[发明专利]连续旋转式钻井系统和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于挖掘井筒的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种用于在加长钻柱的同时使钻柱在井筒中连续旋转的系统和方法。

背景技术

生产碳氢化合物的井筒在地面下延伸并且与圈闭有碳氢化合物的地下地层相交。井筒通常通过位于钻柱末端的钻头形成，其中由位于井筒开口上方的驱动系统旋转钻柱和钻头。在钻头上通常设置有切割元件，当钻头旋转时，切割元件刮削井筒的底部并且挖出物料，从而使井筒变得更深。通常沿钻柱向下泵送钻井液并且将钻进液从钻头引入到井筒中。钻井液在钻柱和井筒壁之间的环形缝隙向上回流到井筒。在挖掘的同时所产生的切削物随着循环的钻井液一起沿井筒被向上运载。

钻柱通常由管状段构成，管状段通过接合相邻段的端部上的螺纹进行连接以形成螺纹连接。随着井筒加深并且在其中接纳更多的钻柱，将新的管状段连接到钻柱的上端。在常规的钻具操作中，每当向钻柱添加管状段时，钻柱的旋转暂时中止。当钻柱不旋转时，存在钻柱的一部分会附着到井筒侧壁的风险。

发明内容

本文描述了用于形成井筒的示例性方法和系统。在一个实例中，公开了一种在地下地层中形成井筒的方法，该方法包括提供由管状段构成的管状钻柱。管状钻柱还包括轴向地连接相邻段的连接器。连接器能够选择性地在解锁构造和锁定构造之间改变，在解锁构造中，相邻的管状段能够相对于彼此旋转，在所述锁定构造中，相邻的管状段彼此旋转地连接。该方法还包括：将连接器中的至少一部分从解锁构造变成锁定构造，以形成管状钻柱的大致旋转结合部。管状钻柱的大致旋转结合部插入到井筒中并且旋转，以便当钻头设置在管状钻柱的端部上时，从地下地层移除切削物，以形成井筒。在实例中，通过布置在井筒开口上方的旋转驱动系统来旋转钻柱。该方法还可以包括：对管状钻柱施加向下的力，以将管状钻柱更深地推进到井筒中。该方法可以任选地包括：在一时间段内，暂时中止管状钻柱的旋转结合部的旋转，以便管状钻柱保持不与井筒的壁部粘合。在实例中，管状钻柱的旋转结合部中止旋转的时间段比向螺纹管状的管柱添加管接头的时间段短。在实例中，该方法还包括：从井筒拉动管状钻柱，以及将连接器从锁定构造变成解锁构造。任选地，管状钻柱可以布置和储存在卷筒上。

本文还公开了一种用于在井筒中使用的组件，该组件包括由沿轴向连接的管状段构成的钻柱以及能够在解锁构造和锁定构造之间改变的位于相邻管状段之间的连接器。在该实例中，当解锁时，与解锁的连接器相邻的管状段能够相对于彼此旋转。而且，当处于锁定构造时，与锁定的连接器相邻的管状段彼此旋转地连接。该组件还包括位于管状段的钻柱的端部上的钻地钻头，当钻头接触地下地层、扭矩施加到钻柱上、并且位于钻头和扭矩施加到钻柱上的位置之间的所有连接器处于锁定构造时，钻头在地层中挖掘井筒。任选地，可以包括注入头，该注入头轴向地将力施加在钻柱中，以对着地下地层推进钻头。在可选方案中，钻柱的一部分能够缠绕到卷筒上。位于被施加扭矩且与钻头相对的一侧的钻柱上的所有连接器可以处于解锁构造。在一个可选的实施例中，一对相邻的管状段限定了上管状段和下管状段，其中上管状段包括销部，该销部插入到下管状段中的盒部中。该实例可以进一步包括位于销部的外表面上的凹槽，该凹槽与盒部的内表面上的凹槽对准；以及设置在凹槽中的支承件，当将上管状段和下管状段中的一个在轴向上相对于另一个被推动时，该支承件与销部和盒部中的至少一个干涉接触。连接器能够任选地包括扭矩传递离合器，扭矩传递离合器选择性地在第一管状段的外表面上的第一狭槽内轴向地移动，并且移动到在与第一管状段相邻的第二管状段的外表面上的第二狭槽中。在该实例中，扭矩传递离合器由舌状部构成，当连接器处于锁定构造时，该舌状部轴向地插入第二狭槽中的，从而将第一和第二管状段旋转地连接。该组件可以任选地进一步包括附加的扭矩传递离合器，该扭矩传递离合器在第一和第二管状段的相应外表面上的狭槽内滑动并且与第一和第二狭槽成角度地间隔开。可以任选地包括销，该销设定在第一或第二管状段中的一个的侧壁中，该销选择性地移动成与扭矩传递离合器干涉接触，以将连接器保持在锁定构造中。可以在钻柱的外表面上可选地包含旋钮，以用于选择性地移动销。