CN107939318B - 局部欠平衡钻井回流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种局部欠平衡钻井回流装置，该装置包括：连续油管，连接在连续油管下端的连续油管接头；套设在连续油管接头外的连续管接头，所述连续管接头与所述连续油管接头卡合连接；套设在所述连续管接头外的钻头上接头，所述钻头上接头与所述连续管接头之间形成有环形腔，所述环形腔内设置有轴承；连接在所述钻头上接头下端的钻头；所述钻头上设置有喷嘴；连接在所述钻头上接头上端的回流短节；所述回流短节的侧壁上设置有回流孔；其上端连接有钻杆；所述连续油管至所述钻头之间形成有贯通的内流道。利用本发明进行钻井时，在井底局部欠平衡钻井前提下，实现微环空高效携岩，能够保证上部井段井眼稳定，较佳地实现井控，有利于提高钻井速度。

Description

局部欠平衡钻井回流装置

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种局部欠平衡钻井回流装置。

背景技术

随着油气等化石能源的大范围开采，目前人们主要关注的是在开采的过程中如何减轻地层伤害。欠平衡钻井在上述背景下得到了广泛的应用。具体的，欠平衡钻井是一种能够提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏等问题的钻井技术。与常规方法钻水平井相比，运用欠平衡钻井技术不仅可以使水平井产量提高10倍左右，而且欠平衡连续油管钻井技术具有独特的优越性，适宜浅油气层、小井眼钻井、老井加深及侧钻，特别是低压或枯竭油气藏的侧钻水平井。

目前，欠平衡钻井过程中，由于井筒内液体压力低于地层压力，在井内的地层岩石与井眼形成了负压差，这种压差会使井内岩石的应力发生变化，从而导致井眼垮塌，造成卡钻或井径扩大，由此增加钻井成本，甚至影响钻至目标层。也就是说，目前欠平衡钻井主要存在的问题的如何保证井眼稳定，较佳地实现井控。

解决井控问题对欠平衡钻井来说十分关键。欠平衡钻井中，是利用旋转控制头控制流体流动进行钻井的作业，加之地层压力相对较高，增加了设备故障所引起的地面井喷失控的风险。

针对现有技术中的上述问题，有必要提供一种局部欠平衡钻井回流装置，以保证井眼稳定，较佳地实现井控。

发明内容

本发明的目的是提供一种局部欠平衡钻井回流装置，能够在井底局部欠平衡钻井前提下，实现微环空高效携岩，保证上部井段井眼稳定，较佳地实现井控，有利于提高钻井速度。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种局部欠平衡钻井回流装置，包括：

连续油管；

连接在所述连续油管下端的连续油管接头；

套设在所述连续油管接头外的连续管接头，所述连续管接头与所述连续油管接头卡合连接；

套设在所述连续管接头外的钻头上接头，所述钻头上接头与所述连续管接头之间形成有环形腔，所述环形腔内设置有轴承；

连接在所述钻头上接头下端的钻头；所述钻头上设置有喷嘴；

连接在所述上接头上端的回流短节；所述回流短节的侧壁上设置有回流孔；其上端连接有钻杆；

所述连续油管至所述钻头之间形成有贯通的内流道；钻井液能流经所述内流道至所述喷嘴喷出，携带井底岩屑通过所述回流孔进入所述连续油管与所述钻杆的环空中。

在一个优选的实施方式中，所述内流道由所述连续油管、部分所述连续油管接头、连续管接头和钻头上接头以及所述钻头形成。

在一个优选的实施方式中，还包括卡簧，所述连续油管接头外壁上设置有第一卡合部，所述连续管接头内壁上设置有用于卡设所述卡簧的第二卡合部，所述连续油管接头和所述连续管接头通过所述卡簧相卡合。

在一个优选的实施方式中，还包括固定在所述连续油管外的定位件，所述定位件的下端能卡合在所述连续油管接头、连续管接头至少一个的上端，当所述定位件的下端被卡合时，所述卡簧卡入所述第一卡合部。

在一个优选的实施方式中，所述定位件包括相拼接的两个定位半环，所述定位半环通过螺钉固定在所述连续油管的外壁上。

在一个优选的实施方式中，所述连续油管接头整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述连续油管接头在内壁上形成有限位部，所述限位部用于限制所述连续油管的轴向下移距离。

在一个优选的实施方式中，所述连续油管接头的外壁上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内还设置有密封环。

在一个优选的实施方式中，所述连续管接头整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述连续管接头的外壁上设置有第二凹槽，所述第二凹槽内还设置有密封环。

在一个优选的实施方式中，所述钻头上接头整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述钻头上接头内形成有用于抵靠所述轴承的第一限位部和用于抵靠所述连续管接头下端的第二限位部。

在一个优选的实施方式中，所述钻杆、回流短节、钻头上接头、钻头通过螺纹连接，钻机的旋转动力通过所述钻杆、回流短节、钻头上接头传递至所述钻头。

在一个优选的实施方式中，所述钻杆上设置有封隔器，所述封隔器用于封隔所述钻杆与所述钻杆所在的井筒之间形成的环空，所述封隔器以下的钻井液的密度低于所述封隔器以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

在一个优选的实施方式中，所述钻头上接头与所述钻头一体成型。

本发明的特点和优点是：本申请实施方式中提供一种局部欠平衡钻井回流装置，通过内外部件配合形成了用于流通携带岩屑的钻井液的微环空，从而能够达到下述技术效果：

(1)能够实现钻井液携带岩屑回流入连续油管与钻杆形成的微环空，由于微环空流道面积小，且内外壁面均为钢制，摩擦力小，其内钻井液流速高，有利于携岩，进而提高钻井速度，减少沉沙卡钻等井下事故的发生，降低了钻井成本。

(2)通过该装置可以实现钻井过程中井下局部欠平衡，既能提高钻井速度、保护油气储层、提高产量，还能够维持上部井段或者复杂地层井眼稳定，减少井塌、井喷等事故发生。

(3)井底近钻头局部欠平衡，低密度钻井液从钻头喷出后冲击井底，携带井底岩屑返入钻头上接头与井壁形成的环空之中，然后通过回流短节的回流孔，进入连续油管与钻杆形成的微环空，从微环空中返出地面，与井壁接触段变短，井控问题也就相对简化，降低了设备投入的费用，以及设备故障所引起的地面井喷失控等风险，保障了井队人员人身及财产的安全。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种局部欠平衡钻井回流装置的结构示意图。

图2是本申请实施方式中一种连续油管接头的主视图；

图3是本申请实施方式中一种连续油管接头的剖视图；

图4是本申请实施方式中一种连续管接头的主视图；

图5是本申请实施方式中一种连续管接头的剖视图。

附图标记说明：

1-连续油管，2-回流短节，3-密封环，4-定位半环，5-螺钉，6-连续管接头，7-卡簧，8-连续油管接头，9-轴承，10-钻头上接头，11-钻头，20-回流孔，21-喷嘴，81-第一卡合部，61-第二卡合部，82-限位部，83-第一凹槽，62-第二凹槽。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种局部欠平衡钻井回流装置，能够在井底局部欠平衡钻井前提下，实现微环空高效携岩，保证上部井段井眼稳定，较佳地实现井控，有利于提高钻井速度。

请参阅图1至图5，本申请实施方式中提供的一种局部欠平衡钻井回流装置可以包括：连续油管1；连接在所述连续油管1下端的连续油管接头8；套设在所述连续油管接头8外的连续管接头6，所述连续管接头6与所述连续油管接头8相卡合；套设在所述连续管接头6外的钻头上接头10，所述钻头上接头10与所述连续管接头6之间形成有环形腔，所述环形腔内设置有轴承9；设置在所述钻头上接头10下端的钻头11；所述钻头11上设置有喷嘴21；连接在所述上接头上端的回流短节2；所述回流短节2的侧壁上设置有回流孔20；其上端连接有钻杆；所述连续油管1至所述钻头11之间形成有贯通的内流道；钻井液能流经所述内流道至所述喷嘴21喷出，携带井底岩屑通过所述回流孔20进入所述连续油管1与所述钻杆的环空中。其中，该连续油管1的外壁与所述钻杆的内壁形成的环空为尺寸较小的微环空。

在本实施方式中，所述内流道由所述连续油管1、部分所述连续油管接头8、连续管接头6和钻头上接头10以及所述钻头11形成。钻井液从泥浆泵泵出后，依次通过连续油管1、连续油管接头8、连续管接头6、钻头上接头10、钻头11，钻井液从钻头11的喷嘴21喷射而出，冲击井底，携带井底岩屑返入钻头上接头10与井壁形成的环空之中，然后通过回流短节2的回流孔20，进入连续油管1与钻杆形成的微环空，从微环空中返出地面。

在本实施方式中，所述钻杆上设置有封隔器，所述封隔器用于封隔所述钻杆外壁与所述钻杆所在的井筒内壁之间形成的环空，所述封隔器以下的钻井液的密度低于所述封隔器以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

整体上该局部欠平衡钻井回流装置可以由内外两部分组成。

其中，外部主要包括：回流短节2和钻头上接头10。其中，回流短节2整体呈中空的回转形本体，该本体上设置有回流孔20，所述回流孔20的个数可以为多个，沿着所述回流短节2的周向均匀布置。所述回流孔20可以具有一定的倾斜方向，使得井底岩屑能顺利通过该回流孔20进入连续油管1与钻杆形成的微环空中。该回流短节2的上端设置有母扣，用于与钻杆相连接；下端设置有公扣，用于与钻头上接头10的母扣连接。钻头上接头10下端设置有母扣，可以连接钻头11。钻头上接头10内部装有连续管接头6，连续管接头6和钻头上接头10之间有滚动轴承9，可以相对转动；连续管接头6和钻头上接头10之间有密封环3，可以确保二者相互转动同时的密封性。

具体的，所述钻头上接头10可以整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述钻头上接头10内形成有用于抵靠所述轴承9的第一限位部和用于抵靠所述连续管接头6下端的第二限位部。

使用时，所述钻杆、回流短节2、钻头上接头10、钻头11通过螺纹连接，钻机的旋转动力通过所述钻杆、回流短节2、钻头上接头10传递至所述钻头11。所述钻头11具体可以为PDC钻头。

在一个实施方式中宏、，所述钻头11可以与所述钻头上接头10一体成型，一般提高该局部欠平衡钻井回流装置底部的强度，优化整体结构。

内部主要包括：连续油管1等。该连续油管1下端可以通过螺纹连接连续油管接头8。所述连续管接头6与所述连续油管接头8卡合连接。

具体的，该局部欠平衡钻井回流装置还可以包括卡簧7，所述连续油管接头8外壁上设置有第一卡合部81，所述连续管接头6内壁上设置有用于卡设所述卡簧7的第二卡合部61，所述连续油管接头8和所述连续管接头6通过所述卡簧7相卡合。上述通过在连续油管1上安装卡簧7实现连续油管接头8与连续管接头6卡合的方式，可以降低安装的难度，提高安装的效率。具体的，为了保证连续油管接头8与连续管接头6卡合的可靠性，所述卡簧7的个数可以为两个沿着轴向间隔分布。

进一步的，该局部欠平衡钻井回流装置还可以包括固定在所述连续油管1外的定位件，所述定位件的下端能卡合在所述连续油管接头8、连续管接头6至少一个的上端，当所述定位件的下端被卡合时，所述卡簧7卡入所述第一卡合部81。具体的，所述定位件包括相拼接的两个定位半环4，所述定位半环4通过螺钉5固定在所述连续油管1的外壁上。

在所述连续油管接头8上方的所述连续油管1外可以用内六角沉头螺钉5固定有两个定位半环4，连续油管接头8上装有两个卡簧7，实现内外部分连接和定位。上述设置定位半环4的作用就是确保插装深度，防止***过深，影响连接效果；同时可使连续油管接头8不紧贴钻杆内壁，实现准确便捷插装。

请结合参阅图2和图3，具体的，所述连续油管接头8整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔。所述连续油管接头8在内壁上形成有限位部82，所述限位部82用于限制所述连续油管1的轴向下移距离。

在一个实施方式中，所述连续油管接头8的外壁上还可以设置有第一凹槽83，所述第一凹槽83内还设置有密封环3。所述密封环3用于保证所述连续油管接头8与所述连续管接头6配合位置的密封性。

请结合参阅图4和图5，在一个实施方式中，所述连续管接头6整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述连续管接头6的外壁上设置有第二凹槽62，所述第二凹槽62内还设置有密封环3。所述密封环3用于保证所述连续管接头6与所述钻头上接头10配合位置的密封性。具体的，所述第二凹槽62的个数可以为多个，例如可以为两个，两个第二凹槽62沿着轴向间隔布置以较佳地保证所述连续管接头6与所述钻头上接头10之间的密封性。

与现有技术相比，本发明提供的局部欠平衡钻井回流装置具有以下有益效果：

(1)能够实现钻井液携带岩屑回流入连续油管1与钻杆形成的微环空，由于微环空流道面积小，且内外壁面均为钢制，摩擦力小，其内钻井液流速高，有利于携岩，进而提高钻井速度，减少沉沙卡钻等井下事故的发生，降低了钻井成本。

(2)通过该装置可以实现钻井过程中井下局部欠平衡，既能提高钻井速度、保护油气储层、提高产量，还能够维持上部井段或者复杂地层井眼稳定，减少井塌、井喷等事故发生。

(3)井底近钻头局部欠平衡，低密度钻井液从钻头11喷出后冲击井底，携带井底岩屑返入钻头上接头10与井壁形成的环空之中，然后通过回流短节2的回流孔20，进入连续油管1与钻杆形成的微环空，从微环空中返出地面，与井壁接触段变短，井控问题也就相对简化，降低了设备投入的费用，以及设备故障所引起的地面井喷失控等风险，保障了井队人员人身及财产的安全。

在一个具体的使用场景下，

如图1所示，将连续管接头6装入钻头上接头10内部。安装时，在连续管接头6下部套上轴承9，在其上部密封槽位置装上密封环3，再将连续管接头6压入钻头上接头10内部，同时确保连续管接头6在钻头上接头10内可以转动。

钻头上接头10上端母直螺纹与回流短节2公直螺纹连接，二者连接处同样装有密封环3；钻头上接头10下端母螺纹(正规扣)与钻头11公螺纹连接。

回流短节2上端母直螺纹直接与钻杆公直螺纹连接，连接完成后，继续进行钻杆接单根，将钻头11下入井内至井底。回流短节2上回流孔20向上倾斜，便于外部环空携岩钻井液进入微环空。

连续油管1下端通过螺纹连接连续油管接头8，连续油管接头8上装上密封环3和卡簧7。

使用内六角沉头螺钉5固定两个定位半环4在连续油管1上，定位半环4在连续油管接头8上方，紧挨连续油管接头8。

待钻头11入井至井底后，将连续油管1从钻杆内部下入井内，直至连续油管接头8***连续管接头6。***深度由定位半环4限制，***之后由卡簧7将二者连接，密封环3起到水力密封效果。

在钻井过程中，该装置内部连续油管1不转动，钻头的扭矩由钻机通过钻杆、回流短节2和钻头上接头10传递。外部钻杆、回流短节2、钻头上接头10带动钻头11转动破碎岩石。内部连续油管1周向静止，可随钻进纵向运动，传输钻井液。

低密度钻井液通过连续油管1注入，流经钻头喷嘴，冲击井底之后，携带岩屑依次经过钻头流道、钻头上接头10与井壁之间的环空、回流短节2上的回流孔20、连续油管1与钻杆之间的微环空返出地面。

采用该回流装置，携岩钻井液可以通过回流短节2的回流孔20进入连续油管1(1)与钻杆形成的微环空，该微环空内外壁面均为钢制、摩擦阻力小，且流道面积小，有利于岩屑上返，提高钻井速度，减少沉沙卡钻等井下事故的发生。

采用该回流装置，可以配合实现钻井过程中井下局部欠平衡，既能提高钻井速度、保护油气储层、提高产量，还能够维持上部井段或者复杂地层井眼稳定，减少井塌、井喷等事故发生；有效控制钻井过程中的局部井底压力，且不会影响井壁稳定，减少复杂地层或者异常压力层段的钻井事故发生；同时可以简化井身结构设计，降低了设备投入的费用，以及设备故障所引起的地面井喷失控等风险，降低钻井成本。与传统钻井方式相比，该方法降低了钻井事故的发生，提高了钻速，有效减短了钻进时间，能够起到保护储层的作用，降低了钻井成本，具有广泛的应用前景。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，包括：

连续油管；

连接在所述连续油管下端的连续油管接头；

套设在所述连续油管接头外的连续管接头，所述连续管接头与所述连续油管接头卡合连接；

套设在所述连续管接头外的钻头上接头，所述钻头上接头与所述连续管接头之间形成有环形腔，所述环形腔内设置有轴承；

设置在所述钻头上接头下端的钻头；所述钻头上设置有喷嘴；

连接在所述上接头上端的回流短节；所述回流短节的侧壁上设置有回流孔；其上端连接有钻杆；

所述连续油管至所述钻头之间形成有贯通的内流道；钻井液能流经所述内流道至所述喷嘴喷出，携带井底岩屑通过所述回流孔进入所述连续油管与所述钻杆的环空中。

2.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述内流道由所述连续油管、部分所述连续油管接头、连续管接头和钻头上接头以及所述钻头形成。

3.如权利要求2所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，还包括卡簧，所述连续油管接头外壁上设置有第一卡合部，所述连续管接头内壁上设置有用于卡设所述卡簧的第二卡合部，所述连续油管接头和所述连续管接头通过所述卡簧相卡合。

4.如权利要求3所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，还包括固定在所述连续油管外的定位件，所述定位件的下端能卡合在所述连续油管接头、连续管接头至少一个的上端，当所述定位件的下端被卡合时，所述卡簧卡入所述第一卡合部。

5.如权利要求4所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述定位件包括相拼接的两个定位半环，所述定位半环通过螺钉固定在所述连续油管的外壁上。

6.如权利要求4所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述连续油管接头整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述连续油管接头在内壁上形成有限位部，所述限位部用于限制所述连续油管的轴向下移距离。

7.如权利要求6所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述连续油管接头的外壁上设置有第一凹槽，所述第一凹槽内还设置有密封环。

8.如权利要求3所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述连续管接头整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述连续管接头的外壁上设置有第二凹槽，所述第二凹槽内还设置有密封环。

9.如权利要求8所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述钻头上接头整体呈中空的回转体，所述中空部分为贯通孔，所述钻头上接头内形成有用于抵靠所述轴承的第一限位部和用于抵靠所述连续管接头下端的第二限位部。

10.如权利要求9所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述钻杆、回流短节、钻头上接头、钻头通过螺纹连接，钻机的旋转动力通过所述钻杆、回流短节、钻头上接头传递至所述钻头。

11.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述钻杆上设置有封隔器，所述封隔器用于封隔所述钻杆与所述钻杆所在的井筒之间形成的环空，所述封隔器以下的钻井液的密度低于所述封隔器以上钻井液的密度，形成局部欠平衡钻井。

12.如权利要求1所述的局部欠平衡钻井回流装置，其特征在于，所述钻头上接头与所述钻头一体成型。