環罐，分離后的氣體排向大氣。

根據所鉆井的地層壓力相關參數、環空泥漿液位及地層穩定性數據，計算雙壁鉆桿充氣鉆井需要維持的目標井底壓力，目標井底壓力大于地層孔隙壓力及坍塌壓力中的高值并小于地層漏失壓力值；根據實鉆井身結構、鉆具參數、泥漿性能和目標井底壓力設計泥漿舉升所需的泥漿排量、氣體排量、雙壁鉆桿初始下入深度、雙壁鉆桿最大下入深度以及節流套壓調節范圍；調節自動節流管匯的節流閥，通過改變井口節流套壓，維持雙壁鉆桿充氣鉆進時泥漿循環罐液量恒定鉆進。

優選的是，鉆頭上部連接有螺桿鉆具。

優選的是，鉆井泵排出管線和泥漿氣體分離器排漿管線分別安裝流量計，計量泥漿注入排量和返出排量，并通過兩者的差值累計循環罐泥漿液量的變化值。