[发明专利]用于完井的集成泵机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥浆泵送和水泥泵送设备，以及在对烃井完井中的应用。具体来说，描述了海上(offshore)的烃井(hydrocarbon well)、其完井技术和例如提到的泵送设备之类的完井设备。

背景技术

烃井的探测、钻井和完井通常复杂、费时的和最终非常昂贵的努力。这在那些结构或操作环境或生产地点带来增加挑战的某些钻井和完井操作的例子中尤其真实。

就海上和某些其它钻井操作而言，操作环境可以带来几个显著地影响操作费用的自然挑战。就海上钻井而言，经常进行测量以缩减的费用比如保持设备和设备空间最小。简而言之，对于给定的海上作业，所需设备数量或类型的任何增加，以及因此产生的必需空间的增加，都将带来了海上设备以及运行费用的相当大的增加。在某些情况下，可以通过限制使用的设备而节约费用。但是，即便在设备选择上作出一些牺牲，在海上作业中可用的底部空间(footspace)仍然是十分珍贵的。

不管海上平台的可获得的底部空间的珍贵，如大多数钻井平台一样，海上钻井平台通常既包括泥浆循环系统和水泥灌浆(cementing)系统以及许多其它钻井设备。这些系统尤其在地下的井的完井并因此而提供套管的过程中被交替地使用。简而言之，随着钻头向下钻进以形成和延伸地下的井筒，泥浆循环系统被用于既提供流体又除去相对于前进的钻头附近位置的碎屑。一旦钻孔已经由钻头钻到预定深度，泥浆循环暂时停止，同时钻头和相关的钻杆被带回地面。接着井筒套管节段被向下放入井筒。一旦井筒套管被恰当地定位而且泥浆循环终止，水泥灌浆系统被运行以通过井筒泵入水泥浆，把井筒套管固定在恰当位置。这个过程接着可能被重复直到预定深度的井已经完成完井为止。也就是说，将继续进行另外的钻井、泥浆循环和另外的井筒套管的下入，其被描述的后来的水泥灌浆和固定套管周期性地打断。

在上面的完井的方法中，两种不同类型的流体，泥浆和水泥浆，取决于在进行什么阶段的操作而出现在井筒内。但是，这些流体用于完全不同的目的。泥浆通过井筒循环以润滑、冷却和促进钻头的前进。另一方面，水泥被引入井筒内以把井筒套管固定在安全并且最终的位置。因此，这些流体中的一种在错误时间的引入对于正确的完井都有可怕的后果。例如，不超过大约1％-3％的泥浆出现在用于水泥灌浆的位置将阻止水泥浆在那个位置的井筒套管和井筒壁之间凝固并形成适当的连接。替代地，在钻井过程中泥浆的水泥污染可以阻止钻井和停止井筒套管的前进。这些情况中的每一个很可能具有严重的后果，可能需要关闭整个作业以在新的位置重新钻井，很可能最少也要几十万美元的代价。

鉴于水泥浆或泥浆污染在完井的不适当的阶段的潜在的灾难性后果，泥浆循环系统和水泥灌浆系统在钻井平台上被分别地维持和互相隔离。因此，在有源钻井作业(active drilling operation)中运行90％-97％时间的泥浆循环系统在钻井平台上的一个位置利用几个高马力的原动机、泵和其它设备运行。当接近水泥灌浆时间时，泥浆循环结束，从钻井平台的单独的水泥灌浆室，上面描述的水泥灌浆系统被运行，使用其自身的相对低马力的原动机、泵和相关设备。虽然鉴于正如上面描述的污染的潜在后果这样是可以理解的，但是，就海洋钻井平台而言，这种完全分开的系统和相关设备的维护给早已稀缺的底部空间带来的巨大的成本。

发明内容

本发明提供一种用于向井筒输送泥浆和水泥浆的泵机组。泵机组包括连接到泥浆泵的原动机。水泥泵连接到原动机和泥浆泵自身中的一个以向井筒输送水泥。

附图说明

图1是用于在井筒的泥浆泵送和水泥泵送应用的现有技术中的泵机组的侧视图。

图2是用于在图1的井筒的泥浆泵送和水泥泵送应用的泵机组实施例的侧视图。

图3是在图1的井筒的泥浆泵送应用过程中图2的泵机组的侧视图。

图4是在图1的井筒的水泥泵送应用过程中图2的泵机组的侧视图。

图5是用于在图1的泥浆泵送和水泥泵送应用过程中的泵机组替换实施例的侧视图。

图6是概括了使用用于在井筒的泥浆泵送和水泥泵送的泵机组的实施例的流程图。

具体实施方式

实施例是参考例如半潜式钻井平台之类的某些海上烃完井或生产设备描述的。但是，包括自举钻井平台和驳船钻井平台在内的其它类型的海上生产设备可以使用这里描述的实施例。此外陆上的完井和生产设备可以使用这样的实施例。无论如何，这里描述的实施例可以被使用以减少完井作业所需的总的设备，从而提供就资金成本、某些低效运行、底部空间和总设备重量而言的节约。因此，这里描述的实施例尤其对海上作业有利。