井下自隔离井眼钻进系统技术方案

用于粉碎岩屑的井下自隔离井眼钻进系统的一个示例包括切削研磨工具和隔离工具。切削研磨工具可以相对于连接到钻柱的井下端的钻头在上井处连接到钻柱。切削研磨工具可以接收并粉碎使用钻头钻进地层产生的岩屑。隔离工具可以相对于切削研磨工具在上井处连接到钻柱。隔离工具可以控制与钻井泥浆混合的粉碎岩屑沿井眼向上通过钻柱的流动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】要求优先权本申请要求于2014年2月11日提出申请的美国专利申请第14/177,423号的优先权，该申请的全部内容在此并入本文作为参考。
本专利技术涉及井眼钻进。
技术介绍
在井眼钻进中，钻头连接到钻柱、下入到井中并旋转而与地层接触。钻头的旋转会使形成井眼的地层破裂和断裂。钻井液(也称为钻井泥浆)顺着钻柱向下循环并通过设置在钻头中的喷嘴至井眼的底部，然后向上朝向地面通过形成在钻柱与井眼的壁之间的环空。钻井液用于许多目的，包括冷却钻头、在井眼穿过的地层上供给流体静压力以防止流体流入井眼中、减小钻柱和井眼之间的转矩和阻力、将岩屑(即，地层的通过旋转钻头断裂的部分)输送到地面以及其它目的。井眼钻进操作期间的一个潜在的问题发生在设定对井进行生产之前从正在钻进的地层出来的烃被释放到井眼中时。地层中的可能在大于钻头上的钻井泥浆重量的压力下的烃会流动到地面，从而导致井喷。井眼钻进期间的另一个潜在的问题是由于岩屑聚集井底或沿着钻井泥浆的流动路径的其它位置而发生。在其它问题中，这样的聚集会降低钻头的使用寿命、降低渗透率并导致卡钻和/或泥浆漏失。
技术实现思路
本公开说明用于粉碎岩屑的井下自隔离井眼钻进系统。通常，在此所述的主题的一个创新方面可以被实现为井眼钻进系统。切削研磨工具相对于被连接到钻柱的井下端的钻头在上井处连接到钻柱。切削研磨工具可以接收并粉碎使用钻头钻进地层产生的岩屑。隔离工具相对于切削研磨工具在上井处连接到钻柱。隔离工具可以控制与钻井泥浆混合的粉碎岩屑通过钻柱的流动。这方面以及其它方面可以包括以下特征中的一个或多个。泥浆马达可以在钻柱中定位在切削研磨工具和隔离工具之间。泥浆马达可以改变钻头的旋转速度。隔离工具可以包括响应于与烃相接触而膨胀的弹性体。隔离工具可以响应于弹性体的膨胀至少部分地阻塞混合物的流动。隔离工具可以包括浮动构件，所述浮动构件具有比包括烃的混合物的密度大且比不包括烃的混合物的密度小的密度。隔离工具可以包括流路，所述流路包括响应于混合物的密度的变化来容纳或释放浮动构件的基座。响应于流路分别响应于将浮动构件容纳在基座中或从基座释放浮动构件而被至少部分地关闭或至少部分地打开，隔离工具可以至少部分地阻塞或至少部分地允许混合物流动。隔离工具可以包括分别定位在通向流路的入口和出口处的第一单向流和第二单向流。第一单向流和第二单向流中的每一个可以分别响应于浮动构件被容纳在基座中或从基座中释放而打开或关闭。隔离工具可以包括响应于流路被关闭的旁通流路。稳定器可以围绕切削研磨工具。被稳定器围绕的切削研磨工具的外径可以基本上等于钻头的外径。切削研磨工具可以定位在钻头上以接收岩屑。隔离工具的外径可以基本上等于被稳定器围绕的切削研磨工具的外径。隔离工具可以定位在钻头上以从切削研磨工具接收粉碎岩屑。切削研磨工具可以包括限定用于接收岩屑的入口部的固定外壳和旋转内壳。研磨构件可以连接到旋转内壳。研磨构件和旋转内壳可以旋转，以粉碎经由入口部接收的岩屑。在此所述的主题的另一个创新方面可以被实现为一种方法。接收到使用连接到钻柱的下向井眼端的钻头钻进地层产生的岩屑。岩屑与流动通过钻柱的钻井泥浆混合。接收到的岩屑被粉碎，从而产生粉碎岩屑和钻井泥浆的混合物。粉碎岩屑和钻井泥浆的混合物的流动根据在混合物中存在从地层释放的烃进行控制。本方面和其它方面可以包括以下特征中的一个或多个。根据烃的存在控制混合物的流动可以包括确定混合物中存在从地层释放的烃以及响应于确定该存在至少部分地阻塞混合物朝向地面的流动。为了至少部分地阻塞混合物的流动，混合物的流路中的弹性体可以响应于确定烃的存在而膨胀。膨胀的弹性体可以至少部分地阻塞混合物通过流路的流动。为了至少部分地阻塞混合物的流动，浮动构件可以响应于浮动构件的密度大于包括烃的混合物的密度被容纳在形成在混合物的流路中的基座中。就座在基座中的浮动构件可以至少部分地阻塞混合物通过流路的流动。为了粉碎岩屑从而产生粉碎岩屑和钻井泥浆的混合物，岩屑可以被接收在入口部中，所述入口部由连接到钻柱并定位在钻头上方的切削研磨工具的固定外壳和旋转内壳限定。切削研磨工具可以包括连接到旋转内壳的研磨构件。旋转内壳可以旋转以粉碎经由入口部接收的岩屑。粉碎岩屑和钻井泥浆的混合物可以从粉碎所接收的岩屑的切削研磨工具流动到控制混合物的流动的隔离工具。在此所述的主题的另外的新颖性方面可以被实现为井眼钻进系统。切削研磨工具绕着连接到钻柱的钻头连接到钻柱。切削研磨工具包括研磨工具外壳和研磨工具内壳、以及研磨构件，其中所述研磨工具外壳和所述研磨工具内壳限定切削研磨工具入口部以接收使用钻头钻进地层所产生的岩屑，所述研磨构件被定位在研磨工具外壳和研磨工具内壳之间以粉碎接收到的岩屑。隔离工具在切削研磨工具的上方连接到钻柱。隔离工具包括隔离工具外壳和隔离工具内壳，所述隔离工具外壳和所述隔离工具内壳限定隔离工具入口部以接收包括钻井泥浆和由切削研磨工具粉碎的岩屑的混合物。隔离工具包括根据混合物中烃的存在控制混合物的流动的流动控制系统。本方面和其它方面可以包括以下特征中的一个或多个。稳定器可以围绕研磨工具外壳。被稳定器围绕的研磨工具外壳的外径可以基本上等于钻头的外径，以接收经由入口部由钻井泥浆携带的岩屑。研磨工具内壳可以旋转。研磨构件可以连接到研磨工具内壳以旋转，以便粉碎岩屑。流动控制系统可以包括在存在烃时膨胀的弹性体。流动控制系统可以响应于弹性体的膨胀至少部分地阻塞钻井泥浆中的粉碎岩屑的流动。流动控制系统可以包括浮动构件和基座，所述基座用于响应于浮动构件的密度大于包括烃的混合物的密度来容纳浮动构件。流动控制系统可以响应于浮动构件被容纳在基座中而至少部分地阻塞钻井泥浆中的粉碎岩屑的流动。本说明书中说明的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的说明中阐述。其它特征、方面和主题的优点将从说明书、附图和权利要求中变得清楚。附图说明图1是显示示例性的井下自隔离井眼钻进系统的示意图；图2是显示包括泥浆马达的图1的井下自隔离井眼钻进系统的示意图；图3A-3C是显示用于粉碎岩屑的切削研磨工具的不同视图的示意图；图4A-4E是显示用于隔离井眼钻进系统的隔离工具的第一实施方式的不同视图的示意图；图5A-5C是显示用于隔离井眼钻进系统的隔离工具的第二实施方式的不同视图的示意图；图6A-6D是显示由图5A-5C的隔离工具执行的操作的示意图；图7A-7C是显示由隔离工具实现的旁通流动机构的示意图；图8是由井下自隔离井眼钻进系统来实现的示例过程的流程图；以及图9是用于操作井下自隔离井眼钻进系统的示例过程的流程图。各附图中相同的附图符号和标记指示相同的元件。具体实施方式本公开说明了井下井眼钻进系统，所述钻进系统包括两个工具部件，即切削研磨工具和隔离工具。切削研磨工具可以将岩屑磨成粉而混到泥浆中，所述岩屑是由于使用钻头在地层中钻井眼而造成的。隔离工具可以在内部隔离工具，即阻塞流体循环路径的流动。如下所述，切削研磨工具被定位在钻头的上方，隔离工具被定位在切削研磨工具的上方。隔离工具可以以不同的方式实现，例如通过使用被启动以在内部隔离工具的快速作用油/气体弹性体、包括对密度敏感的球操作机构的机械关闭装置来实现。通过实施在此所述的井下井眼钻进系统，所述钻进系统可以主动限制并基本上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井眼钻进系统，包括：切削研磨工具，所述切削研磨工具相对于钻头在上井处连接到钻柱，所述钻头连接到所述钻柱的井下端，所述切削研磨工具用于接收并粉碎使用所述钻头钻进地层所产生的岩屑；和隔离工具，所述隔离工具相对于所述切削研磨工具在上井处连接到所述钻柱，所述隔离工具用于控制与钻井泥浆混合的所述粉碎岩屑通过所述钻柱的流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.11 US 14/177,4231.一种井眼钻进系统，包括：切削研磨工具，所述切削研磨工具相对于钻头在上井处连接到钻柱，所述钻头连接到所述钻柱的井下端，所述切削研磨工具用于接收并粉碎使用所述钻头钻进地层所产生的岩屑；和隔离工具，所述隔离工具相对于所述切削研磨工具在上井处连接到所述钻柱，所述隔离工具用于控制与钻井泥浆混合的所述粉碎岩屑通过所述钻柱的流动。2.根据权利要求1所述的系统，还包括：泥浆马达，所述泥浆马达在所述钻柱中定位在所述切削研磨工具和所述隔离工具之间，所述泥浆马达用于改变所述钻头的旋转速度。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述隔离工具包括响应于与烃接触而膨胀的弹性体，所述隔离工具用于响应于所述弹性体的膨胀至少部分地阻塞所述混合物的流动。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述隔离工具包括：浮动构件，所述浮动构件具有比包括烃的混合物的密度大且比不包括烃的混合物的密度小的密度；和流路，所述流路包括用于响应所述混合物的密度的变化容纳或释放所述浮动构件的基座，响应于所述流路分别响应于分别将所述浮动构件容纳在基座中或从所述基座释放所述浮动构件而至少部分地关闭或至少部分地打开，所述隔离工具至少部分地阻塞或至少部分地允许所述混合物流动。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述隔离工具还包括分别定位在通向所述流路的入口和出口处的第一单向流量阀和第二单向流量阀，所述第一单向流量阀和所述第二单向流量阀中的每一个都分别响应所述浮动构件被所述基座容纳或从所述基座释放而打开或关闭。6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述隔离工具还包括响应于所述流路被关闭而打开的旁通流路。7.根据权利要求1所述的系统，还包括：稳定器，所述稳定器围绕所述切削研磨工具，其中被所述稳定器围绕的所述切削研磨工具的外径基本上等于所述钻头的外径，并且其中所述切削研磨工具被定位在所述钻头上方以接收所述岩屑。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述隔离工具的外径基本上等于被所述稳定器围绕的所述切削研磨工具的外径，并且其中所述隔离工具被定位在所述钻头上方以从所述切削研磨工具接收所述粉碎岩屑。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述切削研磨工具包括：固定外壳和旋转内壳，所述固定外壳和所述旋转内壳限定用于接收所述岩屑的入口部；和研磨构件，所述研磨构件连接到所述旋转内壳，所述研磨构件和所述旋转内壳旋转以粉碎经由所述入口部接收的所述岩屑。10.一种方法，包括以下步骤：接收使用连接到钻柱的井下端的钻头钻进地层所产生的岩屑，所述岩屑与流动通过所述钻柱的钻井泥浆混合；粉碎所接收的所述岩屑，从而产生粉碎岩屑和所述钻井泥浆的混合物；和根据从所述地层释放的烃在所述混合物中的存在来控制所述粉碎岩屑和所述钻井泥浆的混合物的流动。11.根据权利要求10所述的方法，其中，根据烃的存在控制所述混合物的流动的步骤包括：确定从地层释放的烃在所述混...

【专利技术属性】
技术研发人员：周韶华，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA