一种双梯度钻井系统及其钻井方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双梯度钻井系统及其钻井方法。该系统主要由顶驱适配装置、双壁钻杆、转换短接、数据监测控制系统和辅助泵装置组成。钻井泵组注入第一流体经过双壁钻杆、转换短接，然后通过排出管线到达下游泥浆处理系统；辅助泵装置用于向环隙A内注入第二流体，用于调节环隙A内的压力梯度；数据监测控制系统用于监测辅助泵装置注入的第二流体流量，从而确定第二流体在环隙A内的高度。本发明专利技术适应性强，能够应用于陆上钻井和海上钻井；能够更低廉的成本、更短的建井时间、更安全的作业实现深水油气勘探开发。

A Double Gradient Drilling System and Its Drilling Method

【技术实现步骤摘要】
一种双梯度钻井系统及其钻井方法
本专利技术涉及在钻井系统及其钻井方法，尤其涉及一种基于双壁钻杆的双梯度钻井系统及其钻井方法。
技术介绍
随着我国国民经济的持续快速发展，对石油天然气的需求不断增长，油气资源勘探开发向深海进军已成必然趋势。与陆地和浅海钻井相比，深海钻井环境更复杂，容易出现常规钻井装备和方法难以克服的技术难题。当前，海上钻井使用的主要是单梯度钻井技术。单梯度钻井技术在同尺寸的井眼中只有一个液柱梯度，即井底压力由海面到井底的钻井液柱压力来产生，钻井液柱压力梯度均以海面为参考点。在深水钻井中，由于海底疏松的沉积物和海水柱影响，地层压力和破裂压力之间的间隙很小，使得钻井非常困难。国外上世纪90年代发展的双梯度钻井(Dual-GradientDrilling，简称DGD)技术很好地解决了这个问题，采用该技术时，海底以上隔水管内流体密度与海水密度相近，钻井液柱的压力计算以海底为参考点，地层孔隙压力和破裂压力之间区域就相对变宽。井涌、井喷和井漏事故大大减少，不再需多层套管体系，节省下套管时间和固井时间，缩短建井周期，减少钻井时间和降低处理钻井事故的时间和成本，大大降低对钻井平台和钻机等钻井装备的要求。国外目前己开展多个双梯度钻井系统的研究和应用：Conoco领导的工业联合项目组研究的海底泥浆举升钻井(SubseaMudliftDrilling，简称SMD)系统，美国BakerHughes和Transocean公司研究的DeepVision双梯度钻井系统，Shell的海底泵系统(SubseaPumpingSystem，简称SSPS)，Maurer公司的空心微球(HollowGlassSpheres，简称HGS)双梯度钻井系统，AGRSubsea公司的无隔水管钻井液回收系统(RiserlessMudRecoverySystem，简称1ZM助，路易斯安那州立大学研究的的隔水管气举、稀释双梯度钻井系统等。其中海底泥浆举升钻井系统于2001年底在墨西哥湾进行现场试验，并获得成功，目前己开始投入工业应用，具有良好的工业应用前景。由此可知，双梯度钻井技术是一项应用前景广阔的深水钻井技术，它能克服深水特殊的自然环境、油藏条件带来的问题，能以更低廉的成本、更短的建井周期、更安全的作业、更高的产量实现深水油气勘探开发。该技术己经发展多种实现方法和装备系统，并己在现场进行工业应用。为加快我国深水石油开发的步伐，有必要针对中国海洋深水区块实际情况，跟踪和研究国外先进的DGD技术，借鉴其成功经验，开发适合我国国情且具有自主知识产权的深水钻井技术，形成一整套指导我国深水石油开发的钻井技术体系，对提高我国深水钻井技术水平具有重要的战略意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为加快我国深水石油开发的步伐，针对中国海洋深水区块实际情况，提供一整套指导我国深水石油开发的双梯度钻井系统以及双梯度钻井系统的钻井方法。本专利技术的双梯度钻井系统是这样实现的：第一种双梯度钻井系统，包括钻井泵组1、顶驱2、辅助泵装置3、数据监测控制系统4、顶驱适配装置5、隔水管20、常规防喷器组7、套管8、双壁钻杆9、转换短接10、常规钻具11和钻头12，其中：所述双壁钻杆9由同心的内钻杆91和外钻杆90组成，内钻杆91和外钻杆90之间构成环隙B17，内钻杆91的内部形成孔道A18；环隙B17用于向井底输送第一流体，孔道A18为第一流体返出流道，双壁钻杆9上部连接顶驱适配器5，下部连接转换短接10；所述顶驱适配装置5安装在顶驱2和双壁钻杆9之间的旋转接头，顶驱适配装置5加工有孔道B50和孔道C51，孔道B50连通顶驱泥浆通道和环隙B17，孔道C51连通孔道A18和井口排出管线；所述转换短接10加工有孔道D100、孔道E101和单向阀102，转换短接10下部连接常规钻具11和钻头12；双壁钻杆9、转换短接10、常规钻具11和钻头12自上而下依此连接后构成井下钻具组合；所述钻井泵组1依此经过顶驱2、顶驱适配装置孔道B50、双壁钻杆环隙B17、转换短接孔道E101、常规钻具11和钻头12与井底连通；再由井底依此经过转换短接孔道D100、双壁钻杆孔道A18、顶驱适配装置孔道C51返回井口的排出管线；隔水管20连接在常规防喷器组7上方，辅助泵装置3通过隔水管20与双壁钻杆9外部的环空连通；数据监测控制系统4与辅助泵装置3连接并监测辅助泵装置3的流量。第二种双梯度钻井系统，包括钻井泵组1、顶驱2、辅助泵装置3、数据监测控制系统4、顶驱适配装置5、旋转放喷装置6、常规防喷器组7、套管8、双壁钻杆9、转换短接10、常规钻具11和钻头12，其中：所述双壁钻杆9由同心的内钻杆91和外钻杆90组成，内钻杆91和外钻杆90之间构成环隙B17，内钻杆91的内部形成孔道A18；环隙B17用于向井底输送第一流体，孔道A18为第一流体返出流道，双壁钻杆9上部连接顶驱适配器5，下部连接转换短接10；所述顶驱适配装置5安装在顶驱2和双壁钻杆9之间的旋转接头，顶驱适配装置5加工有孔道B50和孔道C51，孔道B50连通顶驱泥浆通道和环隙B17，孔道C51连同孔道A18和井口排出管线；所述转换短接10加工有孔道D100、孔道E101和单向阀102，转换短接10下部连接常规钻具11和钻头12；双壁钻杆9、转换短接10、常规钻具11和钻头12自上而下依此连接后构成井下钻具组合；所述钻井泵组1依此经过顶驱2、顶驱适配装置孔道B50、双壁钻杆环隙B17、转换短接孔道E101、常规钻具11和钻头12与井底连通；再由井底依此经过转换短接孔道D100、双壁钻杆孔道A18、顶驱适配装置孔道C51返回井口的排出管线；旋转放喷装置6连接在常规防喷器组7上方，辅助泵装置3通过旋转放喷装置6与双壁钻杆9外部的环空连通；数据监测控制系统4与辅助泵装置3连接并监测辅助泵装置3的流量。上述第一种或第二种双梯度钻井系统进一步优化方案还包括：在顶驱适配装置5的井口排出管线上接入专用节流管汇19，专用节流管汇19配套钻井节流阀，数据监测控制系统4连接并监测钻井节流阀。采用前述第一种或第二种双梯度钻井系统的钻井方法，包括以下步骤：双壁钻杆9、转换短接10、常规钻具11和钻头12构成井下钻具组合并伸入井眼内，上部连接顶驱适配器5，井下钻具组合和井眼之间形成环隙A14；钻井泵组1注入第一流体经过顶驱2、顶驱适配装置孔道B50、双壁钻杆环隙B17、转换短接孔道E101、常规钻具11和钻头12，进入环隙A14；环隙A14返回的第一流体经过转换短接孔道D100、双壁钻杆孔道A18、顶驱适配装置孔道C51，然后通过排出管线到达下游泥浆处理系统；辅助泵装置3向环隙A14内注入第二流体，用于调节环隙A14内的压力梯度；数据监测控制系统4用于监测辅助泵装置3注入的第二流体流量，从而确定第二流体在环隙A14内的高度。采用第一种或第二种双梯度钻井系统进一步优化方案的双梯度钻井方法，包括以下步骤：双壁钻杆9、转换短接10、常规钻具11和钻头12构成井下钻具组合并伸入井眼内，上部连接顶驱适配器5，井下钻具组合和井眼之间形成环隙A14；钻井泵组1注入第一流体经过顶驱2、顶驱适配装置孔道B50、双壁钻杆环隙B17、转换短接孔道E101、常规钻具11和钻头12，进入环隙A1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双梯度钻井系统，包括钻井泵组（1）、顶驱（2）、辅助泵装置（3）、数据监测控制系统（4）、顶驱适配装置（5）、隔水管（20）、常规防喷器组（7）、套管（8）、双壁钻杆（9）、转换短接（10）、常规钻具（11）和钻头（12），其特征在于：所述双壁钻杆(9)由同心的内钻杆(91)和外钻杆(90)组成，内钻杆(91)和外钻杆(90)之间构成环隙B(17)，内钻杆(91)的内部形成孔道A(18)；环隙B(17)用于向井底输送第一流体，孔道A(18)为第一流体返出流道，双壁钻杆(9)上部连接顶驱适配器(5)，下部连接转换短接(10)；所述顶驱适配装置(5)安装在顶驱(2)和双壁钻杆(9)之间的旋转接头，顶驱适配装置(5)加工有孔道B(50)和孔道C(51)，孔道B(50)连通顶驱泥浆通道和环隙B(17)，孔道C(51)连通孔道A(18)和井口排出管线；所述转换短接(10)加工有孔道D(100)、孔道E(101)和单向阀(102)，转换短接(10)下部连接常规钻具(11)和钻头(12)；双壁钻杆(9)、转换短接(10)、常规钻具(11)和钻头(12)自上而下依此连接后构成井下钻具组合；所述钻井泵组(1)依此经过顶驱(2)、顶驱适配装置孔道B(50)、双壁钻杆环隙B(17)、转换短接孔道E(101)、常规钻具(11)和钻头(12)与井底连通；再由井底依此经过转换短接孔道D(100)、双壁钻杆孔道A(18)、顶驱适配装置孔道C(51)返回井口的排出管线；隔水管（20）连接在常规防喷器组（7）上方，辅助泵装置(3)通过隔水管（20）与双壁钻杆(9)外部的环空连通；数据监测控制系统(4)与辅助泵装置(3)连接并监测辅助泵装置(3)的流量。...

【技术特征摘要】
1.一种双梯度钻井系统，包括钻井泵组（1）、顶驱（2）、辅助泵装置（3）、数据监测控制系统（4）、顶驱适配装置（5）、隔水管（20）、常规防喷器组（7）、套管（8）、双壁钻杆（9）、转换短接（10）、常规钻具（11）和钻头（12），其特征在于：所述双壁钻杆(9)由同心的内钻杆(91)和外钻杆(90)组成，内钻杆(91)和外钻杆(90)之间构成环隙B(17)，内钻杆(91)的内部形成孔道A(18)；环隙B(17)用于向井底输送第一流体，孔道A(18)为第一流体返出流道，双壁钻杆(9)上部连接顶驱适配器(5)，下部连接转换短接(10)；所述顶驱适配装置(5)安装在顶驱(2)和双壁钻杆(9)之间的旋转接头，顶驱适配装置(5)加工有孔道B(50)和孔道C(51)，孔道B(50)连通顶驱泥浆通道和环隙B(17)，孔道C(51)连通孔道A(18)和井口排出管线；所述转换短接(10)加工有孔道D(100)、孔道E(101)和单向阀(102)，转换短接(10)下部连接常规钻具(11)和钻头(12)；双壁钻杆(9)、转换短接(10)、常规钻具(11)和钻头(12)自上而下依此连接后构成井下钻具组合；所述钻井泵组(1)依此经过顶驱(2)、顶驱适配装置孔道B(50)、双壁钻杆环隙B(17)、转换短接孔道E(101)、常规钻具(11)和钻头(12)与井底连通；再由井底依此经过转换短接孔道D(100)、双壁钻杆孔道A(18)、顶驱适配装置孔道C(51)返回井口的排出管线；隔水管（20）连接在常规防喷器组（7）上方，辅助泵装置(3)通过隔水管（20）与双壁钻杆(9)外部的环空连通；数据监测控制系统(4)与辅助泵装置(3)连接并监测辅助泵装置(3)的流量。2.根据权利要求1所述的一种双梯度钻井系统，其特征在于：在顶驱适配装置(5)的井口排出管线上接入专用节流管汇(19)。3.根据权利要求2所述的一种双梯度钻井系统，其特征在于：专用节流管汇(19)配套钻井节流阀，数据监测控制系统(4)连接并监测钻井节流阀。4.一种双梯度钻井系统，包括钻井泵组（1）、顶驱（2）、辅助泵装置（3）、数据监测控制系统（4）、顶驱适配装置（5）、旋转放喷装置（6）、常规防喷器组（7）、套管（8）、双壁钻杆（9）、转换短接（10）、常规钻具（11）和钻头（12），其特征在于：所述双壁钻杆(9)由同心的内钻杆(91)和外钻杆(90)组成，内钻杆(91)和外钻杆(90)之间构成环隙B(17)，内钻杆(91)的内部形成孔道A(18)；环隙B(17)用于向井底输送第一流体，孔道A(18)为第一流体返出流道，双壁钻杆(9)上部连接顶驱适配器(5)，下部连接转换短接(10)；所述顶驱适配装置(5)安装在顶驱(2)和双壁钻杆(9)之间的旋转接头，顶驱适配装置(5)加工有孔道B(50)和孔道C(51)，孔道B(50)连通顶驱泥浆通道和环隙B(17)，孔道C(51)连同孔道A(18)和井口排出管线；所述转换短接(10)加工有孔道D(100)、孔道E(101)和单向阀(102)，转换短接(10)下部连接常规钻具(11)和钻头(12)；双壁钻杆(9)、转换短接(10)、常规钻具(11)和钻头(12)自上而下依此连接后构成井下钻具组合；所述钻井泵组(1)依此经过顶驱(2)、顶驱适配装置孔道B(50)、双壁钻杆环隙B(17)、转换短接孔道E(101)、常规钻具(11)和钻头(12)与井底连通；再由井底依此经过转换短接孔道D(100)、双壁钻杆孔道A(18)、顶驱适配装置孔道C(51...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永明，朱焕刚，王树江，康波，曹强，宋中文，李建新，张志强，李宗清，于海叶，宋荣荣，公培斌，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11