双壁钻杆低压钻井技术.pdf

本发明涉及一种用于油田低压油藏定向井水平井的双壁钻杆低压钻井技术，该技术是利用由旋转充气接头、旋转控制接头、双壁钻杆和气液分流短节构成的注入系统，以正循环的方式分别从双壁钻杆的环形间隙和中心水眼向井内充(泵)入一定量的压缩空气和钻井液，压缩空气从井下某一位置处的气液分流接头进入井眼环空，钻井液从钻头水眼处上返，在井眼的环空中形成两个不同压力梯度的气液混合段和纯液段，使井筒内产生不稳定的“U”型管效应，从而达到降低液柱压力的目的。本发明提供的双壁钻杆低压钻井技术，能够在定向井、水平井充气钻井过程中实现低压钻井并能解除充气钻井受井眼轨迹无法控制和井下动力钻具在充气泥浆状态下不能正常工作的限制，有利于充气钻井技术的推广应用。

1、  一种双壁钻杆低压钻井技术，其特征在于：该技术是利用由旋转充气接头、旋转控制接头、双壁钻杆和气液分流短节构成的注入系统，以正循环的方式分别从双壁钻杆的环形间隙和中心水眼向井内充(泵)入一定量的压缩空气和钻井液，压缩空气从井下某一位置处的气液分流接头进入井眼环空，钻井液从钻头水眼处上返，在井眼的环空中形成两个不同压力梯度的气液混合段和纯液段，使井筒内产生不稳定的“U”型管效应，从而达到降低液柱压力的目的；利用本发明提供的低压钻井技术作业时，其钻进过程如下：从空气压缩机出来的压缩空气经注气管线由旋转充气接头的外环空进入双壁钻杆的气体通道，再经气液分流接头进入双壁钻杆与井壁之间的外环空；从钻井泥浆泵出来的泥浆经立管经入双壁钻杆的中心管，再经动力钻具和钻头携带岩屑后，从井壁与普通钻杆之间的环空在气液分流接头处与压缩空气混合；气液混合流体经井壁和双壁钻杆之间的外环空，在旋转控制头的导流作用下流到气液分离系统，分离出的泥浆经震动筛除砂后流入循环罐使用，分离出的空气则排入大气，在上述过程中，钻杆中心的循环介质处于纯液相状态，环空气液分流接头以上处于气液两相流状态，这样便可降低环空的循环压力，从而实现了低压钻井；此种低压钻井作业的随钻测量过程如下：在双壁钻杆钻井方式下，随钻测量仪器发出的脉冲信号经普通钻杆和双壁钻杆中心管的泥浆传递，被脉冲信号接收器接收，然后通过电缆传到信号终端显示，由此可读出井底井斜、方位、工具面等参数值，从而实现定向井或水平井钻进的井眼轨迹控制。

双壁钻杆低压钻井技术
技术领域：
本发明涉及一种用于油田低压油藏定向井水平井的钻井工艺技术。
背景技术：
随着油田开发进入中后期，众多的主力区块地层压力亏空严重，井漏、卡钻、油层污染等问题成为油田中后期钻井技术的难点，而再钻调整井(其中主要是定向井、水平井)又是提高主力油藏采收率、保持油田稳产的重要手段，因而针对此类低压油藏的低压钻井技术成为解决钻井过程上述难点的重要技术支撑。低压钻井是指使用钻井液密度低于1.0g/cm³的钻井施工。一般地讲，使用纯液相钻井液，密度都大于1.0g/cm³。因此，低压钻井采用的钻井液(严格讲为循环介质)一般情况下都不是纯液相，特殊情况下，如水包油或油包水钻井液、加减轻材料的普通钻井液除外。目前，低压钻井主要方式分为空气、雾化、泡沫和充气钻井。空气钻井密度适用范围0～0.02g/cm³，需要使用大规模的空气压缩机和增压机等设备；雾化钻井密度适用范围0.02～0.07g/cm³，在空气钻井的基础上还需增加雾化泵等装置；泡沫钻井密度适用范围0.07～0.60g/cm³，由于可循环泡沫技术还不成熟，不循环的泡沫液成本高，不能大范围应用；充气钻井为常用的立管注气方式，其密度适用范围为0.7～0.9g/cm³，是目前应用广泛的一种钻井方法。上述低压钻井方式的共同缺点是在钻井过程中无法使用无线随钻测量仪器和常规井下动力钻具，因此也就无法进行井眼轨迹控制，大大限制了低压钻井技术的应用范围，特别是在水平井中的应用。
发明内容：
本发明目的在于提供一种能够解决充气钻井井眼轨迹控制和常规井下动力钻具正常工作问题、使充气钻井技术能够应用于定向井特别是水平井钻井的双壁钻杆低压钻井技术。
本发明的技术方案如下：
此种低压钻井技术是利用由旋转充气接头、旋转控制头、双壁钻杆和气液分流短节构成的注入系统，以正循环的方式分别从双壁钻杆的环形间隙和中心水眼向井内充(泵)入一定量的压缩空气和钻井液，压缩空气从井下某一位置处的气液分流接头进入井眼环空，钻井液从钻头水眼处上返，在井眼的环空中形成两个不同压力梯度的气液混合段和纯液段，使井筒内产生不稳定的“U”型管效应，从而达到降低液柱压力的目的。其井底液柱压力降低的幅度由井下分流接头位置决定。双壁钻杆钻井采用的专用设备工具包括井口和井下两部分，井口主要有空气压缩机、注气管线、钻井泥浆泵、旋转充气接头和双壁六方钻杆，井下主要有双壁钻杆、双壁单流阀(井口回压控制工具)、双壁管气液分流短节(双壁气压控制装置)。其它还有配套的专用补芯、驱动补芯、气液分离设备、脉冲接收器、信号终端显示等。利用本发明提供的低压钻井技术作业时，其钻进过程如下：从空气压缩机出来的压缩空气经注气管线由旋转充气接头的外环空进入双壁钻杆的气体通道，再经气液分流接头进入双壁钻杆与井壁之间的外环空；从钻井泥浆泵出来的泥浆经立管进入双壁钻杆的中心管，再经动力钻具和钻头携带岩屑后，从井壁与普通钻杆之间的环空在气液分流接头处与压缩空气混合；气液混合流体经井壁和双壁钻杆之间的外环空，在旋转控制头的导流作用下流到气液分离系统，分离出的泥浆经震动筛除砂后流入循环罐使用，分离出的空气则排入大气。在上述过程中，钻杆中心的循环介质处于纯液相状态，环空气液分流接头以上处于气液两相流状态，这样便可降低环空的循环压力，从而实现了低压钻井。此种低压钻井作业的随钻测量过程如下：在双壁钻杆钻井方式下，随钻测量仪器发出的脉冲信号经普通钻杆和双壁钻杆中心管的泥浆传递，被脉冲信号接收器接收，然后通过电缆传到信号终端显示，由此可读出井底井斜、方位、工具面等参数值，从而实现定向井或水平井钻进的井眼轨迹控制。
本发明提供的双壁钻杆低压钻井技术能够在定向井、水平井钻井过程中实现低压钻井，并能解除充气钻井受井眼轨迹无法控制和井下动力钻具在充气泥浆状态下不能正常工作的限制，有利于充气钻井技术的推广应用。
附图说明：
图1为本发明提供的双壁钻杆低压钻井技术工艺流程和所采用的地面设备、井下装置示意图。图2、图3、图4分别为旋转充气接头6、双壁钻杆8和气液分流接头9结构示意图。
具体实施方式：
本发明由以下实施例给出，下面结合附图予以说明。
如图所示：本发明采用的工艺流程由空气压缩机1、注气管线2、钻井泥浆泵3、脉冲接收器4、信号终端显示5、旋转充气接头6、旋转控制头7、双壁钻杆8、气液分流接头9和气液分离系统10构成。图中，标号“11”为井壁，标号“12”、“13”、“14”、“15”分别为普通钻杆，随钻测量仪器、动力钻具和钻头。其中，空气压缩机1、充气管线2、钻井泥浆泵3、脉冲接收器4、信号终端显示5、气液分离系统10以及普通钻杆12、随钻测量仪器13、动力钻具14和钻头15均为现有或常规设备工具。其中，旋转充气接头6(图2)由外体16、气体注入口17、中心管18、扶正轴承19、限位轴承20组成，工作时，中心管18随钻具旋转，而外体16不旋转，中心管18为高压泥浆通道，外体16一侧的气体注入口接高压气体软管线注入气体。双壁钻杆8(图3)由外筒21和中心管22组成，中心管22由上、下接头和主体三部分构成，上、下端分别采用插入式密封连接，共有中心孔、小环空、大环空三个通道，中心孔为高压泥浆通道，小环空为高压气体通道，大环空为上返气液共用通道。气液分流接头9(图4)由本体23、中心管24、活塞环25、弹簧26、密封圈27、限位销钉28组成，中心管24为环形单向阀体，其上设有活塞环25、弹簧26和密封圈27，本体23侧壁上设有分流孔和平衡孔，本体23和中心管24通过限位销钉28相连接固定。