循环阀、钻井管柱及钻井循环控压方法与流程

本发明涉及油田钻井工程领域，尤其涉及一种循环阀、钻井管柱及钻井循环控压方法。

背景技术：

1、石油开采过程中会遇到过钻探深层复杂地层，如果地层的孔隙压力和破裂压力间的窗口相对较小，常常会产生井涌、井漏、有害气体泄漏以及卡钻、起下钻时间过长等问题，不仅会延长钻井时间，也会带来安全、污染等问题，如果在钻井过程中能够有效对井下压力进行控制，有助于缓解上述问题。

2、控压钻井是在钻进过程中对井筒压力及时进行控制的技术，在石油开采过程中正逐步得到广泛应用。控压钻井是对井筒压力进行精确控制，实现井底压力始终处于稳定状态，工作人员通过控压钻井装置控制井口回压，实现实时调整，确保井底压力始终在合理范围内。目前，可采用下述方式对井筒压力进行控制：

3、一、井口回压控制，通过调节井口的节流阀的开度来调节井口回压，以确保井筒压力始终保持在合理的范围内，通过对井底压力的精确控制，控压钻井既可以有效地防止钻井过程中可能发生的井漏，也可以避免发生溢流等井控险情。

4、二、井底压力恒定法，通常采用低于常规钻井方式的钻井液密度开展平衡钻井，在循环过程中的井底压力等于静液柱压力加上环空压耗，当关井、接钻杆时，循环压耗就会同时消失，让井底压力处于不平衡状态，之后在井口加入回压让井底压力处于平衡，这样能够避免地层流体侵入问题。

5、三、加压泥浆帽法，该技术主要是在井中环空流体密度较小在井口施加一个正压力，通常情况下，该技术能够有效控制井漏的问题，在海洋、陆地油气井眼严重漏失底层开展作业。如果储层压力小于净水压头，则需要采用泥浆帽钻井技术(不加压)，并在钻井液漏失中环空泵注入清水，这时井眼气体会被环空清水压回漏失地层，保障能够继续开展施工工作；如果储层压力大于静水压头时，则需要采用加压泥浆帽钻井技术，通过加重钻井液实现经井内压力平衡。此外，在加压泥浆帽钻井技术实施之前，需要对泥浆帽进行增重和增粘处理，并将钻井液缓缓注入到环空中，避免油气上窜进入环空，这样就能够保障井内压力控制平衡度。

6、四、hse钻井技术，其为一种将钻井液返回到钻台上的控压钻井技术，融入了承压、闭合钻井液循环系统，通过闭合钻井液循环系统能够有效避免气体和延时屑从钻台中流出，从而降低硫化氢气体的含量，降低钻台因出现火花造成的安全隐患。

7、但上述各种方法在发生气侵、溢流、井涌等状况时，在循环置换的过程中，虽然环空的气侵泥浆能够被置换出来，但同时产层的气体还在源源不断地进入井底、环空，造成处理时间过长，同时，井口处的压力较高、裸眼井段长、漏层承压能力低，安全风险较大，影响现场人员、设备、井下的安全。另外，目前的控压钻井的主要设备安装在井口、地面，井下管柱还是采用的常规钻具，致使在钻进长裸眼多压力体系的地层受到的压力相同，在薄弱地层发生井下复杂的风险较大。

8、针对相关技术中采用现有方法和装置对钻进过程中井筒压力进行控制安全性低的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

9、由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种循环阀、钻井管柱及钻井循环控压方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种循环阀、钻井管柱及钻井循环控压方法，可降低井口井控的风险，进而降低井控的整体风险，缩短井控时间，保证井控安全，避免井控失控的事故发生。

2、本发明的目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供了一种循环阀，所述循环阀包括阀体，所述阀体上至少设置有第一端和第二端，所述阀体内设置有连通所述第一端和所述第二端的第一通道，所述第一通道内设置有阀件，所述阀体上套设有可压缩膨胀的封隔器，所述阀体上套设有能滑动并对所述封隔器进行挤压的活塞，位于所述封隔器上方的所述阀体上设置有第二通道；

4、所述阀件导通状态，所述第一通道导通，且所述活塞阻断所述第二通道；

5、所述阀件断开状态，所述阀件阻断所述第一通道，所述阀体内且位于所述阀件上方的压力推动所述活塞滑动至所述第二通道导通位置，以使位于所述封隔器上方的所述阀体的外部空间通过所述第二通道和位于所述阀件上方的第一通道与所述阀体的所述第一端相连通。

6、在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体内能滑动地设置有滑套，所述阀体和所述滑套均为两端开口的筒状结构，所述阀件设置于所述滑套内，所述滑套上开设有第一通孔，所述阀体的阀壁内形成有环状的过流通道，所述阀体上分别开设有第二通孔和第三通孔，所述第二通孔连通所述过流通道与所述阀体的内部，所述第三通孔连通所述过流通道与位于所述封隔器上方的所述阀体的外部空间；

7、所述阀件导通状态，所述第一通孔与所述第二通孔相错开，且所述活塞封堵于所述第三通孔处；

8、所述阀件断开状态，由所述第一端向所述阀体内施加压力并推动所述滑套滑动，以使所述第一通孔移动至与所述第二通孔连通位置，压力由所述第一通孔和所述第二通孔进入至所述过流通道内并推动所述活塞滑动至所述第三通孔与所述过流通道相连通位置，所述第三通孔、所述过流通道、所述第二通孔和所述第一通孔配合形成所述第二通道。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述滑套的外壁和所述阀体的内壁上分别设置有第一凸台和第二凸台，所述滑套的外壁、所述阀体的内壁、所述第一凸台与所述第二凸台之间合围形成环形的容置腔，所述容置腔内设置有弹簧，所述阀件断开状态，所述滑套移动且所述容置腔的空间减小，所述弹簧处于压缩状态；所述阀件恢复至导通状态，在所述弹簧推动所述滑套恢复至原位。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体内且靠近所述第一端的位置设置有限位环，所述滑套能与所述限位环相抵，以对所述滑套向所述第一端方向移动进行限位。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一通孔与所述第一端之间的距离小于所述阀件与所述第一端之间的距离。

12、在本发明的一较佳实施方式中，所述滑套与所述阀体之间连接有剪切销钉。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞为环状结构，所述活塞的下部与所述封隔器的顶部相抵，所述活塞的上部伸入至所述过流通道内，且所述活塞与所述过流通道的内壁滑动密封连接。

14、在本发明的一较佳实施方式中，所述第三通孔与所述过流通道且靠近所述封隔器的位置相连通，所述第二通孔与所述过流通道且远离所述封隔器的位置相连通，所述阀件导通状态，所述活塞的上部对所述第三通孔进行封堵。

15、在本发明的一较佳实施方式中，所述阀件为球阀。

16、在本发明的一较佳实施方式中，所述球阀包括阀座和阀球，所述阀座为环状结构，所述阀座设置于所述滑套内，所述阀球通过所述第一端投入至所述滑套内并坐封于所述阀座上，以阻断所述第一通道。

17、在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体的内部且靠近所述第二端的位置设置有球栏，所述阀件断开状态，增大由所述第一端向所述阀体内施加压力，以挤压所述阀球变形后穿过所述阀座并掉落至所述球栏中，所述阀件恢复导通状态。

18、在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体的第二端设置有转换接头，所述阀体上且位于所述转换接头与所述封隔器之间套设有固定套，在所述阀体的轴向上，所述封隔器位于所述固定套与所述活塞之间。

19、本发明提供了一种钻井管柱，所述钻井管柱包括管柱主体和上述的循环阀，所述循环阀连接于所述管柱主体上，所述循环阀随所述管柱主体下入至井内。

20、在本发明的一较佳实施方式中，所述循环阀在所述井内的位置位于泄漏层的下方且位于产层的上方，所述循环阀中的封隔器可对井内的环空进行分隔。

21、在本发明的一较佳实施方式中，所述管柱主体的一端位于井口处，所述管柱主体的另一端设置有钻头且位于所述产层内。

22、本发明提供了一种钻井循环控压方法，所述钻井循环控压方法包括如下步骤：

23、步骤s1：检测井内是否发生异常状况；

24、步骤s2：若存在所述异常状况，则进行井口控压处理；

25、步骤s3：若依然存在所示异常状况，通过循环阀中的封隔器对泄漏层下方的环空进行坐封，阻断循环阀中的第一通道，且导通所述循环阀中的第二通道；

26、步骤s4：向所述循环阀内注入钻井液，且注入的钻井液由所述第二通道进入至所述封隔器上方的环空内，并将位于所述封隔器上方的所述环空中发生气侵或液侵的钻井液由井口置换出地面。

27、在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s1中，所述异常状况包括井下气体测量值超出预设范围、油液中出现气侵或油液溢流。

28、在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s2包括：

29、步骤s201：将井口控压至预设压强范围内；

30、步骤s202：若所述井口控压超过所述预设的压强范围，则停止钻井作业；

31、步骤s203：向井内注入钻井液并将环空中发生气侵或液侵的钻井液由所述井口置换出地面。

32、在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s3包括：

33、步骤s301：由井口向所述循环阀的阀体内投入阀球，所述阀球坐封于阀座上，以阻断所述第一通道；

34、步骤s302：由所述井口向所述循环阀内注入钻井液；

35、步骤s303：在所述钻井液的压力作用下，所述循环阀中位于滑套与所述阀体之间的剪切销钉剪断，所述滑套在所述阀体内滑动并压缩弹簧，所述滑套滑动至其上的第一通孔与阀体上的第二通孔相连通，且滑套推动所述循环阀中的活塞移动并挤压所述封隔器膨胀，所述封隔器对所述环空坐封，且所述活塞与所述阀体上的第三通孔相错开，以使得所述第二通道导通。

36、在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s4中，注入所述循环阀内的钻井液，依次通过所述阀体的第一端、位于阀件上方的第一通道和所述第二通道循环进入至位于所述封隔器上方的环空中，以将位于所述封隔器上方的所述环空中发生气侵或液侵的钻井液由井口循环置换出地面。

37、在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s4之后，还包括：

38、步骤s5：若所述异常状况消除，则增大向所述循环阀内的钻井液注入量，挤压所述阀球发生变形并使其穿过所述阀座并掉落至下方的球栏中，以使所述第一通道恢复导通状态；

39、步骤s6：停止向所述循环阀内注入钻井液，在所述弹簧弹力的作用下，所述滑套和所述活塞恢复至原位，以使所述第二通道恢复阻断状态，同时所述封隔器恢复原有形状，以取消对所述环空的坐封；

40、步骤s7：继续向所述循环阀内注入钻井液并从钻头处进入至所述环空内，将位于所述封隔器下方的所述环空中存在气侵或液侵物质由井口置换出地面；

41、步骤s8：持续向所述循环阀内注入钻井液，以实现全井段循环，直至循环至所述井口的钻井液的密度达到预设的安全值；

42、步骤s9：继续进行钻井作业；

43、步骤s10：若检测井内再次发生异常状况，则重复所述步骤s2至所述步骤s9。

44、由上所述，本发明的循环阀、钻井管柱及钻井循环控压方法的特点及优点是：在循环阀的阀体内设置连通其第一端和第二端的第一通道，在第一通道内设置有阀件，阀体上套设有封隔器和能滑动并对封隔器进行挤压的活塞，位于封隔器上方的阀体上设置有第二通道，在正常掘进作业时，阀件处于导通状态，第一通道导通，且活塞阻断第二通道；在检测到井内发生异常状况时，可控制阀件断开，阀件阻断第一通道，阀体内且位于阀件上方的压力推动活塞滑动至第二通道导通位置，以使位于封隔器上方的阀体的外部空间通过第二通道和位于阀件上方的第一通道与阀体的第一端相连通，从而对位于封隔器上方的环空中发生气侵或液侵的钻井液进行循环外排，保证井内压力的平衡，可降低井口井控的风险，进而降低井控的整体风险，缩短井控时间，保证井控安全，避免井控失控的事故发生。