專利名稱：一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣鉆井的循環(huán)泥漿方法，特別是適合于窄密度窗口復(fù)雜井 眼維持井底壓力平衡的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置及方法。
背景技術(shù)：
在進行常規(guī)油氣鉆井作業(yè)時，每鉆完一根單根，如需繼續(xù)鉆進，都要提鉆、停 泵、接單根，然后再繼續(xù)鉆進。
在停泵、接單根期間，由于泥漿停止循環(huán)，正常鉆進時作用于井底的泥漿環(huán)空 流動壓耗將不再作用于井底而導(dǎo)致井底有效壓力降低。
對安全泥漿密度窗口較寬的井，容易實現(xiàn)靜態(tài)不溢、動態(tài)不漏(泥漿停止循環(huán) 時能靠泥漿靜液柱壓力壓穩(wěn)地層，泥漿循環(huán)時泥漿靜液柱壓力加泥漿環(huán)空流動壓耗也不 會超過地層破裂壓力而壓漏地層)。
對安全泥漿密度窗口較窄的井，要實現(xiàn)靜態(tài)不溢、動態(tài)不漏則非易事，常出現(xiàn) 靜態(tài)溢、動態(tài)漏的情況，給鉆井作業(yè)造成巨大的困難，甚至使鉆井作業(yè)無法繼續(xù)進行。
如何解決窄安全泥漿密度窗復(fù)雜井靜態(tài)溢、動態(tài)漏的技術(shù)難題，已成為國內(nèi)外 石油界迫切需要解決的大難題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在接單 根的過程中不停泵、不間斷地循環(huán)泥漿。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下由鉆桿上端的頂部驅(qū)動裝置、 座放在鉆臺面上的底座、密封機構(gòu)、液壓大鉗以及泥漿傳輸管線組成；密封機構(gòu)安裝在 底座上，并由上密封機構(gòu)、中密封機構(gòu)和下密封機構(gòu)組成；液壓大鉗下齒位于中密封機 構(gòu)和下密封機構(gòu)形成的密封腔室內(nèi)，液壓大鉗上齒位于中密封機構(gòu)與上密封機構(gòu)形成的 密封腔室內(nèi)，且中密封機構(gòu)留有過液壓大鉗的液壓活塞的通孔，該孔與液壓活塞缸外表 間有密封件；下密封機構(gòu)下端左右均留有孔，左邊的孔連接泥漿排放管線，并在出口位 置安裝泥漿排放閥，右邊的孔連接旁通泥漿管線，出口端位置安裝旁通泥漿進入閥，旁 通泥漿管線通過三通與常規(guī)泥漿管線并聯(lián)；上密封機構(gòu)在左邊上部留有孔并連接泥漿溢 流管線，出口端有泥漿溢流閥。
上密封機構(gòu)和中密封機構(gòu)之間、中密封機構(gòu)和下密封機構(gòu)之間以及下密封機構(gòu) 與底座之間采用法蘭連接。
上密封機構(gòu)和下密封機構(gòu)為常規(guī)球形防噴器；中密封機構(gòu)可以是常規(guī)球形防噴 器，也可以是閘板防噴器。
在起下鉆具時，將氣動卡瓦置于鉆臺方補心內(nèi)。
本發(fā)明按如下步驟實施
步驟一在正常鉆進前將一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置依次安裝在鉆臺面上；
步驟二 接新立柱前，上提鉆柱，將下部鉆桿座放在氣動卡瓦上，啟動不間 斷循環(huán)裝置，關(guān)閉下密封機構(gòu)、上密封機構(gòu)，在上密封機構(gòu)和下密封機構(gòu)之間形成一個 大的密封腔，打開泥漿溢流閥和旁通泥漿進入閥，泥漿泵入密封腔，對密封腔排氣直至 充滿泥漿，然后關(guān)閉泥漿溢流閥，液壓大鉗下齒咬住下部鉆桿的上接頭，液壓大鉗上齒 咬住頂部驅(qū)動裝置的連接端，啟動液壓大鉗上齒卸掉頂部驅(qū)動裝置，并上提頂部驅(qū)動裝 置至中密封機構(gòu)的上端面以上并位于上密封機構(gòu)下端面之間的位置，關(guān)閉常規(guī)泥漿管線 (17)；
步驟三啟動中密封機構(gòu)，使中密封機構(gòu)和下密封機構(gòu)之間形成下密封腔，繼 續(xù)循環(huán)泥漿，打開泥漿溢流閥，上密封腔卸壓，然后打開上密封機構(gòu)，提出頂部驅(qū)動裝 置；
步驟四頂部驅(qū)動裝置連接上新立柱并下鉆至上密封機構(gòu)下端面并位于中密 封機構(gòu)的上端面之間的位置后，啟動上密封機構(gòu)，抱住新立柱的下端，部分打開常規(guī)泥 漿管線，泥漿進入上密封機構(gòu)和中密封機構(gòu)之間的密封腔，排氣，直至泥漿充滿該密封 腔，關(guān)閉泥漿溢流閥，松開中密封機構(gòu)，完全打開常規(guī)泥漿管線，同時，關(guān)閉旁通泥漿 進入閥；
步驟五緩慢下放新立柱對扣，預(yù)計到位后，啟動大鉗上齒試上扣，如扭矩正 常則繼續(xù)上扣，如扭矩不正常則卸扣、上提、下放，繼續(xù)對扣、上扣，直至扭矩正常并 增加到要求值；上扣完畢后，即恢復(fù)自頂部驅(qū)動裝置到新立柱、下部鉆桿的泥漿循環(huán)通 道，松開液壓大鉗下齒，打開泥漿排放閥對密封腔卸壓，卸壓后松開上密封機構(gòu)，排泥 漿；待密閉腔內(nèi)的泥漿基本排完后，松開下密封機構(gòu)，再上提、松氣動卡瓦、下鉆，正 常鉆進。
上密封機構(gòu)在抱住鉆柱的情況下實現(xiàn)低速動密封。
本發(fā)明的有益效果可以實現(xiàn)在接立柱過程中不停泵、不間斷地循環(huán)泥漿，從 而維持井底有效壓力的相對穩(wěn)定，緩解窄安全泥漿密度窗復(fù)雜井的靜態(tài)溢、動態(tài)漏的技 術(shù)難題。


附圖1不間斷循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 具體實施例
本發(fā)明不受下述實施例的限制，可依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實際情況來確定具 體的實施方式。
下面對本發(fā)明做進一步詳細說明
如圖1所示，本發(fā)明由鉆桿上端的頂部驅(qū)動裝置18、座放在鉆臺面13上的底座 1、密封機構(gòu)、液壓大鉗以及泥漿傳輸管線組成；密封機構(gòu)安裝在底座1上，并由上密封 機構(gòu)6、中密封機構(gòu)4和下密封機構(gòu)2組成；液壓大鉗下齒3位于中密封機構(gòu)4和下密封 機構(gòu)2形成的密封腔室內(nèi)，液壓大鉗上齒5位于中密封機構(gòu)4與上密封機構(gòu)6形成的密封 腔室內(nèi)，且中密封機構(gòu)4留有過液壓大鉗的液壓活塞的通孔，該孔與液壓活塞缸外表間 有密封件；下密封機構(gòu)2下端左右均留有孔，左邊的孔連接泥漿排放管線10，并在出口位置安裝泥漿排放閥9，右邊的孔連接旁通泥漿管線8，出口端位置安裝旁通泥漿進入閥 7，旁通泥漿管線8通過三通與常規(guī)泥漿管線17并聯(lián)；上密封機構(gòu)6在左邊上部留有孔并 連接泥漿溢流管線12，出口端有泥漿溢流閥11。
底座1為常規(guī)中空的圓筒，上端留有座放的法蘭盤。
中密封機構(gòu)4留的孔與液壓活塞缸外表間的密封件為常規(guī)橡膠密封。
上述頂部驅(qū)動裝置18具有驅(qū)動鉆柱旋轉(zhuǎn)的主軸組合，該主軸組合下端有與鉆柱 相適配的標準公扣連接端。
為確保各密封機構(gòu)之間的密封效果，上密封機構(gòu)6和中密封機構(gòu)4之間、中密封 機構(gòu)4和下密封機構(gòu)2之間以及下密封機構(gòu)2與底座1之間采用法蘭連接。
上密封機構(gòu)6和下密封機構(gòu)2為常規(guī)球形防噴器；中密封機構(gòu)4可以是常規(guī)球形 防噴器，也可以是閘板防噴器。
在起下鉆具時，將氣動卡瓦14置于鉆臺方補心內(nèi)。
本發(fā)明的按如下步驟實施
步驟一在正常鉆進前將一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置依次安裝在鉆臺面13 上；
步驟二 接新立柱16前，上提鉆柱，將下部鉆桿15座放在氣動卡瓦14上，氣 動卡瓦14抱緊下部鉆桿15，啟動不間斷循環(huán)裝置，關(guān)閉下密封機構(gòu)2、上密封機構(gòu)6， 迫使下密封機構(gòu)2橡膠密封件抱死下部鉆桿15，上密封機構(gòu)6抱死頂部驅(qū)動裝置18，在 上密封機構(gòu)6和下密封機構(gòu)2之間形成一個大的密封腔，打開泥漿溢流閥11和旁通泥漿 進入閥7，泥漿過旁通泥漿管線8被泵入上述密封腔，并對密封腔排氣直至密封腔充滿泥 漿，然后關(guān)閉泥漿溢流閥11，液壓大鉗下齒3咬住下部鉆桿15的上接頭，液壓大鉗上齒 5咬住頂部驅(qū)動裝置18的連接端，啟動液壓大鉗上齒5卸掉頂部驅(qū)動裝置18，并上提頂 部驅(qū)動裝置18至中密封機構(gòu)4的上端面以上并位于上密封機構(gòu)6下端面位置，關(guān)閉常規(guī) 泥漿管線17 ；
步驟三啟動中密封機構(gòu)4，使中密封機構(gòu)4橡膠密封件完全封閉，從而使中密 封機構(gòu)4和下密封機構(gòu)2之間形成下密封腔，繼續(xù)循環(huán)泥漿，打開泥漿溢流閥11，上密封 機構(gòu)6和中密封機構(gòu)4形成的上密封腔卸壓，然后打開上密封機構(gòu)6，提出頂部驅(qū)動裝置 18 ；
步驟四頂部驅(qū)動裝置18連接上新立柱16并下鉆至上密封機構(gòu)6下端面并位于 中密封機構(gòu)4的上端面之間的位置后，啟動上密封機構(gòu)6，抱住新立柱16的下端，部分打 開常規(guī)泥漿管線17，泥漿進入上密封機構(gòu)6和中密封機構(gòu)4之間的上密封腔內(nèi)，排氣，直 至泥漿充滿該密封腔，關(guān)閉泥漿溢流閥11，松開中密封機構(gòu)4，完全打開常規(guī)泥漿管線 17，同時，關(guān)閉旁通泥漿進入閥7;
步驟五緩慢下放新立柱16對扣，預(yù)計到位后，啟動液壓大鉗上齒5試上扣， 如扭矩正常則繼續(xù)上扣，如扭矩不正常則卸扣、上提、下放，繼續(xù)對扣、上扣，直至扭 矩正常并增加到要求值；上扣完畢后，即恢復(fù)自頂部驅(qū)動裝置18到新立柱16、下部鉆桿 15的泥漿循環(huán)通道，松開液壓大鉗下齒3，打開泥漿排放閥9對密封腔卸壓，卸壓后松開 上密封機構(gòu)6，排泥漿；待密閉腔內(nèi)的泥漿基本排完后，松開下密封機構(gòu)2，再上提、松 氣動卡瓦、下鉆，正常鉆進。
上密封機構(gòu)6能在抱住鉆柱的情況下實現(xiàn)低速動密封。
上述實施例中上密封機構(gòu)6、中密封機構(gòu)4、下密封機構(gòu)2均采用常規(guī)球形防噴器。
本發(fā)明的另一種實施方式為可應(yīng)用在起鉆或下鉆過程中接立柱，中密封機構(gòu) 4使用閘板防噴器，而密封機構(gòu)6、下密封機構(gòu)2均采用常規(guī)球形防噴器。
本發(fā)明旁通泥漿管線8的耐壓能力與常規(guī)泥漿管線17的耐壓能力相同；
用氣動卡瓦14座鉆桿，并在其上找中、找正安裝不間斷循環(huán)裝置；
在三套密封機構(gòu)之間的液壓大鉗結(jié)構(gòu)同常規(guī)液壓大鉗結(jié)構(gòu)相同，但受空間間隙 的限制，本發(fā)明所述的液壓大鉗其上齒與下齒之間的間隔更大，使得液壓大鉗上齒5能 夠位于上密封機構(gòu)6、中密封機構(gòu)4之間，而液壓大鉗下齒3位于中密封機構(gòu)4、下密封 機構(gòu)2之間，通過液壓實現(xiàn)上扣、卸扣操作；
中密封機構(gòu)4可在鉆桿被卸開且上提一定的距離后實現(xiàn)全封；
在完成接立柱之后，打開泥漿排放閥12對上密封機構(gòu)6和下密封機構(gòu)2形成的 大密封腔卸壓，之后松開上密封機構(gòu)6，排放泥漿，待大密封腔內(nèi)的泥漿基本排完后，再 松開下密封機構(gòu)2，以免泥漿大量散落在鉆臺面上。
在正常鉆進時，泥漿過常規(guī)泥漿循環(huán)管線循環(huán)入井，無需使用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置，其特征在于由鉆桿上端的頂部驅(qū)動裝置(18)、 座放在鉆臺面(13)上的底座(1)、密封機構(gòu)、液壓大鉗以及泥漿傳輸管線組成；密封機 構(gòu)安裝在底座(1)上，并由上密封機構(gòu)(6)、中密封機構(gòu)(4)和下密封機構(gòu)(2)組成；液 壓大鉗下齒(3)位于中密封機構(gòu)(4)和下密封機構(gòu)(2)形成的密封腔室內(nèi)，液壓大鉗上齒(5)位于中密封機構(gòu)(4)與上密封機構(gòu)(6)形成的密封腔室內(nèi)，且中密封機構(gòu)(4)留有過 液壓大鉗的液壓活塞的通孔，該孔與液壓活塞缸外表間有密封件；下密封機構(gòu)(2)下端 左右均留有孔，左邊的孔連接泥漿排放管線(10)，并在出口位置安裝泥漿排放閥(9)， 右邊的孔連接旁通泥漿管線(8)，出口端位置安裝旁通泥漿進入閥(7)，旁通泥漿管線 (8)通過三通與常規(guī)泥漿管線(17)并聯(lián)；上密封機構(gòu)(6)在左邊上部留有孔并連接泥漿 溢流管線(12)，出口端有泥漿溢流閥(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置，其特征在于上密封機構(gòu)(6)和中密封機構(gòu)⑷之間、中密封機構(gòu)⑷和下密封機構(gòu)⑵之間以及下密封機構(gòu)⑵ 與底座(1)之間采用法蘭連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置，其特征在于 上密封機構(gòu)(6)和下密封機構(gòu)(2)為常規(guī)球形防噴器；中密封機構(gòu)(4)可以是常規(guī)球形防 噴器，也可以是閘板防噴器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置，其特征在于 在起下鉆具時，將氣動卡瓦(14)置于鉆臺方補心內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置，其特征在于在起下鉆具 時，將氣動卡瓦(14)置于鉆臺方補心內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置的方法，按如下步驟實施 步驟一在正常鉆進前將一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置依次安裝在鉆臺面(13)上； 步驟二 接新立柱(16)前，上提鉆柱，將下部鉆桿(15)座放在氣動卡瓦(14)上，啟動不間斷循環(huán)裝置，關(guān)閉下密封機構(gòu)(2)、上密封機構(gòu)(6)，在上密封機構(gòu)(6)和下密 封機構(gòu)(2)之間形成一個大的密封腔，打開泥漿溢流閥(11)和旁通泥漿進入閥(7)，泥 漿泵入密封腔，對密封腔排氣直至充滿泥漿，然后關(guān)閉泥漿溢流閥(11)，液壓大鉗下齒(3)咬住下部鉆桿(15)的上接頭，液壓大鉗上齒(5)咬住頂部驅(qū)動裝置(18)的連接端， 啟動液壓大鉗上齒(5)卸掉頂部驅(qū)動裝置(18)，并上提頂部驅(qū)動裝置(18)至中密封機構(gòu)(4)的上端面以上且位于上密封機構(gòu)(6)下端面之間的位置，關(guān)閉常規(guī)泥漿管線(17)； 步驟三啟動中密封機構(gòu)(4)，使中密封機構(gòu)(4)和下密封機構(gòu)(2)之間形成下密封腔，繼續(xù)循環(huán)泥漿，打開泥漿溢流閥(11)，上密封腔卸壓，然后打開上密封機構(gòu)(6)， 提出頂部驅(qū)動裝置(18)；步驟四頂部驅(qū)動裝置(18)連接上新立柱(16)并下鉆至上密封機構(gòu)(6)下端面并位 于中密封機構(gòu)(4)的上端面之間的位置后，啟動上密封機構(gòu)(6)，抱住新立柱(16)的下 端，部分打開常規(guī)泥漿管線(17)，泥漿進入上密封機構(gòu)(6)和中密封機構(gòu)(4)之間的密封 腔，排氣，直至泥漿充滿該密封腔，關(guān)閉泥漿溢流閥(11)，松開中密封機構(gòu)(4)，完全 打開常規(guī)泥漿管線(17)，同時，關(guān)閉旁通泥漿進入閥(7)；步驟五緩慢下放新立柱(16)對扣，預(yù)計到位后，啟動大鉗上齒(5)試上扣，如扭 矩正常則繼續(xù)上扣，如扭矩不正常則卸扣、上提、下放，繼續(xù)對扣、上扣，直至扭矩正常并增加到要求值；上扣完畢后，即恢復(fù)自頂部驅(qū)動裝置(18)到新立柱(16)、下部鉆桿 (15)的泥漿循環(huán)通道，松開液壓大鉗下齒(3)，打開泥漿排放閥(9)對密封腔卸壓，卸壓 后松開上密封機構(gòu)(6)，排泥漿；待密閉腔內(nèi)的泥漿基本排完后，松開下密封機構(gòu)(2)， 再上提、松氣動卡瓦、下鉆，正常鉆進。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置，其特征在于上密封機構(gòu) (6)在抱住鉆柱的情況下實現(xiàn)低速動密封。
全文摘要
本發(fā)明為石油天然氣鉆井用的一種不間斷循環(huán)鉆井泥漿裝置及方法，由頂部驅(qū)動裝置(18)、底座(1)、密封機構(gòu)、液壓大鉗以及泥漿傳輸管線組成；液壓大鉗下齒(3)位于中密封機構(gòu)(4)和下密封機構(gòu)(2)形成的密封腔室內(nèi)，液壓大鉗上齒(5)位于中密封機構(gòu)(4)與上密封機構(gòu)(6)形成的密封腔室內(nèi)；下密封機構(gòu)(2)左邊的孔連接泥漿排放管線(10)，出口位置安裝泥漿排放閥(9)，右邊的孔連接旁通泥漿管線(8)，出口位置安裝旁通泥漿進入閥(7)；上密封機構(gòu)(6)在左邊上部留有孔并連接泥漿溢流管線(12)，出口端有泥漿溢流閥(11)。本發(fā)明能實現(xiàn)接立柱過程中不間斷地循環(huán)泥漿，維持井底有效壓力的相對穩(wěn)定。
文檔編號E21B21/08GK102022094SQ200910178690
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月19日
發(fā)明者巴春壽, 張興國, 柳建, 鄭永生 申請人:中國石油集團西部鉆探工程有限公司克拉瑪依鉆井工藝研究院