[实用新型]一种井下步进式钻压加载器

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻井领域，尤指一种井下步进式钻压加载器及其控制方法。

背景技术

常规油气钻井过程中，钻头在钻柱重力所形成的钻压作用下破碎岩石形成井眼，但在大位移井、水平井等特殊工艺井施工过程中，钻柱重力的传递将由于井壁的摩阻而大打折扣，有效施加于钻头的钻压极为有限，导致破岩钻进效率降低，钻时延长，既增加了钻井成本，也一定程度上增大了井下事故的几率。另外，新兴钻井技术——连续管钻井以其快速移运装备、高效作业工艺、短半径水平井钻进等优势引起业界关注，然而柔性的连续管难以为钻头施加钻压，目前只能采用连续管连接常规钻具的方式进行施工，限制了这一技术的发展。

为解决上述问题，业界提出了井下加钻压的方法。最常见的是采用水力加压器(也称水力推进器)加钻压，其基本原理是在钻头与钻铤之间增加了一个活塞缸，活塞缸的缸体与钻铤相连，活塞与钻头相连。钻井液流经水力加压器时，活塞在液压作用下伸长，有望为钻头提供额外的钻压。中国专利CN 203394364中提出的一种钻井用水力推进器即采用了这种原理。但因钻柱(尤其是连续管)自身的柔性，液压产生的反力很可能仅仅使钻柱发生挠曲变形，而无法形成有效的钻压。另一种方法是采用井下爬行器为钻头加钻压。爬行器的一部分与井壁接触，形成摩擦力；另一部分连接钻头，摩擦力的反力形成钻压加载到钻头上。上世纪90年代后期，国外许多公司相继开发了多种规格型号的爬行器，主要包括：丹麦Welltec公司Well Tractor轮式爬行器，英国Sondex有限公司的Sondex轮式爬行器，法国Schlumberger公司的MaxTRAC伸缩式爬行器、美国Omega公司的机械式爬行器，不过，上述爬行器主要用于电缆测井过程中向井底送入测井工具并牵引电缆前行，牵引力为2～5kN。一方面这类爬行器所提供的轴向力(即牵引力)过小，不能作为钻压(常规钻井一般为50～100kN) 使用；另一方面这类爬行器受限于其机械结构，仅可在套管内使用，无法用于实际的钻井过程。2012年，美国Western Well Tool公司推出了CT Tractor伸缩式爬行器，最高可提供约65kN牵引力，远高于市场上的同类产品。该公司主要是通过这种爬行器为连续管钻井提供钻压，至今已进行了多次现场试验，获得了理想结果。

为了区别于常规爬行器，本实用新型中将能够提供较大钻压的这类爬行器(如CT Tractor)称为井下钻压加载器。

国内对井下钻压加载器的研究起步较晚，目前主要集中在大直径井眼的轮式爬行器上，且尚未形成成熟技术。2013年侯学军等在《微小井眼电机驱动CT牵引器控制系统设计》文中提出了与Tractor相类似的爬行器结构设计，采用电动机驱动爬行器做伸缩运动，设计牵引力10kN，与实际需求相差较大。

近年来，随着大位移井、水平井、连续管钻井的推广，油气钻井行业对于井下加钻压的技术需求呼声越来越高。然而，国外一直处于技术垄断状态，国内科研机构仅做理论研究和少量样机试制，难以适应钻井技术未来的发展趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种井下步进式钻压加载器及其控制方法，用于大位移井、水平井、连续管钻井等过程中为钻头施加额外的钻压。