CN105793517A - 连续循环钻井方法和截留并再分配该方法所用流体的装置 - Google Patents

Abstract

一种连续循环钻井方法及一种截留并再分配该钻探方法所用流体的装置，该装置包括与第一副腔(6)和第二副腔(7)流体连通的主腔(5)，其中在钻探直流(F1)模式中，这些副腔(6,7)被置于彼此流体连通中。相对于现有技术，本发明的装置和方法所提供的优点在于，通过利用被置于相互流体连通且由此甚至允许维持较大尺寸的井和/或使用底孔装备(通常是液压马达或涡轮)以使钻头旋转的井所需要的高流量的多个副腔，明显减小在用于截留并再分配钻探流体的***上的局部磨损。

Description

连续循环钻井方法和截留并再分配该方法所用流体的装置

技术领域

本发明涉及连续循环钻井方法。本发明还涉及截留并再分配该方法所用流体的装置。

背景技术

本发明的领域是连续循环钻井。在这类操作中，目的是保持井内循环的钻探流体的恒定流量，即便是在尤其通过向钻杆柱增加一个或多个预组装件来实施的钻杆延长过程中。

为此，已知采用了用于截留并再分配钻探流体的装置，该装置包括用于引入这种流体的主腔，其适于在两个分开的非连通副腔之间再分配截留流体(WO2008/095650)。具体地说，在钻井步骤期间仅操作上述副腔之一，而仅在钻杆或钻柱延长期间使用余下的副腔。

上述现有技术主要存在的缺陷是允许整个钻探流体流量(因此还有对于大口径孔或当存在底孔装备时所需要的高流量，如超过3000升/分钟)仅流过上述两个副腔之一。这在该装置内改变流向的部段显著加剧了磨损，使得需要进行使整个钻探过程的连续性打折扣的维护操作。类似缺陷随着使用富含固体的且进而侵蚀性更高的高密度钻探流体而发生。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于截留并再分配流体的装置和一种连续循环钻探方法，在此不会遇到上述问题。

本发明的一个目的尤其是提供上述类型的装置，其允许也以高流量和/或用高侵蚀性流体钻井，从而大幅度减小负载损耗和所产生的局部磨损。

这些和其它目的分别通过权利要求1和7的装置和方法来实现。本发明的优选实施例记载在其余权利要求中。

相对于上述现有技术，本发明的装置和方法所提供的优点在于，通过利用被置于相互流体连通中并由此甚至允许维持较大尺寸的井和/或使用底孔装备的井所需要的高流量的多个副腔，明显减小在用于截留并再分配钻探流体的***上的局部磨损。

附图说明

这些和其它目的、优点和特征将从通过以下对本发明的方法和装置的优选实施例的描述中变得显而易见，本发明的方法和装置的优选实施例通过非限制性例子被示出在附图中。在这些附图中：

图1示出本发明装置的一个实施例的立体图；

图2以侧视图示出图1的装置；

图3示出图1的装置的工作原理图；

图4示出处于钻探模式的本发明装置；

图5示出处于加压模式的、在混合的直流和径向流之前的图4的装置；

图6示出处于混合的直流和径向流模式的图5的装置；

图7示出仅处于径向流模式(即不存在直流)的图6的装置；

图8示出延长部段被添加至钻柱的图7的装置；

图9示出处于均压步骤的、在混合的直流和径向流循环之前的图8的装置；

图10示出处于混合循环步骤的图9的装置；和

图11示出处于恢复钻探流体直接循环的步骤中的图10的装置。

具体实施方式

本发明的用于截留并再分配钻探设备中的钻探流体的装置以附图标记1被整体示出在图1中。在向钻杆柱添加延长部段的步骤中，该装置包括用于钻探流体的直流F1的入口2、用于来自钻杆柱的流体流F2的出口3以及来自同一钻杆柱的流体的径向流F3的出口4。在装置1中循环的钻探流体可以是泥浆、水等，其在图1和图2的装置中循环，经过了全部相互流体连通的主腔5、第一副腔6和第二副腔7。

可从图3所示的示意图中看出，进入主腔5的流F1经过流量控制阀8和泄压阀9被转移至第一副腔6。来自主腔5的相同流F1还经过相应的流量控制阀10进入第二副腔7，并从此腔7经过流量控制阀11转移至第一副腔6，流量控制阀11被设置用于将上述副腔6、7置于连通中。通过这种方式并且在没有径向流F3的情况下，在第一副腔6的出口处得到钻探流体的直流F2＝F1，其被送至钻杆17柱(图4)。第一副腔6还具有泄压阀12，而第二副腔7具有流量控制阀13、压力阀14和排放阀15。

因此，副腔6、7通过阀11被置于彼此连通，阀11允许钻探流体从第二腔7向第一腔6循环，随后从这里被送至钻探***。

在图4所示的直接循环钻探模式中，装置1接收由合适的活塞泵16供应的钻探流体的流F1，该活塞泵首先将流F1送至主腔5并从这里送至第一副腔6(经过主腔的两个阀8和9)和送至第二副腔7，这一次是经过相应的阀10。被供应至第二副腔7的流F1也被转入第一副腔6，经过在钻探步骤中将上述副腔置于相互连通的阀11。因此，与从本发明装置的第一副腔6离开的流F1相同的流F2被送至钻杆柱。在伴随钻探流体直接循环的钻探模式中，腔6的阀12和腔7的阀13、14都是关闭的。

在对应于钻探模式和钻杆17柱延长模式之间的过渡状态的如图5所示的操作模式中，使腔5、6和7保持彼此流体连通(之前图4的流F2＝F1)。然而在此步骤中，腔7的压力阀14不再如之前那样是关闭的，而是打开的，以便加压径向流道19，径向流道使第二副腔7通过相应的阀18与钻杆17柱流体连通。

在下一步骤中，如图6所示，除了腔7的阀14外，流量控制阀13也被打开。通过这种方式，穿过流道19产生流F3，流F3径向进入钻杆17柱，经过相应的阀18并与流F1一起产生对应于将该***置于直流加径向流的混合循环状态的钻探流体流F4＝F1+F3。

从此刻起，该钻探***只被置于如图7所示的径向循环模式中，通过针对直接循环关闭该阀8、9和11以及也关闭该阀18，其中关闭阀8、9和10使第一副腔6与在腔5、7之间的钻探流体流隔断开。在这些情况下，由泵16供应的流体流首先被送至主腔5，随后被送至第二副腔7(经过相应的阀10)，随后经过阀13、14(18处于关闭位置)被送至钻杆17柱，产生径向钻探流F3。

为了相对于径向流F3隔离至钻杆17柱的钻探流体直接循环管路20，第一副腔6的阀12保持打开。在这些情况下，存在于管路20内的流体流F5被向外排出，并且因为该管线处于卸压状态，故该管路通过设置于钻杆柱17(图7)内的阀18又被气密关闭。此时可以给于是已排空循环流体的管路20添加附加杆21以延长钻杆柱17，该附加杆也配备有自己的径向阀22(图8)。

在返回到直接循环模式前以及因而在打开阀11以将副腔6、7置于彼此连通之前，延长杆21和相应的供应管路20被充注通过第一副腔6的填充阀24所供应的钻探流体，这借助由相应的泵23产生的流F6(图8)。从此刻起，阀24被关闭而阀9被打开，由此加压直接钻探流体的第一副腔6、杆21和相应管路20(图9)。

在图10所示的操作模式下，钻探***返回至已参照图6所描述的混合循环步骤(直流F1和径向流F3)，此时，钻杆17柱通过设置相应杆21被延长。

此时，可以关闭阀13、14，其控制离开第二副腔7的径向流(图11)，由此恢复图4所示的直接循环。有利地通过打开阀15，滞留在副腔7的径向管路19内的压力被排走，由此允许上述管路19与杆17分开以恢复直流钻探模式。

Claims (11)

1.一种在用于在通过相对于钻杆(17)柱的直流(F1)和径向流(F3)产生的流体连续循环中钻井的钻探作业中截留并再分配钻探流体的装置，该装置包括与第一副腔(6)和第二副腔(7)相连通的主腔(5)，其特征是，在所述直流钻探模式下(F1)，这些副腔(6,7)彼此流体连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，该装置配备有用于使这些副腔(6,7)彼此连通的阀(11)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述阀(11)接收来自第二副腔(7)的钻探流体并在所述直流模式(F1)中将钻探流体转移至第一副腔(6)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是，所述主腔(5)配备有流量控制阀(8)和泄压阀(9)用于使钻探流体与第一副腔(6)连通，所述主腔(5)还具有用于将钻探流体转移至第二副腔(7)的流量控制阀(10)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述第一副腔(6)配备有泄压阀(12)和填充阀(24)。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述第二副腔(7)配备有流量控制阀(13)、压力阀(14)和排放阀(15)。

7.一种利用根据前述权利要求中至少一项所述的装置实施的、在钻探流体连续循环中钻井的方法，该方法提供相对于钻杆(17)柱的直流(F1)和径向流(F3)，其特征是，所述流(F1)产生经过所述装置的这些腔(5,6,7)的钻探流体直接循环，所有这些腔被置于彼此连通。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，来自第二副腔(7)的钻探流(F1)被转移至第一副腔(6)，以便随后被送至该钻杆(17)柱。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述直接钻探流(F1)由相应的泵(16)供应至所述主腔(5)并从所述主腔(5)被供应至所述副腔(6,7)，所述副腔保持彼此流体连通并与所述钻杆(17)柱流体连通。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征是，在加压模式和减压模式中，在相对于钻杆(17)柱的钻探流体的混合直流(F1)和径向流(F3)之前，并且在混合直流(F1)和径向流(F3)的相同模式中，在彼此连通的这些副腔(6,7)之间产生所述钻探流体的直流(F1)。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征是，在新钻杆被加入钻柱(17)时且在恢复直流(F1)之前，用于向延长钻柱(17)供应钻探流体的管路(20)被填充有该钻探流体。