一種基於雙壁鑽杆的鑽井系統的製作方法

2023-12-09 18:08:51

本發明涉及石油鑽井設備技術領域，尤其是一種基於雙壁鑽杆的鑽井系統。

背景技術：

隨著石油勘探開發進程的不斷深入，定向井、水平井、大位移井所佔的比例越來越大。長水平段鑽井技術在國內外得到廣泛應用，主要得益於其較好的投入產出比。目前，國外水平井鑽井成本已降至直井的１.２～２.0倍，而產量則是直井的４～８倍；國外已經鑽成了水平位移超萬米的大位移井，而國內只能完成水平位移約4000ｍ的大位移井。在定向井、水平井鑽井過程中存在以下複雜情況。一種情況是在鑽進過程中，由於摩擦阻力大，產生壓力無法施加到鑽頭上的託壓現象，使得鑽井效率低、鑽井周期長、鑽井成本高，這成為制約水平井發展的主要瓶頸。另一種情況是，鑽井過程中的造斜、穩斜或降斜鑽具組合主要是通過不同尺寸長度的鑽杆、加重鑽杆、鑽鋌等配以不同位置上的滿眼、不滿眼穩定器組成，而鑽具組合的變化都必須通過起下鑽實現，這就增加了鑽井作業的輔助時間，而且採用常規穩定器在起下鑽、定向等工況下，存在著遇阻劃眼、易斜地層防斜、定向井井眼軌跡控制以及提高機械鑽速等技術難題，並且時常出現卡鑽、起下鑽遇阻卡和「拔活塞」現象，不但給鑽井施工造成極大麻煩，浪費大量時間，甚至會發生井塌、井噴事故，使井眼報廢，造成巨大損失。遙控變徑穩定器通過地面作業者發出操作信息，使井下穩定器產生相應的動作，達到所需的外徑，以此實現對井下鑽具參數和狀態的改變，使井下鑽具組合具備相應的力學性能。應用遙控變徑穩定器不需起下鑽就可實現不同鑽具組合的轉變，可以減少起下鑽次數，降低鑽井成本，解決了鑽井過程中卡鑽、起下鑽遇阻卡和「拔活塞」等問題。遙控變徑穩定器的遙控方式有啟停泵法、排量法、投球法和鑽壓控制方法等。需要改變變徑穩定器外徑時，各種遙控方式都會對正常鑽進產生一定的影響，無法邊鑽進邊變徑。

因此，降低定向井、水平井和大位移井鑽井過程中的託壓現象，以及提供一種連續實時的改變變徑穩定器外徑的方法是提高鑽井效率以及水平井延伸能力重要途徑。

技術實現要素：

本發明的目的就是提供一種連續實時的改變變徑穩定器外徑，以提高鑽井效率以及水平井延伸能力的基於雙壁鑽杆的鑽井系統。

為實現上述目的，本發明採用以下設計方案：

一種基於雙壁鑽杆的鑽井系統，包括鑽頭15、常規鑽具14、液動工具13、雙壁鑽杆9、導流加壓活塞7、防噴器組10、頂驅適配裝置4、頂驅2和泥漿罐6、鑽井泵6，其中：所述雙壁鑽杆9由內鑽杆91和外鑽杆90組成，內鑽杆91和外鑽杆90之間構成環隙a92，環隙a92內設置懸掛器94，內鑽杆內部的孔道a95為軸向通孔；所述頂驅適配裝置4安裝在雙壁鑽杆9以及頂驅2之間，由內筒a40和殼體a41組成，內筒a40與殼體a41構成旋轉密封配合，頂驅適配裝置4的內筒a40加工旁通孔道b43和軸向孔道c46，頂驅適配裝置4的殼體a41上加工有旁通口42，旁通孔道b43將旁通口42以及雙壁鑽杆9環隙a92連通，軸向孔道c46分別與頂驅2內流體通道和下部雙壁鑽杆9的孔道a95連通；所述頂驅2與頂驅適配裝置4的內筒a40連接；所述導流加壓活塞7連接在雙壁鑽杆9之間，導流加壓活塞7由內筒b72和殼體b71組成，內筒b72與殼體b71構成旋轉配合，殼體b71上安裝皮碗73將殼體b71與井眼之間軸向密封，並將井眼與雙壁鑽杆之間的環空分割為上部環空b16和下部環空c17，導流加壓活塞7的內筒b72與殼體b71上加工有孔道d70、孔道e76和孔道f77,孔道d70將上部環空b16與導流加壓活塞7下部雙壁鑽杆的孔道a95連通,孔道e76將下部環空c17與導流加壓活塞7上部雙壁鑽杆的孔道a95連通,孔道f77將導流加壓活塞7上部和下部的雙壁鑽杆環隙a92連通；所述的液動工具13為液力變徑穩定器，連接在雙壁鑽杆最下端，液力變徑穩定器內部加工有孔道g130和孔道h132，外緣加工有活塞式支撐頭131，孔道h132為軸向通孔，將雙壁鑽杆9的孔道a95和下部常規鑽具14的流道連通，孔道g131分別與環隙a92和活塞式支撐頭131的內端面連通，形成一條從頂驅適配裝置4的旁通口42至液力變徑穩定器13活塞式支撐頭內端面的液壓控制通道；常規鑽具14和鑽頭15依次安裝在液動工具13下部。

上述方案進一步包括：

所述孔道d70內設有節流噴嘴，所述的液動工具13通過密封插頭133與雙壁鑽杆9的內鑽杆91插接密封配合。

所述頂驅適配裝置4的內筒a40與殼體a41之間安裝軸承a45和密封圈a44。

所述導流加壓活塞7內筒b72和殼體b71之間安裝軸承b75和密封圈b74。

所述外鑽杆90上下加工有螺紋，外鑽杆90之間通過螺紋上下連接,內鑽杆91之間採用插入密封93結構實現環隙a92與孔道a95之間流體密封隔絕。

本發明的優點導流加壓活塞附著在雙壁鑽杆上，上下環空產生的壓差可以推動導流加壓活塞及雙壁鑽杆施加向下的壓力，為鑽頭施加鑽壓；獨立的從井口至井下液動工具液壓控制通道，為井下液動工具提供了一種控制通道和實時連續的控制方法。

附圖說明

圖1是本發明一種基於雙壁鑽杆的鑽井系統連接示意圖；

圖2是本發明中雙壁鑽杆的示意圖；

圖3是本發明中頂驅適配裝置的示意圖；

圖4是本發明中導流加壓活塞的俯視圖；

圖5是本發明中導流加壓活塞的a-a截面剖視圖；

圖6是本發明中導流加壓活塞的b-b截面剖視圖；

圖7是本發明中液力變徑穩定器的示意圖。

圖中1.水龍帶，2.頂驅，3.輔泵，4.頂驅適配裝置，5.泥漿罐，6.鑽井泵，7.導流加壓活塞，8.雙壁鑽杆接箍，9.雙壁鑽杆，10.防噴器組，11.套管，12.地層，13.液動工具，14.常規鑽具，15.鑽頭，16.上部環空b,17.下部環空c,40.內筒a,41.殼體a,42.旁通口,43.孔道b,44.密封圈a,45.軸承a,46.孔道c,70.孔道d,71.殼體b,72.內筒b,73.皮碗，74.密封圈b，75.軸承b，76.孔道e,77.孔道f,90.外鑽杆，91.內鑽杆，92.環隙a,93.插入密封，94.懸掛器,95.孔道a，130.孔道g，131.活塞支撐頭，132.孔道h，133.密封插頭。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述：

參照附圖1，一種基於雙壁鑽杆的鑽井系統自下而上依次包括鑽頭15、常規鑽具14、液動工具13、雙壁鑽杆9、雙壁鑽杆接箍8、導流加壓活塞7、防噴器組10、頂驅適配裝置4和頂驅2，以及配套的泥漿罐6、鑽井泵6、輔泵3、水龍帶1。

參照附圖2，雙壁鑽杆9由內鑽杆91和外鑽杆90組成，內鑽杆91和外鑽杆90之間構成環隙a92，內鑽杆內部的孔道a95為軸向通孔；外鑽杆90上下加工有螺紋，外鑽杆90之間通過螺紋上下連接,內鑽杆91之間採用插入密封93結構實現環隙a92與孔道a95之間流體密封隔絕。雙壁鑽杆9的內鑽杆91上部安裝懸掛器94，懸掛器94放置在外鑽杆90的母扣內孔臺階位置，起到懸掛、扶正和限位內鑽杆91的作用，同時具有過流的作用。

參照附圖3，頂驅適配裝置4安裝在雙壁鑽杆9以及頂驅2之間，由內筒a40和殼體a41組成，內筒a40與殼體a41構成旋轉配合；內筒a40與殼體a41之間安裝軸承a45和密封圈a44實現內筒a40與殼體a41的相對轉動，頂驅2固定連接內筒a40；頂驅適配裝置4的內筒a40加工孔道b43和孔道c46，頂驅適配裝置4的殼體a41上加工有旁通口42，孔道b43將旁通口42以及雙壁鑽杆9環隙a92連通，孔道c46為軸向通孔分別與頂驅2內流體通道和下部雙壁鑽杆9的孔道a95連通。

參照附圖4/5/6，導流加壓活塞7連接在雙壁鑽杆9之間並下入井眼中，將井眼與雙壁鑽杆之間的環空分割為上部環空b16和下部環空c17；導流加壓活塞7由內筒b72和殼體b71組成，內筒b72與殼體b71構成旋轉配合；內筒b72與殼體b71利用兩者之間的軸承b75和密封b74實現相對轉動，殼體b71上安裝皮碗73將殼體b71與井眼之間軸向密封；導流加壓活塞7的內筒b72與殼體b71上加工有孔道d70、孔道e76和孔道f77,孔道d70將上部環空b16與導流加壓活塞7下部雙壁鑽杆的孔道a95連通,孔道e76將下部環空c17與導流加壓活塞7上部雙壁鑽杆的孔道a95連通,孔道f77將導流加壓活塞7上部和下部的雙壁鑽杆環隙a92連通；液動工具13連接在雙壁鑽杆最下端，形成一條從頂驅適配裝置4的旁通口42、雙壁鑽杆環隙a92、導流加壓活塞7的孔道f77、雙壁鑽杆環隙a92到下部液動工具13的液壓控制通道。孔道d70內加工一個節流噴嘴。

參照附圖7，液動工具13為液力變徑穩定器，液力變徑穩定器安裝在雙壁鑽杆9底部，其下部連接常規鑽具14；液力變徑穩定器內部加工有孔道g130和孔道h132，外緣加工有活塞式支撐頭131；孔道h132為軸向通孔，將雙壁鑽杆9的孔道a95和下部常規鑽具14的流道連通；孔道g131分別與環隙a92和活塞式支撐頭131的內端面連通，形成一條從頂驅適配裝置4的旁通口42至液力變徑穩定器13活塞式支撐頭內端面的液壓控制通道。

一種基於雙壁鑽杆鑽井系統的使用方法如下：

採用的鑽具組合為：鑽頭15+常規鑽具14+變徑穩定器13+雙壁鑽杆9+導流加壓活塞7+雙壁鑽杆9+頂驅適配裝置4+頂驅2；

鑽井過程中（防噴器10關閉），如圖1中箭頭所示，鑽井泵6從泥漿罐5吸入鑽井液，排出鑽井液依次進入上部環空b16、孔道d70（內部安裝節流噴嘴）、導流加壓活塞7下部雙壁鑽杆的孔道a95、常規鑽具14、鑽頭15，從鑽頭返出並攜帶巖屑依次經過下部環空c17、孔道e76、導流加壓活塞7上部雙壁鑽杆的孔道a95、孔道c46、頂驅2，最後經過水龍帶1返回振動篩和泥漿罐5；孔道d70內安裝一個節流噴嘴，上部環空b16和下部環空c17的壓差推動導流加壓活塞7帶動雙壁鑽杆向下運動產生作用到鑽頭15上的附加鑽壓。

輔泵3排出流體依次經過頂驅適配裝置4的旁通口42、孔道b43、雙壁鑽杆9環隙a92、孔道f77、雙壁鑽杆9環隙a92後與液力變徑穩定器13活塞支撐頭的內端面連通，通過輔泵的壓力調節控制活塞支撐頭伸縮。

當然，從頂驅適配裝置4的旁通口至下部液動鑽具的液壓控制通道可以用於除變徑穩定器外其它液動工具，利用專用的液壓通道實現工具的連續和實時控制。