一种适用于气液两相流钻井的连续循环钻井工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于气液两相流钻井的连续循环钻井工艺，用于钻井施工作业，属于石油天然气钻井工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，国内气基流体钻井技术正以其独特的优势迅猛发展，应用进尺、井次逐年提高，在提高机械钻速、治理井漏、发现和保护油气层方面发挥了重要作用。但总体应用看，地层出水是限制气基流体钻井技术应用的瓶颈，除川渝及新疆部分地区外，其它地区并没有大面积推广应用。
[0003]具有气液两相流型的雾化、泡沫、充气钻井技术在应对地层出水方面取得了较大进步，改变了前期气基流体钻井“见水就跑”的被动局面，应用进尺比例逐步提高，但仍存在如下问题:
一、大出水地层接立柱后由于井底积液，压力波动大，压力先升高后再波动下降，重新稳定前钻速较慢，严重影响了气体钻井效率及地面安全。
[0004]二、出水后井壁稳定性较差的地层，停止循环接单根，局部轻微掉块及未带出井筒的大颗粒岩屑回落堆积，存在较大井下风险。
[0005]三、大出水地层接立柱后井底压力波动大，井下流体当量密度不稳定，其对钻柱产生的浮力相应不稳定，从而导致井底钻压波动较大。
[0006]四、充气钻井接单根后，压力波动大，液面不稳定，不易判断井下是否发生溢流，存在安全隐患。另外，复杂井段的起钻过程中，往往需要供气保持循环才能上提钻具，一旦停止注气，则不能上提钻具，且存在较大卡钻风险。
[0007]因此，急需一种能保持气液两相流钻井不间断循环的工艺技术。
[0008]中国专利201210561390.0，公开了一种适用于空气钻井的连续循环钻井工艺，该工艺先连接增压机至供气控制装置的供气管路，再分两路连接至连续循环短接，能实现空气钻井情况下的连续循环，但该工艺中缺乏气液混合工艺，其密封部件也只能密封纯空气，不能实现雾化、泡沫、充气等气液两相流钻井情况下的连续循环钻井。
[0009]中国专利2011101301394，公开了一种石油钻井用不间断连续循环短接及其连续循环泥浆方法，该连续循环短接包括短接本体、自动中心阀和侧向常闭单流阀。该短接密封部件只能密封液相，不能密封气相及气液混合相，不能承受气压，所以该短节仅适用于泥浆钻井，不能适用于气液两相流钻井中，且该短接未有泄压阀，不能在其他阀门失效的情况下泄出钻杆内圈闭的压力，存在安全隐患。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种适用于雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井等气液两相流钻井的连续循环钻井工艺。本发明可以在雾化、泡沫、充气等气液两相流钻井接单根、起下钻过程中保持气相、液相均不间断循环，从而避免井底积液引起的井壁跨塌，降低卡钻风险，提闻钻井效率。
[0011]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种适用于气液两相流钻井的连续循环钻井工艺，其特征在于:包括地面设备的连接工艺、接立柱或单根工艺和起钻工艺；
所述地面设备的连接工艺为:地面设备包括注气单元、安全泄压机构、气液混合装置、闸阀控制系统，作业时依次连接注气单元、安全泄压机构、气液混合装置和闸阀控制系统；闸阀控制系统通过主循环通道接入立管，通过侧循环通道接到钻台备用，通过泄压通道接至循环罐；
所述接立柱或单根工艺如下:
a、下钻到底后，在最后一根钻杆顶部接入第一个循环导向短节，主循环通道连通，气液两相流通过主循环通道、立管进入钻具循环，开始正常气液两相流钻井，备用立柱或单根顶部接入下一个循环导向短节；
b、钻完立柱或单根后，上提钻具坐卡瓦或吊卡，将侧循环通道与第一个循环导向短节的侧阀相连，闸阀控制系统控制侧循环通道开启，气液两相流通过侧循环通道进入钻具循环；侧循环压力正常后，闸阀控制系统控制主循环通道关闭，泄压通道开启，释放立管压力；
C、立管压力为零后，从第一个循环导向短节顶部卸扣，然后接入备用立柱或单根；
d、闸阀控制系统控制主循环通道开启，气液两相流通过主循环通道进入钻具循环，闸阀控制系统控制侧循环通道关闭，泄压通道开启，释放侧循环通道压力；侧循环管线压力为零后，卸开侧阀与侧循环通道的连接，取卡瓦或吊卡，恢复钻进；
e、重复上述步骤，实现气液两相流钻井的连续循环；
所述起钻工艺如下:
a、上提立柱或单根至下连续循环阀出转盘面，坐吊卡或卡瓦，将侧循环通道与第一个循环导向短节的侧阀相连；
b、闸阀控制系统控制侧循环通道开启，气液两相流通过测循环通道进入钻具循环，侧循环通道压力正常后，闸阀控制系统控制主循环通道关闭，泄压通道开启，释放立管压力；
C、立管压力为零后，卸扣、起出立柱或单根，再将顶驱或方钻杆与井口连续循环阀相接;
d、闸阀控制系统控制主循环通道开启，侧循环通道关闭，泄压通道开启，释放侧循环通道压力；
e、侧循环通道压力为零时，卸开侧阀与侧循环通道的连接，取吊卡或卡瓦，继续起钻。
[0012]所述气液混合装置包括用于进气的内筒和用于进液的外筒，气液混合装置上设置有与内筒连通的注气接口、与外筒连通的注液接口和与外筒连通的气液混合接口，内筒壁上贯通设置有通孔，内筒通过通孔与外筒相通，注液接口通过管线连接至泥浆泵，通过泥浆泵连接到循环罐，注气接口通过管线连接至安全泄压机构，气液混合接口连接至闸阀控制系统。
[0013]所述闸阀控制系统设置在立管与气液混合装置之间，包括主循环通道闸门、侧循环通道闸门和泄压闸门，主循环通道闸门连接到主循环通道，侧循环通道闸门连接到侧循环通道，泄压闸门连接到泄压通道。
[0014]所述侧循环通道上安装有用于监测侧循环通道内的压力情况的压力监测表。
[0015]所述循环导向短节上设置有主阀、侧阀和泄压阀，主阀设置在短节本体内，泄压阀设置在主阀上方短节本体的侧壁上，侧阀设置在主阀下方短节本体的侧壁上。
[0016]所述主阀设置在短节本体中心位置，且与短节本体同轴。
[0017]所述泄压阀通径小于侧阀通径。
[0018]采用本发明的优点在于:
一、本发明能在气液两相流钻井过程中接单根、起下钻作业保持不间断循环，减小了井底压力的波动，减少了由于中断循环而需要重新恢复井底压力所需要的时间，使井底一直处于需要的欠平衡状态，能有效提高出水地层钻井效率；同时，出水后井壁稳定性较差的地层，停止循环接单根，局部轻微掉块及未带出井筒的大颗粒岩屑回落堆积，带来卡钻风险，该连续循环工艺将使井筒保持不间断循环，避免了岩屑回落堆积导致卡钻的风险。
[0019]二、本发明在泄压机构和闸阀控制系统之间设有气液混合装置，该装置设有内筒和外筒，内同进气，外筒进液，气相可以在外筒内均匀混合到液相中，可以保证进入闸阀控制系统的气相和液相混合均匀，减少井筒内段塞流的发生，增加了该工艺技术的可靠性及安全性。
[0020]三、本发明在注气单元和气液混合装置之间设置有安全泄压机构，可以在出现异常情况时(比如憋压、误操作、井下复杂等)快速切断注入闸阀控制系统的气体，通过旁通阀、泄压阀泄压，保证了设备和人员的安全。
[0021]四、本发明中采用的循环导向短节包括短节本体、主阀、侧阀和泄压阀，泄压阀设置在主阀上方短节本体的侧壁上，当主阀和侧阀失效不能正常打开时，压缩气体将会在两个循环阀之间形成圈闭压力，通过泄压阀可以安全的泄出钻杆内圈闭的压力，使后续作业能安全进行。
[0022]五、本发明采用的循环导向短节中，所述泄压阀通径小于侧阀通径，采用此结构，泄出钻杆内圈闭的压力可靠性更高。
[0023]传统的连续循环短接和工艺要么只适用于泥浆钻井，要么只适用于空气钻井，本发明适用于雾化、泡沫、充气等气液两相流钻井工艺的连续循环。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的设备连接结构示意图
图2为本发明中采用的循环导向短节结构示意图
图中标记为:1、注气单元，2、