可控压连续循环钻井液起下钻系统的制作方法

本实用新型涉及钻井、钻井液及井控技术领域，特别是涉及一种可控压连续循环钻井液起下钻系统。

背景技术：

随着非常规页岩气与常规碳酸盐岩油气窄压力窗口的开发，水平井钻井工艺的大量部署，油基泥浆与水基泥浆的大量应用并在起下钻过程中的泄漏与溢流，尤其在海洋钻井平台中起下钻过程中的大量返出泥浆易被泄漏到大海中，增大了现场施工单位的安全环保风险，致使封闭式的起下钻方式的设备需求日益加大。

通过不间断地循环钻井液，能够消除由于钻井液停止循环和开始循环这个过程带来的压力波动，使之能够有效减小井筒液柱压力的波动，维持井壁稳定，精确地控制井底压力接近或稍大于地层孔隙压力，实用新型钻井过程中由完全圈闭系统组成能够循环钻井液并且能够接完成整个接单根的过程，由于接单根必须停泵导致井筒内循环压力（应激压力）发生变化，在窄压力窗口地层中就会产生溢流或者漏失，此装置可以有效的在整个过程中持续保持液体循环尽量减小井筒压力的变化。

在出现窄压力窗口地层中可以在循环腔体中进行补压，使在井口产生回压，使得全过程中钻井液液柱在井口增加一个3-7Mpa的回压，进而在窄压力窗口下进行不间断控压钻进，减少应为气侵或者微漏状态下井控因素下的非钻井时效，并有效的进行油气开发。

目前，Varco公司的钻井液连续循环系统。连续循环钻井系统（Continuous Circulation System，简称CCS系统）能在接单根和起下钻期间保持钻井液的连续循环，CCS系统由主机、顶驱连接器、分流装置、液压站和控制系统几部分组成。主机是 CCS系统的核芯和执行机构，它主要由三闸板防喷器（中部是全封、上下为闸板）、强行起下钻装置、动力卡瓦、底座和升降系统组成。当上部闸板和下部闸板同时关闭时会形成一个密闭腔。强行起下钻装置安装于主机顶部，配有液压活塞，用于提供垂向抑制力，来帮助钻杆进出主机的密闭腔，对于钻杆来说不能确切的腔体的承压状态，在固定状态下不能够活动腔体中钻杆的位置，不能够有效的在井口产生一个圈闭状态产生圈闭压力。主机上还配有一个用来夹持钻杆的装置，该装置位于水平齿轮上，液压活塞通过齿轮提供上卸扣操作需要的初始扭矩由于这种工艺方法容易造成钻杆的损伤，更加容易造成不可见的风险。上述这些装置主要配合顶驱等组合使用，其租用费用昂贵并且操作繁琐，由于其CCS系统由三组防喷器构成，由全封闸板分隔成为两个腔体，两个腔体功能单一不能进行压力补偿与控压操作，且动力卡瓦与强起下装置结构复杂与使用寿命短。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种可控压连续循环钻井液起下钻系统，以解决现有技术的不足。

本实用新型采用的技术方案为：可控压连续循环钻井液起下钻系统，其特征在于，包括钻杆，上循环腔室装置，下循环腔室装置和中间闸板阀组件；所述上循环腔室装置包括上循环腔室和设置在上循环腔室上的进出钻井液腔室组件、压力阀控制组件、上旋转胶芯组件、针式回压控制阀组件；所述下循环腔室装置包括下循环腔室和设置在下循环腔室上的进出钻井液腔室组件、压力阀控制组件、下旋转胶芯卡瓦组件。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述中间闸板阀组件包括用于包裹固定钻杆的环形中间闸板阀芯和用于分隔上下腔室的剪切中间闸板芯。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述进出钻井液腔室组件包括分别设置在上循环腔室或下循环腔室上部的进液管，所述进出钻井液腔室组件还包括分别设置在上循环腔室或下循环腔室下部的出液管；所述进液管设置有用于控制开关和流量监测的进液控制阀；所述出液管设置有用于控制开关和流量监测的出液控制阀。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述压力阀控制组件包括分别设置在上循环腔室或下循环腔室上的压力阀进出通道，压力阀进出通道上设有针式压力控制阀和压力表。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述上旋转胶芯组件位于上循环腔室的上端，下旋转胶芯卡瓦组件位于下循环腔室的下端，中间闸板阀组件位于上循环腔室和下循环腔室之间。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述上旋转胶芯组件包括用于密封上循环腔室的旋转控制头和用于包裹钻杆的旋转胶芯。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述下旋转胶芯卡瓦组件包括用于密封下循环腔室的旋转控制头和用于包裹钻杆的旋转胶芯；所述下旋转胶芯卡瓦组件还包括位于旋转控制头下部的机械卡瓦机构，旋转控制头与其下部有机械卡瓦机构组合使用，当需要固定钻杆时有下部机械卡瓦固定下部钻具组合，并由旋转胶芯承压密闭下循环腔体。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述针式回压控制阀组件包括与上循环腔室连通的回压管；所述回压管上设有上循环腔室回压补偿阀旋塞和上循环腔室针式回压补偿阀。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述下循环腔室装置还包括与下循环腔室中部连通的下循环腔室备用进出液管，下循环腔室备用进出液管上设有控制阀。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述进液管连接有泥浆泵或其他进液泵，出液管连接有振动筛或循环灌等。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型提供的可控压循环钻井液起下钻系统可以在起下钻状态下连续循环钻井液，使得在接单根或者立柱的状态下整个立管保持钻井液循环。

（2）本实用新型提供的上下独立循环钻井液腔室，均可独立进行钻井液循环避免由于一个腔体不能工作而造成的井控事件。

（3）本实用新型提供的上连续循环腔室可以在整个腔体承压3-7Mpa状态在钻进中或者其他工艺过程中进行回压补偿，并且在钻井工程多种工程状态中保持套压的井口控压。

（4）本实用新型提供的下连续循环腔室设有压力阀控制组件，可以在接单根过程中与钻进过程中实时监控井口压力波动并进行回压补偿。

（5）本实用新型提供的可控压循环钻井液起下钻系统可适用于带顶驱的钻机设备进行接立柱式起下钻，也可试用与常规钻井队(试修队)水龙头式接单根操作方式，降低高价值设备的使用费用。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的可控压连续循环钻井液起下钻系统的结构示意图。

图中，1-上旋转胶芯组件、101-旋转胶芯、2-钻杆（油管）、4-上循环腔室的进液管、5-上循环腔室的出液管、6-下循环腔室的进液管、7-下循环腔室的出液管、8-下循环腔室、9-上循环腔室、10-下旋转胶芯卡瓦组件、11-下循环腔室备用进出液管、12-下循环腔室压力阀控制组件，13-上循环腔室回压补偿阀旋塞、14-上循环腔室针式回压补偿阀、15-上循环腔室压力阀控制组件、 16-环形中间闸板阀芯、17-剪切中间闸板芯、18-进液控制阀及19-出液控制阀。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了一种可控压连续循环钻井液起下钻系统，包括钻杆，上循环腔室装置，下循环腔室装置和中间闸板阀组件；所述上循环腔室装置包括上循环腔室9和设置在上循环腔室9上的进出钻井液腔室组件、上循环腔室压力阀控制组件15、上旋转胶芯组件1、针式回压控制阀组件；所述下循环腔室装置包括下循环腔室8和设置在下循环腔室8上的进出钻井液腔室组件、下循环腔室压力阀控制组件12、下旋转胶芯卡瓦组件10。

本可控压连续循环钻井液起下钻系统座于钻台面下方，井口防喷器上部位置，下部与防喷器组上部法兰盘连接，从下到上依次分为下旋转胶芯卡瓦组件10，下循环腔室8，中间闸板阀组件，上循环腔室9，上旋转胶芯组件1。

进出钻井液腔室组件是上、下循环腔室钻井液补充补压系统，上、下循环腔室通过泥浆泵供给上下腔体进行补压并建立循环。

压力测试，根据上、下循环腔室不同时间段工作用途进行划分，分别对上循环腔室9和下循环腔室8的压力进行控制。

在使用时，所述当钻井作业各个阶段中需要进行接单根作业过程中，先关闭上旋转胶芯组件1，密封上腔室与下腔室，然后关闭下旋转胶芯卡瓦组件10，上、下循环腔室的进液管内通过泥浆泵补压与立管压力一致后，倒扣卸开钻杆2(油管)，然后关闭中间闸板阀组件密封下循环腔室进行循环钻井液，最后接入单根后进入上循环腔室进行补压与下循环腔室压力一致后打开中间闸板阀组件，然后上扣进行接单根，腔室内排出液体，继续进行下部作业。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述中间闸板阀组件包括用于包裹固定钻杆2的环形中间闸板阀芯16和用于分隔上下腔室的剪切中间闸板芯17。

上、下两个循环腔室在钻井过程中保持敞开状态，在起下钻工程中由上下两个腔室满足钻井液的密闭与液体压力交换过程，由上旋转胶芯组件1，中间闸板阀组件，下旋转胶芯卡瓦组件10组成。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述进出钻井液腔室组件包括分别设置在上循环腔室9或下循环腔室8上部的进液管，所述进出钻井液腔室组件还包括分别设置在上循环腔室9或下循环腔室8下部的出液管；所述进液管设置有用于控制开关和流量监测的进液控制阀18；所述出液管设置有用于控制开关和流量监测的出液控制阀19；所述进液管和出液管上均设置有压力计。

对进出钻井液腔室组件的解释为：设置在上循环腔室9上部的进液管为上循环腔室的进液管4，设置在上循环腔室9下部的出液管为上循环腔室的出液管5，设置在下循环腔室8上部的进液管为下循环腔室的进液管6，设置在下循环腔室8下部的出液管为下循环腔室的出液管7。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述上循环腔室压力阀控制组件15和下循环腔室压力阀控制组件12均包括对应设置在上循环腔室9或下循环腔室8上的压力阀进出通道，压力阀进出通道上设有针式压力控制阀和压力表；所述针式压力控制阀为节流阀。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述上旋转胶芯组件1位于上循环腔室9的上端，下旋转胶芯卡瓦组件10位于下循环腔室8的下端，中间闸板阀组件位于上循环腔室9和下循环腔室8之间。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述上旋转胶芯组件1包括用于密封上循环腔室9的旋转控制头和用于包裹钻杆2的旋转胶芯101，旋转胶芯101安装在旋转控制头上，钻井过程中钻杆可以在带压状态下就可以进出上循环腔室9。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述下旋转胶芯卡瓦组件10包括用于密封下循环腔室8的旋转控制头和用于包裹钻杆2的旋转胶芯101；所述下旋转胶芯卡瓦组件10还包括位于旋转控制头下部的机械卡瓦机构，旋转控制头与其下部有机械卡瓦机构组合使用，当需要固定钻杆时有下部机械卡瓦固定下部钻具组合，并由旋转胶芯101承压密闭下循环腔体8，机械卡瓦机构用于支持并密封钻杆2（油管）与上下腔体的空间。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述针式回压控制阀组件包括与上循环腔室9连通的回压管；所述回压管上设有上循环腔室回压补偿阀旋塞13和上循环腔室针式回压补偿阀14。

根据腔体密封压力的变化对腔体进行压力的调节，调节范围根据上循环腔室针式回压补偿阀14开启方式的大小进行压力手动控制，其回压调节范围控制在3-7Mpa。

针式回压控制阀组件由上循环腔室回压补偿阀旋塞13和上循环腔室针式回压补偿阀14组成，通过1502扣与外接压力泵对上循环腔室9内部压力进行控制，由上循环腔室针式回压补偿阀14进行泄压的手动节流方式进行补偿性控压作业保持井口回压产生并回复地层压力平衡，P地层流体压力=P静液柱压力+P循环压力+P井口回压。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述下循环腔室装置还包括与下循环腔室8中部连通的下循环腔室备用进出液管11，下循环腔室备用进出液管11上设有控制阀。

根据本实用新型所述的可控压连续循环钻井液起下钻系统，所述进液管连接有泥浆泵或其他进液泵，通过泥浆泵进行补压循环和卸压等作业。出液管连接有振动筛或循环灌等。在使用时，钻杆2（油管）正常通过该系统，由上循环腔室9上端的上旋转胶芯组件1对钻杆2胶心包裹，并带压起下钻；此时上、下循环腔室由环形中间闸板阀芯16与剪切中间闸板芯17组成的中间闸板阀组件分隔成上下两个密封循环腔室，由上循环腔室的进液管4进液与上循环腔室的出液管5出液组成上腔室循环钻井液；根据压力检测情况与工艺需求确定环形中间闸板阀芯16与剪切中间闸板芯17组成的中间闸板阀组件的工作状态；此时钻杆2（油管）通过下循环腔室该系统由中间闸板阀组件与下旋转胶芯卡瓦组件10根据工艺需要组成密封腔体，由下循环腔室的进液管6与下循环腔室的出液管7进行钻井液循环，从而进行接单根或接立柱作业流程。

在本实用新型的一个实例中，钻杆2（油管）正常通过该系统过程中，上循环腔室9与下循环腔室8呈现密封状态，环形中间闸板阀芯16与剪切中间闸板芯17的中间闸板阀系统保持全开状态，此时整个腔体呈现圈闭承压装填与套压连通形成密封圈闭钻井液循环系统，此时上、下循环腔室的压力阀控制组件检测腔室内压力，上循环腔室回压补偿阀旋塞13全部打开与外接泵连接后形成通路状态，由上循环腔室针式回压补偿阀14进行回压的控制，对上循环腔室9进行压力补偿或者泄压。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。