[发明专利]钻井系统

说明书

本发明涉及一种用于在地层内钻凿一个井眼的钻井系统，该钻井系统包括一个伸入到井眼内的钻柱，在该钻柱和井壁之间形成一个环形空间，该环形空间含有钻井液。钻柱通常具有一个用于将钻井液泵入到环形空间内的纵向流通道。环形空间内的钻井液的一个作用就是控制井壁的压力，该井壁压力通常保持在一个允许的上限压力和允许的下限压力之间；所述的上限压力取决于岩层的破裂压力，而所述的下限压力取决于地层流体孔隙压力。环形空间内的流体压力由环形空间内的液柱的静液压重量以及动态压力分量来确定；所述的动态压力分量取决于环形空间内的钻井液从井底返回到地面的流动阻力。该压力通常需要在钻井液中添加选定的加重材料来进行控制。

在现有技术中，具体的实践是在接近井眼压力下限条件下钻凿井眼，其优点是可以降低破坏岩层的危险。这种方法称为平衡钻井或者嵌平衡钻井，其中使用比常规钻井液轻的钻井液。在将钻柱从井眼中取出的起钻时或者将钻柱下入到井眼内的下钻时，需要分离各个钻柱单根，因此无钻井液通过钻柱泵入到环形空间中。在钻柱的起钻和下钻过程中，所产生的问题动态压力由于没有钻井液从井底流动到地面而消失。结果环形空间中钻井液压力低于允许的下限，可能导致地层中的不需要的流体流入到井眼内。

本发明的一个目的就是缓解现有技术中的问题，提供一种钻井系统，即使对平衡钻井或者欠平衡钻井来说，该钻井系统也可以安全使用而没有不需要的流体流入到井眼内的危险。

根据本发明，提供一种钻井系统，用于在地层内钻凿一个井眼，该钻井系统包括：

一个钻柱，伸入到井眼中，从而在该钻柱和井壁之间形成一个环形空间，该环形空间含有钻井液段，而该钻柱包括一个纵向流体通道，在该钻柱的下端流体通道具有一个出口；

泵送装置，用于选择性地通过所述的通道和出口将钻井液泵入到钻井液段；

一个流体排出管线，用于将钻井液从钻井液段排出；

其中：

钻井系统还包括一个用于控制钻井液段内的流体压力的压力控制装置。

通过在泵送装置无法操作时，例如在钻柱的起钻和下钻操作中，操作流体压力控制装置，能够使得环形空间中的流体压力增加到可允许的下限压力。

合适的压力控制装置包括一个泵，该泵具有一个与钻井液段流体连通的流体出口。所述的泵可以为一个变容泵例如Moineau型，或非变容泵，例如离心泵，泵或者可以沿着上游方向将流体射入到流体排出管线内的泵。

这种泵最好具有有利于控制泵的泵送速度的泵控制装置。

本发明将参照附图进行详细描述。

附图1示意性表示根据本发明的第一个实施例的钻井系统；以及

附图2示意性表示根据本发明的第一个实施例的钻井系统。

附图中类似的附图标记表示类似的部件。

附图1中表示一个伸入到在地层5中形成的井眼3内的钻柱1，该钻柱具有一个钻头7和一个底部钻具组合(BHA，未示出)。该钻柱1由多个钻柱管段构成，每一对相邻的管段由可解开的接头互相连接在一起。为清楚目的，只表示了最上的一个接头9a、9b，这两个接头将最上的一个管段连接到钻柱1的其余部分上(处于断开状态)。在下面的叙述中，上端的钻柱管段称为上钻柱段10，而钻柱1的其余部分称为下钻柱段12。下钻柱段12由一个动力卡瓦16支撑在钻机(未示出)的机台14上。上钻柱段10由一个顶部驱动装置18支撑，而该顶部驱动装置能够支撑整个钻柱1并且配备有一个驱动系统(未示出)，用于在钻井时旋转钻柱1。一个主泵19与上钻柱段10形成流体连通，从而当接头9a、9b处于连接状态时穿过钻柱1泵送钻井液。

一个流体室20由一个设在机台14上的支柱22支撑，该支柱22允许流体室20沿着支柱22上下移动，并且另外一个装置(未示出)用于控制这种移动。上钻柱段10通过流体室20的一个上开口24伸入到流体室20内，因此上钻柱段10的开口下端定位在流体室20的上部25。下钻柱段12穿过流体室20的下开口26伸入到流体室20内，因此下钻柱段12的开口上端定位在流体室20的下部27内。上部开口24和下部开口26具有足够大的直径，从而允许钻柱接头(通常具有比钻柱直径大的直径)通过。而且，上开口24和下开口26配置有密封件29a、29b，这些密封件可以控制从而径向向内移动由此密封上钻柱段10和下钻柱段12。流体室20的下部27具有一个流体入口28，该流体入口28与一个次泵30流体连通从而当接头9a、9b处于分开状态时将钻井液泵送穿过下钻柱段12。