[发明专利]一种用于连续油管钻井装置的旋转钻头

说明书

一种具有旋转钻头的移动式连续油管钻井装置，该装置包括位于移动式平台上的非旋转桅杆，该桅杆上安装有位于连续油管盘架下方的喷射器，该喷射器限定了用于连续油管的操作轴，其中旋转钻头可枢转地安装在喷射器上，以便可在远离操作轴的缩回位置和与操作轴线成一直线的操作位置之间移动，旋转钻头包括用于非旋转连接于连续油管的顶部旋转接头和用于旋转连接于管段的底部心轴，所述顶部旋转接头和底部心轴在操作期间在所连接的连续油管和所连接的管段之间提供流体连通。

相关申请

本申请要求2017年1月18日提交的澳大利亚临时专利申请2017900143和2017年5月30日提交的国际专利申请PCT/AU2017/050508的巴黎公约优先权。所述两个申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种主要用于矿物勘探的连续油管钻井装置用旋转钻头，所述钻井装置为不需要连续油管围绕其纵轴旋转以便钻井装置操作的类型。

背景技术

历史上，矿物勘探使用在一端附接有钻头的旋转钻柱(为一系列连接的刚性的管段)，用于钻出地下孔，以便定位有价值的矿床。随着旋转的钻头钻入地下以形成井眼，增加另外的管段以便钻得更深；而随着钻头从井眼中抽出，发生相反的情况。在钻孔期间添加和移除这些管段以组装和拆卸钻柱消耗大量的时间和能量(并因此消耗成本)。

已经开发出连续油管作为使用钻柱的替代方案(尽管通常用于石油工业而不是用于矿物勘探)，连续油管通常是可以几乎无限长度使用的韧性金属。连续油管的使用包括将管从承载这种油管的盘架上拆卷，通常是利用位于井眼上方并靠近井眼的喷射器(injector)，所述喷射器负责提升和降低所述油管。盘架通常水平地远离喷射器和井眼定位，并且在盘架和喷射器之间使用弯曲引导管(通常称为“鹅颈管”)以引导所述油管从盘架穿过所述装置到达喷射器。在美国专利公开2013/0341001A1的图6中可以看到这样的示例。

在大多数连续油管钻井中，位于油管底部的井底钻具组件(BHA)通常包括一个泥浆马达，它为钻头提供动力并使其旋转(已知连续油管不围绕其纵轴旋转)，泥浆马达由从表面泵送通过所述连续油管的钻井液的运动提供动力。在其他形式的连续油管钻井中，已经开发出地上装置以允许连续油管围绕其纵轴旋转。当然，需要相当大且复杂的地上装置能够旋转整盘架的连续油管以实现油管的这种旋转，但本发明不涉及这种类型的旋转连续油管钻井。

然而，在即使“非旋转”连续油管钻孔装置的正常操作循环中，仍然经常需要使用旋转钻柱并由此向井眼下插入和连接多个管段的传统类型钻井。通常，这种需要发生在井眼开钻时，例如在通过风化层的钻井过程中。此外，应当理解，即使使用连续油管钻井装置，仍然需要安装套管，这通常需要能够将多个套管套筒插入并旋转到井眼中并随后通过套管套筒沿着井眼注入水泥等，以便随后通过井眼壁与套管套筒外部之间从井眼向上返回。

迄今为止的连续油管钻孔通常需要使用与传统旋转钻头相关的另外的流体处理设备，例如用于使用传统钻柱钻孔的设备，以便能够为井底钻具组件提供扭矩和钻井液。本发明的一个目的是在非旋转连续油管钻井装置中避免使用这种另外的流体处理设备。

在描述发明内容之前，必须理解，在整个说明书中，将使用诸如“水平”和“竖直”、“上”和“下”、以及“之前”和“之后”的术语。应该理解的是，这些和其他类似的方位型描述术语是相对于操作钻机的取向，该操作钻机大体位于地平面上相当平坦的(并因而水平的)表面上，并且相对于卷上盘架和从盘架上拆卷以及向下进入井眼和从井眼向上出来的垂直油管通道。然而，这些术语并非意在产生操作限制，或者要求装置的各部件完全水平或完全竖直。

最后，还需要指出的是，包括对本发明背景的讨论用以解释本发明的背景。不应将其看作是承认所提及的任何材料在本申请的优先权日期已公布，已知或是公知常识的一部分。

发明内容