CN102536143B - 钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置，包括连续循环短节和循环控制装置，连续循环短节的上端和下端分别与钻杆连接，循环控制装置的上游与泥浆泵相连；所述连续循环短节设计有两路通道，分别与顶驱和连续循环短节的旁通阀座连接，形成一套能够不停泵循环***，且通过远程遥控切换泥浆流通路径，利用连续循环短节上的双板阀达到工具上的旁通通道和顶驱连接的主通道之间的转换，使在低密度平衡钻井过程中不停泵循环，维持循环当量密度，防止停泵引起的井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻等事故。

Description

钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，特别是涉及一种钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置。

背景技术

目前，复杂地层、大位移井、深水井的钻井难题，已成为我国油气勘探开发事业发展的重要壁垒，其中复杂地层条件下钻井中喷、漏、塌、卡等井下复杂情况和事故仍是当前钻井技术壁垒最基础和最根本的问题。钻井作业中，连接单根或者立柱的过程中需要停泵3-5分钟，在这段时间内钻井液停止循环，这种冲断循环的作业模式，存在以下几个风险：

(1)造成环空中动态压差，导致钻井液循环漏失；

(2)造成井底压力下降，有时会引起井涌；

(3)循环恢复时井底压力突增对敏感性地层可能引起循环漏失；

(4)钻屑加速沉降，井眼净化不足，增加岩屑床厚度，减小有效井径，增加钻柱的扭矩和阻力，甚至造成沉砂卡钻。

由于钻井作业中存在如此多的风险，导致了现场钻井作业中发生了许多复杂事故。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种钻井不停泵连续循环装置，该装置结构简单、便于操作，能维持循环当量密度，防止停泵引起井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻等事故。

一种钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置，包括连续循环短节和循环控制装置，连续循环短节的上端和下端分别与钻杆连接，循环控制装置的上游与泥浆池相连，其特征是：

连续循环短节的上部设有只可向下打开的上阀板机构，连续循环短节的下部侧面设有旁通阀座，旁通阀座上设有只能向连续循环短节内侧打开的旁通阀板；

循环控制装置包括泥浆进口接头和两条通路，泥浆进口接头分别与两条通路连接，第一通路自上游始分别依次包括第一手动阀、第一液控球阀、第二液控球阀，第一液控球阀和第二液控球阀之间设有去顶驱接头，第二通路自上游始分别依次包括第二手动阀、第三液控球阀、第四液控球阀，第三液控球阀和第四液控球阀之间设有去循环短节接头，第一通路和第二通路的出口均与去泥浆池接头相连。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述钻井连续循环短节，包括外套筒，所述外套筒内上部设有上阀板机构，所述上阀板机构包括卡簧，阀座以及通过铰接件与阀座连接的直通阀板，位于外套筒内下部一侧开有旁通口，所述旁通口处设有下阀板机构，所述下阀板机构包括与外套筒连接的旁通阀座、密封圈以及通过铰接件、扭簧与旁通阀座连接的旁通阀板，所述旁通阀板一侧设有堵头。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种钻井不停泵连续循环方法，该方法能维持循环当量密度，防止停泵引起井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻等事故。

一种钻井不停泵连续循环及控制管汇的方法，其特征是：在正常钻进时，循环控制装置的第二通路的第二手动阀、第三液控球阀、第四液控球阀关闭，循环控制装置的第一通路中的第一手动阀和第一液控球阀打开，第二液控球阀关闭，泥浆通过第一液控球阀和第二液控球阀之间的去顶驱接头注入顶驱，连续循环短节的上阀板机构打开，旁通阀板关闭，泥浆进入钻杆；

当需要换接立柱时，先将第二通路中的第三液控球阀和第四液控球阀之间的去循环短节接头和安装在钻杆之间的连续循环短节连通，打开第二手动阀和第三液控球阀，泥浆经由去循环短节接头打开连续循环短节的旁通阀板，然后将第一手动阀、第一液控球阀关闭，在压力作用下上阀板机构自动关闭，打开第二液控球阀，放掉管线内残余压力及泥浆，然后关闭第二液控球阀，即可卸去顶驱，接立柱，安装上顶驱；

当需要恢复钻进状态时，打开第一手动阀和第一液控球阀，关闭第二手动阀和第三液控球阀，打开第四液控球阀，放掉管线内残余压力及泥浆，然后关闭第四液控球阀，最后拆去旁通阀座与去循环短节接头之间的连接管线。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，提供一种快速连接在每一柱钻杆顶部的连续循环短节，通过在钻台上构建循环装置，远程遥控切换泥浆流通路径，利用连续循环短节上的双板阀达到工具上的旁通通道和顶驱连接的主通道之间的转换，使在低密度平衡钻井过程中不停泵循环，维持循环当量密度，防止停泵引起的井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻等事故。本发明结构简单，操作方便，制造成本低，既能有效地降低钻井作业的风险，保证作业的安全，又将带来可观的市场前景和社会效益。

附图说明

图1是钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置结构示意图；

图2是钻井不停泵连续循环装置工作状态示意图。

图中：1、连续循环短节；11、外套筒；11-1、钻杆母扣；11-2、钻杆公扣；12、卡簧；13、阀座；14、密封圈；15、直通阀板；16、直通转动销及扭簧；17、旁通转动销及扭簧；18、旁通阀座；18-1、三角螺纹扣；19、旁通阀板；

2、循环控制装置；21、第一手动阀；22、第一液控球阀；23、液压控制***；24、去顶驱接头；25、第二液控球阀；26、泥浆进口接头；27、第二手动阀；28、第三液控球阀；29、去循环短节接头；210、第四液控球阀；211、去泥浆池接头；212、远程液压控制***；213、连接管线；

301、泥浆池；302、泥浆泵；303、立管；304、钻杆；305、钻铤；306、钻头。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下

请参阅图1，

一种钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置，包括连续循环短节1和循环控制装置2，连续循环短节的上端和下端分别与钻杆连接，循环控制装置的上游与泥浆泵相连，连续循环短节的上部设有只可向下打开的上阀板机构，连续循环短节的下部侧面设有旁通阀座，旁通阀座上设有只能向连续循环短节内侧打开的旁通阀板。

循环控制装置2包括泥浆进口接头26和两条通路，泥浆进口接头26分别与两条通路连接，第一通路自上游始分别依次包括第一手动阀21、第一液控球阀22、第二液控球阀25，第一液控球阀和第二液控球阀之间设有去顶驱接头24，第二通路自上游始分别依次包括第二手动阀27、第三液控球阀28、第四液控球阀210，第三液控球阀和第四液控球阀之间设有去循环短节接头29，第一通路和第二通路的出口均与去泥浆池接头211相连。

钻井连续循环短节1包括外套筒11，外套筒上下均为钻杆扣，上端为钻杆母扣11-1连接在钻杆的下端，下端为钻杆公扣11-2连接在每柱钻杆上端。外套筒内上部设有上阀板机构，上阀板机构包括卡簧12，阀座13以及通过铰接件与阀座连接的直通阀板15，在阀座13与外套筒之间固定有密封圈14，本实施例中，直通阀板15通过直通转动销及扭簧16阀座连接。上阀板机构的阀座上口制有锥形导向口，既可提高钻井液循环流动的有效性，又可保证其它作业时需钻杆内投入工具的顺利入井。位于外套筒内下部一侧开有旁通口，旁通口处设有下阀板机构，下阀板机构包括与外套筒11连接的旁通阀座18、密封圈以及通过铰接件、扭簧与旁通阀座连接的旁通阀板19。旁通阀座通过螺纹与外套筒连接，旁通阀板通过旁通转动销和扭簧17与旁通阀座连接，旁通阀座与外套筒之间装有密封圈，旁通阀座与堵头之间设有密封圈。为便于旁通短节与钻台上的循环装置连接构成连续循环***，在旁通阀座上制有三角螺纹扣18-1。钻井连续循环短节以三角螺纹扣18-1与循环装置连接管线213相连，共同构成钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置。

本发明的安装方法为：

请参阅图1和图2，首先将本发明中的连续循环短节1连接在其每一柱需要入井钻杆的顶部，且将钻井不停泵连续循环控制装置安装在立管的近泵端，并且将来自泥浆泵的管线与泥浆进口接头26连接，然后分别将这两条通路与顶驱和连续循环短节侧循环口连接，即去顶驱接头24与顶驱管线连接、去循环短节接头29与连续循环短节通过连接管线213连接，同时去泥浆池接头211与回泥浆池管线相连，这样就将一套钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置与钻井设备连接完毕。

具体操作方法如下：

首先从泥浆泵输出的泥浆通过泥浆进口接头26进入钻井不停泵连续循环控制装置，循环控制装置第二通路的第二手动阀、第三液控球阀、第四液控球阀关闭，循环控制装置第一通路中的第一手动阀和第一液控球阀打开，第二液控球阀关闭，泥浆通过第一液控球阀和第二液控球阀之间的去顶驱接头注入顶驱，连续循环短节的上阀板机构打开，旁通阀板关闭，泥浆进入钻杆；泥浆能够顺利进入顶驱实现正常的循环状态。通过液压控制***23和远程液压控制***212实现液控球阀的液压控制和远程控制。

当一柱钻杆打完，需要换接立柱时，连续循环短节刚好位于钻台面之上，泥浆泵不停止工作，连续开泵，先将第二通路中的第三液控球阀和第四液控球阀之间的去循环短节接头通过连接管线213与安装在钻杆之间的连续循环短节连通的旁通阀座连通；打开第二手动阀和第三液控球阀，泥浆经由去循环短节接头29，推动连续循环短节的旁通阀板打开；然后将第一手动阀、第一液控球阀关闭，在压力作用下上阀板机构自动关闭；打开第二液控球阀，放掉管线内残余压力及泥浆，然后关闭第二液控球阀，即可卸去顶驱，接立柱，安装上顶驱。

当需要恢复钻进状态时，打开第一手动阀和第一液控球阀，关闭第二手动阀和第三液控球阀，打开第四液控球阀，放掉管线内残余压力及泥浆，然后关闭第四液控球阀210，最后拆去旁通阀座与去循环短节接头之间的连接管线213。开始正常钻进，且准备下一次连接连续循环短节的作业准备。因此，通过工具本身的两个自切换循环通道及配套工艺的共同作用，构成了现场所要求的维持钻井作业中的不停泵循环***，以此防止井壁坍塌、溢流和沉砂卡钻等事故，保证钻井作业的安全性。

正常钻进时，通过远程液压控制***212把立管303与顶驱之间的阀门打开，立管与连续循环短节1之间的阀门关闭，泥浆泵把泥浆打入立管，经过顶驱、连续循环短节1、钻杆304、钻铤305、钻头306，最后通过环空，返出管等进行循环。此时连续循环短节的直通阀板15和旁通阀板19全部打开。接立柱时，通过远程液压控制***把立管与顶驱之间的阀门关闭，立管与连续循环短节之间的阀门打开，此时，泥浆通过立管和循环控制装置2直接进入连续循环短节、钻杆、钻铤、钻头，最后通过环空，返出管等进行循环。此时连续循环短节上端的阀门关闭，下端的阀门打开。

本装置连续循环短节1的工作情况如下，当换接下一根立柱时，泥浆泵可以不停止工作，连续开泵，由于本循环短节轴向的直通阀板15自动关闭，则另一个旁通阀板19自动开启，旁通阀座18侧循环通道保持通路，进而实现了在换接下一根立柱时继续保持井底泥浆的正常循环。当立柱接好后，可手动或远程遥控电磁换向阀的开启来开关外循环阀门，即关闭侧循环通道，同时打开顶驱与循环工具的循环通道，由于本循环短节侧向的旁通阀板19自动关闭，则另一个直通阀板15自动开启，即可实现在钻井过程中由顶驱带动井下泥浆的顺利循环。最后再拆卸旁通短节，上紧堵头，开始正常钻进且准备下一次连接本循环短节的作业准备。

Claims (2)

1.一种钻井不停泵连续循环及控制管汇的装置，其特征是：包括连续循环短节和循环控制装置，连续循环短节的上端和下端分别与钻杆连接，循环控制装置的上游与泥浆泵相连；

连续循环短节的上部设有只可向下打开的上阀板机构，连续循环短节的下部侧面设有旁通阀座，旁通阀座上设有只能向连续循环短节内侧打开的旁通阀板；

循环控制装置包括泥浆进口接头和两条通路，泥浆进口接头分别与两条通路连接，第一通路自上游始分别依次包括第一手动阀、第一液控球阀、第二液控球阀，第一液控球阀和第二液控球阀之间设有去顶驱接头，第二通路自上游始分别依次包括第二手动阀、第三液控球阀、第四液控球阀，第三液控球阀和第四液控球阀之间设有去循环短节接头，第一通路和第二通路的出口均与去泥浆池接头相连；

所述钻井连续循环短节包括外套筒，所述外套筒内上部设有上阀板机构，所述上阀板机构包括卡簧，阀座以及通过铰接件与阀座连接的直通阀板，位于外套筒内下部一侧开有旁通口，所述旁通口处设有下阀板机构，所述下阀板机构包括与外套筒连接的旁通阀座、密封圈以及通过铰接件、扭簧与旁通阀座连接的旁通阀板，所述旁通阀板一侧设有堵头。

2.使用权利要求1所述装置进行钻井不停泵连续循环及控制管汇的方法，其特征是：在正常钻进时，循环控制装置的第二通路的第二手动阀、第三液控球阀、第四液控球阀关闭，循环控制装置的第一通路中的第一手动阀和第一液控球阀打开，第二液控球阀关闭，泥浆通过第一液控球阀和第二液控球阀之间的去顶驱接头注入顶驱，连续循环短节的上阀板机构打开，旁通阀板关闭，泥浆进入钻杆；

当需要换接立柱时，先将第二通路中的第三液控球阀和第四液控球阀之间的去循环短节接头和安装在钻杆之间的连续循环短节连通，打开第二手动阀和第三液控球阀，泥浆经由去循环短节接头打开连续循环短节的旁通阀板，然后将第一手动阀、第一液控球阀关闭，在压力作用下上阀板机构自动关闭，打开第二液控球阀，放掉管线内残余压力及泥浆，然后关闭第二液控球阀，即可卸去顶驱，接立柱，安装上顶驱；

当需要恢复钻进状态时，打开第一手动阀和第一液控球阀，关闭第二手动阀和第三液控球阀，打开第四液控球阀，放掉管线内残余压力及泥浆，然后关闭第四液控球阀，最后拆去旁通阀座与去循环短节接头之间的连接管线。