雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)(10)具有聯(lián)接到鉆柱(14)的流體錘(12)。系統(tǒng)(10)利用第一流體(16)和第二流體(18)。第一流體(16)被輸送通過鉆柱(14)以驅(qū)動(dòng)流體錘(12)或者向流體錘(12)供給動(dòng)力。第二流體(18)也被輸送通過鉆柱(14)但是與第一流體(16)隔離，所以它們?cè)阢@柱(14)內(nèi)不會(huì)混合。第二流體(18)穿過錘鉆(12)的錘鉆頭(38)并被引導(dǎo)以從鉆頭面(20)流出。因此，當(dāng)系統(tǒng)(10)在使用時(shí)，第二流體(18)將流動(dòng)流過鉆頭面(20)。第一流體(16)也在錘鉆(12)處離開鉆井系統(tǒng)(10)。然而，第一流體(16)離開鉆頭面(20)的上游或上孔。
【專利說明】
雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]公開一種用于在地面鉆孔的系統(tǒng)和方法，例如，用于但不限于油氣探測(cè)或生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣探測(cè)和生產(chǎn)中，通常使用流動(dòng)的不可壓縮流體驅(qū)動(dòng)的井下馬達(dá)來旋轉(zhuǎn)附接的鉆頭。流體經(jīng)常但非必要地為高比重流體，諸如鉆井泥漿。泥漿(或其它不可壓縮流體)還可以用于將開鑿物從孔清除并提供井下壓力控制。另外，如果需要的話，有時(shí)可能增加通過井下馬達(dá)的泥漿的體積流率來壓井(kill a well)。然而，就在堅(jiān)硬材料中鉆取特別是定向的井(即，非垂直孔)而言，存在局限性。這種局限性由于不能在鉆頭上應(yīng)用足夠的井下下拉或鉆壓(WOB)來破裂巖石并以經(jīng)濟(jì)的速率推進(jìn)鉆井而產(chǎn)生。
[0003]在堅(jiān)硬材料中穿孔的局限性可通過使用錘鉆而克服。錘鉆由流體驅(qū)動(dòng)。空氣為常用的驅(qū)動(dòng)流體。然而，空氣不能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下和地面壓力的控制。而且，經(jīng)常不可能根據(jù)當(dāng)前井下環(huán)境提供具有期望壓力和容積的空氣，以形成足夠的壓力差來有效地驅(qū)動(dòng)錘。
[0004]代替空氣，水和諸如鉆井泥漿的添加物可用于驅(qū)動(dòng)錘。這能夠?qū)崿F(xiàn)提供較高的鉆井壓力以抵抗高的地面壓力。然而，由于其固有屬性，泥漿快速磨損錘的內(nèi)表面，導(dǎo)致需要頻繁替換。平穩(wěn)推進(jìn)(tripping)鉆柱涉及非常耗時(shí)的過程。而且，在危險(xiǎn)的超壓條件的情況下，常規(guī)錘鉆不能實(shí)現(xiàn)充分的體積流率來壓井(即，快速溢出井來控制或停止氣體的流動(dòng)和其它危險(xiǎn)的井下條件)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]寬泛而言，公開一種鉆井系統(tǒng)和方法，其中第一流體被用來操作潛孔錘，而第二流體被用來輔助鉆井過程。流體彼此隔離同時(shí)向孔下流動(dòng)。由第二流體提供的輔助可包括但不限于下列中的任一個(gè)或組合:從孔中沖洗鉆井開鑿物;控制孔中的井下壓力條件;在錘鉆頭面處沖洗開鑿物并提供潤(rùn)滑；以及壓井。當(dāng)鉆井涉及碳?xì)浠衔飼r(shí)，井下壓力的控制包括提供過平衡壓力條件、欠平衡壓力條件或平衡壓力條件。
[0006]鉆井系統(tǒng)包括錘被附接到其的鉆柱。鉆柱被配置為提供彼此流體隔離的第一流體流動(dòng)路徑和第二流體流動(dòng)路徑。這使得能夠優(yōu)化流體以用于它們特定的目的。例如，用于操作鉆井工具鉆的第一流體可提供為就工具的動(dòng)力、速度、效率和壽命而言對(duì)于操作鉆井工具最佳的流體。另一方面，在第二流體自身或者與操作工具以后被排出到所鉆孔中的第一流體混合，用于清除鉆井開鑿物、維持孔穩(wěn)定性以及提供期望的井下壓力條件等方面，第二流體可被優(yōu)化。第二流體可選擇的參數(shù)或特性包括但不限于:上向鉆孔速度、粘性和比重。
[0007]第一流體可表示為“動(dòng)力流體”，因?yàn)檫@是提供動(dòng)力至潛孔錘鉆并驅(qū)動(dòng)潛孔錘鉆的流體。動(dòng)力流體流動(dòng)通過錘鉆的端口配置裝置(porting arrangement)以使循環(huán)沖擊錘鉆的鉆頭的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在各個(gè)實(shí)施例中，第一流體可包括液體、氣體或其組合，諸如但不限于:水、油、空氣、氮?dú)饣蚱浠旌衔铩?br>[0008]第二流體具有在各種環(huán)境下或者可同時(shí)執(zhí)行或者可單獨(dú)執(zhí)行的多種功能。例如，第二流體可作用為沖洗流體以將開鑿物從孔中沖洗且特別從鉆頭的鉆頭面沖洗。第二流體還可用于控制井下壓力。為此，第二流體還可表示為，或作用為，“沖洗流體”或“控制流體”。第二流體在大多數(shù)情況下為液體，諸如但不限于:水、鉆井泥漿或水泥。在水被用作第二流體的情況下，如果水自身攜帶大量極小的顆粒物，對(duì)錘的運(yùn)行壽命沒有重大影響。
[0009]在一方面，提供一種雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)，包括:
[0010]鉆柱，鉆柱被配置為分別將第一流體和第二流體向孔下傳送，鉆柱具有上孔端部和相對(duì)的下孔端部；以及
[0011]錘鉆，錘鉆包括具有鉆頭面的鉆頭，錘鉆被聯(lián)接到鉆柱的下孔端部，其中當(dāng)鉆頭面與正鉆取的孔的趾部(toe)接觸時(shí)，第一流體提供動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)錘鉆并且第二流體被引導(dǎo)流動(dòng)流過鉆頭面。
[0012]在一實(shí)施例中，第二流體被引導(dǎo)流動(dòng)通過鉆頭。
[0013]在一實(shí)施例中，鉆頭被提供有通往鉆頭面的通道，并且第二流體被引導(dǎo)流動(dòng)通過通道。
[0014]在一實(shí)施例中，第一流體被引導(dǎo)流動(dòng)流過鉆頭的外表面至由鉆井系統(tǒng)正鉆取的孔中。
[0015]在一實(shí)施例中，第一流體的一部分被引導(dǎo)流動(dòng)通過鉆頭中的通道。
[0016]在一實(shí)施例中，第一流體以圍繞第二流體的大致環(huán)狀流形態(tài)流動(dòng)流過鉆頭面，從錘鉆流動(dòng)至孔中。
[0017]在一實(shí)施例中，鉆柱包括用于傳送第一流體的第一流體流動(dòng)路徑和用于引導(dǎo)第二流體的第二流體流動(dòng)路徑，其中第二流體流動(dòng)路徑沿鉆柱的中心軸線行進(jìn)。
[0018]在一實(shí)施例中，第一流體流動(dòng)路徑為環(huán)狀路徑。
[0019]在一實(shí)施例中，鉆柱包括:一個(gè)或多個(gè)雙壁管道，每個(gè)雙壁管道具有外壁和內(nèi)壁，外壁圍繞內(nèi)壁，其中環(huán)狀空間由內(nèi)壁和外壁形成并形成在內(nèi)壁與外壁之間，環(huán)狀空間構(gòu)成用于第一流體和第二流體中一個(gè)的流動(dòng)路徑，并且內(nèi)壁形成用于第一流體和第二流體中另一個(gè)的中心流動(dòng)路徑。
[0020]在一實(shí)施例中，雙循環(huán)流體錘包括被布置為聯(lián)接到鉆柱的上孔端部的旋轉(zhuǎn)頭部，旋轉(zhuǎn)頭部被布置為向錘鉆提供扭矩。
[0021]在第二方面，公開一種利用包括具有鉆頭面的鉆頭的流體操作的錘鉆在地面鉆孔的方法，方法包括:
[0022]將第一流體和第二流體的分離流輸送通過鉆柱；
[0023]通過穿過錘鉆的第一流體的流動(dòng)來驅(qū)動(dòng)聯(lián)接在鉆柱的下孔端部處的流體操作的錘鉆；以及
[0024]在鉆頭面與正鉆取的孔的趾部接觸的情況下，引導(dǎo)第二流體的流以流動(dòng)通過鉆頭并流動(dòng)流過鉆頭面。
[0025]在一實(shí)施例中，方法可包括使得第一流體能夠流過鉆頭的外表面流出錘。
[0026]在一實(shí)施例中，方法可包括輸送第二流體通過鉆柱中的中心流動(dòng)路徑。
[0027]在一實(shí)施例中，方法可包括輸送第一流體通過鉆柱中的環(huán)狀流動(dòng)路徑。
[0028]在每個(gè)實(shí)施例中，方法包括通過改變第一流體和第二流體中的一個(gè)或兩者的物理特性來調(diào)節(jié)井下壓力。
[0029]在一實(shí)施例中，方法包括調(diào)節(jié)第二流體的比重和粘性中的一個(gè)或兩者。
[0030]在一實(shí)施例中，調(diào)節(jié)井下壓力包括動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)井下壓力來在孔中提供期望的壓力條件。
[0031]在一實(shí)施例中，方法包括以在孔中提供欠平衡壓力條件的方式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)井下壓力。
[0032]在一實(shí)施例中，方法包括以在孔中提供過平衡壓力條件的方式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)井下壓力。
[0033]在一實(shí)施例中，方法包括以在孔中提供平衡壓力條件的方式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)井下壓力。
[0034]在一實(shí)施例中，方法包括將第一流體和第二流體提供為具有不同比重的流體。
[0035]在一實(shí)施例中，方法包括將第一流體和第二流體提供為具有不同粘性的流體。
[0036]在一實(shí)施例中，方法包括在相同的壓力下提供第一流體和第二流體。
[0037]在第三方面，公開一種雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)，包括:
[0038]鉆柱，鉆柱被布置為形成彼此流體隔離的第一流體流動(dòng)路徑和第二流體流動(dòng)路徑，鉆柱具有上孔端部和相對(duì)的下孔端部；
[0039]錘鉆，錘鉆被聯(lián)接到鉆柱的下孔端部，錘鉆具有鉆頭和鉆頭面，錘鉆與第一流體流動(dòng)路徑流體聯(lián)通，其中錘鉆由流動(dòng)通過第一流體流動(dòng)路徑的第一流體操作；以及
[0040]其中第二流體流動(dòng)路徑被布置為，在鉆頭面與正鉆取的孔的趾部接觸情況下，第二流體流動(dòng)通過鉆頭并流過鉆頭面。
[0041]在第四方面，公開一種鉆取用于探測(cè)或生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏目椎姆椒?，方法包?
[0042]將具有鉆頭和鉆頭面的流體操作的錘鉆聯(lián)接到鉆柱的下孔端部；
[0043]利用聯(lián)接到鉆柱的上孔端部的機(jī)器來向錘鉆施加扭矩并向流體操作的錘鉆提供下拉或拉起；
[0044]將第一流體輸送通過鉆柱以操作錘鉆;以及
[0045]將第二流體與第一流體隔離地輸送通過鉆柱，其中在鉆頭面與鉆取的孔的趾部接觸的情況下，第二流體流動(dòng)通過鉆頭并流過鉆頭面。
[0046]在一實(shí)施例中，方法還包括獨(dú)立于操作錘鉆，來修改第二流體的一種或多種特性以控制井下壓力條件。
【附圖說明】
[0047]盡管任意其它形式可落入如
【發(fā)明內(nèi)容】
中提出的系統(tǒng)和方法的范圍內(nèi)，但是現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式描述特定實(shí)施例，附圖中:
[0048]圖1為雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0049]圖1為公開的雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)10(下文中一般稱為“系統(tǒng)10”)的實(shí)施例的示意性圖示。系統(tǒng)10包括聯(lián)接到鉆柱14的流體錘12。系統(tǒng)10利用兩種流體，第一流體16用端部帶指示流動(dòng)方向箭頭的虛線表示，第二流體18用端部帶指示流動(dòng)方向箭頭的實(shí)線表示。第一流體16被輸送通過鉆柱14以驅(qū)動(dòng)流體錘12或向流體錘12供給動(dòng)力。第二流體18也被輸送通過鉆柱14但是與第一流體16隔離，所以它們不會(huì)在鉆柱14內(nèi)混合。第二流體18穿過錘鉆12并被引導(dǎo)以從所述錘鉆12的錘鉆頭的鉆頭面20流出。因此，當(dāng)系統(tǒng)10在使用時(shí)，第二流體18將流動(dòng)流過鉆頭面20。第一流體16也在錘鉆12處離開鉆井系統(tǒng)10。然而，第一流體16離開鉆頭面20的上游或上孔。
[0050]由于兩種分離的流體16和18的流動(dòng)，流體錘12在本說明書中有時(shí)稱為雙循環(huán)流體錘或DC流體錘。
[0051]借助利用兩種分離的流體16和18的系統(tǒng)10，能夠滿足其它沖突的鉆井要求。這些包括但不限于下列內(nèi)容。就錘鉆12的效率和壽命方面而言，第一流體16可被選擇作為操作錘12的最佳流體。維持錘鉆12處于良好的工作狀態(tài)對(duì)使停機(jī)時(shí)間達(dá)到最小是非常重要的，否則就需要更換錘鉆12。流體16不需要具有對(duì)于控制井下壓力條件而言重要的或相關(guān)的任何屬性。這使得流體16以及其壓力和流動(dòng)速率/流量的選擇純粹基于錘鉆12本身所期望的操作特性和性能。
[0052]因此，流體16可為氣體或液體(S卩，可壓縮或不可壓縮流體)，諸如空氣，如果孔深和壓力差使得空氣能夠以足夠的壓力和流動(dòng)速率/流量被輸送以操作錘鉆12。替代地，第一流體可為液體(即，不可壓縮流體)，諸如但不限于水。在操作或供給動(dòng)力至錘鉆12的第一流體16的語境中的術(shù)語“7K”意指清潔的水或具有可接受的少量小顆粒物的相對(duì)清潔的水。例如，水具有5μ純度。這將與臟水或泥漿區(qū)分開來，臟水或泥漿本質(zhì)上為與顯著大量相對(duì)大的顆粒物混合的水。確實(shí)已知使用泥漿來驅(qū)動(dòng)流體錘。然而，這種錘具有短的使用壽命，因?yàn)槟酀{對(duì)于錘的內(nèi)部設(shè)備且特別是端口表面具有研磨作用。這導(dǎo)致性能的快速降級(jí)并需要經(jīng)常地更換錘12。
[0053]與第一流體16隔離地流動(dòng)的第二流體18可被選擇為具有控制井下條件、向鉆頭面20提供潤(rùn)滑并從孔H沖洗開鑿物的特性。這種流體可為但不限于氣體、水、臟水、鉆井泥漿、鉆井添加物、潤(rùn)滑劑以及這些中兩個(gè)或更多個(gè)的組合。
[0054]盡管第一流體16在控制井下壓力條件方面不重要，但是當(dāng)選擇第二流體18以使流體16和18的混合物提供期望的井下壓力條件時(shí)可考慮第一流體16的密度和粘性。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可考慮選擇或修改第二流體18的特性以提供期望的井下條件，但是不要求第一流體16的任何改變。
[0055]更詳細(xì)地著眼于系統(tǒng)10，鉆柱14由首尾相連的多個(gè)雙壁管道22(僅示出一個(gè))構(gòu)造。每個(gè)雙壁管道22具有外壁24和內(nèi)壁26。環(huán)狀流動(dòng)路徑28被限定在壁24與壁26之間。在該實(shí)施例中，第一流體16流過環(huán)狀路徑28。第二壁26位于并保持在外壁24內(nèi)并為第二流體18限定流動(dòng)路徑30。
[0056]錘鉆12—般為普通構(gòu)造，具有下端連接有驅(qū)動(dòng)部件34(driVesub)的外管32。活塞36、鉆頭38和內(nèi)管40構(gòu)成錘鉆12的重要部件?；钊?6在內(nèi)管40上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)管40另外延伸至鉆頭38的通道42中。通道42具有處于上游的中心部分，其在井下部分分成數(shù)個(gè)分支43。分支43通往鉆頭面20。
[0057]驅(qū)動(dòng)部件34使得施加到鉆柱22的扭矩能夠傳遞到鉆頭38。鎖定環(huán)(未示出)也可與驅(qū)動(dòng)部件34和鉆頭38關(guān)聯(lián)以保持鉆頭38不從錘鉆12的端部掉下。
[0058]在操作中，第一流體16流動(dòng)通過環(huán)狀路徑28并通過形成在活塞36與外管32的內(nèi)表面之間的錘鉆12端口配置裝置(未示出)。隨著流體16流動(dòng)通過端口配置裝置，其促使活塞36往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊虼嗽趦?nèi)管40上上下滑動(dòng)，循環(huán)撞擊錘鉆頭38。流體16流出錘鉆12并從驅(qū)動(dòng)部件34的端部流過錘鉆38的外表面44。
[0059]第二流體18沿流動(dòng)路徑30流動(dòng)通過內(nèi)管26并進(jìn)入內(nèi)管40中。在包括排污(blowdown)期間的錘鉆12正常操作中，由于內(nèi)管40延伸至通道42中，流體18被引導(dǎo)流動(dòng)流過鉆頭面20。這借助于通往鉆頭面20的通道42。因此，流體18在鉆頭面20與正鉆取的孔H的趾部46之間的位置處離開錘鉆12。流體18隨后與流體16—起向上流動(dòng)至表面(未示出)。
[0060]扭矩可通過連接到鉆柱14的上孔端部的機(jī)器施加到錘鉆12并特別施加到鉆頭38。該機(jī)器例如可為鉆塔或桅桿上的鉆頭，或回轉(zhuǎn)臺(tái)。系統(tǒng)10可在陸地或海上鉆機(jī)上使用。
[0061]在檢測(cè)到危險(xiǎn)狀態(tài)的情況下，能夠提供足夠容量和流速的第二流體18以壓井。這被提出，是由于與僅利用沿第一流體箭頭16描繪的路徑流動(dòng)單一流體的傳統(tǒng)流體錘相比，第二流體18被輸送的方式提供了顯著更多的液體容量。
[0062]如上文明顯地表明，系統(tǒng)10實(shí)現(xiàn)利用包括具有鉆頭面20的鉆頭38的流體操作的錘鉆12在地面鉆孔的方法，其中第一流體16和第二流體18的分離流被通過鉆柱14輸送。流體
16、18可利用雙循環(huán)流體入口轉(zhuǎn)環(huán)(swivel)栗送至鉆柱的上孔端部中。在該方法中，第一流體流動(dòng)至并供給動(dòng)力至在鉆柱14的下孔端部處聯(lián)接的錘鉆12。當(dāng)錘鉆12被供給動(dòng)力時(shí)，活塞36往復(fù)運(yùn)動(dòng)以循環(huán)沖擊錘鉆頭38 ο該沖擊由鉆頭面20傳遞到孔H的趾部46。
[0063]該方法還包括引導(dǎo)第二流體18流動(dòng)通過錘鉆12并流過鉆頭面20。第二流體隨后向孔上流動(dòng)，將開鑿物從孔中沖洗。第一流體從鉆頭面20的上游的驅(qū)動(dòng)部件34的端部離開錘
12。因此，第一流體16以圍繞流過鉆頭面20的第二流體18的大致環(huán)狀流形態(tài)，從錘鉆12流動(dòng)至孔H中。兩個(gè)流體16和8當(dāng)向孔H下流動(dòng)時(shí)彼此分離但是當(dāng)在鉆柱14的外部沿孔上行時(shí)混入口 ο
[0064]以上描述的系統(tǒng)10和相關(guān)鉆井方法的實(shí)施方式特別適合于堅(jiān)硬的地面構(gòu)造中的油氣作業(yè)。盡管權(quán)衡鉆井工具的壽命、控制井下壓力的能力和維持孔穩(wěn)定性等方面，在鉆取油氣中沒有獲得青睞，但是系統(tǒng)和方法的特定實(shí)施例使得利用以潛孔錘為形式的井下鉆井工具，特別適合于在堅(jiān)硬材料中鉆井。例如，為了用臨界壓力鉆井，當(dāng)使用常規(guī)DTH錘時(shí)，可能需要用相對(duì)高比重的流體操作錘。這將需要使用泥漿或料漿來驅(qū)動(dòng)錘。然而，由于其本性，泥漿或料漿將包含研磨并磨損錘的顆粒。結(jié)果，需要更經(jīng)常地平穩(wěn)推進(jìn)鉆柱以便替換磨損的錘。當(dāng)孔為數(shù)千米深時(shí)，鉆柱的平穩(wěn)推進(jìn)可能花費(fèi)或超過24小時(shí)。然而，如果使用較低比重的工作流體，則可能喪失提供特定壓力條件的能力。所述系統(tǒng)和方法的實(shí)施例使得工作和沖洗流體的參數(shù)和特性能夠單獨(dú)提供并控制，由此使得能夠最大化井下工具的最佳效率和壽命，且同時(shí)也提供對(duì)井下壓力和孔穩(wěn)定性的控制。
[0065]錘鉆12在物理形式上可能類似于反循環(huán)鉆。但是，要注意的是，目前公開的系統(tǒng)和方法，錘鉆12不是，也不按照反循環(huán)錘鉆那樣操作。在反循環(huán)錘鉆中，單一流體被用于驅(qū)動(dòng)錘鉆。流體操作錘鉆的活塞并在驅(qū)動(dòng)部件與鉆頭的頭部之間處流出。流體于是向上流回鉆頭和鉆柱中的通道，將鉆取開鑿物運(yùn)送到表面。
[0066]當(dāng)前公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例基于將完全獨(dú)立于第一(動(dòng)力)流體的第二(控制)流體沿井下方向輸送通過錘鉆和關(guān)聯(lián)的鉆頭的完全相反的原理。第一流體(操作錘鉆)和第二流體兩者通過孔與鉆柱的外表面之間的環(huán)狀區(qū)域流動(dòng)到表面。
[0067]當(dāng)前公開的系統(tǒng)10和方法的實(shí)施例使用兩個(gè)分離的流體一直流至鉆柱14以及井的底部。因此，控制流體18與動(dòng)力流體16混合，在鉆頭面或在井的底部處排放，實(shí)現(xiàn)具有最佳效果和安全性的良好控制，而且實(shí)現(xiàn)兩種流體在鉆頭面處的混合。
[0068]控制流體18的目的僅僅是為了良好控制和鉆井開鑿物輸送。動(dòng)力流體16的唯一目的在于操作流體錘12。動(dòng)力流體18與控制流體16之間的比率可在10/90與30/70之間。也就是10 %的動(dòng)力流體16和90 %的控制流體18。這意味著例如在使用5.5英寸鉆管鉆取8.5英寸井期間，一個(gè)實(shí)施例公開的流體錘12將使用10%至30%的總井容積用作動(dòng)力流體16。
[0069]著眼于流體容積和壓力方面，舉例來說，期望用于鉆井以及提升鉆井開鑿物的流體總體積為在5000psi的壓力下每分鐘栗送1000升。流體錘12將每分鐘使用該總體積中的100至300升?？刂屏黧w在大約4000psi下栗送并且流動(dòng)速率將為每分鐘900至700升。
[0070]因此，公開的流體錘12的實(shí)施例對(duì)比于正常操作的水錘是非常有效率的。在可比的井下環(huán)境和深度中，正常操作的水錘將典型地使用超過1000升每分鐘并高達(dá)2000升每分鐘。這基本多于公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的100-300升每分鐘。
[0071]現(xiàn)有技術(shù)的單一管水錘的本性和設(shè)計(jì)限制錘可鉆取的深度并引起高等級(jí)的磨損。由于公開的流體錘12和關(guān)聯(lián)的方法的實(shí)施例使用少得多的水容積來操作，并利用第二 /控制流體流來滿足開鑿物運(yùn)輸以及良好控制的需要，公開的流體錘可比標(biāo)準(zhǔn)水錘鉆井深得多。另外地，公開的雙循環(huán)流體錘12在兩次維護(hù)或替換之間能夠進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的鉆井作業(yè)。對(duì)于控制流體18沒有限制，因?yàn)槠洳恍枰┻^水錘內(nèi)部的引起活塞36的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的限制部。而且重要地，對(duì)另外的單一管水錘產(chǎn)生磨損的泥漿和其它添加物不需要穿過DC流體錘
12。與單一管/單一流體常規(guī)水錘相比，這又增加了公開的DC流體錘12的延長(zhǎng)的壽命。
[0072]雖然已經(jīng)描述了系統(tǒng)和方法的特定實(shí)施例，但是應(yīng)理解，所述系統(tǒng)和方法可以以其他形式具體化。例如，流體16可流動(dòng)通過中心路徑30且第二流體可流動(dòng)通過環(huán)狀路徑28，然而這需要轉(zhuǎn)換接頭(cross over sub)來接通錘12的端口以驅(qū)動(dòng)活塞36，并引導(dǎo)第二流體流動(dòng)通過通道42。
[0073]在后面所附權(quán)利要求書中以及在前述描述中，除了上下文由于明確的語言或必要的暗示另有所指處，詞語“包括”及諸如“包含”或“含有”的變型以包括的含義被使用，即，特指所闡述的特征的存在，但是不排除存在或增加如本文所公開的系統(tǒng)和方法的各個(gè)實(shí)施例中的另外特征。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)，包括: 鉆柱，鉆柱被配置為分別將第一流體和第二流體向孔下傳送，鉆柱具有上孔端部和相對(duì)的下孔端部；以及 錘鉆，錘鉆包括具有鉆頭面的鉆頭，錘鉆被聯(lián)接到鉆柱的下孔端部，其中當(dāng)鉆頭面與正鉆取的孔的趾部接觸時(shí)，第一流體提供動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)錘鉆并且第二流體被引導(dǎo)流動(dòng)流過鉆頭面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中第二流體被引導(dǎo)流動(dòng)通過鉆頭。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中鉆頭被提供有通往鉆頭面的通道，并且第二流體被引導(dǎo)流動(dòng)通過通道。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中第一流體被弓I導(dǎo)流動(dòng)流過鉆頭的外表面至由鉆井系統(tǒng)正鉆取的孔中。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)流體流過鉆頭面時(shí)，第一流體作為圍繞第二流體流動(dòng)的大致環(huán)狀流從錘鉆流動(dòng)至孔中。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中鉆柱包括用于傳送第一流體的第一流體流動(dòng)路徑和用于引導(dǎo)第二流體的第二流體流動(dòng)路徑，其中第二流體流動(dòng)路徑沿鉆柱的中心軸線行進(jìn)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中第一流體流動(dòng)路徑為環(huán)狀路徑。8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中鉆柱包括: 一個(gè)或多個(gè)雙壁管道，每個(gè)雙壁管道具有外壁和內(nèi)壁，外壁圍繞內(nèi)壁，其中環(huán)狀空間由內(nèi)壁和外壁形成并形成在內(nèi)壁與外壁之間，環(huán)狀空間構(gòu)成用于第一流體和第二流體中一個(gè)的流動(dòng)路徑，并且內(nèi)壁形成用于第一流體和第二流體中另一個(gè)的中心流動(dòng)路徑。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括被布置為與鉆柱的上孔端部聯(lián)接并向鉆柱施加扭矩的機(jī)構(gòu)。10.—種利用包括具有鉆頭面的鉆頭的流體操作的錘鉆在地面鉆孔的方法，方法包括: 將第一流體和第二流體的分離流輸送通過鉆柱； 通過穿過錘鉆的第一流體的流動(dòng)來驅(qū)動(dòng)聯(lián)接在鉆柱的下孔端部處的流體操作的錘鉆；以及 在鉆頭面與正鉆取的孔的趾部接觸的情況下，引導(dǎo)第二流體以流動(dòng)通過鉆頭并流動(dòng)流過鉆頭面。11.一種鉆取探測(cè)或生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏目椎姆椒ǎ椒ò? 將具有鉆頭和鉆頭面的流體操作的錘鉆聯(lián)接到鉆柱的下孔端部； 利用聯(lián)接到鉆柱的上孔端部的機(jī)器來向錘鉆施加扭矩并向流體操作的錘鉆提供下拉或拉起； 將第一流體輸送通過鉆柱以操作錘鉆；以及 將第二流體與第一流體隔離地輸送通過鉆柱，其中在鉆頭面與鉆取的孔的趾部接觸的情況下，第二流體流動(dòng)通過鉆頭并流過鉆頭面。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，包括輸送第一流體通過鉆柱中的環(huán)狀流動(dòng)路徑。13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，包括輸送第二流體通過由環(huán)狀流動(dòng)路徑圍繞的流動(dòng)路徑。14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的方法，包括通過改變第一流體和第二流體中的一個(gè)或兩者的物理特性來調(diào)節(jié)井下壓力。15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的方法，包括調(diào)節(jié)第二流體的比重和粘性中的一個(gè)或兩者。16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項(xiàng)所述的方法，包括動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)井下壓力以在孔中形成期望的壓力條件。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中期望的壓力條件為以下之一:欠平衡條件、過平衡條件和平衡條件。18.根據(jù)權(quán)利要求10-17中任一項(xiàng)所述的方法，包括將第一流體和第二流體提供為具有不同比重的流體。19.根據(jù)權(quán)利要求10-18中任一項(xiàng)所述的方法，包括將第一流體和第二流體提供為具有不同粘性的流體。20.根據(jù)權(quán)利要求10-19中任一項(xiàng)所述的方法，包括在相同壓力下提供第一流體和第二流體。21.根據(jù)權(quán)利要求10-20中任一項(xiàng)所述的方法，包括獨(dú)立于操作錘鉆，修改第二流體的一種或多種特性以控制井下壓力條件。22.根據(jù)權(quán)利要求10-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中輸送第一流體包括將第一液體作為第一流體而輸送。23.根據(jù)權(quán)利要求10-22中任一項(xiàng)所述的方法，其中輸送第二流體包括將第二液體作為第二流體而輸送。24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其中輸送第一液體包括輸送水。25.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其中輸送第二液體包括輸送下列液體的一種或含有其中一種或幾種的混合物:水、鉆井泥漿或水泥。26.根據(jù)權(quán)利要求10-25中任一項(xiàng)所述的方法，其中第一流體和第二流體以大約在10/90到30/70之間的比率被輸送。27.一種雙循環(huán)流體錘鉆井系統(tǒng)，包括: 鉆柱，鉆柱被布置為形成彼此流體隔離的第一流體流動(dòng)路徑和第二流體流動(dòng)路徑，鉆柱具有上孔端部和相對(duì)的下孔端部； 錘鉆，錘鉆被聯(lián)接到鉆柱的下孔端部，錘鉆具有鉆頭和鉆頭面，錘鉆與第一流體流動(dòng)路徑流體聯(lián)通，其中錘鉆由流動(dòng)通過第一流體流動(dòng)路徑的第一流體操作；以及 其中第二流體流動(dòng)路徑被布置為，在鉆頭面與正鉆取的孔的趾部接觸情況下，第二流體流動(dòng)通過鉆頭并流過鉆頭面。
【文檔編號(hào)】E21B10/36GK106030022SQ201580008826
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日
【發(fā)明人】伊恩·斯皮爾, 沃倫·斯特蘭奇
【申請(qǐng)人】斯特拉達(dá)設(shè)計(jì)有限公司