随钻套管系统和方法与流程

本发明涉及利用随钻测量工具对石油和天然气随钻进行套管系统和方法。具体地，本发明提供了一种系统，该系统在钻探的同时进行测量，并取回测量值而无需将套管抬高到地面。

背景技术：

大多数石油和天然气井通常都用钻杆钻探。还已知不使用钻杆，而是实际使用套管进行钻探，有时将其称为套管钻或随钻套管(cwd)。套管钻井的主要目的是消除经典套管运行并在钻井时隔离地层。通过使用标准的套管柱代替常规的钻柱，可以逐段同时进行钻井和套管。随钻套管也是一种减轻危害的解决方案，它适用于钻探具有较高钻孔不稳定性和已知损失的浅层浅段。随钻套管的效率更高，因为它实际上是一次进行两次操作，每个流量计同时钻孔和装箱。此外，它减少了跳闸和跳闸的时间以及由此带来的风险。更进一步，它减少了钻孔时间，并减少了总的非生产时间。

随钻套管与标准钻井作业相比有许多优点。常规操作中的钻柱有时会从井中拉出，而钻杆的套管则永远不会被拉起，这意味着钻头永久留在孔中。此外，所有钻孔操作都需要某种类型的井下工具来确定钻孔的位置和去向。mwd在石油和天然气工业中代表“随钻测量”。显然，需要确定钻探的轨迹，并需要特定的信息，例如方向，角度和井下条件，并使用随钻测量工具提供此信息。

在利用钻杆的现有技术中，随钻测量工具被安装在钻头附近的底部钻具组合(bha)的一部分。这些工具要么包含在厚壁的钻collar中，要么在到达钻探位置之前在工厂直接内置在钻collar中。大多数随钻测量工具的直径大约与钻柱的直径相同，尽管已知其他尺寸，但直径可能约为1.5英寸。钻井完成后，在套管和井开始生产之前，将钻杆与随钻测量工具一起从井中拆除。不需要将工具永久留在井底。

根据逻辑定义，套管的直径大于钻柱的直径。井底附近的套管至少为5.5英寸，更通常为6.5英寸，这并不罕见。因此，需要一种系统，该系统允许在钻井操作时将标准的随钻测量工具放置在套管中，并且允许从井底移除随钻测量工具而不将套管从井中拔出。现有技术中的上述限制不是详尽的。本发明提供了一种廉价，省时，更可靠的设备和方法。

技术实现要素：

鉴于现有技术中现有的已知类型的设备和使用方法固有的前述缺点，本发明提供了一种新的和改进的系统和使用方法。本发明的总体目的将在下文中详细描述，其目的是提供一种新的和改进的随钻套管系统及其使用方法，其具有现有技术装置的所有优点，而没有缺点。

本发明的目的之一是提供一种随钻套管系统，包括套管钻柱、随钻测量(mwd)工具、钻头、浮鞋和密封件，所述套管钻柱的长度方向具有中心轴、底部为钻头，所述套管钻柱的直径垂直于中心轴线；所述随钻测量工具附接至套管钻柱的底部，所述随钻测量工具具有顶部、沿所述中心轴线的长度、底部和垂直于所述中心轴线的直径；所述密封件，具有顶部、底部和从中穿过的孔口，所述密封件位于所述套管钻柱的所述长度内、钻头上方；所述浮鞋的一端可移动地定位在所述密封件的所述顶部上，另一端附接至随钻测量工具的底部，所述浮鞋具有与密封件中的孔口相通的孔和垂直于所述中心轴线的直径。

进一步地，所述随钻套管系统还包括稳定器，所述稳定器的底部可拆卸地连接至随钻测量工具的顶部，其直径垂直于所述中心轴线。

所述随钻测量工具的直径小于所述套管钻柱的直径；优选的，所述套管钻柱的直径至少为5.5英寸，所述随钻测量工具的所述直径小于5.5英寸。

优选的，所述稳定器具有定位组件。

进一步优选的，所述定位组件包括至少两个鳍片，特别优选包括3个鳍片，所述鳍片垂直附接到所述稳定器。

进一步优选的，所述稳定器的顶部与井下回收系统连通。

本发明的另一目的是提供随钻套管系统的使用方法，具体包括以下步骤：

1)将所述套管钻柱的一端固定至凯利接头的底部，并且旋转台用于旋转整个套管钻柱的组件，同时绞车用于将套管钻柱降低到钻孔中并施加受控的轴向压缩载荷；

2)使用旋转钻机将钻孔钻入地下，所述随钻测量工具能够在钻孔过程中在钻孔的底部测量期望的参数，并且根据指令，使用循环流体中的一系列压力脉冲将适当编码的这些参数传递到地面。

进一步地，操作过程中，钻井液通常被存储在泥浆池中，并被泥浆泵吸起，然后泥浆泵使钻井液依次流过电涌抑制器、凯利软管和旋转接头并进入套管钻柱、随钻测量工具和钻头及其钻嘴，然后，钻井液返回地面；所述钻井液到达地面时，通过泥浆回流管线循环至泥浆池。

进一步地，保持钻井液循环所需的压力由方钻杆软管上的压敏传感器测量，测得的压力作为电信号通过传感器电缆传输到地面计算机，所述计算机解码并显示所传输的信息给司钻。

本发明随钻测量(mwd)工具可移动及取回，但仍将钻头保留在孔中，而不会损坏工具，且无需将套管抬高到地面，并可以利用已知的井下取回系统来使随钻测量工具退役；本发明系统结构持久且可靠，容易且有效地利用，制造和销售，成本低，经济可行；本发明系统易于使用，而且可以在许多应用中使用，其具有现有技术的所有优点，同时克服了通常与之相关的一些缺点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明随钻套管系统的优选实施例的总体图示；

图2为本发明随钻测量工具的优选实施例的总体图示；

图3为浮鞋和套管密封件的优选实施例的总体图示；

图4为稳定器在未附接接头的情况下的优选实施例的俯视图；

图5为稳定器的优选实施例的总体透视图；

图6为稳定器的顶部与井下回收系统连通的优选实施例的总体侧视图。

附图标记：

附图标记10通常表示新的和改进的套管钻井和/或套管随钻，其设备、系统、套件和使用根据本发明构造的套管钻井方法用于钻井作业。发明10通常用于油气井作业，例如但不限于钻井作业。为了方便起见，附图标记10通常可用于表示本发明，本发明的一部分，本发明的优选实施方式等。

20-钻孔；30-井架，40-钻台，50-绞车，60-行进块，70-吊钩，80-旋转接头，90-凯利接头，100-旋转工作台，110-套管钻柱，120-随钻测量(mwd)工具和/或mwdmud脉冲工具，130-钻头，140-泥浆池，150-泥浆泵，160-电涌抑制器，170-凯利软管，180-泥浆回流管线，190-压敏传感器，200-传感器电缆，210-地面计算机，220～260-随钻测量工具120的组成部分(220-底部220，230-顶部，240-长度，250-直径，260-长度240方向的中心轴)，270～310-钻柱110的组成部分(270-底部，280-底部具有内部，290-长度，300-围绕中心轴线310限定的直径和/或内径，310-中心轴线)，320-浮鞋，330-孔，340-圆锥形底部，325-密封件，335-孔口，350-锥形凹口，360-稳定器，370～450-稳定器360的组成部分【370-顶部，380-底部，390-长度，400-沿着长度390方向限定的轴线，420-定位组件，430-鳍片，440-直径和/或外径，450-配合螺纹(410-随钻测量工具120上对应的螺纹)】，460-附接到回收系统的顶部470的接头，470-回收系统的顶部，480-附接到回收系统的顶部470的接头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本申请，但不以任何形式限制本申请。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本申请的保护范围。

实施例1

如图1～6所示，一种随钻套管系统，包括套管钻柱110、随钻测量(mwd)工具120、钻头130、浮鞋320和密封件325，所述套管钻柱110具有底部270，所述底部270具有内部280和长度290以及通常围绕套管钻柱110(图1)的中心轴线310限定的直径和/或内径300，所述套管钻柱110的直径垂直于中心轴线；

所述随钻测量工具120附接至套管钻柱110的底部，所述随钻测量工具120具有底部220、顶部230、沿所述中心轴线的长度240和直径250，通常围绕随钻测量工具120的长度240的中心轴260进行定义，以及垂直于所述中心轴线的直径；

所述密封件325，具有顶部、底部和从中穿过的孔口335，所述密封件325位于所述套管钻柱110的所述长度内、钻头130上方；所述孔口335用于在钻井过程期间将钻井液传递至钻头130，所述孔口335还用于使油和气沿井眼向上传递。

所述浮鞋320的一端可移动地定位在所述密封件325的所述顶部上，另一端附接至随钻测量(mwd)工具120的底部，所述浮鞋320具有与密封件325中的孔口相通的孔330和垂直于所述中心轴线的直径，所述孔330还用于使油和气沿井眼向上传递。所述浮鞋320设计成将随钻测量工具120的底部可移除地定位在钻头130处或附近，使得随钻测量工具120的中心轴线260与套管钻柱110的中心轴线310对准，并在需要时与随钻测量工具120一起返回表面。在生产期间，密封件325可留在井下，而浮鞋320被移除。

在本申请的一种优选实施方式中，所述浮鞋320具有圆锥形底部340，密封件325具有锥形凹口350，以使浮鞋320与钻头130可拆卸地配合(图3)。

图2的浮鞋320大体上描绘了锥形凹口350，而图1的浮鞋320包括圆锥形凹口350。图3描绘了具有圆锥形底部340的浮鞋320另一个优选实施例。所述浮鞋320的直径通常与套管钻柱110的直径和/或内径300大致相同。

进一步地，所述随钻套管系统还包括稳定器360，所述稳定器360具有顶部370、底部380和长度390，并具有沿着长度390限定的轴线400，所述稳定器的底部可拆卸地连接至随钻测量工具120的顶部230，其直径垂直于所述中心轴线。所述稳定器底部380具有用于连接的螺纹，所述随钻测量工具120具有对应的螺纹410(图2)。

进一步地，所述稳定器360可以具有定位组件420，在本实施例，所述定位组件420包括至少两个鳍片430，特别优选包括3个鳍片430(图5)，所述鳍片垂直附接到所述稳定器。

所述稳定器360可具有直径和/或外径440，以使稳定器360保持mwd120在套管钻柱110中大体轴向对准，但是允许从套管钻柱110取回具有鳍片430的稳定器360。所述稳定器360的直径和/或外径440略小于套管钻柱110的内径300。应当理解，稳定器360可以不包括鳍片430，但是通常可以具有诸如但不限于浮鞋320的构造。

所述随钻测量(mwd)工具120的直径小于所述套管钻柱110的直径；所述浮鞋320的直径大约与所述套管钻柱110的所述直径相同。优选的，所述套管钻柱110的直径至少为5.5英寸，所述随钻测量工具的所述直径小于5.5英寸。

进一步地，如图6所示，所述随钻套管系统还包括具有适于附接到本领域中已知的回收系统的顶部470的接头460，所述接头460的底部480具有可与稳定器360的顶部370的螺纹450配合的螺纹。所述稳定器360的顶部与井下回收系统470连通(图2)。

所述随钻套管系统的使用方法，具体包括以下步骤：

1)将所述套管钻柱110的一端固定至凯利接头90的底部，并且旋转台100用于旋转整个套管钻柱110的组件，同时绞车50用于将套管钻柱110降低到钻孔20中并施加受控的轴向压缩载荷；

2)使用旋转钻机将钻孔20钻入地下，所述随钻测量工具120能够在钻孔过程中在钻孔20的底部测量期望的参数，并且根据指令，使用循环流体中的一系列压力脉冲将适当编码的这些参数传递到地面。具体操作包括:测量、检测、解码压力脉冲，并将嵌入的信息取回并分配给司钻。

进一步地，操作过程中，钻井液通常被存储在泥浆池140中，并被泥浆泵150吸起，然后泥浆泵150使钻井液依次流过电涌抑制器160、凯利软管170和旋转接头80并进入套管钻柱110、随钻测量工具120和钻头130及其钻嘴(未示出)，然后，钻井液返回地面；所述钻井液到达地面时，通过泥浆回流管线180转移回泥浆池140。

进一步地，保持钻井液循环所需的压力由方钻杆软管170上的压敏传感器190测量，测得的压力作为电信号通过传感器电缆200传输到地面计算机210，所述计算机210解码并显示所传输的信息给司钻。

所述钻机通常由井架30、钻台40、绞车50、行进块60、吊钩70、旋转接头80、凯利接头90和旋转工作台100组成。

以上对本申请的具体实施例进行了描述。需要理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所述的各个部分和元件的组合，操作和布置进行改变。此外，为了方便起见，提供了上述名称、标题和一般划分，但不应认为是限制性的。