[发明专利]连续循环钻井系统及工艺

说明书

本发明提供了一种连续循环钻井系统及工艺，所述连续循环钻井系统包括连续循环阀和阀式连续循环钻井安全快速的作业机构，所述作业机构包括快速连接装置。所述连续循环阀的侧壁上形成有侧出口；所述快速连接装置包括夹持单元、连接头和锁紧单元，所述夹持单元用于夹持所述连续循环阀；所述连接头的一端用于与所述侧出口连接，另一端连接到侧循环管线；所述锁紧单元在所述夹持单元夹持住所述连续循环阀的情况下，驱动所述连接头靠近或远离所述侧出口，以使所述连接头与所述连续循环阀锁紧或松开。本发明的阀式连续循环钻井安全快速的作业机构大大降低了人员在钻台面作业的伤害风险，提升了连续循环钻井作业过程中的高效性、可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及油气钻井技术领域，特别涉及油气钻探中的连续循环钻井技术领域，用于油气钻井过程中，接立柱(或单根)或起下钻时循环介质连续循环的钻井系统，更具体的是涉及一种连续循环钻井系统及工艺。

背景技术

目前，在石油钻井接单根(立柱)或起下钻过程中，须停止钻井液的循环。停止钻井液的循环将对井底产生负压力激动，可能造成因井底压力低于地层孔隙压力而导致井涌、气侵、井壁坍塌、阻卡和埋钻具等事故。在接单根(立柱)完后重新开泵，会引起正压力激动使得井底压力高于正常循环时的压力，甚至于超过地层破裂压力而造成压裂漏失和压差卡钻等问题，同时造成井身质量下降，给后续作业特别是下套管固井带来许多潜在困难。

在实施气体钻井作业时，因井眼不规则，大肚子井眼较多，在停止循环时，井眼内岩屑易快速沉降，导致沉砂卡钻发生，特别是在沉砂较多地层，危害更大。在微出水地层，中断循环后，地层水聚集，浸泡井壁，严重可能引起井壁失稳，导致气体钻井无法实施。在深部层段开展的雾化/充气钻井，中断循环后，重新建立循环压力平稳时间较长，时效降低。

连续循环钻井技术打破这一传统方式，在接单根(立柱)、起下钻过程中，保持钻井介质连续循环，持续清洁井底，维持井底压力相对稳定，可避免因循环中断引发的一切井下复杂和事故。对于气体钻井而言，保持气相介质连续循环，利于清洁井眼，避免沉砂卡钻，延长复杂层段气体钻井进尺，提高气体钻井安全性。

阀式连续循环钻井系统主要由连续循环控制系统和连续循环阀两部分组成。连续循环阀通常包括主阀和侧阀，主阀配在单根(立柱)顶端，钻完上一个带有连续循环阀的单根(立柱)，连接侧循环管线至侧阀，进行侧向循环通道切换，待单根(立柱)接卸完毕后再进行正向倒换，实现了在起下钻、接单根(立柱)过程中循环介质不中断的钻井工艺。

公开号为202467689U的中国专利文献公开了一种钻井连续循环短节，包括外套筒，外套筒内上部设有上阀板机构，上阀板机构包括卡簧，阀座以及通过铰接件与阀座连接的直通阀板，特征是：位于外套筒内下部一侧开有旁通口，在旁通口处设有下阀板机构，下阀板机构包括与外套筒连接的旁通阀座、密封圈以及通过铰接件、扭簧与旁通阀座连接的旁通阀板，旁通阀板一侧设有堵头。其能够利用钻井连续循环短节上的双阀板机构达到工具上的旁通通道和顶驱连接的主通道之间的转换，但是，现目前，连续循环阀的主阀和侧阀均为板阀，此种结构主阀处于常开状态，只有当主阀下部形成一定压力时，主阀方可处于关闭状态，不具有主动密封功能，存在一定安全风险。实施连续循环钻井作业时，在连接侧循环管线前，须对侧阀密封性进行检测，若侧阀有刺漏，打开侧阀盖板容易造成压力喷射伤人。钻井过程中，连续循环阀随钻具入井，受钻具震动影响，其侧阀容易发生脱落造成井下事故。

另外，传统钻井作业的卸、接立柱(或单根)，或是要实施起下钻柱的卸、上扣操作时，都必须停泵停止井下循环来进行，中断循环后可能引起井壁垮塌、井底沉砂、卡钻等井下复杂，以及井底压力波动大、井控风险高等问题。阀式连续循环钻井技术，可在卸、接立柱(或单根)或是起下钻柱的卸、上扣作业过程中，实现钻井介质连续循环，从而消除因循环中断造成的井下复杂问题，达到安全快速钻井的目的。

现有的阀式连续循环钻井所用设备占地面积大、零散不便于装卸及安装，并且控制柜中操作繁杂，尤其是侧循环管线连接、拆卸操作步骤多，耗时长，且均是通过多名作业人员配合来实现，使得整个连续循环钻井机构的操作繁琐、耗时较长，而且存在一定的安全风险。