钻井系统

摘要

一种钻井系统，包括：钻井装置，其伸入井筒内，钻井装置具有钻铤，钻铤的上端连接缆绳，钻铤的下端连接有钻头，钻铤和钻头之间设有能驱动钻头转动的井下电机，钻铤设有注水通道和抽水通道，注水通道的下端与钻头连通，钻铤壁上设有抽水孔，抽水孔与抽水通道相连通；供液装置，其具有蓄水池，蓄水池内设有注水管线和抽水管线，注水管线与注水通道相连通，注水管线设有注水泵，抽水管线与钻铤的抽水通道相连通，抽水管线设有抽水泵；供气装置，其具有供气管路，供气管路与注水通道相连通；供电装置，其与井下电机电连接。本发明的钻井系统，无钻杆，可有效解决钻杆损毁问题，且通过抽水通道将井筒内的水抽出，提高了井下的水力能量，携岩效率更高。

权利要求

1.一种钻井系统，其特征在于，所述钻井系统包括：

钻井装置，其伸入井筒内，所述钻井装置具有钻铤，所述钻铤的上端连接缆绳，所述钻铤的下端连接有钻头，所述钻铤和所述钻头之间设有能驱动所述钻头转动的井下电机，所述钻铤的内部设有注水通道和抽水通道，所述注水通道的下端与所述钻头连通，所述钻铤壁上设有抽水孔，所述抽水孔与所述抽水通道相连通；

供液装置，其具有蓄水池，所述蓄水池内设有注水管线和抽水管线，所述注水管线与所述钻铤的注水通道相连通，所述注水管线上设有注水泵，所述抽水管线与所述钻铤的抽水通道相连通，所述抽水管线上设有抽水泵；

供气装置，其具有供气管路，所述供气管路与所述钻铤的注水通道相连通；

供电装置，其与所述井下电机电连接。

2.如权利要求1所述的钻井系统，其特征在于，所述供电装置为燃料电池，所述燃料电池具有排液口，所述排液口通过排液管与所述供气管路连接，所述排液管上连接有升温装置和加压装置。

3.如权利要求2所述的钻井系统，其特征在于，所述燃料电池的排液口处排出的液体的温度为700℃到800℃。

4.如权利要求2所述的钻井系统，其特征在于，所述注水管线与所述注水通道之间连接有三通阀，所述三通阀与所述供气管路相连。

5.如权利要求2所述的钻井系统，其特征在于，所述燃料电池通过变压器与所述井下电机电连接。

6.如权利要求5所述的钻井系统，其特征在于，所述升温装置为管式加热炉，所述管式加热炉与所述变压器电连接。

7.如权利要求2所述的钻井系统，其特征在于，所述加压装置为气驱液体增压泵。

8.如权利要求1所述的钻井系统，其特征在于，所述钻井系统还包括设置在井筒上方的井架，所述井架上连接有挂钩，所述挂钩下连接有滑轮，所述缆绳通过所述滑轮缠绕在位于地面的绞车上。

9.如权利要求1所述的钻井系统，其特征在于，所述注水通道和所述注水管线之间、以及所述抽水通道和所述抽水管线之间均连接有密封接头。

说明书

钻井系统

技术领域

[0001] 本发明有关于一种钻井系统，尤其有关于一种用于深部地层油田开发技术领域中钻井系统。

背景技术

[0002] 随着浅层油气资源勘探开发程度越来越高，深层油气资源成为我国油气资源战略接替的重要领域。传统钻井装置在深井和超深井钻井勘探过程中，存在以下问题：地面能量由地面向井底传输的过程中损失较大，导致井底压力不足，钻速较慢，钻进效率不高，而过高的圧力又会使钻杆屈服变形甚至挤毁；传统钻井装置的钻井液返排系统，出于安全因素的考虑，地面无法提供过高的泵压，而在深井和超深井中钻井液沿程压力损失较大，导致井底水力能量不足，携岩效率不高；深层油气资源多埋藏在盆地和山区，钻井勘探的电力供应依赖于发电厂架设电网，用电成本较高，而传统的发电厂利用化石能源发电，能量利用率较低，同时还会放出有毒有害颗粒物及温室气体，严重污染环境，加剧温室效应。

[0003] 因此，有必要提供一种新的钻井系统，来克服上述缺陷。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种钻井系统，无钻杆设计，可有效解决现有技术中的钻杆损毁问题，且通过该钻井系统的抽水通道将井筒内的水抽出，提高了井下的水力能量，携岩效率更高。

[0005] 本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

[0006] 本发明提供一种钻井系统，包括：

[0007] 钻井装置，其伸入井筒内，所述钻井装置具有钻铤，所述钻铤的上端连接缆绳，所述钻铤的下端连接有钻头，所述钻铤和所述钻头之间设有能驱动所述钻头转动的井下电机，所述钻铤的内部设有注水通道和抽水通道，所述注水通道的下端与所述钻头连通，所述钻铤壁上设有抽水孔，所述抽水孔与所述抽水通道相连通；

[0008] 供液装置，其具有蓄水池，所述蓄水池内设有注水管线和抽水管线，所述注水管线与所述钻铤的注水通道相连通，所述注水管线上设有注水泵，所述抽水管线与所述钻铤的抽水通道相连通，所述抽水管线上设有抽水泵；

[0009] 供气装置，其具有供气管路，所述供气管路与所述钻铤的注水通道相连通；

[0010] 供电装置，其与所述井下电机电连接。

[0011] 如上所述的钻井系统，其中，所述供电装置为燃料电池，所述燃料电池具有排液口，所述排液口通过排液管与所述供气管路连接，所述排液管上连接有升温装置和加压装置。

[0012] 如上所述的钻井系统，其中，所述燃料电池的排液口处排出的液体的温度为700℃到800℃。

[0013] 如上所述的钻井系统，其中，所述注水管线与所述注水通道之间连接有三通阀，所述三通阀与所述供气管路相连。

[0014] 如上所述的钻井系统，其中，所述燃料电池通过变压器与所述井下电机电连接。

[0015] 如上所述的钻井系统，其中，所述升温装置为管式加热炉，所述管式加热炉与所述变压器电连接。

[0016] 如上所述的钻井系统，其中，所述加压装置为气驱液体增压泵。

[0017] 如上所述的钻井系统，其中，所述钻井系统还包括设置在井筒上方的井架，所述井架上连接有挂钩，所述挂钩下连接有滑轮，所述缆绳通过所述滑轮缠绕在位于地面的绞车上。

[0018] 如上所述的钻井系统，其中，所述注水通道和所述注水管线之间、以及所述抽水通道和所述抽水管线之间均连接有密封接头。

[0019] 本发明的特点及优点是：

[0020] 本发明的钻井系统，通过供电装置为井下电机提供动力，由井下电机带动钻头旋转破岩，不需要钻杆，也就不存在钻杆损毁的问题；设置抽水泵和注水泵同时工作，使得井下的水保持较高的携岩效率。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明的钻井系统的组合状态图；

[0023] 图2为本发明的钻井系统的钻井装置的示意图。

具体实施方式

[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0025] 如图1和图2所示，本发明提供一种钻井系统，包括：钻井装置2，其伸入井筒5内，所述钻井装置2具有钻铤21，所述钻铤21的上端连接缆绳25，所述钻铤21的下端连接有钻头22，所述钻铤21和所述钻头22之间设有能驱动所述钻头22转动的井下电机24，所述钻铤21的内部设有注水通道212和抽水通道211，所述注水通道212的下端与所述钻头22连通，所述钻铤21壁上设有抽水孔23，所述抽水孔23与所述抽水通道211相连通；供液装置1，其具有蓄水池11，所述蓄水池11内设有注水管线121和抽水管线131，所述注水管线121与所述钻铤21的注水通道212相连通，所述注水管线121上设有注水泵12，所述抽水管线131与所述钻铤21的抽水通道211相连通，所述抽水管线131上设有抽水泵13；供气装置3，其具有供气管路
300，所述供气管路300与所述钻铤21的注水通道212相连通；供电装置4，其与所述井下电机
24电连接。本发明的钻井系统，通过供电装置4为井下电机24提供动力，由井下电机24带动钻头22旋转破岩，不需要钻杆，也就不存在钻杆损毁的问题；另外，本发明设置抽水泵13和注水泵12同时工作，使得井下的水保持较高的携岩效率。

[0026] 如图1和图2所示，具体地，在本实施方式中，钻井装置2包括设置在井筒5上方的井架27，其为一钢制支架，井架27上连接有挂钩28，挂钩28可通过钢绳挂在井架27上，挂钩28下连接有滑轮29，滑轮29上缠绕缆绳25，缆绳25为一钢丝绳，缆绳25的一端通过滑轮29缠绕在位于地面的绞车26上，缆绳25的另一端连接钻铤21的上端，绞车26通过缆绳25能将钻铤21上提或下放；钻铤21的下端连接有钻头22，钻铤21和钻头22之间设有能驱动钻头22转动的井下电机24，钻铤21的内部设有注水通道212和抽水通道211，注水通道212的下端与钻头
22连通，钻头22上设有不同方向的多个通孔(图中未标出)，从注水通道212流下的水通过钻头22上的多个通孔喷入地层中，起到破岩和携岩的作用，钻铤21的钻铤壁上设有抽水孔23，抽水孔23与抽水通道211相连通，从钻头22上的多个通孔喷出的水向上溢流，在抽水孔23处被抽走，从而降低了井筒5内的水压，相对提高了自注水通道212喷出的水的压力，以使井底的水力能量更高，携岩效率更高。

[0027] 如图1所示，供液装置1具有蓄水池11，蓄水池11内设有注水管线121和抽水管线131，注水管线121与钻铤21的注水通道212连通，注水管线121上设有注水泵12，注水泵12从蓄水池11中吸水，再把水通过注水管线121注入钻铤21的注水通道212中，最后从钻头22上的多个通孔喷出；抽水管线131与钻铤21的抽水通道211相连通，抽水管线131上设有抽水泵
13，当抽水泵13工作时，通过钻铤21壁上的抽水孔23能将井筒5内的水抽入钻铤21的抽水通道211中，抽上来的水通过抽水管线131而排入蓄水池11中，以使蓄水池11中的水可反复利用。另外，在蓄水池11的中部还设有过滤装置(图中未标出)，从抽水管线131抽上来的岩石碎屑一部分沉淀在蓄水池11底部，另一部分被过滤装置阻挡，使得注水管线121不会将岩石碎屑再次注入到井下。

[0028] 如图1所示，供气装置3具有供气管路300，供气管路300与钻铤21上的注水通道212相连通，供气装置3能为钻井装置2提供高温高压的过热蒸汽，供气管路300中的高温高压的过热蒸汽和注水管线121中的水混合成为高温高压的介质，然后注入到井下。

[0029] 如图1所示，供电装置4与井下电机24电连接，为井下电机24供电。

[0030] 根据本发明的一个实施方式，如图1所示，供电装置4为燃料电池40，燃料电池40具有排液口41，排液口41通过排液管43与供气管路300连接，排液管43上连接有升温装置31和加压装置32。

[0031] 具体的，燃料电池40通过变压器42与井下电机24电连接。燃料电池40产生的电的电压不稳，而变压器42能对燃料电池40进行稳压处理，以利于井下电机24的稳定运行。

[0032] 进一步的，在注水管线121与注水通道212之间连接有三通阀15，三通阀15与供气管路300相连，供气管路300中的高温高压的过热蒸汽和注水管线121中的水在三通阀15处混合成为高温高压的介质，而后同时注入钻铤21的注水通道212中。

[0033] 在本发明中，燃料电池40的排液管43处排出的液体的温度为700℃到800℃，通常为750℃。经过升温装置31的升温处理和加压装置32的加压处理后，能变成所需的高温高压的过热蒸汽。

[0034] 在本实施例中，该升温装置31为管式加热炉，管式加热炉与变压器42电连接，燃料电池40通过变压器42为管式加热炉提供电能，不需要额外的电源装置。

[0035] 该加压装置32为气驱液体增压泵，其通过气源为其提供动力，用以增加流过排液管43中的液体压力。

[0036] 根据本发明的一个实施方式，注水通道212和注水管线121之间、以及抽水通道211和抽水管线131之间均连接有密封接头，由于上述注水通道212、注水管线121、抽水通道211和抽水管线131的内部都要承受较高的压力，故采用密封接头能有效防止泄露，保障系统稳定。

[0037] 本发明的钻井系统的工作过程如下：缆绳25连接在钻铤21的上端，绞车26转动，下放钻铤21至井底，直到钻头22接触到井底的岩壁；此时，启动注水泵12，将蓄水池11中的水抽到注水管线121中；燃料电池40产生的高温热水通过升温装置31和加压装置32后形成高温高压的过热蒸汽，该高温高压的过热蒸汽在三通阀15中与注水管线121中的水混合而形成高温高压的介质，该高温高压的介质通过钻铤21的注水通道212和钻头22上的通孔喷射到地层中，以冲击岩石，引起岩石裂解，达到辅助破岩的作用；此时，随着井筒5中的水的不断增多，井筒5中的水位不断升高，当携带岩屑的水处于钻铤21的抽水孔23位置处时，启动抽水泵13，井筒5中的水会通过抽水孔23、抽水通道211和抽水管线131抽至蓄水池11中，以反复利用。

[0038] 本发明的钻井系统，通过注水泵12和抽水泵13的共同作用完成水的循环，在循环过程中，钻铤21得到冷却和清洗。

[0039] 本发明的钻井系统，由供电装置4为井下电机24提供动力，在电力传输过程中由地面到井底的能量损失极小，本发明由于不设钻杆，也就没有传统钻井系统的钻杆损毁问题；同时设置注水泵12和抽水泵13，即注水和抽水在钻井的同时同步进行，从钻头22喷出的水在从钻铤21与井筒5之间的环形空间向上溢的过程中的压力损失减小，以使水的携岩效率更高；另外，作为供电装置4的燃料电池40可直接将化学能转化为电能，能量转化率可达
45％～60％，且化学燃料反应过程中不会产生有害气体，避免污染环境；再有，本发明通过设置加压装置32和升温装置31，利用三通阀15将高温高压的过热蒸汽随注入水一同注入到井底，为钻头22的钻进提供高温高压的射流以冲击岩石，从而达到更好的破岩效果。

[0040] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。