[发明专利]一种复杂油藏地层双梯度钻完井一体化作业系统及方法

权利要求书

1.一种复杂油藏地层双梯度钻完井一体化作业系统，该系统由地面系统以及井下工具组合构成，其中地面系统由井架(18)、顶驱(19)、双层管适配器(20)、井口防喷器(23)、固井水泥浆搅拌罐(14)、堵漏剂罐(12)、控压系统、泥浆循环系统、低密度介质循环系统组成；控压系统由阀门Ⅰ(7)、阀门Ⅱ(1)、可调式线性节流阀(8)、压力计(2)、流量计(9)、水力参数计算及优化控制系统(6)组成；其中水力参数计算及优化控制系统(6)能够采集可调式线性节流阀(8)、压力计(2)、流量计(9)的反馈信号，同时可调式线性节流阀(8)能够接收水力参数计算及优化控制系统(6)反馈的信号，进而实现可调式线性节流阀(8)开度的调节；泥浆循环系统由通过管道依次连接的密闭式振动筛(10)、泥浆池(11)、阀门Ⅳ(16)、高压泥浆泵组(17)构成；低密度介质循环系统由隔离液(24)、阀门Ⅲ(3)、辅助泵组(4)、低密度介质计量罐(5)组成；井下钻具组合由双层钻杆(22)、桥式通道Ⅰ(21)、水力举升泵、电池短接(28)、井斜探管(29)、扶正器(30)、脉冲发生器总成(31)、随钻堵漏短接(32)、吸入短接(33)、涡轮钻具(34)、工作液控制单元(35)、偏执机构执行单元(36)、钻头(37)组成，其中水力举升泵由涡轮马达(25)、桥式通道Ⅱ(26)、涡轮泵(27)组成；桥式通道Ⅰ(21)安装在双层适配器(20)下部，桥式通道Ⅰ(21)下端连接双层钻杆(22)，双层钻杆(22)下部通过螺纹连接依次安装涡轮马达(25)、桥式通道Ⅱ(26)、涡轮泵(27)，其中桥式通道Ⅱ(26)通过螺纹连接安装在涡轮马达(25)与涡轮泵(27)之间，电池短接(28)、井斜探管(29)、扶正器(30)、脉冲发生器(31)总成依次连接安装在涡轮泵(27)下端组成随钻测量系统，随钻堵漏短接(32)、吸入短接(33)依次安装在脉冲发生器总成(31)下部，涡轮钻具(34)、工作液控制单元(35)、偏执机构执行单元(36)、钻头(37)依次连接安装于吸入短接(33)下部组成旋转导向系统。

2.根据权利要求1所述一种复杂油藏地层双梯度钻完井一体化作业系统，其特征在于：所述随钻堵漏短接(32)上设置有穿过双层管内外管环空的喷射通道，随钻堵漏短接(32)开启与关闭受到脉冲发生器总成(31)发出的脉冲信号控制。

3.根据权利要求1～2中任意一项所述的一种复杂油藏地层双梯度钻完井一体化作业系统，其特征在于：它包括以下步骤：

SⅠ、钻进堵漏过程，具体包括以下步骤：

S101、采用常规钻井方式进行第一次开钻，钻至预定深度，下入表层套管，之后按常规工艺进行第一次固井；

S102、安装井口防喷器(23)，其中低密度介质罐(5)通过软管与井口防喷器连接，低密度介质、隔离液(24)可通过井口防喷器(23)泵入井下；

S103、控压钻进：顶驱(19)下部接入双层管适配器(20)、双层管适配器(20)下端连接组合完毕的井下工具组合，井下工具组合穿过井口防喷器(23)下入井筒内部，关闭阀门Ⅱ(1)，阀门Ⅲ(3)、开启阀门Ⅰ(7)；开启高压泥浆泵组(17)，钻井液从泥浆池(11)中经顶驱(19)进入双层管适配器(20)内层管，带压钻井液通过桥式通道Ⅰ(21)后由双层适配器(20)内层管转入双层管环空、环空中钻井液向下流动至涡轮马达(25)，在钻井液驱动下涡轮马达(25)开始旋转工作，钻井液经过桥式通道Ⅱ(26)后由双层管环空进入涡轮泵(27)内层通道，此后钻井液依次穿过电池短接(28)、井斜探管(29)、扶正器(30)内层通道、脉冲发生器总成(31)、随钻堵漏短接(32)内层通道，在带压钻井液作用下涡轮钻具(34)始旋转输出扭矩，工作液控制单元(35)、偏执机构执行单元(36)开始工作，钻井液经过钻头(37)端到达井底；

S104、当井筒内钻井液达到预设高度，辅助泵组(4)通过井口防喷器(23)通道向井筒内注入定量隔离液(24)，隔离液(24)位于钻井液上部与钻井液不相融，同时通过井口防喷器(23)通道向井筒内注入低密度介质，并记录泵入流量，低密度介质位于隔离液(24)上端与隔离液(24)不相融，保证井筒内每处压力位于相应地层深度的地层压力与破裂压力之间，建立钻井液循环，开始钻进过程；

S105、易漏地层钻进：当地面监测到井筒内液面异常下降时，表明已经钻至易漏地层，此时通过地面控制系统控制脉冲发生器总成(31)发出脉冲信号，随钻堵漏短接(32)接收信号后关闭轴向通道、流体无法向钻头端流出；

S106、关闭阀门Ⅳ(16)、打开阀门Ⅴ(15)、降低高压泥浆泵组(17)泵入流量至水力举升泵启动流量之下，向井下泵入堵漏剂、堵漏剂经上部井下钻具组合流动至随钻堵漏短接(32)，从随钻堵漏短接(32)喷射通道喷出进入地层裂缝中进行堵漏；堵漏剂注入结束；

S107、打开阀门Ⅳ(16)、关闭阀门Ⅴ(15)，同时随钻堵漏短接(32)接受脉冲信号后轴向通道打开、喷射通道关闭，钻井液可流向钻头端，钻头端继续保持继续钻进，逐渐增加高压泥浆泵组(17)泵入流量水力举升泵功率增大，由井底返出的钻井液大于泵入井底的钻井液，井筒内钻井液静液柱高度下降，由于较高密度的钻井液被排出，井筒内压力逐渐降低至地层压力，钻井液不在漏失，可恢复正常钻进；

S108、高压地层钻进：当地面监测到井筒内液面异常上升时，表明已经发生井侵或溢流，此时减小高压泥浆泵组(17)流量，水力举升泵功率降低，泵入钻井液流量大于返出的钻井液流量，井筒内钻井液静液柱高度增加，同时通过水力参数计算及优化控制系统(6)减小可调式线性节流阀(8)开度增加井筒背压，井筒内压力逐渐升高至地层压力，地层流体不在浸入井筒，可恢复正常钻进；

SⅡ、控压固井过程、具体包括以下步骤：

S201、钻进阶段完成，取出双层钻杆(22)以及进行井下钻具组合，下入固井套管，同时关闭阀门Ⅳ(16)、阀门Ⅴ(15)、阀门Ⅲ(3)，开启阀门Ⅱ(1)、阀门Ⅵ(13)；

S202、开启高压泥浆泵组(17)将水泥浆从固井水泥浆搅拌罐(14)中由顶驱(19)注入套管，井底钻井液开始从套管及井筒环空上返，经井口防喷器(23)、阀门Ⅱ(1)、可调式线性节流阀(8)流入密闭式振动筛(10)进行后处理，在固井水泥浆注入过程中，压力计(2)信号、流量计(9)信号、可调式节流阀(8)开度被反馈至水力参数计算及优化控制系统(6)，

S203、由水力参数计算及优化控制系统(6)调控可调式节流阀(8)开度控制井筒内背压，同时改变高压泥浆泵组(17)功率改变水泥浆注入速率、注入量控制井筒内水泥浆压力，保证井筒内每处水泥浆压力位于相应地层深度的地层压力与破裂压力之间，替桨过程替换的低密度介质、隔离液(24)以及钻井液经过井口防喷器(23)、阀门Ⅱ(1)、可调式线性节流阀(8)、流量计(9)、振动筛(10)，进入泥浆池(11)进行后处理；

S204、控压固井后，重复S103、S104、SⅡ开始下一阶段钻井过程。