连续循环钻井系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种连续循环钻井系统，从循环介质入口开始沿顺时针方向依次通过第一开关阀、旁通主阀、旁通副阀、立管副阀、第三开关阀和第二开关阀后返回至所述循环介质入口形成环形管路，所述第一开关阀与所述旁通主阀之间的管路通过立管主阀连接至所述立管副阀与所述第三开关阀之间的管路，所述第一开关阀所述与旁通主阀之间的管路还依次通过增压开关阀和增压阀连接至所述旁通副阀与所述立管副阀之间的管路，所述旁通主阀、所述旁通副阀、所述立管副阀、所述立管主阀均为开关阀，所述增压阀为溢流阀。通过本发明，能够更好地保证作业过程中主通路和旁通路内的压力稳定。
【专利说明】连续循环钻井系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及连续循环钻井【技术领域】，具体而言，涉及一种连续循环钻井系统。
【背景技术】
[0002]在钻井作业过程中，当接单根或立柱以及起下钻时，由于停泵或开泵，会引起井下压力的波动，从而带来一系列井下复杂问题。连续循环钻井技术就是为了解决这一问题而提出的，该技术通过远程遥控切换钻井循环介质流通路径，结合钻柱上的连续循环阀实现接卸单根或立柱时的连续循环，维持恒定的钻井循环排量和当量密度，防止接卸单根或立柱时停止循环引起的井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻等事故复杂的发生；同时气体钻井时还可以持续不断的携带进入井筒内的地层水，防止水在井内的积聚、浸泡井壁，避免出现过高的注入压力，避免气体钻井井下复杂的发生；在充气、泡沫钻井时可以避免钻具内和环空气液分离，保证井筒内维持恒定的流体柱压力和注入压力。
[0003]目前，国内外连续循环钻井采用的分流管汇能够实现简易的流道分流切换功能，但并没有考虑到气体与液体的差别。由于气体的可压缩性，采用气体连续循环钻井时，常规的简易分流管汇即可满足要求，但对于液相或充气钻井，常规的分流管汇暴露出一系列问题。如当主通路循环时，从上游主干路对旁通路进行直接分流，此时会造成主干路大量流体无控制的进入旁通路，从而导致主通路流量减少、压力瞬降严重；或旁通路循环时，从上游主干路对主通路进行直接分流，此时会造成主干路大量流体无控制的进入主通路，从而导致旁通路流量减少、压力瞬降严重。这些问题最终影响到钻井循环介质当量循环密度，失去了连续循环的意义。
[0004]因此，需要一种新的连续循环钻井系统，能够更好地保证作业过程中主通路和旁通路内的压力稳定。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够更好地保证作业过程中主通路和旁通路内的压力稳定的连续循环钻井系统，
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种连续循环钻井系统，从循环介质入口开始沿顺时针方向依次通过第一开关阀、旁通主阀、旁通副阀、立管副阀、第三开关阀和第二开关阀后返回至所述循环介质入口形成环形管路，在所述旁通主阀与所述旁通副阀之间的管路上设置有旁通压力表和去旁通接头，在所述旁通副阀与所述立管副阀之间的管路上设置有泄压阀和泄压接头，在所述立管副阀和所述第三开关阀之间的管路上设置有主通路压力表，在所述第三开关阀和所述第二开关阀之间的管路上设置有去立管接头，所述第一开关阀与所述旁通主阀之间的管路通过立管主阀连接至所述立管副阀与所述第三开关阀之间的管路，所述第一开关阀所述与旁通主阀之间的管路还依次通过增压开关阀和增压阀连接至所述旁通副阀与所述立管副阀之间的管路，且所述第一开关阀与所述旁通主阀之间的管路与所述立管主阀的连接点位于与所述增压开关阀之间的连接点之间，所述旁通主阀、所述旁通副阀、所述立管副阀、所述立管主阀均为开关阀，所述增压阀为溢流阀。
[0007]其中，所有的开关阀均可以采用平板阀；所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀均可以采用手动阀；所述旁通主阀、旁通副阀、立管副阀、所述立管主阀、所述增压阀和所述增压开关阀均可以采用液压阀。
[0008]所述旁通主阀、旁通副阀、立管副阀、所述立管主阀、所述增压阀和所述增压开关阀均可以采用液压阀时，所述的连续循环钻井系统还包括液控箱和连接至所述液控箱的操控台，所述液控箱连接至各个液压阀和所述主通路压力表、所述旁通路压力表，用于控制各个液压阀。
[0009]进一步，所述的连续循环钻井系统还包括连续循环阀，所述连续循环阀通过旁通管线连接至所述去旁通接头。
[0010]进一步，所述连续循环阀包括本体、设置在本体内的球阀和旁通阀，所述球阀位于本体内的上部，包括上球座、下球座和球芯，其中:所述上球座的上部由嵌入本体的拼环定位，拼环的内侧设有支撑套，支撑套的内径与上球座内径相同且支撑套上部由嵌入拼环内的挡环定位；所述下球座的外周面形成一环形肩，该环形肩坐在本体内形成的台阶上，环形肩下部的孔内安装有弹簧；所述球芯在一球阀操作键的作用下旋转，实现球阀的开/关；所述旁通阀包括旁通阀座、旁通阀板和销轴及扭簧组件，所述旁通阀板在扭簧的作用下紧紧压在旁通阀座上，旁通阀板和旁通阀座之间形成密封。
[0011]进一步，所述旁通阀板局部伸入所述旁通阀座端口内，且二者在接触处分别形成锥面，两锥面之间形成金属密封。
[0012]进一步，在所述旁通阀座紧邻旁通阀板两端的壁面上分别形成有刻槽，在所述刻槽内安装有橡胶圈，旁通阀座和旁通阀板之间形成密封。
[0013]进一步，所述旁通阀座与本体之间以及所述上球座、下球座与本体之间均形成密封。
[0014]所述连续循环阀具有如下有益效果:
[0015]1、该连续循环阀中心的球阀内径大，便于测斜仪器的使用；
[0016]2、避免橡胶密封部分的冲蚀，提高了旁通阀的使用寿命，适宜于气体、充气和钻井液钻井条件下的连续循环钻井；
[0017]3.安装方便，运行可靠，在接单根或立柱以及起下钻过程中，通过上部球阀关闭主通路，从连续循环阀的旁通路连续不断地注入钻井循环介质，能确保当量循环密度的稳定，避免了井底压力波动引起的井下复杂情况，从而缩短了钻井周期、降低了钻井成本。
[0018]本发明具有如下有益效果:装置安装方便，运行可靠；无论采用何种钻井循环介质，均可自动或手动控制充填增压通路，压力与另一条循环通路平衡后，关闭充填增压通路和打开主/旁通路，确保注入压力平稳的前提下实现流道的切换；在不影响正常钻进的情况下，可以对整个分流管汇进行检修。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是根据发明实施例的连续循环钻井系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]如图1所示，根据本发明的实施例的连续循环钻井系统，从循环介质入口 I开始沿顺时针方向依次通过第一开关阀2、旁通主阀7、旁通副阀14、立管副阀11、第三开关阀9和第二开关阀6后返回至所述循环介质入口 I形成环形管路，在所述旁通主阀7与所述旁通副阀14之间的管路上设置有旁通压力表15和去旁通接头16，在所述旁通副阀14与所述立管副阀11之间的管路上设置有泄压阀13和泄压接头12，在所述立管副阀11和所述第三开关阀9之间的管路上设置有主通路压力表10，在所述第三开关阀9和所述第二开关阀6之间的管路上设置有去立管接头8，所述第一开关阀2与所述旁通主阀7之间的管路通过立管主阀3连接至所述立管副阀11与所述第三开关阀9之间的管路，所述第一开关阀2所述与旁通主阀7之间的管路还依次通过增压开关阀4和增压阀5连接至所述旁通副阀14与所述立管副阀11之间的管路，且所述第一开关阀2与所述旁通主阀7之间的管路与所述立管主阀3的连接点位于与所述增压开关阀4之间的连接点之间，所述旁通主阀7、所述旁通副阀14、所述立管副阀11、所述立管主阀3均为开关阀，所述增压阀5为溢流阀。
[0022]其中，所有的开关阀均可以采用平板阀；所述第一开关阀2、所述第二开关阀6和所述第三开关阀9均可以采用手动阀；所述旁通主阀7、旁通副阀14、立管副阀11、所述立管主阀3、所述增压阀5和所述增压开关阀4均可以采用液压阀。
[0023]所述旁通主阀7、旁通副阀14、立管副阀11、所述立管主阀3、所述增压阀5和所述增压开关阀4均可以采用液压阀时，所述的连续循环钻井系统还包括液控箱17和连接至所述液控箱17的操控台18，所述液控箱17连接至各个液压阀和所述主通路压力表10、所述旁通路压力表15，用于控制各个液压阀。
[0024]进一步，所述的连续循环钻井系统还包括连续循环阀，所述连续循环阀通过旁通管线19连接至所述去旁通接头16。
[0025]分流管汇拥有与立管连接的主通路、与旁通阀连接的旁通路、与气液分离器连接的泄压通路和充填增压通路。主通路为钻井液入口 1、第一开关阀2、立管主阀3、第三开关阀9、去立管接头8 ;旁通路为钻井循环介质入口接头1、第一开关阀2、旁通主阀7、去旁通接头16、旁通管线19 ;泄压通路分为两种，对主通路泄压为立管副阀11、泄压阀13和泄压接头12，对旁通路泄压为旁通副阀14、泄压阀13和泄压接头12 ;充填增压通路分为两种，对主通路充填增压为增压开关阀4、增压阀5和立管副阀11，对旁通路充填增压为增压开关阀4、增压阀5和旁通副阀14。
[0026]进一步，所述连续循环阀包括本体、设置在本体内的球阀和旁通阀，所述球阀位于本体22内的上部，包括上球座27、下球座30和球芯28，其中:所述上球座27的上部由嵌入本体22的拼环24定位，拼环24的内侧设有支撑套25，支撑套25的内径与上球座27内径相同且支撑套25上部由嵌入拼环24内的挡环23定位；所述下球座30的外周面形成一环形肩，该环形肩坐在本体22内形成的台阶上，环形肩下部的孔内安装有弹簧31 ;所述球芯28在一球阀操作键29的作用下旋转，实现球阀的开/关；所述旁通阀包括旁通阀座34、旁通阀板36和销轴及扭簧组件35，所述旁通阀板36在扭簧的作用下紧紧压在旁通阀座34上,旁通阀板36和旁通阀座34之间形成密封。
[0027]进一步，所述旁通阀板36局部伸入所述旁通阀座34端口内，且二者在接触处分别形成锥面，两锥面之间形成金属密封。
[0028]进一步，在所述旁通阀座34紧邻旁通阀板36两端的壁面上分别形成有刻槽，在所述刻槽内安装有橡胶圈37，旁通阀座34和旁通阀板36之间形成密封。
[0029]进一步，所述旁通阀座34与本体22之间以及所述上球座27、下球座30与本体22之间均形成密封。
[0030]连续循环阀上端通过钻杆母扣21与钻杆相连，下端通过钻杆公扣38与钻杆相连。连续循环阀上部设有球阀，下部一侧设有旁通阀。通过旋转球阀操作键19使球芯18旋转，实现球阀的开/关，达到主通路通/断的目的。
[0031]上球座27与连续循环阀的本体22之间装有上密封圈26，上球座27上部由嵌入本体22的拼环24定位，拼环24内侧设有支撑套25，支撑套25上端由嵌入拼环24内的挡环23定位。下球座30与本体22之间装有下密封圈32，下球座30的肩部内设置有弹簧31，弹簧31坐在本体22内的台阶上。
[0032]所述旁通阀由通过旁通密封圈33、与本体22之间形成密封的旁通阀座34以及通过销轴及扭簧组件35与旁通阀座34连接的旁通阀板36组成。旁通阀板36局部伸入所述旁通阀座34端口内，旁通阀座34与旁通阀板36的接触面为锥面,在旁通阀板36上与锥面对应的位置形成锥面，两锥面之间形成金属密封。
[0033]在旁通阀座34紧邻旁通阀板36两端的壁面上分别形成有刻槽，在刻槽内安装有橡胶圈37，在旁通阀板36上与橡胶圈37相接触的为平面，两者之间通过橡胶圈37密封。旁通阀板36在扭簧的作用下紧紧压在旁通阀座34上，通过金属锥面密封和橡胶圈密封的双重结构实现密封。另外，旁通阀板36在克服扭簧压力的外压力作用下，可以绕着销轴向本体22内部一侧打开，实现旁通路的开启。
[0034]另外，旁通阀座34与本体22之间以及所述上球座27、下球座30与本体22之间分别通过密封圈33、26、32密封。
[0035]所述连续循环阀具有如下有益效果:
[0036]1、该连续循环阀中心的球阀内径大，便于测斜仪器的使用；
[0037]2、避免橡胶密封部分的冲蚀，提高了旁通阀的使用寿命，适宜于气体、充气和钻井液钻井条件下的连续循环钻井；
[0038]3.安装方便，运行可靠，在接单根或立柱以及起下钻过程中，通过上部球阀关闭主通路，从连续循环阀的旁通路连续不断地注入钻井循环介质，能确保当量循环密度的稳定，避免了井底压力波动引起的井下复杂情况，从而缩短了钻井周期、降低了钻井成本。
[0039]所述连续循环阀工作原理如下:
[0040]在正常钻进中，连续循环阀上部球阀处于打开状态。旁通阀的旁通阀板36在销轴及扭簧35和钻柱内压力的作用下紧紧压在旁通阀座34上，由于两者具有金属锥面密封和橡胶密封的双重密封结构，所以提高了密封效果。
[0041]旁通阀板36在克服扭簧和钻柱内压力的外压力作用下绕销轴35转动，向钻柱内一侧打开，建立旁通路循环；同时旋转球阀操作键29关闭球阀，即关闭循环主通路。
[0042]在新钻柱与连续循环阀连接好后，对新钻柱进行充填打压，然后旋转球阀操作键套29打开球阀，即建立循环主通路。最后，减小旁通路的注入压力，旁通阀板36在扭簧和钻柱内压力作用下绕销轴转动，与旁通阀座34接触，依靠金属锥面密封和橡胶密封的双重密封结构，实现旁通阀的关闭，即关闭旁通路。
[0043]通过该连续循环阀，可以实现不同钻井循环介质条件下的连续循环钻井，避免了当量循环密度的波动引起的一系列井下复杂问题，从而达到缩短钻井周期、有效降低钻井成本的目的。
[0044]本发明中的连续循环钻井系统，能够实现气体、充气、泡沫、钻井液等不同钻井循环介质条件下的连续循环钻井作业。它能够在接单根或立柱以及起下钻过程中保证钻井循环介质的连续不断的注入，确保当量循环密度的稳定，实现了接单根或立柱以及起下钻过程中压力的平稳切换，避免了井底压力波动引起的井下复杂问题，从而达到缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。
[0045]如图1所示，连续循环钻井装置，循环介质入口 I与钻井泵或/和气体增压机相连；去立管接头8与立管相连；泄压接头12与气液分离器相连；去旁通接头16通过旁通管线19与旁通阀相连；控制台18通过液控箱17来远程操控各液动阀的开关。
[0046]本发明中的连续循环钻井系统的具体工作原理如下:
[0047]需要采用连续循环钻井时，打开第一开关阀2、立管主阀3和第三开关阀9，然后关闭第二开关阀6，进入连续循环钻井流程。此时连续循环阀上的球阀处于开启状态，钻井介质通过主通路进入钻柱内。
[0048]当需要接单根或立柱以及起下钻时，将旁通管路19与井口的旁通阀相连。打开旁通副阀14和增压开关阀4，当在控制台上选择自动充填增压模式时，并设置主通路压力波动上下限，液控箱17内控制部分将自动调节增压阀5的开度，实现对旁通路的充填增压；当在控制台上选择手动充填增压模式时，便可远程遥控液控箱17调节增压阀5的开度，实现对旁通路的充填增压。待旁通路压力与主通路压力相同后，关闭对旁通路的充填增压通路。打开旁通主阀7，旁通阀板36在压力作用下绕销轴35旋转打开，实现旁通路的循环。关闭立管主阀3和球阀操作键29并对主通路进行泄压，关闭主通路泄压通路。
[0049]接卸完单根或立柱后，打开立管副阀11和增压开关阀4，当在控制台上选择自动充填增压模式时，并设置旁通路压力波动上下限，液控箱17内控制部分将自动调节增压阀5的开度，实现对主通路的充填增压；当在控制台上选择手动充填增压模式时，便可远程遥控液控箱17调节增压阀5的开度，实现对主通路的充填增压。待主通路压力与旁通路压力相同后，关闭对主通路的充填增压通路。打开主管主阀3和球阀操作键29实现主通路的循环。关闭旁通主阀7并对旁通路进行泄压，旁通阀板36在销轴及扭簧35的作用下关闭，最后拆卸旁通管线19与旁通阀的连接，关闭旁通路泄压通路。
[0050]连续循环起下钻作业过程与上述过程原理相同，不再赘述。
[0051]通过使用所述的连续循环钻井系统，实现了不同钻井循环介质条件下的连续循环钻井，且流道切换时，压力平稳过渡，避免了当量循环密度的波动引起的一系列井下复杂问题，从而达到缩短钻井周期、有效降低钻井成本的目的。
[0052]本发明具有如下有益效果:装置安装方便，运行可靠；无论采用何种钻井循环介质，均可自动或手动控制充填增压通路，压力与另一条循环通路平衡后，关闭充填增压通路和打开主/旁通路，确保注入压力平稳的前提下实现流道的切换；在不影响正常钻进的情况下，可以对整个分流管汇进行检修。
[0053]综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种连续循环钻井系统，其特征在于，从循环介质入口(I)开始沿顺时针方向依次通过第一开关阀(2)、旁通主阀(7)、旁通副阀(14)、立管副阀(11)、第三开关阀(9)和第二开关阀(6)后返回至所述循环介质入口(I)形成环形管路，在所述旁通主阀(7)与所述旁通副阀(14)之间的管路上设置有旁通压力表(15)和去旁通接头(16)，在所述旁通副阀(14)与所述立管副阀(11)之间的管路上设置有泄压阀(13)和泄压接头(12)，在所述立管副阀(11)和所述第三开关阀(9)之间的管路上设置有主通路压力表(10)，在所述第三开关阀(9)和所述第二开关阀(6)之间的管路上设置有去立管接头(8)，所述第一开关阀(2)与所述旁通主阀(7)之间的管路通过立管主阀(3)连接至所述立管副阀(11)与所述第三开关阀(9)之间的管路，所述第一开关阀(2)所述与旁通主阀(7)之间的管路还依次通过增压开关阀⑷和增压阀(5)连接至所述旁通副阀(14)与所述立管副阀(11)之间的管路，且所述第一开关阀(2)与所述旁通主阀(7)之间的管路与所述立管主阀(3)的连接点位于与所述增压开关阀(4)之间的连接点之间，所述旁通主阀(7)、所述旁通副阀(14)、所述立管副阀(11)、所述立管主阀(3)均为开关阀，所述增压阀(5)为溢流阀。
2.根据权利要求1所述的连续循环钻井系统，其特征在于，所有的开关阀均为平板阀。
3.根据权利要求1所述的连续循环钻井系统，其特征在于，所述第一开关阀(2)、所述第二开关阀(6)和所述第三开关阀(9)均为手动阀。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的连续循环钻井系统，其特征在于，所述旁通主阀(7)、旁通副阀(14)、立管副阀(11)、所述立管主阀(3)、所述增压阀(5)和所述增压开关阀(4)均为液压阀。
5.根据权利要求4所述的连续循环钻井系统，其特征在于，还包括液控箱(17)和连接至所述液控箱(17)的操控台(18)，所述液控箱(17)连接至各个液压阀和所述主通路压力表(10)、所述旁通路压力表(15)，用于控制各个液压阀。
6.根据权利要求4所述的连续循环钻井系统，其特征在于，还包括连续循环阀，所述连续循环阀通过旁通管线(19)连接至所述去旁通接头(16)。
7.根据权利要求6所述的连续循环钻井系统，其特征在于，所述连续循环阀包括本体、设置在本体内的球阀和旁通阀，所述球阀位于本体(22)内的上部，包括上球座(27)、下球座(30)和球芯(28)，其中: 所述上球座(27)的上部由嵌入本体(22)的拼环(24)定位，拼环(24)的内侧设有支撑套(25)，支撑套(25)的内径与上球座(27)内径相同且支撑套(25)上部由嵌入拼环(24)内的挡环(23)定位；所述下球座(30)的外周面形成一环形肩，该环形肩坐在本体(22)内形成的台阶上，环形肩下部的孔内安装有弹簧(31);所述球芯(28)在一球阀操作键(29)的作用下旋转，实现球阀的开/关； 所述旁通阀包括旁通阀座(34)、旁通阀板(36)和销轴及扭簧组件(35)，所述旁通阀板(36)在扭簧的作用下紧紧压在旁通阀座(34)上，旁通阀板(36)和旁通阀座(34)之间形成密封。
8.根据权利要求7所述的连续循环阀，其特征在于，所述旁通阀板(36)局部伸入所述旁通阀座(34)端口内，且二者在接触处分别形成锥面，两锥面之间形成金属密封。
9.根据权利要求7所述的连续循环阀，其特征在于，在所述旁通阀座(34)紧邻旁通阀板(36)两端的壁面上分别形成有刻槽，在所述刻槽内安装有橡胶圈(37)，旁通阀座(34)和旁通阀板(36)之间形成密封。
10.根据权利要求7所述的连续循环阀，其特征在于，所述旁通阀座(34)与本体(22)之间以及所述上球座(27)、下球座(30)与本体(22)之间均形成密封。
【文档编号】E21B21/12GK104153733SQ201410349769
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】魏臣兴, 马金山, 齐金涛, 徐海潮, 魏凯, 李征, 黄强, 郑燕阳 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司