[发明专利]具有钻进控制的液压钻井方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及液压钻井设备和方法，特别地涉及一种用于为液压钻井的向下钻进提供钻井流体的系统和方法。

背景技术

在液压钻井操作中，高压钻井流体通过钻头排出以作为高速切割射流，该高速切割射流将其所指向的材料切掉从而形成钻孔。随着去除材料，钻头前进从而使钻孔延伸进入地层中。钻头通常附接至管状工作柱，高压流体供给至管状工作柱，并且由流体施加在工作柱和钻头上的力沿向前方向驱动它们。钻头前进的速度受到附接至工作柱并且以受控速度放出的缆索限制。

限制缆索的使用具有某些局限性和缺点。它不仅需要缆索自身，而且需要用于该缆索的滚筒或存放卷筒以及用于控制缆索放出速度的制动器或一些其它装置。在显著的张力作用下，缆索(不管是阻止钻柱前进还是用来收回钻柱)将拉伸，从而难以精确地控制钻柱的钻进速度。还存在缆索可能断裂的可能性，这将必须停止钻井操作以收回钻头，修理缆索，以及在缆索断裂时钻头由于与地层碰撞而受损的情况下可能还需要修理或更换钻头。

在美国专利5,255,750中描述的方法通过形成“液压制动器”而解决了上述问题中的至少一些问题，该液压制动器利用了一组双重作用密封件，一重作用在于密封钻井设备的外直径(OD)，第二重作用在于将钻井设备密封在钻井设备长度的连续圆筒内。在这些密封件之间，固定尺寸的孔口安装用于允许捕获在这些密封件内的流体逸出，从而降低流体体积并且允许钻井设备以受控的钻进速度运动。

该密封件/孔口系统的使用具有若干局限性和缺点。这些密封件必须在恶劣的充满颗粒物的环境中工作，该环境通常为油井或气井钻井操作，并且在一些情况中密封件的泄漏将使得该系统失效。孔口在高温高压下操作的同时还必须保持非常精确的尺寸和形状，并且孔口允许磨蚀材料穿过而不会受到消蚀。钻井设备的长度和连续圆筒的组合必须在操作之前计划好并且不能改变，否则密封件将不会同时就位。另外，一旦将孔口选择为给出所期望的钻进速度，在没有将整个钻井设备带到地面并且对该孔口进行物理改变的情况下，不能改变该速度以用于更快或更慢的钻进速度。

另外，采用密封件/孔口方法，必须使用单件设备来将钻井设备从地面下降到用于安放密封件的位置中。这需要具有控制缆索和钻井设备放出速度的能力的缆索和滚筒。一旦钻井设备已经完成了其液压钻井操作，必须采取一种方法以将钻井设备撤回到原始井(至少)中或者经过所有路途回到地面以修理密封件或改变孔口。

发明内容

在第一方面中，提供了一种液压钻井系统。该系统包括：用于沿井眼向下安放的工作柱，该工作柱具有远端部、近端部和内表面；造斜器，该造斜器设在工作柱的远端部处并且具有孔；连接柱，该连接柱设置成穿过工作柱内部，该连接柱在连接柱与工作柱的内表面之间形成环形空间，连接柱具有近端部和远端部；以及钻井设备，该钻井设备与连接柱的远端部连接，该钻井设备具有与钻管(drill tubing)的近端部连接的流通装置，该钻管具有在钻管的远端部处开放的内孔，所述流通装置具有至少一条使得环形空间与钻管的内孔流体连通的管道，钻管穿过造斜器的孔。在将加压钻井流体引入环形空间中时，钻井流体可通过流通装置进入钻管，并且从钻管的远端部排出。

在另一个方面中，提供了一种液压钻井的方法。该方法包括：在工作柱的远端部处使造斜器装置与工作柱的内表面密封地接合，该造斜器具有贯穿其中的孔；提供一种钻井设备，该钻井设备具有：具有内孔、近端部和远端部的钻管；和流通装置，该流通装置具有至少一条在将钻井设备插入工作柱中时使得由工作柱的内表面形成的环形空间与钻管的内孔流体连通的管道；将钻井设备与连接柱连接并且将钻井设备向下插入工作柱中；将钻管的至少一部分插入穿过造斜器；以及将加压钻井流体引入环形空间中，该加压钻井流体穿过流通装置进入钻管中并且从钻管的远端部排出作为切割射流。

附图说明

参照附图，其中相同的附图标记在这些视图中表示相同部件，在这些附图中以举例的方式而不是以限定的方式详细地说明了本发明的几个方面，附图中：

图1为根据本发明的钻井设备的一个实施例的示意性正视图；

图2为根据本发明另一个方面的钻井设备的另一个实施例的示意性正视图；以及

图3为流通装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出的详细说明旨在说明本发明的各个实施例，而并不旨在代表只是由本发明人想到的实施例。该详细说明包括具体细节，以用于提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在没有这些具体细节的情况也可以实施本发明。