多流體鉆井系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開一種多流體鉆井系統(tǒng)(10)，用于鉆取孔或井(11)。系統(tǒng)(10)被聯(lián)接到雙壁鉆柱(12)。鉆柱(12)被配置為實(shí)現(xiàn)第一流體(14)和第二流體(16)的分離流。系統(tǒng)(10)具有錘(22)和井下馬達(dá)(24)。錘(22)和馬達(dá)(24)兩者均由鉆柱(12)支撐并被聯(lián)接到鉆柱(12)。馬達(dá)(24)在錘(22)的上孔。錘(22)被布置為使得當(dāng)由鉆柱(12)支撐時(shí)，第一流體(14)在流動(dòng)通過鉆柱(12)時(shí)能流動(dòng)到錘(22)并供給動(dòng)力至錘(22)。由于馬達(dá)(24)被設(shè)置在錘(22)與鉆柱(2)之間，第一流體(14)還能夠流動(dòng)通過馬達(dá)(24)。為此，馬達(dá)(24)具有通道(25)以使得第一流體能夠從鉆柱(12)流動(dòng)到錘(22)。通道(25)用作第一流體(14)的流動(dòng)路徑或?qū)Ч艿囊徊糠帧?br>【專利說明】
多流體鉆井系統(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?？桌缈蔀榈幌抻谟糜谔?xì)浠衔锏奶綔y或生產(chǎn)孔或者通向地下的地?zé)豳Y源的入口，或廢物存儲(chǔ)孔。
【背景技術(shù)】
[0002]很多類型的地面鉆井系統(tǒng)可用于在特定地面條件下鉆取特殊用途的孔。一個(gè)范圍的井下鉆井系統(tǒng)利用加壓流體來輔助推進(jìn)鉆。流體可用于或者驅(qū)動(dòng)聯(lián)接到關(guān)聯(lián)的鉆柱的鉆機(jī)工具，或者從正鉆取的孔沖洗鉆井開鑿物，或者兩者。流體可為諸如空氣或氮?dú)獾臍怏w、諸如水或鉆井泥漿的液體/料漿、或者氣體和液體的組合。
[0003]為了油氣探測和生產(chǎn)，通常使用由諸如鉆井泥漿的高比重流體驅(qū)動(dòng)的井下馬達(dá)來向附接的旋轉(zhuǎn)鉆頭提供旋轉(zhuǎn)。泥漿還可用于將開鑿物從孔中清除并提供井下壓力控制。另夕卜，如果需要的話，通過泥漿馬達(dá)的泥漿的體積流率可足夠用來壓井(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。
[0004]在堅(jiān)硬材料中穿孔的局限性可通過使用潛孔錘(DTH)而克服。DTH錘由流體驅(qū)動(dòng)。雖然空氣為常用的驅(qū)動(dòng)流體，但是其不能夠?qū)崿F(xiàn)對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。
[0005]代替空氣，水和諸如鉆井泥漿的添加物可被用于驅(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，鉆井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】

[0006]寬泛而言，公開一種鉆井系統(tǒng)和方法，利用多種流體來驅(qū)動(dòng)分離的井下設(shè)備。分離的井下設(shè)備可包括錘和井下馬達(dá)。錘鉆頭被附接到錘并且錘在馬達(dá)的下游。鉆井系統(tǒng)被聯(lián)接到鉆柱的下孔端部。鉆柱被布置為能夠?qū)崿F(xiàn)第一流體和第二流體的分離且獨(dú)立的流動(dòng)。第一流體用于供給動(dòng)力到錘。第二流體用于供給動(dòng)力到馬達(dá)。兩種流體可為液體。液體可以并且通常將具有不同的特性。不同可在于它們的比重、粘性、流變性、壓力和流速中的一種或多種。
[0007]井下馬達(dá)可用于旋轉(zhuǎn)錘。然而，還可能使第二流體停止流動(dòng)到井下馬達(dá)，在這種情況下，馬達(dá)不再旋轉(zhuǎn)錘。在那種情況下，錘的旋轉(zhuǎn)可通過例如利用表面回轉(zhuǎn)臺(tái)或旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)鉆柱來提供。在另一替代方式中，扭矩可通過井下馬達(dá)和表面回轉(zhuǎn)臺(tái)或旋轉(zhuǎn)頭提供至鉆頭。
[0008]轉(zhuǎn)向接頭或替代物可提供在鉆柱的下孔端部與錘之間。因此，轉(zhuǎn)向接頭或替代物可或者在鉆柱的端部與馬達(dá)之間，或者在馬達(dá)與錘之間。然而，在一可選實(shí)施例中，井下馬達(dá)可以通過并入內(nèi)置可調(diào)節(jié)彎曲部實(shí)現(xiàn)自身可轉(zhuǎn)向。
[0009]系統(tǒng)被配置為使得第二流體可流過錘鉆頭的面被排放至正鉆取的孔中。替代地，第二流體可從靠近鉆頭面的位置或者從錘鉆的上孔位置排放至孔中。
[0010]多流體的使用使得能夠通過適當(dāng)?shù)剡x擇流體來滿足它們特定的要求而優(yōu)化所述系統(tǒng)和方法。例如，第一流體可在動(dòng)力、速度、效率和壽命方面被優(yōu)化用于操作錘。另一方面，第二流體在用于操作馬達(dá)方面，和，以其自身或者與操作錘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孔速度、粘性和比重。
[0011]第一流體可表示為“動(dòng)力流體”，因?yàn)檫@是為驅(qū)動(dòng)潛孔錘鉆提供動(dòng)力的流體。動(dòng)力流體流動(dòng)通過錘的端口配置裝置(porting arrangement)以使循環(huán)沖擊錘的錘鉆頭的活塞進(jìn)行往復(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>[0012]第二流體除了提供動(dòng)力至馬達(dá)之外還具有在各種環(huán)境下或者可同時(shí)執(zhí)行或者可單獨(dú)執(zhí)行的其它功能。例如，第二流體可作為沖洗流體以將開鑿物從所鉆孔中特別是從錘鉆頭的鉆頭面附近沖走。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“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、鉆井泥漿或例如在危險(xiǎn)的超壓條件下，水泥/泥漿。在水被用作第二流體的情況下，如果水自身攜帶大量微粒物質(zhì)，對錘的運(yùn)行壽命沒有重大影響。即臟水可用于操作馬達(dá)。而清潔水優(yōu)選用于錘。
[0013]在第一方面，公開一種多流體鉆井系統(tǒng)，能夠聯(lián)接到鉆柱的端部，被配置為實(shí)現(xiàn)第一流體和第二流體的分離流，系統(tǒng)包括:
[0014]錘，錘被布置為使得當(dāng)由鉆柱支撐時(shí)，流動(dòng)通過鉆柱的第一流體能夠供給動(dòng)力至錘；以及
[0015]馬達(dá)，馬達(dá)被配置為使得當(dāng)由鉆柱支撐時(shí)，流動(dòng)通過鉆柱的第二流體能夠流動(dòng)通過馬達(dá)并供給動(dòng)力至馬達(dá)；
[0016]馬達(dá)被聯(lián)接到錘并被布置用于當(dāng)?shù)诙黧w流動(dòng)通過馬達(dá)時(shí)旋轉(zhuǎn)錘。
[0017]在第二方面，公開一種多流體鉆井系統(tǒng)，包括:
[0018]鉆柱，鉆柱被配置為實(shí)現(xiàn)第一流體和第二流體的分離流；
[0019]錘，錘由鉆柱支撐并與鉆柱流體聯(lián)通，其中第一流體能夠供給動(dòng)力至錘；
[0020]馬達(dá)，馬達(dá)由鉆柱支撐并與鉆柱流體聯(lián)通，其中第二流體能夠流動(dòng)通過馬達(dá)并供給動(dòng)力至馬達(dá)，馬達(dá)被布置用于旋轉(zhuǎn)錘。
[0021 ]在第三方面，公開一種鉆孔方法，包括:
[0022]將馬達(dá)聯(lián)接到錘，馬達(dá)能夠旋轉(zhuǎn)錘鉆；
[0023]將第一流體輸送到錘，以實(shí)現(xiàn)錘循環(huán)沖擊正鉆取的孔的趾部；以及
[0024]將第二流體與第一流體隔離地輸送到馬達(dá)以使得馬達(dá)能夠旋轉(zhuǎn)錘。
【附圖說明】
[0025]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:
[0026]圖1為公開的多流體鉆井系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意性圖示；
[0027]圖2為公開的多流體鉆井系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意性圖示；
[0028]圖3為公開的多流體鉆井系統(tǒng)的第三實(shí)施例的示意性圖示；
[0029]圖4為公開的多流體鉆井系統(tǒng)的第四實(shí)施例的示意性圖示；以及
[0030]圖5為公開的多流體鉆井系統(tǒng)的第五實(shí)施例的示意性圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1例示公開的用于鉆取孔或井11的多流體鉆井系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例。系統(tǒng)10聯(lián)接到雙壁鉆柱12。鉆柱12被配置為實(shí)現(xiàn)由圓圈描繪的第一流體14和由箭頭描繪的第二流體16的分離流。在這種情況下，第一流體14沿鉆柱12的外部環(huán)狀路徑或通道18流動(dòng)，而第二流體16流動(dòng)通過內(nèi)部通道或流動(dòng)路徑20。系統(tǒng)10包括錘22和井下馬達(dá)24。錘22和馬達(dá)24兩者均由鉆柱12支撐并聯(lián)接到鉆柱12。馬達(dá)24在錘22的上孔。
[0032]錘22被布置為使得當(dāng)由鉆柱12支撐時(shí)，第一流體14在流動(dòng)通過鉆柱12時(shí)能流動(dòng)到錘22并供給動(dòng)力至錘22。由于馬達(dá)24被設(shè)置在錘22與鉆柱12之間，第一流體14還能夠流動(dòng)通過馬達(dá)24。為此，馬達(dá)24具有通道25以使得第一流體能夠從鉆柱12流動(dòng)到錘22。通道25用作第一流體14的流動(dòng)路徑或?qū)Ч艿囊徊糠帧?br>[0033]錘22為大致常規(guī)構(gòu)造并且除其它特征之外包括錘鉆頭26、活塞28和中心管30。錘22還包括端口配置裝置(未示出)，第一流體14流動(dòng)通過該端口配置裝置。端口配置裝置包括形成在活塞28上以及端口套管(未示出)的內(nèi)圓周表面上的多個(gè)表面?；钊?8通過流體14穿過搬運(yùn)裝置的動(dòng)作被促使沿中心管30往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這將沖擊力提供到鉆頭26。流體14于是大致在鉆頭26的外部與錘22的外殼32之間被排出。
[0034]馬達(dá)24通過第二流體16的流動(dòng)而驅(qū)動(dòng)。第二流體16當(dāng)穿過馬達(dá)24時(shí)促使馬達(dá)24中的轉(zhuǎn)子(未示出)相對于相應(yīng)的定子(未示出)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子被聯(lián)接到錘22。因此，當(dāng)流體16穿過馬達(dá)24時(shí)，包括關(guān)聯(lián)的錘鉆頭26的錘22旋轉(zhuǎn)。
[0035]在該實(shí)施例中，第二流體16被促使流動(dòng)通過中心管30并隨后通過錘鉆頭26中的內(nèi)部通道。該通道通往一個(gè)鉆頭面34。流體16于是能夠流過鉆頭面34并隨后在正被系統(tǒng)10鉆取的孔/井11中向上返回。流體14和16隨著它們在孔、井11中向上返回而混合。
[0036]圖2例示公開的系統(tǒng)1a的第二實(shí)施例。上圖1中使用的用于描述系統(tǒng)10的特征的相同的附圖標(biāo)記在圖2中被用于指示系統(tǒng)1a的相同的特征。系統(tǒng)1a實(shí)質(zhì)上與系統(tǒng)10相同，然而，在該實(shí)施例中，第一流體14流動(dòng)通過內(nèi)部通道20而第二流體16穿過環(huán)狀通道18。因此，系統(tǒng)1a還包括在鉆柱12與馬達(dá)24之間的轉(zhuǎn)換接頭35。轉(zhuǎn)換接頭35使第一流體14和第二流體16從鉆柱12到馬達(dá)24的流動(dòng)路徑交叉以使:第二流體16保持流動(dòng)通過馬達(dá)24中的通道25并且隨后通過錘22的內(nèi)管30，并且第一流體14被引導(dǎo)至錘22的搬運(yùn)裝置。
[0037]圖3例示被指定為1b的公開的系統(tǒng)的另一實(shí)施例。上圖1中使用的用于描述系統(tǒng)10的特征的相同的附圖標(biāo)記在圖3中被用于指示系統(tǒng)1b的相同的特征。系統(tǒng)1b與系統(tǒng)10的不同僅在于用于第二流體16的出口或離開點(diǎn)。在系統(tǒng)1b中，第二流體16在錘22的上孔附近離開系統(tǒng)10。這通過在馬達(dá)24中提供端口 36而實(shí)現(xiàn)，其使得第二流體16能夠在錘22的上孔流出馬達(dá)24并流入正鉆取的孔中。在該實(shí)施例中，第一流體14繼續(xù)流動(dòng)通過馬達(dá)24并流動(dòng)到錘22以促使活塞28的往復(fù)運(yùn)動(dòng)并因此為錘鉆頭26提供沖擊力。流體14從外部殼體32與鉆頭26之間離開系統(tǒng)10b。再次，流體14和16兩者將在孔11中混合并向上流動(dòng)以將鉆井開鑿物帶到表面。
[0038]圖4描繪被指定為1c的另一實(shí)施例。系統(tǒng)1c為系統(tǒng)1b的變型。變型在于端口36的細(xì)微的重新構(gòu)造以及外部護(hù)罩38的增加。護(hù)罩38在錘22的外部殼體32上延伸。護(hù)罩38和外部殼體32被構(gòu)造以形成其間的環(huán)狀流動(dòng)路徑40。端口 36被設(shè)置用于引導(dǎo)流體16穿過流動(dòng)路徑40流動(dòng)。第二流體16于是在鄰近錘鉆頭26的頭部但在鉆頭面34的上游離開系統(tǒng)10c。第一流體14也從外部殼體32的較低端部與錘鉆頭26之間離開系統(tǒng)10c。因此，在這種情況下，流體14和16兩者均從鉆井系統(tǒng)1c上大致相同的位置離開并向上流動(dòng)以將鉆井開鑿物攜帶到表面。
[0039]圖3和圖4中所示的系統(tǒng)1b和1c中的每個(gè)分別可以被進(jìn)一步修改，以促使流體16實(shí)質(zhì)上繞過馬達(dá)24并因此被直接栗入正鉆取的孔中而不是操作馬達(dá)。為了將系統(tǒng)1b和1c修改為以這種方式操作，均需要另外的離開端口 42。端口 42在端口 36的上游。
[0040]在這些修改的實(shí)施例中，端口 36和42中每個(gè)還分別提供有閥37和43。閥37和43可選擇性地且獨(dú)立地打開和關(guān)閉。
[0041 ] 通過關(guān)閉在上游端口 42中的閥43并打開在下游端口 36中的閥37，系統(tǒng)1b和1c如上述那樣操作。然而，如果端口 36中的閥37關(guān)閉而端口 42中的閥43打開，于是流體16被促使基本繞過馬達(dá)24并直接流動(dòng)至正鉆取的孔中。因此，馬達(dá)24將為錘22提供即使有也是極少的旋轉(zhuǎn)扭矩。在那種情況下，錘22以及相應(yīng)的錘鉆頭26的旋轉(zhuǎn)可通過孔外旋轉(zhuǎn)頭或聯(lián)接到鉆柱12的轉(zhuǎn)盤提供。在兩種情況下，流體16均將被栗入孔/井11中。
[0042]圖5示出在此被指定為1d的公開的系統(tǒng)的另一實(shí)施例。上圖1中使用的用于描述系統(tǒng)10的特征的相同的附圖標(biāo)記在圖5中被用于指示系統(tǒng)1d的相同的特征。系統(tǒng)與之前的系統(tǒng)1-1Oc的不同在于包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)50。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)50在該實(shí)施例中被例示為設(shè)置在錘22與馬達(dá)24之間。然而，在替代實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)50可位于鉆柱12的端部與馬達(dá)24之間。然而，通常優(yōu)選使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)盡可能靠近鉆頭面34。采用這種最簡單的形式，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可作為彎曲的外殼被并入馬達(dá)24中或者通過利用彎曲接頭或偏心穩(wěn)定器并入馬達(dá)24中。因此，盡管轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)50被示出為與馬達(dá)24分離，但是其可作為馬達(dá)24的部分并入。
[0043]轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)50的提供使得鉆井系統(tǒng)1d能夠被用于定向鉆井。這樣，當(dāng)鉆取孔的直線段時(shí)(例如，在彎曲段之前和之后)，通過旋轉(zhuǎn)鉆柱12來旋轉(zhuǎn)錘22/錘鉆頭26ο在一實(shí)施例中，當(dāng)期望改變鉆井的方向時(shí)，第二流體16通過鉆柱12被輸送至馬達(dá)24。這將激活轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相對于鉆柱12的軸線改變錘22及與錘關(guān)聯(lián)的錘鉆頭26的方向。一旦已經(jīng)鉆取合適的彎曲部，第二流體16的輸送可停止并且再次利用例如旋轉(zhuǎn)頭或轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆柱12來提供旋轉(zhuǎn)。然而，其它已知的彎曲替代機(jī)構(gòu)或可轉(zhuǎn)向替代機(jī)構(gòu)/接頭可用于提供正鉆取的孔/井11的定向控制，其不需要停止第二流體16的流動(dòng)來激活。實(shí)際上，這在大多數(shù)情況下受到青睞，以維持期望的井下壓力和持續(xù)沖洗以及孔/井11的穩(wěn)定。
[0044]轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)50可被引入至如上描述的系統(tǒng)10a、10b和1c中的每個(gè)中。特別當(dāng)結(jié)合具有閥控制端口 36和42的修改形式的系統(tǒng)1b或1c使用時(shí)，不管是否在孔/井11中形成彎曲部或轉(zhuǎn)彎部，維持第二流體16進(jìn)入孔/井11的流動(dòng)是可能的。在全部實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可作為馬達(dá)24的部分并入。
[0045]在每個(gè)上面描述的實(shí)施例中，第一流體14可為氣體或液體(S卩，可壓縮或不可壓縮流體)。如果孔深和壓力差能夠允許空氣以足夠的壓力和流動(dòng)速率/體積被輸送以操作錘22，第一流體16可以為諸如空氣的氣體。替代地，第一流體14可為液體(S卩，不可壓縮流體)，諸如但不限于水。在鉆取深孔以便提供壓差來操作錘22時(shí)，這可能是有利的。在涉及操作或供給動(dòng)力至錘22的第一流體14的上下文中的術(shù)語“7K”意指清潔水或具有可接受的少量小顆粒物的相對清潔的水。例如，水可以具有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大的顆粒物混合的水。確實(shí)已知使用泥漿至井下錘。然而，這種錘具有短的使用壽命，因?yàn)槟酀{對于錘的內(nèi)部設(shè)備且特別是搬運(yùn)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22。
[0046]與第一流體14隔離地流動(dòng)的第二流體16可被選擇，除了為提供動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24之外，還具有控制井下條件、向鉆頭面34提供潤滑并從孔/井11沖洗出開鑿物的特性。流體16可為但不限于氣體、水、臟水、鉆井泥漿、鉆井添加物、潤滑劑以及這些中兩個(gè)或更多個(gè)的組合。
[0047]盡管第一流體14在控制井下壓力條件方面不重要，但是當(dāng)選擇第二流體16以使流體14和16的混合物提供期望的井下壓力條件時(shí)可考慮其密度和粘性。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可選擇或修改第二流體16的特性以提供期望的井下條件，考慮但是不要求第一流體14的任何改變。
[0048]在檢測到危險(xiǎn)狀態(tài)的情況下，能夠提供足夠容量和流速的第二流體16以壓井。這被提出，是由于與傳統(tǒng)流體錘相比，第二流體16的傳輸方式提供了實(shí)質(zhì)上更大量的液體。
[0049]上述系統(tǒng)1-1Od實(shí)現(xiàn)了一種利用流體操作錘22與相鄰的提供扭矩的流體操作馬達(dá)在地下鉆取孔或井的方法。分離的流體14和16被用于驅(qū)動(dòng)錘22和馬達(dá)24。流體可與當(dāng)前的井下條件和/或與錘和/或馬達(dá)24的優(yōu)化操作方式相匹配。流體14和16可利用雙重循環(huán)流體入口轉(zhuǎn)環(huán)(swivel)被栗入鉆柱12的上孔端部。上面描述的系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)的鉆井方法的實(shí)施例特別但不排外地適于在堅(jiān)硬的地面構(gòu)造中鉆取油氣或地?zé)峋?、或鉆取非常深的孔，例如超過5000m的深度。特別地，公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，使得使用潛孔錘形式的井下鉆井工具非常適合于在堅(jiān)硬材料上鉆井，盡管由于鉆井工具的壽命與控制井下壓力和維持孔穩(wěn)定性之間的權(quán)衡，該鉆井工具在鉆取油氣時(shí)不受青睞。例如，為了用臨界壓力鉆井，當(dāng)使用常規(guī)井下錘時(shí)，可能需要用相對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錘驅(qū)動(dòng)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效率和壽命，且同時(shí)也提供對井下壓力和孔穩(wěn)定性的控制。
[0050]目前公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例使用兩個(gè)分離的流體一直流至鉆柱12的底部，并且在很多實(shí)施例中至井/孔11的底部。因此，流體14和16將在鉆頭面34或非?？拷@頭面34(SP，在井11的底部)處混合。這實(shí)現(xiàn)良好控制，并具有最佳效果和安全性，而且能夠在鉆頭面或非常靠近鉆頭面處混合兩種流體。
[0051 ]第一流體14與第二流體16之間的比率可在10/90與30/70之間。也就是，10%的第一流體16和90%的第二流體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，公開的錘22的實(shí)施例將使用10%至30%的總井容積用作第一流體16。
[0052]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的總體積為在5000psi的壓力下每分鐘栗送1000升。錘22將每分鐘使用該總體積中的100至300升。第二流體在大約4000ps i下栗浦并且流動(dòng)速率將為每分鐘900至700升。
[0053]因此，公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例對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。這實(shí)質(zhì)上多于公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的100-300升每分鐘。
[0054]在公開的系統(tǒng)和方法中，用于馬達(dá)和錘的分離的流體流實(shí)現(xiàn)了鉆井過程的“調(diào)整”，其中錘鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度/扭矩以及沖擊能量能夠得到分別控制。錘鉆頭26的旋轉(zhuǎn)速度/扭矩可通過控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)24的第二流體16的流量和其它特性來控制。錘鉆頭26的沖擊能量可通過控制第一流體14的流和其它特性來控制。因此，例如，能夠用較低鉆頭旋轉(zhuǎn)速度和較高鉆頭沖擊能量沖擊速度、或較高鉆頭旋轉(zhuǎn)速度和較低鉆頭沖擊能量、或鉆頭旋轉(zhuǎn)速度和鉆頭沖擊能量的事實(shí)上更一般的任意組合來鉆井。
[0055]馬達(dá)24可為葉片式或渦輪式馬達(dá)。這種馬達(dá)具有聯(lián)接到錘22以旋轉(zhuǎn)錘22的中心驅(qū)動(dòng)軸。中心驅(qū)動(dòng)軸具有形成通道25的軸孔。替代地，驅(qū)動(dòng)軸可提供有軸孔和形成通道25的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)非耦合套管。
[0056]所述系統(tǒng)和方法的實(shí)施例可在陸地或海上鉆機(jī)上使用。在所附權(quán)利要求書中以及本發(fā)明的前述描述中，除了上下文由于明確的語言或必要的暗示另有所指，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)】
1.一種多流體鉆井系統(tǒng)，能夠聯(lián)接到鉆柱的端部，實(shí)現(xiàn)第一流體和第二流體的分離流，系統(tǒng)包括: 錘，錘被布置為使得當(dāng)由鉆柱支撐時(shí)，流動(dòng)通過鉆柱的第一流體能夠供給動(dòng)力至錘；以及 馬達(dá)，馬達(dá)被配置為使得當(dāng)由鉆柱支撐時(shí)，流動(dòng)通過鉆柱的第二流體能夠流動(dòng)通過馬達(dá)并供給動(dòng)力至馬達(dá)； 馬達(dá)被聯(lián)接到錘并被布置用于當(dāng)?shù)诙黧w流動(dòng)通過馬達(dá)時(shí)旋轉(zhuǎn)錘。2.一種多流體動(dòng)力鉆井系統(tǒng)，包括: 鉆柱，鉆柱被配置為實(shí)現(xiàn)第一流體和第二流體的分離流； 錘，錘由鉆柱支撐并與鉆柱流體聯(lián)通，其中第一流體能夠供給動(dòng)力至錘； 馬達(dá)，馬達(dá)由鉆柱支撐并與鉆柱流體聯(lián)通，其中第二流體能夠流動(dòng)通過馬達(dá)并供給動(dòng)力至馬達(dá)，馬達(dá)被布置用于旋轉(zhuǎn)錘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井系統(tǒng)，其中錘被提供有錘鉆頭，并且第一流體被引導(dǎo)通過鉆井系統(tǒng)以從鄰近錘鉆頭處離開鉆井系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其中錘被提供有錘鉆頭，并且第二流體被引導(dǎo)通過鉆井系統(tǒng)以離開鉆井系統(tǒng)，從而流動(dòng)橫過錘鉆頭的鉆頭面。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其中錘被提供有錘鉆頭，并且第二流體被引導(dǎo)通過鉆井系統(tǒng)以從錘鉆頭的鉆頭面的孔上行離開鉆井系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆井系統(tǒng)，包括位于錘上方并終止于鉆頭面的上孔的護(hù)罩，并且其中第二流體從護(hù)罩的下孔的端部離開鉆井系統(tǒng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，包括與馬達(dá)關(guān)聯(lián)的端口裝置，用于選擇性地在將實(shí)質(zhì)性動(dòng)力施加到馬達(dá)之前或在將動(dòng)力施加到馬達(dá)之后促使第二流體流動(dòng)至正鉆取的孔中。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其中第一流體在形成于鉆柱中的環(huán)狀流動(dòng)路徑中流動(dòng)并且第二流體在被環(huán)狀流動(dòng)路徑圍繞的內(nèi)部流動(dòng)路徑中流動(dòng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，其中第一流體在形成于鉆柱中的內(nèi)部路徑中流動(dòng)并且第二流體在鉆柱中的環(huán)狀流動(dòng)路徑中流動(dòng)，其中環(huán)狀流動(dòng)路徑圍繞內(nèi)部流動(dòng)路徑。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，包括聯(lián)接在鉆柱與錘之間的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鉆井系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)位于馬達(dá)與錘之間；或并入馬達(dá)中。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆井系統(tǒng)，包括被布置為通過向鉆柱施加扭矩來旋轉(zhuǎn)錘的上部旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。13.一種鉆孔方法，包括: 將井下馬達(dá)聯(lián)接到錘，井下馬達(dá)能夠旋轉(zhuǎn)錘； 將第一流體輸送到錘，以實(shí)現(xiàn)錘循環(huán)沖擊正鉆取的孔的趾部；以及 將第二流體與第一流體隔離地輸送到井下馬達(dá)以使得井下馬達(dá)能夠旋轉(zhuǎn)錘。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括引導(dǎo)第一流體在操作錘之后進(jìn)入孔中。15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，包括引導(dǎo)第二流體從下列位置中的至少一個(gè)進(jìn)入孔中:橫過錘的鉆頭的鉆頭面;鉆頭面的上孔;和錘的上孔。16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的方法，包括使用聯(lián)接到錘的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來促使改變正鉆取的孔的方向。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括在改變正鉆取的孔的方向時(shí)操作井下馬達(dá)以旋轉(zhuǎn)錘。
【文檔編號(hào)】E21B1/00GK106062299SQ201680000707
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年1月8日
【發(fā)明人】沃倫·斯特蘭奇, 伊恩·斯皮爾
【申請人】斯特拉達(dá)設(shè)計(jì)有限公司