一种浅层油气井的钻井装置及其钻井方法与流程

1.本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种浅层石油、天然气（煤层气）井的钻井装置及其钻井方法，是一种既能打直井、斜直井，又能打直井、斜井水平井的综合性钻井方法及其装置。


背景技术：

2.随着人类对能源需求的不断增加和油气田开发的不断深入，许多浅层油气田都投入到勘探开发领域。常规油气井钻井设备和钻井技术对于浅层油气井而言，其适应性存在如下不足：1）钻井设备结构复杂、投资高；2）钻井工艺复杂、钻井成本高；3）对于浅层斜直井，施工难度增大，钻井成本增加；4）对于浅层水平井，除施工难度增大，钻井成本增加，其水平段的长度也会受到限制。
3.如图6所示，现有技术中的钻井装置，包括在井架7上部安装有滑轮天车6，动力系统绞车上缠绕的钢丝绳8，通过滑轮天车6带动滑轮悬吊系统5实现上提和下放功能；滑轮悬吊系统5下挂的钻杆4在安装在操作平台1之上的旋转动力系统2的带动下实现旋转功能；钻杆4下连接钻头，钻杆4带动钻头进行旋转钻进。当第一根钻杆钻进完成后，利用悬吊系统5提起钻杆4，并坐在吊卡3上，然后悬吊系统5吊起下一根钻杆4并与上一根钻杆4连接，用悬吊系统5提起钻杆4，移开吊卡3，继续进行钻井。重复以上操作，即可实现整个油气井的钻井目的。
4.目前，斜井钻机已经普遍用于矿山排水孔、电缆孔，城市、河流管道穿越施工，但现有技术中没有将斜井钻机应用于浅层油气井的钻井的技术先例，严重限制了斜井钻机的技术应用领域；而且现有技术中的斜井钻机用于浅层油气井的钻井，其现有结构尚存在一定不足，有待于进一步改进。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：克服现有常规钻井技术的不足，提出一种浅层油气井的钻井方法，它能使浅层油气井的钻井设备结构更简单、价格更低、钻井工艺更简化、钻井费用更少，最大程度上满足浅层油气直井、直井水平井、斜直井、斜直水平井的钻井技术要求。
6.本发明的另一目的是提供一种利用改进后的现有斜井钻机，实现打浅层油气井的钻井装置。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种浅层油气井的钻井装置，其特征在于：包括斜井钻机、卡盘，所述斜井钻机包括机架、动力系统、液压钳、底盘、钻杆、驱动系统、机身主体；所述机身主体活动地连接在所述机架上，所述动力系统固定设置在所述机架上；所述底盘中部设置一通孔，所述钻杆可以穿过所述通孔、由所述驱动系统驱动进行往复运动和旋转运动；
所述斜井钻机具有地层钻进功能，所述机身主体与地面的角度可根据钻井设计需求进行调整；所述驱动系统与所述机身主体连接，所述驱动系统上设有驱动头，所述钻杆的上端连接所述驱动头；所述驱动系统在所述动力系统驱动下，可沿着所述机身主体进行往复运动；所述驱动头可做旋转运动；所述卡盘、所述液压钳均设置于所述机身主体的下部，所述液压钳设置于所述卡盘的上方。
8.优选的，所述通孔的形状为椭圆形。
9.使用上述钻井装置的钻井方法，其特征在于：将斜井钻机用于浅层油气井的钻井；当需要钻直井或直井水平井时，将机身主体调整到与地面垂直的位置；当需要钻斜直井或斜直水平井时，按照钻井设计要求，将机身主体调整到与地面小于90
º
的倾斜位置；开始钻井时，将下端带有钻头的第一根钻杆连接到驱动头上，驱动头驱动钻杆旋转并推动钻杆向下运动；随着钻杆的不断向下钻进，钻井深度不断增加；当一根钻杆钻进完成后，上提钻杆，将钻杆坐在卡盘上，卡紧卡盘，卡盘承受钻杆的重量；卸开驱动头与钻杆的丝扣，再将下一根钻杆连接到驱动头上，并与坐在卡盘上的上一根钻杆连接，然后利用斜进钻机的拉力提起钻杆，松开卡盘，进行第二根钻杆的钻进；重复以上操作，可按钻井设计要求完成浅层油气井的直井、斜直井、直井水平井和斜井水平井的钻进工作；井眼钻进工作完成后，提出所有钻杆，按照钻进过程钻杆的下入程序，将油气井套管下入井中，完成整个钻井工作。
10.优选的，所述浅层油气井是指油气层埋藏深度小于500米的油气井。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将斜井钻机用于浅层油气井的钻井，是一种具有特大经济效益、社会效益的重大功能。斜井钻机的动力系统驱动了下端带有钻头的钻杆进行钻井工作，简化了常规钻机井架悬吊游动系统悬吊钻杆、驱动系统驱动钻杆转动的钻井工艺；并且在钻井初期，斜井钻机具有的推力功能可以提高钻井速度，在钻水平段过程中，斜进钻机的推力不但可以提高钻井速度，还可以增加水平段的钻井长度；特别是利用斜井钻机可以实现井口造斜的功能，可以钻进水平段更浅的油气井。
12.本发明相较于传统钻机，简化了传统石油钻机的机构，降低了制作和使用成本；结构简单紧凑，提高了钻井效率；既能打直井、斜直井，又能打直、斜井水平井；由于本发明钻井装置具备推力功能，故可打水平段更长的水平井；并且其具备的钻斜井水平井的功能，可使得更浅的油气层也可以用水平井来开发。
附图说明
13.图1是本发明实施例一的打浅层直井的状态图；图2是本发明实施例一的打浅层直井水平井的状态图；图3是本发明实施例一的打浅层斜直井的状态图；图4是本发明实施例一的打浅层斜直水平井的状态图；图5是图1至4中的底盘结构示意图；图6是现有技术的钻井装置示意图。
14.图中的标记为：
1-操作平台，2-旋转动力系统，3-吊卡，4-钻杆，5-悬吊系统，6-天车，7-井架，8-绞缆，9-绞车动力系统；10-底盘，11-卡盘，12-液压钳，13-驱动系统，14-机身主体，15-动力系统，16-活塞杆，17-机架，101-通孔，131-驱动头。
具体实施方式
15.下面结合说明书附图，对本发明的技术方案做进一步说明。
16.实施例一如图1至5所示，一种浅层油气井的钻井装置，包括斜井钻机、卡盘11，斜井钻机包括机架17、动力系统15、液压钳12、底盘10、钻杆4、驱动系统13、机身主体14；机身主体14分别活动地连接在底盘10、机架17上，动力系统15固定设置在机架17上；本发明所述斜井钻机，适应于钻垂直深度小于500米、井眼长度小于1000米的油气井；机身主体14的长度需要满足常规钻杆和常规套管的起下要求；卡盘11满足起下钻杆和套管技术要求；将液压钳12的口径加大，满足钻杆和套管技术要求。
17.底盘10中部设置椭圆形通孔101，钻杆4可以穿过椭圆形通孔101、由驱动系统13驱动进行往复运动和旋转运动；保障打斜井、斜直井时，机身主体14倾斜时钻杆4通过；斜井钻机具有地层钻进功能，机身主体14与地面的角度可根据钻井设计需求进行调整；驱动系统13与机身主体14连接，驱动系统13上设有驱动头131，钻杆4的上端连接驱动头131；驱动系统13在动力系统15驱动下，可沿着机身主体14进行往复运动；驱动头131在驱动系统13的驱动下，可做旋转运动；卡盘11、液压钳12均设置于机身主体14的下部，液压钳12设置于卡盘11的上方。
18.使用上述钻井装置的钻井方法，将斜井钻机用于浅层油气井的钻井，浅层油气井是指埋藏深度小于500米的油气井；当需要钻直井或直井水平井时，将机身主体14调整到与地面垂直的位置；当需要钻斜直井或斜直水平井时，按照钻井的设计要求，将机身主体14调整到其与地面角度小于90
º
的倾斜位置；开始钻井时，将下端带有钻头的第一根钻杆4连接到驱动头131上，动力系统15通过驱动系统13驱动驱动头131旋转，带动钻杆4进行旋转运动，并推动钻杆4向下运动；随着钻杆4的不断向下钻进，钻井深度不断增加；当上一根钻杆4钻进完成后，上提钻杆4，将钻杆4坐在卡盘11上，卡盘11承受钻杆4的重量；卸开驱动头131与钻杆4的丝扣，再将下一根钻杆4连接到驱动头131上，并与坐在卡盘11上的上一根钻杆4连接，然后利用斜进钻机的拉力提起钻杆4，松开卡盘11，进行下一根钻杆4的钻进；重复以上操作，可按钻井设计要求完成浅层油气井的直井、斜直井、直井水平井和斜井水平井的钻进工作；井眼钻进工作完成后，提出所有钻杆4，按照钻进过程钻杆4的下入程序，将油气井套管下入井中，完成整个钻井工作。
19.驱动系统13具有推动力，可以增加钻头对地层的压力，以提高钻井速度。斜井钻机的机身主体14与地平面的夹角可以在小于90
º
范围内任意改变，以达到钻直井、斜直井的目的。在井眼轨迹控制技术指导下，其钻头的运行轨迹可以实现不同方位角的转换（例如可实现水平井的钻进）。在水平井的钻进过程中，斜井钻机的推力可实现更长水平段的钻进；斜
井水平井的钻井方式，可以完成更浅层水平井的钻进。
20.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。