一种基于连续油管的导向高压喷射钻井系统

摘要

本发明涉及一种油(气、水)井钻井技术领域，特别涉及一种以连续油管为基础的具有导向功能的高压喷射钻井系统。该系统井下钻具组合的连续油管、连接接头、钻铤、导向装置、电动马达装置、定向装置和高压喷射钻头顺次连接；电缆内置在连续油管内部，导向装置内置有工程及地质参数测量仪器，电动马达装置由大功率电动机、减速器及润滑油补偿装置组成，电动机内置有扭矩、温度等传感器，定向装置由驱动液缸、旋转导向翼、定向测控系统组成，高压喷射钻头的下部和侧面有切削刀翼，切削刀翼上镶嵌有聚晶金刚石及YD合金，高压喷射钻头下部螺旋分布若干个耐磨高压喷嘴。本发明具有导向功能，及时了解井下信息，实现精确的轨迹控制，达到高效钻井的目的。

权利要求

1.一种基于连续油管的导向高压喷射钻井系统，由地面系统和井下钻具组合两部分组成；地面系统由连续油管作业机、地面供电系统和高压泵及高压管汇组成；其特征在于：井下钻具组合由连续油管(1)、电缆(2)、连接接头(3)、钻铤(4)、导向装置(5)、电动马达装置(6)、定向装置(7)和高压喷射钻头(8)组成；连续油管(1)、连接接头(3)、钻铤(4)、导向装置(5)、电动马达装置(6)、定向装置(7)和高压喷射钻头(8)顺次连接；电缆(2)内置在连续油管(1)内部，连接接头(3)用于连接连续油管(1)和井下工具管串，钻铤(4)为高压喷射钻头(8)提供适当的钻压，并保障连续油管(1)整体上处于受拉状态，导向装置(5)内置有工程及地质参数测量仪器，电动马达装置(6)由大功率电动机、减速器及润滑油补偿装置组成，电动机内置有扭矩、温度传感器，定向装置(7)由驱动液缸、旋转导向翼、定向测控系统组成，高压喷射钻头(8)上部为钻杆连接螺纹，下部和侧面有切削刀翼，切削刀翼上镶嵌有聚晶金刚石及YD合金，高压喷射钻头(8)下部螺旋分布若干个耐磨高压喷嘴。

说明书

一种基于连续油管的导向高压喷射钻井系统

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种油(气、水)井钻井技术领域，特别涉及一种以连续油管为基础的具有导向功能的高压喷射钻井系统。背景技术：

[0002] 常规的高压喷射钻井技术主要是以现有钻井设备为基础，提高钻井泥浆泵送压力，以钻头的机械切削为主，水力喷射破岩为辅的工作方式实现钻头对岩石的钻进。该技术虽然在一定程度上提高了钻井效率，但提速效果并不十分明显。另外一种流行的短半径或径向高压水射流钻井技术多以高压软管输送高压液体，单一依靠水力喷射破岩方式实现岩层钻进。该种钻井方式形成的井眼直径往往较小，且井眼长度较短，一般在50m～100m以下。此外该种类型的钻井系统缺乏有效定向工具或定向方式简单，井眼轨迹可控性差；缺乏工程和地质监测仪器，井底信息无法及时掌握。以上两种喷射钻井技术适用性差，无法满足快速精确钻井的要求。因此有必要研究一种具有导向功能的高压喷射钻井系统，实时了解井下信息，更好的实现井眼轨迹控制，实现高效的喷射钻进。发明内容：

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于连续油管的导向高压喷射钻井系统，该系统具有导向功能，及时了解井下信息，实现精确的轨迹控制，达到高效钻井的目的。克服了现有钻井系统缺乏有效定向工具或定向方式简单，井眼轨迹可控性差；缺乏工程和地质监测仪器，井底信息无法及时掌握的不足。

[0004] 本发明所采取的技术方案是：一种基于连续油管的导向高压喷射钻井系统，由地面系统和井下钻具组合两部分组成；地面系统由连续油管作业机、地面供电系统和高压泵及高压管汇组成；井下钻具组合由连续油管、电缆、连接接头、钻铤、导向装置、电动马达装置、定向装置和高压喷射钻头组成；连续油管、连接接头、钻铤、导向装置、电动马达装置、定向装置和高压喷射钻头顺次连接；电缆内置在连续油管内部，连接接头用于连接连续油管和井下工具管串，钻铤为高压喷射钻头提供适当的钻压，并保障连续油管整体上处于受拉状态，导向装置内置有工程及地质参数测量仪器，电动马达装置由大功率电动机、减速器及润滑油补偿装置组成，电动机内置有扭矩、温度传感器，定向装置由驱动液缸、旋转导向翼、定向测控系统组成，高压喷射钻头上部为钻杆连接螺纹，下部和侧面有切削刀翼，切削刀翼上镶嵌有聚晶金刚石及YD合金，高压喷射钻头下部螺旋分布若干个耐磨高压喷嘴。

[0005] 本发明的有益效果是：本发明由于采用了连续油管、连接接头、钻铤、导向装置、电动马达装置、定向装置和高压喷射钻头顺次连接，电缆内置在连续油管内部的方式，因而具有利用连续油管传输高压钻井液，以高压水力喷射破岩为主，钻头机械切削为辅的方式实现岩层钻进的功能；系统通过电缆传输井下动力和导向信息，并利用电控或液压方式实现造斜定向。本发明提高了钻井速度和钻头使用寿命，又具有良好的地质导向功能，提高了喷射钻井的井眼长度和井眼轨迹精度。此外，该发明降低了钻具压持作用和岩屑的重复磨削，钻头转速不受液体流速的影响，信息传输速度比泥浆脉冲方式提升数十倍，具有良好的适用性。附图说明：

[0006] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

[0007] 附图为本发明的井下钻具组合结构示意图。具体实施方式：

[0008] 如附图所示，一种基于连续油管的导向高压喷射钻井系统，由地面系统和井下钻具组合两部分组成；地面系统由连续油管作业机、地面供电系统和高压泵及高压管汇组成；井下钻具组合由连续油管1、电缆2、连接接头3、钻铤4、导向装置5、电动马达装置6、定向装置7和高压喷射钻头8组成；连续油管1、连接接头3、钻铤4、导向装置5、电动马达装置
6、定向装置7和高压喷射钻头8顺次连接；连续油管1用于提升和下入井下管柱，并传输高压液体，连续油管1的起下由连续油管作业机实现。电缆2内置在连续油管1内部，并与其同步下放或上提，传输通讯信号和地面电力系统提供的动力。电缆2实现井下信息如钻进速度、扭矩、振动等工程参数和地质参数的实时传输，信号通过调制载波方式与电源共用一条通路。连接接头3用于连接连续油管1和井下工具管串，实现电力、通讯信号和机械连接，并设置紧急切断点。钻铤4为井下高压喷射钻头8提供适当的钻压，并保障连续油管1整体上处于受拉状态，减小连续油管1的螺旋弯曲和正弦弯曲。导向装置5内置工程及地质参数测量仪器，实现钻压、泵压、温度、井斜、方位，以及电阻率，伽马，中子孔隙度等参数的测量。电动马达装置6由大功率电动机、减速器及润滑油补偿装置组成，电动机内置扭矩、温度传感器检测电机运行状况；润滑油补偿装置保障电动马达在不同井下温度环境下得到充分的润滑和冷却，避免润滑油膨胀漏失或短缺。定向装置7由驱动液缸、旋转导向翼、定向测控系统组成，能够间断或连续转动，控制高压喷射钻头8产生偏置力，实现造斜或直井段钻进。高压喷射钻头8上部为钻杆连接螺纹，下部和侧面有切削刀翼，镶嵌聚晶金刚石及YD合金。高压喷射钻头8下部螺旋分布若干个耐磨高压喷嘴，实现超高压喷射。高压喷射钻头8首先在井底岩石上喷射切割出层状的径向沟槽，沟槽间突出的部分由钻头刀翼切削实现高速钻进。

[0009] 作业前将电缆2内置到连续油管1内部，并把井下工具组合按照顺序连接好，使电缆2与井下导向装置5、电动马达装置6、定向装置7等实现电力及通讯线路连接。利用地面的连续油管作业机将井下钻具组合下到井下设计位置，启动地面高压泵，通过连续油管1向井下泵送钻井液，控制泵压在20～40Mpa，循环钻井液1个循环周，调整泥浆性能。然后提高泵压到50～100MPa作业压力，并启动井下电动马达装置6带动高压喷射钻头8旋转。连续油管作业机控制钻压在较低的范围内，钻井液从高压喷射钻头8呈螺旋型喷出，使井底岩石形成沟槽。岩石沟槽间的突出部分在高压喷射钻头8的切削翼作用下被切削掉。连续油管作业机以优化的送钻速度下放连续油管1，实现直井段的高速钻进。钻进过程中，钻压、方位、井斜等工程参数及地质参数被导向装置5实时采集，并调制到电缆2上传输到地面分析处理。当需要造斜时，定向装置7在转动的过程中自动调节导向翼块，使高压喷射钻头8产生设计方向的固定偏置力，实现轨迹平滑造斜。该钻井系统具有良好的导向功能，完成各种复杂轨迹井眼的高速钻进。