双循环流体锤钻井系统技术方案

一种双循环流体锤钻井系统(10)具有联接到钻柱(14)的流体锤(12)。系统(10)利用第一流体(16)和第二流体(18)。第一流体(16)被输送通过钻柱(14)以驱动流体锤(12)或者向流体锤(12)供给动力。第二流体(18)也被输送通过钻柱(14)但是与第一流体(16)隔离，所以它们在钻柱(14)内不会混合。第二流体(18)穿过锤钻(12)的锤钻头(38)并被引导以从钻头面(20)流出。因此，当系统(10)在使用时，第二流体(18)将流动流过钻头面(20)。第一流体(16)也在锤钻(12)处离开钻井系统(10)。然而，第一流体(16)离开钻头面(20)的上游或上孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
公开一种用于在地面钻孔的系统和方法，例如，用于但不限于油气探测或生产。
技术介绍
在油气探测和生产中，通常使用流动的不可压缩流体驱动的井下马达来旋转附接的钻头。流体经常但非必要地为高比重流体，诸如钻井泥浆。泥浆(或其它不可压缩流体)还可以用于将开凿物从孔清除并提供井下压力控制。另外，如果需要的话，有时可能增加通过井下马达的泥浆的体积流率来压井(kill a well)。然而，就在坚硬材料中钻取特别是定向的井(即，非垂直孔)而言，存在局限性。这种局限性由于不能在钻头上应用足够的井下下拉或钻压(WOB)来破裂岩石并以经济的速率推进钻井而产生。在坚硬材料中穿孔的局限性可通过使用锤钻而克服。锤钻由流体驱动。空气为常用的驱动流体。然而，空气不能实现对井下和地面压力的控制。而且，经常不可能根据当前井下环境提供具有期望压力和容积的空气，以形成足够的压力差来有效地驱动锤。代替空气，水和诸如钻井泥浆的添加物可用于驱动锤。这能够实现提供较高的钻井压力以抵抗高的地面压力。然而，由于其固有属性，泥浆快速磨损锤的内表面，导致需要频繁替换。平稳推进(tripping)钻柱涉及非常耗时的过程。而且，在危险的超压条件的情况下，常规锤钻不能实现充分的体积流率来压井(即，快速溢出井来控制或停止气体的流动和其它危险的井下条件)。
技术实现思路
宽泛而言，公开一种钻井系统和方法，其中第一流体被用来操作潜孔锤，而第二流体被用来辅助钻井过程。流体彼此隔离同时向孔下流动。由第二流体提供的辅助可包括但不限于下列中的任一个或组合：从孔中冲洗钻井开凿物；控制孔中的井下压力条件；在锤钻头面处冲洗开凿物并提供润滑；以及压井。当钻井涉及碳氢化合物时，井下压力的控制包括提供过平衡压力条件、欠平衡压力条件或平衡压力条件。钻井系统包括锤被附接到其的钻柱。钻柱被配置为提供彼此流体隔离的第一流体流动路径和第二流体流动路径。这使得能够优化流体以用于它们特定的目的。例如，用于操作钻井工具钻的第一流体可提供为就工具的动力、速度、效率和寿命而言对于操作钻井工具最佳的流体。另一方面，在第二流体自身或者与操作工具以后被排出到所钻孔中的第一流体混合，用于清除钻井开凿物、维持孔稳定性以及提供期望的井下压力条件等方面，第二流体可被优化。第二流体可选择的参数或特性包括但不限于：上向钻孔速度、粘性和比重。第一流体可表示为“动力流体”，因为这是提供动力至潜孔锤钻并驱动潜孔锤钻的流体。动力流体流动通过锤钻的端口配置装置(porting arrangement)以使循环冲击锤钻的钻头的活塞往复运动。在各个实施例中，第一流体可包括液体、气体或其组合，诸如但不限于：水、油、空气、氮气或其混合物。第二流体具有在各种环境下或者可同时执行或者可单独执行的多种功能。例如，第二流体可作用为冲洗流体以将开凿物从孔中冲洗且特别从钻头的钻头面冲洗。第二流体还可用于控制井下压力。为此，第二流体还可表示为，或作用为，“冲洗流体”或“控制流体”。第二流体在大多数情况下为液体，诸如但不限于：水、钻井泥浆或水泥。在水被用作第二流体的情况下，如果水自身携带大量极小的颗粒物，对锤的运行寿命没有重大影响。在一方面，提供一种双循环流体锤钻井系统，包括：钻柱，钻柱被配置为分别将第一流体和第二流体向孔下传送，钻
柱具有上孔端部和相对的下孔端部；以及锤钻，锤钻包括具有钻头面的钻头，锤钻被联接到钻柱的下孔端部，其中当钻头面与正钻取的孔的趾部(toe)接触时，第一流体提供动力来驱动锤钻并且第二流体被引导流动流过钻头面。在一实施例中，第二流体被引导流动通过钻头。在一实施例中，钻头被提供有通往钻头面的通道，并且第二流体被引导流动通过通道。在一实施例中，第一流体被引导流动流过钻头的外表面至由钻井系统正钻取的孔中。在一实施例中，第一流体的一部分被引导流动通过钻头中的通道。在一实施例中，第一流体以围绕第二流体的大致环状流形态流动流过钻头面，从锤钻流动至孔中。在一实施例中，钻柱包括用于传送第一流体的第一流体流动路径和用于引导第二流体的第二流体流动路径，其中第二流体流动路径沿钻柱的中心轴线行进。在一实施例中，第一流体流动路径为环状路径。在一实施例中，钻柱包括：一个或多个双壁管道，每个双壁管道具有外壁和内壁，外壁围绕内壁，其中环状空间由内壁和外壁形成并形成在内壁与外壁之间，环状空间构成用于第一流体和第二流体中一个的流动路径，并且内壁形成用于第一流体和第二流体中另一个的中心流动路径。在一实施例中，双循环流体锤包括被布置为联接到钻柱的上孔端部的旋转头部，旋转头部被布置为向锤钻提供扭矩。在第二方面，公开一种利用包括具有钻头面的钻头的流体操作的锤钻在地面钻孔的方法，方法包括：将第一流体和第二流体的分离流输送通过钻柱；通过穿过锤钻的第一流体的流动来驱动联接在钻柱的下孔端部处的流体操作的锤钻；以及在钻头面与正钻取的孔的趾部接触的情况下，引导第二流体的流以流动通过钻头并流动流过钻头面。在一实施例中，方法可包括使得第一流体能够流过钻头的外表面流出锤。在一实施例中，方法可包括输送第二流体通过钻柱中的中心流动路径。在一实施例中，方法可包括输送第一流体通过钻柱中的环状流动路径。在每个实施例中，方法包括通过改变第一流体和第二流体中的一个或两者的物理特性来调节井下压力。在一实施例中，方法包括调节第二流体的比重和粘性中的一个或两者。在一实施例中，调节井下压力包括动态调节井下压力来在孔中提供期望的压力条件。在一实施例中，方法包括以在孔中提供欠平衡压力条件的方式动态调节井下压力。在一实施例中，方法包括以在孔中提供过平衡压力条件的方式动态调节井下压力。在一实施例中，方法包括以在孔中提供平衡压力条件的方式动态调节井下压力。在一实施例中，方法包括将第一流体和第二流体提供为具有不同比重的流体。在一实施例中，方法包括将第一流体和第二流体提供为具有不同粘性的流体。在一实施例中，方法包括在相同的压力下提供第一流体和第二流体。在第三方面，公开一种双循环流体锤钻井系统，包括：钻柱，钻柱被布置为形成彼此流体隔离的第一流体流动路径和第二流体流动路径，钻柱具有上孔端部和相对的下孔端部；锤钻，锤钻被联接到钻柱的下孔端部，锤钻具有钻头和钻头面，锤钻与第一流体流动路径流体联通，其中锤钻由流动通过第一流体流动路径的第一流体操作；以及其中第二流体流动路径被布置为，在钻头面与正钻取的孔的趾部接触情况下，第二流体流动通过钻头并流过钻头面。在第四方面，公开一种钻取用于探测或生产碳氢化合物的孔的方法，方法包括：将具有钻头和钻头面的流体操作的锤钻联接到钻柱的下孔端部；利用联接到钻柱的上孔端部的机器来向锤钻施加扭矩并向流体操作的锤钻提供下拉或拉起；将第一流体输送通过钻柱以操作锤钻；以及将第二流体与第一流体隔离地输送通过钻柱，其中在钻头面与钻取的孔的趾部接触的情况下，第二流体流动通过钻头并流过钻头面。在一实施例中，方法还包括独立于操作锤钻，来修改第二流体的一种或多种特性以控制井下压力条件。附图说明尽管任意其它形式可落入如
技术实现思路
中提出的系统和方法的范围内，但是现在将参照附图仅通过示例的方式描述特定实施例，附图中：图1为双循环流体锤钻井系统的实施例的示意性图示。具体实施方式图1为公开的双循环流体锤钻井系统10(下文中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双循环流体锤钻井系统，包括：钻柱，钻柱被配置为分别将第一流体和第二流体向孔下传送，钻柱具有上孔端部和相对的下孔端部；以及锤钻，锤钻包括具有钻头面的钻头，锤钻被联接到钻柱的下孔端部，其中当钻头面与正钻取的孔的趾部接触时，第一流体提供动力来驱动锤钻并且第二流体被引导流动流过钻头面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.14 AU 20149045891.一种双循环流体锤钻井系统，包括：钻柱，钻柱被配置为分别将第一流体和第二流体向孔下传送，钻柱具有上孔端部和相对的下孔端部；以及锤钻，锤钻包括具有钻头面的钻头，锤钻被联接到钻柱的下孔端部，其中当钻头面与正钻取的孔的趾部接触时，第一流体提供动力来驱动锤钻并且第二流体被引导流动流过钻头面。2.根据权利要求1所述的系统，其中第二流体被引导流动通过钻头。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中钻头被提供有通往钻头面的通道，并且第二流体被引导流动通过通道。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中第一流体被引导流动流过钻头的外表面至由钻井系统正钻取的孔中。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中当流体流过钻头面时，第一流体作为围绕第二流体流动的大致环状流从锤钻流动至孔中。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中钻柱包括用于传送第一流体的第一流体流动路径和用于引导第二流体的第二流体流动路径，其中第二流体流动路径沿钻柱的中心轴线行进。7.根据权利要求6所述的系统，其中第一流体流动路径为环状路径。8.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中钻柱包括：一个或多个双壁管道，每个双壁管道具有外壁和内壁，外壁围绕内壁，其中环状空间由内壁和外壁形成并形成在内壁与外壁之间，环状空间构成用于第一流体和第二流体中一个的流动路径，并且内壁形成用于第一流体和第二流体中另一个的中心流动路径。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括被布置为与钻柱的上孔端部联接并向钻柱施加扭矩的机构。10.一种利用包括具有钻头面的钻头的流体操作的锤钻在地面钻
\t孔的方法，方法包括：将第一流体和第二流体的分离流输送通过钻柱；通过穿过锤钻的第一流体的流动来驱动联接在钻柱的下孔端部处的流体操作的锤钻；以及在钻头面与正钻取的孔的趾部接触的情况下，引导第二流体以流动通过钻头并流动流过钻头面。11.一种钻取探测或生产碳氢化合物的孔的方法，方法包括：将具有钻头和钻头面的流体操作的锤钻联接到钻柱的下孔端部；利用联接到钻柱的上孔端部的机器来向锤钻施加扭矩并向流体操作的锤钻提供下拉或拉起；将第一流体输送通过钻柱以操作锤钻；以及将第二流体与第一流体隔离地输送通过钻柱，其中在钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·斯皮尔，沃伦·斯特兰奇，
申请(专利权)人：斯特拉达设计有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB