[发明专利]一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及方法

说明书

本发明公开了一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，它包括井口设备、井内钻具、第一注入管线、第二注入管线、第一返出管线和第二返出管线；它还公开了钻井方法，特点是在钻遇高压盐水层后，通过第一注入管线向井眼环空注入重泥浆，形成重泥浆帽，使环空液柱压力平衡高压盐水层压力，此时钻柱内液柱压力小于高压盐水层压力，在高压盐水层自身压力作用下，盐水经钻头水眼、钻柱内返出，防止盐水经环空上返接触井壁。在此过程中可继续钻进，返出的高压盐水携带岩屑返出井口。本发明的有益效果是：避免盐水进入环空造成泥岩水化膨胀而导致井壁垮塌，提高综合效率，设备改造简单，工艺切换方便。

技术领域

本发明涉及油气钻探技术领域，特别是一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及方法。

背景技术

在石油与天然气钻井工程中，时常会钻遇高压盐水层，高压盐水侵入井筒环空，随钻井液上返。此时高压盐水层上部若存在水敏性泥岩地层，侵入井筒的盐水与裸眼井段泥岩接触，发生水化膨胀，会造成井壁失稳、井眼垮塌，导致遇阻、卡钻等井下复杂事故发生。目前，主要采用油基泥浆与欠平衡控压排水技术解决高压盐水层安全钻井问题，通过有效地控制井筒环空液柱压力剖面，使得地层高压盐水按一定比例有控制地流入井筒，尽可能地阻止泥岩水化膨胀，并将其循环至地面进行处理或分离。但该技术仍存在一定的局限性：排盐水过程中，随着盐水在环空上返，与上部裸眼井壁水敏性泥岩接触，泥岩水化膨胀无法避免，仍然存在井壁失稳、井眼垮塌风险；排盐水时无法钻进，消耗大量时间，增加钻井成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种解决高压盐水侵入井筒导致钻井液性能恶化、井壁垮塌等问题的预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，它包括井口设备、井内钻具、第一注入管线、第二注入管线、第一返出管线和第二返出管线；所述井口设备包括设置于井口的钻井四通，所述钻井四通的顶部顺次设置有闸板防喷器和旋转防喷器，钻井四通的左端口处连接有压井管汇，钻井四通的另一端口处顺次连接有三通接头I、平板阀A和节流管汇；所述井内钻具包括设置于井内且由下往上依次连接的正反循环两用钻头、电阻率测量短节、钻铤、钻杆、钻柱旋塞阀和顶驱；所述第一注入管线包括顺次连接的泥浆泵、三通接头II、平板阀B、高压管汇I、高压软管I、平板阀C和旋转防喷器；所述第二注入管线包括顺次连接的泥浆泵、三通接头II、平板阀D、高压管汇II、立管I、平板阀E、三通接头III、水龙带和顶驱；所述第一返出管线包括顺次连接的顶驱、水龙带、三通接头III、平板阀F、立管II、三通接头Ⅳ、平板阀G、排砂管线、振动筛和泥浆罐；所述第二返出管线包括顺次连接的钻井四通、三通接头I、高压软管II、平板阀H、三通接头Ⅳ、平板阀G、排砂管线、振动筛和泥浆罐。

所述钻井四通的右端口与三通接头I之间顺次连接有流量计I和压力表I。

所述旋转防喷器与平板阀C之间顺次连接有流量计II和压力表II。

所述水龙带与三通接头III之间顺次连接有流量计III和压力表III。

该安全钻井系统还包括辅助设备，所述辅助设备包括地面管线II、液气分离器和地面管线I，所述地面管线II连接于泥浆泵和压井管汇之间，节流管汇上顺次连接有地面管线I和液气分离器。

所述钻井四通的右端口与流量计I之间连接有平板阀II，所述钻井四通的左端口与压井管汇之间连接有平板阀I。

所述安全钻井系统预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的方法，它包括以下步骤：

S1、常规钻进模式，具体包括以下步骤：

S11、关闭平板阀I，打开平板阀II；