双密度泥浆返回系统技术方案

公开了用于从海底地层中的井眼举升钻井流体的系统和方法。该系统的一些实施例包括在钻井立管内悬伸以形成井眼的钻柱，和用于在钻井期间通过钻柱供应钻井流体的钻井流体源。分流器联接在钻井立管和返回线路之间，而动力立管在接口处联接到返回线路。举升流体源将举升流体通过动力立管供应到返回线路中。举升流体通过接口从动力立管间歇地注入返回线路中，从而形成位于钻井流体的塞流之间的举升流体的一个或多个塞流，使得返回线路中的举升流体和钻井流体的组合密度小于钻井流体自身的密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及在石油开采工业中使用的泥浆返回系统。更具体地，本专利技术 的实施例涉及一种新颖的用于通过将举升流体注入泥浆中来举升泥浆返回到海面上的系 统和方法。
技术介绍
当钻探油井或气井时，首先钻出起始孔，然后在该起始孔之上安装钻机。钻杆联接 到钻头和钻环，这在钻头上增加了额外重量，以形成钻柱。钻柱联接到方钻杆接头和转台， 然后被降低到起始孔中。当钻头达到起始孔的底部时，可以开始钻井。在进行钻井时，钻井 流体或泥浆被通过钻杆向下循环以润滑和冷却钻头以及提供用于从钻孔中移除钻屑的手 段。在从钻头上出现之后，钻井流体通过由钻柱和钻孔形成的环空即井眼环空而流动至该 钻孔。 除了钻头冷却、润滑和切屑移除之外，泥浆还用于油井控制。例如，泥浆用于防止 地层流体进入井眼。当井眼环空中的泥浆的静水压力等于或大于地层压力时，地层流体将 不流入井眼中并且与泥浆混合。泥浆的静水压力取决于泥浆密度和竖直深度。因此，为了 防止地层流体流入井眼中，基于其密度来选择泥浆以提供超过地层压力的静水压力。然而， 同时，泥浆的静水压力必须不超过地层的断裂强度，以免导致泥浆滤出而入侵地层并且泥 浆的滤饼在井眼壁上沉积。 随着油井变深，平衡这两个操作约束变得越来越困难。而且，在低于海平面30000 英尺以上的深井中和在深达10000英尺的水中，平衡这些约束是不可能的，因为产生超过 地层压力的静水压力所需的泥浆重量还产生了超过地层断裂强度的静水力。当这种状况存 在时，允许继续钻井的一种解决方案是封装井眼。然后，在它再次中断并且安装另一套管柱 之前继续钻井一段时间。然后再继续钻井，等等。然而，以此方式设置多个套管柱是非常昂 贵的并且最终减小了井眼的直径，以至于不能保证进一步的钻井。 因此，本专利技术的实施例涉及寻求克服现有技术的这些和其它限制的泥浆返回系 统。
技术实现思路
公开了用于从海底地层中的井眼举升钻井流体的系统和方法。该系统的一些实施 例包括钻井立管；钻柱，该钻柱在钻井立管内悬伸并且适于形成井眼的至少一部分；和用 于通过该钻柱供应钻井流体的钻井流体源。钻井流体在钻井期间从钻柱离开并且沿着钻井 立管与钻柱之间的环空向上返回。该系统的实施例还包括具有第一端部的返回线路、在钻 井立管与该返回线路的第一端部之间联接的分流器、在沿着该返回线路定位的接口处联接到该返回线路的动力立管(powerriser)，以及用于将举升流体通过动力立管供应到返回线 路中的举升流体源。分流器被构造为以可选择方式将钻井流体从所述环空分流到返回线路 中。举升流体通过该接口从动力立管间歇地注入返回线路中，从而形成位于钻井流体的塞 流之间的举升流体的一个或多个塞流，使得所述返回线路中的举升流体和钻井流体的组合 密度小于钻井流体自身的密度。该接口被构造为防止钻井流体从返回线路流人动力立管 中。 用于从海底地层中的井眼举升钻井流体的方法的一些实施例包括通过钻柱注入钻井流体；将钻井流体从井眼分流到返回线路中；以及将举升流体通过导管注入返回线路中，使得返回线路中的举升流体和钻井流体的组合密度小于钻井流体自身的密度。 用于从海底地层中的井眼举升钻井流体的系统的其它实施例包括具有第一端部的返回线路、位于该返回线路的第一端部处的分流器短管、在沿着该返回线路定位的接口处联接到该返回线路的动力立管，以及用于将举升流体通过动力立管供应到返回线路中的举升流体源。该分流器短管被构造为以可选择方式将井眼流体从井眼分流到返回线路中。举升流体通过所述接口从动力立管注入返回线路中，使得返回线路中的举升流体和井眼流体的组合密度小于井眼流体自身的密度。该接口被构造为防止返回线路内的井眼流体流入动力立管中。 用于将地层中的井眼废弃的其它方法包括将钻柱悬伸到井眼中；使用分流器短 管将返回线路联接到钻柱，该分流器短管被构造为将流体从返回线路分流到井眼中；以及 将重流体通过返回线路和分流器短管注入井眼中，其中，注入井眼中的重流体的静水压力 超过地层中的流体的压力。 用于从地层中的井眼举升钻井流体的系统的又一些其它实施例包括在封隔器和 井眼之间延伸的管状部件、在管状部件内悬伸并且适于形成井眼的至少一部分的钻柱，以 及用于通过钻柱供应钻井流体的钻井流体源。钻井流体在钻井期间从钻柱离开并且沿着管 状部件与钻柱之间的环空向上返回。该系统的这些实施例还包括具有第一端部和第二端部 的供应线路、在钻井立管和供应线路的第一端部之间联接的分流器、联接到该供应线路的 第二端部的封罩、具有布置在该封罩内的第一端部的动力立管、具有布置在该封罩内的第 一端部的返回线路、在动力立管和返回线路之间联接的接口，以及用于通过动力立管供应 举升流体的举升流体源。该分流器被构造为以可选择方式将钻井流体从环空分流到供应线 路中。该封罩被构造为从供应线路接收并容纳钻井流体。举升流体通过该接口从动力立 管间歇地注入返回线路中，从而形成位于钻井流体的塞流之间的举升流体的一个或多个塞 流，使得返回线路中的举升流体和钻井流体的组合密度小于钻井流体自身的密度。该接口 被构造为防止钻井流体从返回线路流入动力立管中。 用于从地层中的井眼举升钻井流体的方法的又一些其它实施例包括通过钻柱注入钻井流体；将钻井流体从井眼分流到封罩中；将举升流体通过导管注入封罩中；以及迫使钻井流体从封罩通过返回线路，其中举升流体的密度小于钻井流体的密度。 分流器梭阀的一些实施例包括在其内具有空腔的外壳体和内壳体，内壳体具有从其中穿过的流孔，其中该内壳体在外壳体的空腔内自由平移。该外壳体还包括第一端部和多个开口 。该内壳体还包括第一端部和多个开口 。当内壳体的开口与外壳体的开口对准时，在内壳体的开口与外壳体的开口之间建立流路。 因此，本专利技术的实施例包括使得能够显著增强泥浆返回系统的特征及优点组合。 对于本领域技术人员来说，通过阅读以下对本专利技术优选实施例的详细描述并且通过参考附 图，将易于明白本专利技术的这些及各种其它特征和优点。附图说明 为了详细描述本专利技术的优选实施例，现在将参考附图，其中 图1是具有根据本专利技术实施例的双密度泥浆返回系统的钻井结构的图示； 图2A和2B是根据本专利技术实施例的分流器梭阀的图示； 图3是具有另一示例性实施例的双密度泥浆返回系统的钻井结构的图示，该双密 度泥浆返回系统具有在泥浆返回导管内同心地定位的动力立管； 图4是具有在动力立管内同心地定位的泥浆返回导管的双密度泥浆返回系统的 示例性实施例；并且 图5是具有另一实施例的双密度返回系统的无立管钻井结构的图示。 具体实施例方式现在将参考附图来描述本专利技术的各种实施例，其中在全部几个视图中，相同的附图标记用于相同的部件。绘图不必按比例。本专利技术的特定特征可以以夸大比例或者以稍概略的形式示出，并且为了清楚和简洁起见，常规元件的一些细节可能未示出。 本专利技术的优选实施例涉及用于钻井流体再循环的双密度泥浆返回系统。本专利技术可以具有不同形式的实施例。出于本公开应被视为本专利技术的原理例示而非旨在将本专利技术限制为在此示意和描述的内容的理解，在图中示出并且将在此详细描述本专利技术的具体实施例。应该充分认识到，可以分开采用或者以任何适当的组合来采用下文讨论的实施例的不同教导，以产生所期结果。 图1描绘了一种代表性的钻井结构5，它可以是由此进行钻井的任何本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从地层中的井眼举升钻井流体的系统，包括：钻井立管；钻柱，所述钻柱在所述钻井立管内悬伸并且适于形成所述井眼的至少一部分；用于通过所述钻柱供应钻井流体的钻井流体源，所述钻井流体在钻井期间从所述钻柱离开并且沿着所述钻井立管与所述钻柱之间的环空向上返回；具有第一端部的返回线路；在所述钻井立管与所述返回线路的所述第一端部之间联接的分流器，所述分流器被构造为以可选择方式将钻井流体从所述环空分流到所述返回线路中；在沿着所述返回线路定位的接口处联接到所述返回线路的动力立管，其中所述接口被构造为防止所述钻井流体从所述返回线路流入所述动力立管中；以及用于将举升流体通过所述动力立管供应到所述返回线路中的举升流体源，其中所述举升流体通过所述接口从所述动力立管间歇地注入所述返回线路中，从而形成位于钻井流体的塞流之间的举升流体的一个或多个塞流；其中所述返回线路中的举升流体和钻井流体的组合密度小于所述钻井流体自身的密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-6-1 60/941,523一种用于从地层中的井眼举升钻井流体的系统，包括钻井立管；钻柱，所述钻柱在所述钻井立管内悬伸并且适于形成所述井眼的至少一部分；用于通过所述钻柱供应钻井流体的钻井流体源，所述钻井流体在钻井期间从所述钻柱离开并且沿着所述钻井立管与所述钻柱之间的环空向上返回；具有第一端部的返回线路；在所述钻井立管与所述返回线路的所述第一端部之间联接的分流器，所述分流器被构造为以可选择方式将钻井流体从所述环空分流到所述返回线路中；在沿着所述返回线路定位的接口处联接到所述返回线路的动力立管，其中所述接口被构造为防止所述钻井流体从所述返回线路流入所述动力立管中；以及用于将举升流体通过所述动力立管供应到所述返回线路中的举升流体源，其中所述举升流体通过所述接口从所述动力立管间歇地注入所述返回线路中，从而形成位于钻井流体的塞流之间的举升流体的一个或多个塞流；其中所述返回线路中的举升流体和钻井流体的组合密度小于所述钻井流体自身的密度。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述接口是由止回阀、间歇分流器和分流器梭阀 组成的组中的一种。3. 根据权利要求1所述的系统，其中结构是由浮式钻探船、浮式结构和固定式结构组 成的组中的一种。4. 根据权利要求1所述的系统，还包括用于从所述钻井流体源沿着所述钻柱向下输送 所述钻井流体的钻井流体泵。5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述钻井流体泵能够被操作用于使所述井眼中的 所述钻井流体的静水压力保持超过地层压力。6. 根据权利要求1所述的系统，还包括在所述分流器短管和所述接口之间沿着所述返 回线路定位并且能够在打开位置和关闭位置之间被致动的截流阀，其中，所述打开位置被 设置为允许所述钻井流体流动通过所述截流阀，而所述关闭位置被设置为阻止所述钻井流 体流动通过所述截流阀。7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述钻井流体是泥浆。8. 根据权利要求1所述的系统，其中所述举升流体是由淡水和海水组成的组中的一种。9. 根据权利要求1所述的系统，还包括封隔器和能够被操作用于控制所述钻柱中的压 力的压力控制装置。10. 根据权利要求9所述的系统，其中所述压力控制装置是由蓄能器和阀门组成的组 中的一种。11. 根据权利要求9所述的系统，其中所述封隔器是旋转封隔器。12. 根据权利要求l所述的系统，还包括防喷器。13. 根据权利要求13所述的系统，其中所述防喷器位于所述结构上。14. 一种用于从地层中的井眼举升钻井流体的方法，包括 通过钻柱注入钻井流体；将所述钻井流体从所述井眼分流到返回线路中；以及 将举升流体通过导管注入所述返回线路中；其中，所述返回线路中的所述举升流体和所述钻井流体的组合密度小于所述钻井流体 自身的密度。15. 根据权利要求14所述的方法，还包括在所述返回线路中产生位于钻井流体的塞流 之间的举升流体的一个或多个塞流。16. 根据权利要求15所述的方法，还包括在离开所述返回线路之后将举升流体的所 述一个或多个塞流分流到举升流体坑道中；以及将被分流到所述举升流体坑道中的所述举 升流体再次注入到所述导管中。17. 根据权利要求15所述的方法，还包括将钻井流体的所述塞流分流到返回振动器中。18. 根据权利要求17所述的方法，还包括将被分流到所述返回振动器中的所述钻井流 体再次注入到所述钻柱中。19. 一种用于从地层中的井眼举升流体的返回系统，包括 具有第一端部的返回线路；位于所述返回线路的所述第一端部处的分流器短管，所述分流器短管被构造为以可选 择方式将井眼流体从所述所述井眼分流到所述返回线路中；在沿着所述返回线路定位的接口处联接到所述返回线路的动力立管，其中所述接口被 构造为防止所述返回线路内的所述井眼流体流入所述动力立管中；以及用于将举升流体通过所述动力立管供应到所述返回线路中的举升流体源，其中所述举 升流体通过所述接口从所述动力立管注入所述返回线路中；其中，所述返回线路中的举升流体和井眼流体的组合密度小于所述井眼流体自身的密度。20. 根据权利要求19所述的返回系统，其中所述返回线路具有第二端部，并且还包括 被构造为接收从所述返回线路的所述第二端部出现的井眼流体的返回振动器。21. 根据权利要求19所述的返回系统，其中所述返回线路具有第二端部，并且还包括 被构造为接收从所述返回线路的所述第二端部出现的举升流体的举升流体坑道。22. 根据权利要求21所述的返回系统，其中所述举升流体源是所述举升流体坑道。23. 根据权利要求19所述的返回系统，其中所述接口是由止回阀、间歇分流器和分流 器梭阀组成的组中的一种。24. 根据权利要求19所述的返回系统，还包括用于将所述举升流体从所述举升流体源 注入所述动力立管中的举升流体泵。25. 根据权利要求19所述的返回系统，还包括在所述分流器短管和所述接口之间沿着 所述返回线路定位并且能够在打开位置和关闭位置之间被致动的截流阀，其中，所述打开 位置被设置为允许所述井眼流体流动通过所述截流阀，而所述关闭位置被设置为阻止所述 井眼流体流动通过所述截流阀。26. 根据权利要求19所述的返回系统，其中所述井眼流体是钻井泥浆。27. 根据权利要求19所述的返回系统，其中所述举升流体是由淡水和海水组成的组中 的一种。28. 根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华E霍顿三世，莱勒大卫芬，詹姆斯马哈尔，格里格纳瓦拉，
申请(专利权)人：AGR深水发展系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]