一种钻井装置和方法与流程

文档序号:15515531发布日期:2018-09-25 17:57阅读:168来源:国知局

本发明涉及石油天然气开采技术领域,具体涉及一种钻井装置和方法。



背景技术:

在钻井中,常采用高压水射流技术。也就是,利用钻井液经钻头所形成的高压射流能力破碎岩石。这种钻井方式相较机械方式具有钻井效率高,成本低等优点。

但是,在钻井过程中,常常发现采用高压水射流钻井时携岩能力有限,从而在一定程度上限制钻井速度。



技术实现要素:

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部,本发明提出了一种钻井装置和方法。使用该装置能向岩层泵送两种不同压力的钻井液,其中,高压钻井液主要用于对岩石进行破损,在岩石上切割出沟槽。而低压钻井液与高压钻井液汇合后,能冷却钻头,稳定井壁,提高岩屑携带至地面的效率和能力。

根据本发明的一方面,提出了一种钻井装置,包括:

连续管组件和钻头,其中,连续管组件具有至少两个流体通道分别与设置在钻头上的不同流体通道相连通。

在一个实施例中,连续管组件包括套接的外管和内管,其中,内管的内腔为第一流体通道并以与设置在钻头上的第三流体通道连通,内管和外管之间的环空为第二流体通并以与设置在钻头上的第四流体通道连通。

在一个实施例中,在外管和内管之间设置扶正件,并且,扶正件的第一端固定设置在内管的外壁上。

在一个实施例中,扶正件的第一端与内管的外壁之间固定设置第一弹性件,并在扶正件的第二端部分嵌入式设置能相对于扶正件滚动的球。

在一个实施例中,在扶正件的第二端设置运动组件,运动组件具有:

与扶正件固定连接的安装座,

与安装座径向滑动式连接的连接件,

设置在连接件上的支架,

通过转轴设置在支架上的转轮,

其中,在连接件和安装座之间设置第二弹性件。

在一个实施例中,支架与连接件铰接。

在一个实施例中,内管由碳纤维材料制成。

在一个实施例中,第三流体通道具有多个沿着周向分布的支路,和/或第四流体通道设置在钻头的中心处。

根据本发明的另一方面,提供一种钻井方法,包括:

步骤一,下入上述的钻井装置,

步骤二,通过连续管组件同时向地层中泵送第一压力液和第二压力液。

在一个实施例中,泵送的第一压力液的泵压为150到200兆帕,排量为2.3到2.7升每秒,泵送第二压力液的泵压为18到22兆帕,排量为18到22升每秒。

与现有技术相比,本发明的优点在于,使用该钻井装置能向岩层泵送两种不同压力的钻井液,其中,高压钻井液主要用于对岩石进行破损,在岩石上切割出沟槽。而低压钻井液与高压钻井液汇合后,能冷却钻头,稳定井壁,提高岩屑携带至地面的效率和能力。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述,在图中:

图1显示了根据本发明的一个实施例的钻井装置;

图2显示了根据本发明的一个实施例的连续管剖面图;

图3显示了根据本发明的一个实施例的扶正件和第一弹性件的剖面图;

图4显示了根据本发明的一个实施例的运动组件;

图5显示了根据本发明的一个实施例的钻头结构图;

附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的钻井装置100。如图1所示,装置100包括连续管组件1和钻头2。其中,连续管组件1用于连接钻头2和地面泵送设备,以输送钻井液。钻头2用于接收连续管组件1输送的钻井液,并将钻井液喷向地层,以破碎岩层并在岩层内形成沟槽。根据本发明的连续管组件1具有至少两个流体通道,以分别连通设置在钻头2上的不同流体通道。

通过连续管组件1的不同流体通道,为钻头2上的不同流体通道供给不同压力值的钻井液,以向地层中射入不同压力的钻井液。例如,高压钻井液主要用来破损岩石,在岩土层上切出沟槽。而低压钻井液在与高压钻井液混合后,以用来冷却钻头2并将岩屑携带至地面。通过这种方式,可以增加装置100的携岩能力,有助于提高装置100的钻进效率。

在一个实施例中,如图2所示,连续管组件1包括套接的外管11和内管12。内管1的内腔为第一流体通道13,而内管12和外管11之间的环空为第二流体通道14。相对应地,如图5所示,在钻头2上设置第三流体通道21以与第一流体通道13连通。在钻头2上设置第四流体通道22以与第二流体通道14连通。其中,可以向第一流体通道13内泵送高压钻井液,而向第二流体通道14内泵送低压钻井液。这种设置可以相对降低高压钻井液管(也就是内管12)的直径尺寸,通过第一流体通道13的钻井液排量较小,从而降低对地面泵送设备的要求。另外,这种设置降低了内管12的直径尺寸,可以增加内管12的使用寿命,提高装置100的可靠性。

为了保证内管12和外管11之间的位置关系,防止在工作过程中,两者相对移动而影响钻井液的输送,在外管11和内管12之间设置扶正件3。由于,内管12和外管11均比较长,为了安装方便,扶正件3的第一端固定设置在内管3的外壁上。在安装过程中,内管12与扶正件3一起被推送到外管11的内腔中。优选地,扶正件3可以构造为长条状。在这种情况下,在周向上,可以构造多个扶正件3,例如三个扶正件3,以实现扶正效果。而在轴向方向上,也就是,连续管组件1的长度方向上,可以设置多组扶正件3,以实现扶正效果。例如,在长度方向上,每个大约50到200米设置一组扶正件3。

在一个实施例中,如图3所示,扶正件3的第一端与内管12的外壁之间固定设置第一弹性件4。并在扶正件3的第二端部分嵌入式设置球5。在将内管12和扶正件3一起放入到外管11的过程中,第一弹性件4能压缩,方便内管12进入到外管11的内腔中。在内管12进入到外管11的内腔后,在第一弹性件4作用下,扶正件3能较紧密地接触外管11的内壁,起到非常好的扶正效果。同时,由于设置了球5,在内管12进入外管11的内腔中时,相对移动为滚动,从而降低了安装难度,提高了安装效率。

在另一个实施例中,如图4所示,在扶正件3的第一端固定设置在内管12处,而第二端设置运动组件6。在一个优选地实施例中,运动组件6具有安装座61、连接件62、支架63、转轮64和第二弹性件65。其中,安装座61与扶正件3的第二端固定连接,且安装座61可以构造为筒状结构。连接件62与安装座61径向滑动式连接。例如,可以在安装座61的壁上设置径向延伸的滑槽66,而连接件62具有延伸到滑槽66的延伸部67。第二弹性件65设置在连接件62的底壁68和安装座61的底壁之间。优选地,第二弹性件65为弹簧。支架63与连接件62连接。转轮64通过转轴设置在支架63上。在将内管12连通扶正件3放入到外管11的过程中,转轮4受到径向向内的力,从而推到连接件62相对安装座61径向向内运动,以压缩第二弹性件65,方便内管12进入到外管11的内腔中。在内管12进入到外管11的内腔后,在第二弹性件65作用下,推动连接件62相对安装座61径向向外运动,转轮64能较紧密地接触外管11的内壁,起到非常好的扶正效果。同时,由于设置了转轮64,在内管12进入外管11的内腔中时,相对移动为滚动,从而降低了安装难度,提高了安装效率。在一个优选的实施例中,支架63与连接件62铰接,从而支架63可以相对连接件62转动,由此带动转轮64实现换向。通过这种设置方便了内管12和外管11的套接安装。

优选地,内管12由碳纤维材料制成。这种设置利用了碳纤维管抗压强度高的特性。例如,内管12的抗压强度为250兆帕。外管11为钢制管,其抗压强度为70兆帕。这种设置方式成本低,容易实现。

如图5所示,第三流体通道21具有多个沿着周向分布的支路23以与喷嘴24相连接。从而,高压钻井液可以通过多个喷嘴24进入到地层,以高效破碎岩石。第四流体通道22设置在钻头2的中心处,以使得低压钻井液能更好的冷却钻头2,并与高压钻井液混合,增加携岩能力。

在使用钻井装置100进行钻井过程中,首先,下入装置100,使得第一流体通道13连接高压泵,而第二流体通道14连接低压泵。并通过高压泵泵送压力为150到200兆帕,排量为2.3到2.7升每秒的钻井液,同时,通过低压泵泵送压力为18到22兆帕,排量为18到22升每秒的钻井液。高压钻井液和低压钻井液分别通过第三流体通道21和第四流体通道22进入到地层中。由于,低压钻井液的排量比较大,能够提高装置100的携岩效果,满足使用需求。

以上仅为本发明的优选实施方式,但本发明保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可容易地进行改变或变化,而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

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