[发明专利]连续钻井流体循环单元和装置

说明书

一种循环单元(1)和装置，其被设置为在钻井期间使钻井流体连续地循环，其中，壳体(2)设有中心孔(4)，该中心孔被设置为容纳管(38)的一部分；中心孔(4)包括上密封元件和下密封元件(30、32)；密封元件(30、32)设有中心开口(33)，该中心开口能通过所述密封元件(30、32)的扩张而封闭，或通过内密封表面(34)与管(38)的抵接而与管(38)紧密配合，且每个密封元件(30、32)以流体密封的方式连接到位于壳体(2)中的封隔管(8)，该封隔管能够绕中心孔(4)的中心轴线(6)旋转，封隔管(8)被封隔组件(18、20)围绕，该封隔组件紧密配合在封隔管(8)的外周与壳体(2)之间。

技术领域

本文描述了一种用于在连续钻井期间使钻井流体(drilling fluid，钻井液)连续循环的循环单元和装置，其中，循环单元被设置在上旋转单元和下旋转单元之间，循环单元和旋转单元可沿导轨竖直地移位。

背景技术

公知的是，在油气钻探工业中，当钻柱被延长时，需采取措施以能够维持钻井流体在井眼中的循环。专利NO 326427公开了一种系统，其中，带有中空驱动轴的顶部驱动钻井机与设有围绕管的密封件的闸室协作，其中，当连续的钻柱被连接到钻井机时，钻井流体经由第一流体入口交替地通过驱动轴，并且当管柱的上端被设置在闸室中且将要被接合到新管段时，钻井流体经由第二流体入口通过闸室。

专利NO 326427这一现有技术的缺点是，当管柱将被延长时，管柱旋转就停止。公知的是，在工业中，为了降低管柱卡住的风险，并且为了提高生产率(例如在钻柱被延长时通过不使实际钻井作业停止来提高钻井能力)，维持管柱的旋转是有利的。

从专利NO 333021及相应的专利公开文献WO 2011/093716中已知一种装置，其中在第一顶部驱动钻井机和井眼之间设置第二钻井机，该第二钻井机设有：旋转台，设置为承担管柱的重量；旋转驱动单元，设置为用以使管柱连续地旋转；以及流体室，其设置为使管柱的端部以流体连通的方式连接到钻井流体系统，该流体室设有多个管柱端口，该管柱端口包括设置为以流体密封方式封闭这些管柱端口的工具，并且第二钻井机还设有一对动力钳(power tong)，该对动力钳被设置为使元件与管柱连接/脱离连接，动力钳被设置在流体室中。该装置的缺点是，旋转驱动单元直接连接到流体室(闸室)且动力钳被包围在流体室内。这里，动力钳对被处理的相关的管尺寸的调整必须通过介入流体室中来进行。

从专利公开文献WO 0169034A2中已知一种系统，该系统用于当上部管被连接到管柱的上端或从管柱的上端被移除时，使流体连续循环到达或通过管柱。该系统包括上部室和下部室，两者各自设置有密封装置和中间门装置，该密封装置被设置用以密封地靠抵管柱的一部分。

专利公开文献WO 2008/147210A2公开了一种用于顶部驱动钻井机的装置，其中，当钻柱的下端部或所连接的管段的下端部通向所述室时，通过将钻井流体通过贴靠钻柱的上部紧密配合的室和钻井机驱动轴交替地供给，可维持钻井流体通过钻柱的连续循环。

US 2003/0221519A1公开了一种装置，该装置使管能够在钻井作业期间相对于管柱连接或脱离连接。该装置还使管能够在连接和脱离连接操作期间以及钻井流体循环期间旋转和轴向移位。顶部驱动钻井机与旋转台协作，钻井流体循环被设置成交替地通过循环单元以及通过顶部驱动钻井机和所连接的上部管。

发明内容

本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺陷，或至少提供一种现有技术的有益的替代。

该目的是通过下面的说明书及随附的权利要求书明确说明的特征来实现。

在下文中，术语“钻柱”用作所有类型的管柱的总称，这些管柱通过端部的旋转借助合适的钻头元件磨碎地下材料而形成地下的井眼，并且使携带磨碎的地下材料的流入钻井流体借助流向地表的回流而运出井眼。