[发明专利]用于连续循环钻出井眼的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连续循环钻出井眼的设备，特别涉及一种用于将液压线连接到钻柱中的侧端口的液压连接器和接头组件。

背景技术

地下钻井通常涉及从地表旋转钻头或使管状钻柱(tubular drill string)远端处的井下电机上的钻头旋转。它涉及向下泵送流体到管状钻柱内侧，通过钻头，并且经由钻孔/管柱之间被称为环空的钻井空间连续地循环该流体回到地表。该泵送机构由连接到歧管的容积式泵提供，歧管连接到钻柱，并且进入钻柱的流量取决于这些泵的速度。钻柱包括具有端对端连接的管柱接头的区段，并且各区段的对应外径取决于被钻出的钻孔的几何结构及该区段对井眼流体液压的影响。钻柱各端由具有接头(该接头位于区段的两端，被称作钻具接头)的较厚材料较大直径区段连接。

钻具接头提供高强度、高压力的螺纹连接，螺纹连接要足够强大以在钻井严苛条件以及无数次拧紧和松开钻杆连接之下得以存留。具有钻具接头的大直径区段提供低应力区，在该低应力区，钻机管钳(rig pipe tongs)用于抓握钻杆以构成或分开钻杆的两个分离区段的连接。

泥浆利用泥浆泵沿钻柱泵送，该泥浆循环通过钻头，并且经由环空返回至地表。对于海底井眼，称为套管的管柱从钻机延伸到存在于洋底上海底水平处的井眼顶部。它为钻柱和从井眼发出的流体提供连续路径。事实上，套管使井眼从海底延伸到钻机，并且环空还包括钻柱外径和套管之间的环形空间。

整个钻柱和钻头使用旋转台进行旋转，或者使用安装在钻杆顶部的称为顶部驱动装置的地上电机进行旋转。

钻头沿途穿过地下地层的各层，直到它到达目标矿床——包含处于一定温度和压力下的碳氢化合物的岩体。这些碳氢化合物包含在岩体的孔隙空间内(即空隙)，并且可以包含水、石油和气体组分——这被称为储层。由于上面岩体各层的负担过重的力，这些储层流体以被称为孔压的已知或未知的压力被包含并困在孔隙空间内。这些储层流体的计划外入流在本领域是熟知的，并且被称为地层涌入或井涌且一般称作井控事故或事件。

给定密度的流体填充被钻出的钻孔的环空并在其中循环。该钻井流体/泥浆的目的是润滑、承载被钻出的岩屑到达地表，冷却钻头，并供电给井下电机和其它工具。泥浆是非常宽泛的术语并且在该上下文中用于描述任何流体或流体混合物，涵盖从空气、氮、空气或氮中的雾化流体、具有空气或氮的发泡流体、加气或硝化流体到具有固体颗粒的石油和水的比重较大混合物的宽泛范围。最重要的是，该流体及其所得到的静水压力——它根据其给定密度和总竖直高度/深度施加在钻孔底部的压力——防止本文中描述的储层流体以其现有孔压进入被钻出的环空。钻井流体还必须施加小于地层破裂压力的压力，其中流体将由于井眼压力超过地层水平应力而受迫进入岩体。

由钻井流体静水压力施加的井底压力(BHP)是防止地层涌入的主要障碍。BHP可以表达成静态BHP或动态/循环BHP。静态BHP涉及当泥浆泵未操作时的BHP值。动态或循环BHP指的是当在钻井或循环期间泵处于操作状态时的BHP值。

当量循环密度(ECD)是表示为仅在钻井流体循环时发生压力增加的井底压力增加(BHP)。该压力不同于静水压力，因为ECD计算和值反映从流体离开井眼底部钻头的点随之向上流过环空而到达地表的环空总摩擦损失。当钻井流体未被泵送通过系统时，ECD可以引起井底压力从略微到显著高于井底压力而变化。ECD在根据BHP计算ECD的意义上而言与循环或钻井BHP相关。ECD直接相关于沿着井眼整个长度发生的摩擦损失。

随着钻井的进行，钻杆必须连接到现有钻柱以钻得更深。常规而言，这涉及流体循环的完全关闭，这样随着顶部驱动装置的断开，钻杆可以连接到合适的位置。一旦连接完成，循环就被重建——过程可能需要多达2分钟或更长时间，这使环空处于静态下。在钻井工艺中间停止泥浆流动是耗时且成问题的，出于多种原因，比如由于泵停止并且因固体沉淀出静态钻井流体而卡住钻杆时井底部ECD和BHP的降低而引发井涌。