[发明专利]可安装在钻柱上的井眼清洁装置和方法

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及用安装在钻柱上的特殊结构的工具清洁井眼的方法和装置，尤其涉及一种使碎屑清除工具(如刮刀、刷子或磁性元件/磁铁)能用特殊结构的锁紧卡箍安装在钻柱/钻杆段或接头圆柱形外表面上的工具装置。

2.发明的总体背景

油井的钻井通常需要将钢壁套管安装到井眼内。该套管采用水泥固定到位以在重叠套管钻柱之间以及套管和在其中钻井的地层或岩石之间形成气密密封。通常的注水泥施工需要将水泥地面区域或井口沿内油管柱向下或沿最内层套管柱向下泵送并通过套管柱底部顶替进入套管环空。该程序可能使套管壁或井眼的内部被水泥污染。固井完成后，通常需要钻出水泥和相关的固井设备(通常称作引鞋、浮鞋、连顶接箍和投入式止回阀)。

钻井过程中使用的化学品、固体物质、润滑脂和其他流体会并且确实粘附在了套管壁上。这些化学品通常混合成胶粘的粘稠物质，而这种粘稠物质对于很多化学处理能够迅速恢复原状并且较难去除。由于井眼套管为钢壁，因此会并且容易生锈和剥落。

在钻井和其他井下活动过程中，钻井或井眼设备的工件可能需要铣削。在各种其他过程期间(有目的的或意外的)工件或部件可能会被留在井眼内。上述情况会导致污染物被留在井眼内，本文件中将其称为碎屑。

在井寿命周期的完井阶段，数个金属器具半永久性地安装在井眼中。虽然这些器具在复杂性和成本上有很大不同，但是它们的主要功能是在油藏和采油树/井口(或反之亦然)之间运送生产的碳氢化合物(或从地面贯入其他流体)以及始终保持对井眼的液压控制。完井通常包括运送流体的钢管，至少一个流体静力密封装置(封隔器)和一个安全阀。更复杂的完井可能包括测量井眼中多个地方压力和温度的量具。还可能包括节流装置、筛子、阀门和泵等其他物品。井下电子设备的进步让安置测量和控制设备更容易实现和更平常。

通常，这些构件对碎屑很灵敏。已有大量文件证明，碎屑是完井作业过程中导致失败的最重要的根本原因。因此，自20世界90年代后期，利基行业已经产生并专注于碎屑清除和井眼清洁等问题。石油工业的这一利基市场被称为井眼清洁市场。井眼清洁作业通常在钻井和完井之间进行。

一般而言，井眼清洁施工并不是新近才有的，现有技术的实例可追溯到很多年前，当时就已经开发了井眼清洁工具的一些基本实施例，包括刮刀、刷子、磁铁、打捞爪及其各种变形。这些都是为了适应基本需要而设计的基本工具，其中一些实例今天仍在使用。

随着钻井和完井技术的进步(尤其是20世纪90年代开始涉及井下电子设备、防砂、智能完井和大位移钻井)，井眼清洁工具设计和功能的改进被商业化，安装完井构件前改善油井清洁度的做法也几乎成了标准做法。在井眼清洁作业过程中，工具组合(称作井底钻具组合或BHA)被运载到井眼中对各段套管进行清洁。这些工具用位于工具两端的螺纹接头固定在一起。然后，这些工具或BHA再与由也具有螺纹接头的多段钻杆、钻铤、加重钻杆、冲管或油管组成的钻柱或工作管柱固定在一起。这些螺纹接头通常为ANSI/API规范7-2(如4-1/2”(11.4cm)IF/NC50或3-1/2”(8.9cm)IF/NC38)中规定的、通常称为API接头的行业标准接头。另外可用的是高强度钻杆制造商准许使用的专利接头。NOV-Grant Prideco(极限扭矩、HI扭矩、涡轮扭矩)、Hydrill(楔形螺纹)和其他一些公司供应的专利接头较受欢迎。专利接头通常称为优质钻杆接头，并且通常在需要较高的机械强度时(如扭矩、抗张强度、抗疲劳强度等)或在优选使用较大直径的钻杆关系到钻井水力学的改进时使用。例如，现在常见是9-5/8”(24.4cm)套管内使用外径为5-7/8”(14.9cm)的钻杆，但在过去更常见的是使用5”(12.7cm)的钻杆。

下表中是典型规格套管使用的钻杆和接头组合的例子；但由于有很多可用的制造商和标准，实际上可能有数千种组合。

套管规格典型标称套管

(**所有尺寸均以英寸为单位)

套管规格典型标称套管

(**所有尺寸均以厘米为单位)

注：钻杆外径指钻杆主体的外径，不是该构件的最大外径。工具接头的直径往往大一些。此外，套管规格还用标称内径和每英尺线性重量规定。因为API5-CT考虑到了直径和椭圆度的公差，因此套管ID可能会有显著不同。