[发明专利]与钻头接头一起使用的膨胀式封隔器元件

说明书

发明人：Shaohua Zhou

受让人：Saudi Arabian Oil Company(沙特阿拉伯石油公司)

技术领域

本发明涉及一种用于钻地钻头组件的膨胀式封隔器。更具体而言，本发明涉及一种响应于被输送到钻头组件的流体的压力增大而选择性部署的封隔器；其中膨胀的封隔器形成用于压裂地下地层的密封空间。

背景技术

生产烃的井筒在地面下延伸并且与圈闭有烃的地下地层交叉。井筒通常是通过位于钻柱末端的钻头来产生的，通常，位于井筒开口上方的驱动系统使钻柱和钻头旋转。在钻头上设置有切削元件，随着钻头旋转，切削元件刮除井筒的底部且挖掘材料，从而将井筒加深。钻井流体通常沿钻柱向下泵送并且从钻头引入井筒。钻井流体在钻柱与井筒壁之间的环隙中沿井筒向上回流。在挖掘时产生的钻屑随着循环的钻井流体沿井筒向上载送。

有时在井筒壁中形成裂缝，裂缝延伸到与井筒邻近的地层中。压裂通常是通过将高压流体注入井筒中并且密封井筒的一部分来进行的。压裂一般在井筒中的压力超过地层中的岩石强度时开始。通常通过注入诸如砂或树脂涂层颗粒等支撑剂(proppant)支撑裂缝。支撑剂通常还用于阻止从地层向井筒产出砂或其它颗粒物质。

发明内容

本文所描述的是一种在地下井筒中使用的系统的示例性实施例。在实例中，系统包括位于一组钻管的端部上的钻地钻头，其中钻头和钻管的组合限定了钻柱。系统的该实例还包括位于钻柱上的密封组件，所述密封组件由如下部件构成：密封元件；流动线路，其位于所述钻柱中的轴向孔与所述密封元件之间；以及入口阀，其位于所述流动线路中，当所述钻柱中的压力超过用于钻地操作的压力时，所述入口阀能够移动到打开构造。所述密封元件与所述管柱中的环形空间流体连通并且所述密封元件沿径向向外扩展成与所述井筒的壁部密封接合。压裂口位于所述钻头的远离所述一组钻管的端部与所述密封元件之间，当所述钻柱中的压力处于用于压裂与所述井筒邻近的地层的压力时，所述压裂口选择性地移动到打开位置。所述入口阀可以包括：轴，其沿径向形成为从所述钻柱的侧壁穿过，具有面向所述钻柱中的孔的端部并且限定了圆筒；活塞，其在所述圆筒中同轴地设置；通道，其位于所述钻柱中，与所述圆筒相交并且延伸到所述钻柱的面向所述密封元件的外表面；以及弹簧，其位于所述圆筒的端部中且朝所述圆筒的面向所述钻柱中的所述孔的端部偏置所述活塞。当所述钻柱中的压力高于用于钻地操作的压力时，所述弹簧可以被压缩。所述活塞能够在所述圆筒中从位于所述钻柱中的所述孔与所述通道和所述圆筒相交处之间以限定所述入口阀的闭合构造移动至位于所述通道与所述圆筒相交处的相反侧以限定所述打开构造。系统还可以包括套环，所述套环位于安装在所述钻头的邻接所述一组钻管的端部上的所述钻柱上。在该实例中，所述密封元件包括环形膜，所述环形膜具有固定在所述套环的相反端部上的横向端部。可选地，入口阀设置在套环中。在实例中，所述圆筒中的位于所述活塞的面向远离所述钻柱中的所述孔的一侧上的压力基本上小于用于钻地操作的压力，使得当流体从与所述密封元件邻近处穿过所述入口阀流动到达所述钻柱中的所述孔时，所述入口阀处于所述打开构造。

本文还公开了一种在地下井筒中使用的钻地钻头。在一个实例中，钻头包括：主体；连接件，其位于所述主体上，所述连接件用于连接在一组钻管上；封隔器，其位于所述主体上，且与所述连接件邻近；以及入口阀，其包括如下的元件：所述元件能够从闭合位置选择性地移动且在所述钻管的内部与所述封隔器之间限定流动阻挡物。该元件还能够移动到打开位置，这种情况下钻管的内部与封隔器连通。在一个实例中，所述元件是活塞并且能够在形成于主体内的圆柱形空间中移动。钻头还可以包括弹簧和通道，所述弹簧在所述圆柱形空间内位于所述活塞的与所述钻管的内部远离的一侧上，所述通道形成在所述主体中且与所述圆柱形空间和所述封隔器的内部连通。在一个可选实例中，当所述钻管的内部中的压力约为用于钻井操作的压力时，所述弹簧将偏置力施加在所述活塞上，以将所述活塞保持在所述闭合位置，当所述钻管的内部中的压力为比用于钻井操作的压力大的指定值时，所述偏置力被克服。钻地钻头还可以包括位于主体的外表面上的压裂口和位于主体的外表面上的钻井喷嘴，其中，当入口阀处于打开位置时，压裂口与钻管的内部连通，并且当入口阀处于闭合位置时，钻井喷嘴与钻管的内部连通。

附图说明