使用雙管鉆柱的井筒鉆井的制作方法
【專利說明】使用雙管鉆柱的井筒鉆井
[0001]優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請是2013年5月6日申請的標題為“METHOD AND SYSTEM FOR SUBSEARISERLESS DRILLING”的美國臨時專利申請第61/820，059號的國際申請，并且要求其優(yōu)先權(quán)，其公開的完整內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開大致涉及油田設(shè)備，且尤其涉及鉆井系統(tǒng)，和用于在地表中鉆井筒的鉆井技術(shù)。更具體地，本公開部分涉及海上鉆井技術(shù)和系統(tǒng)。
[0004]發(fā)明背景
[0005]本領(lǐng)域中已知各種鉆井方法和系統(tǒng)。多數(shù)配置使用旋轉(zhuǎn)鉆頭，所述旋轉(zhuǎn)鉆頭由鉆柱承載并且在井筒中傳送，所述鉆柱接著由位于井筒上方的鉆機承載。鉆頭可通過鉆柱旋轉(zhuǎn)，且鉆柱也可包括用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的井底組合件井下旋轉(zhuǎn)電動機的部分。
[0006]鉆柱大體上由鉆管的個別立根組成，所述個別立根在鉆頭行進至地表中時組裝。鉆井流體通過鉆柱被栗至鉆頭，且被引導(dǎo)出鉆頭中的噴嘴以冷卻鉆頭且移除地層巖肩。鉆井流體也可用于提供液壓動力至井下工具的目的，諸如位于用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的井底組合件(BHA)中的泥漿電動機。廢鉆井流體和夾帶的地層巖肩從井筒的底部被壓出，且被向上帶動穿過存在于鉆柱與井筒壁之間的環(huán)空。
[0007]在鉆海上油井的情況下，鉆機定位在水表面上方，大致在井筒上方。隔水管通常被提供在鉆機與海底處的井筒之間以允許鉆柱被方便地下鉆至井筒中且從井筒中起鉆。隔水管也提供環(huán)形井筒流徑的延伸部用于使鉆井流體和巖肩返回至鉆機用于處理和再使用。
[0008]最新開發(fā)的鉆井方法和系統(tǒng)可用同軸雙管鉆柱取代高產(chǎn)的單管鉆柱。同軸雙管鉆柱具有固定在外管內(nèi)的內(nèi)管，由此界定內(nèi)管內(nèi)的內(nèi)流道且界定在內(nèi)管與外管之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的外流道。
[0009]在這種配置中，鉆井流體可經(jīng)由外流道被供應(yīng)至鉆頭，且充滿地層巖肩的返回鉆井流體可經(jīng)由內(nèi)流道從鉆井移除。單個轉(zhuǎn)向口可被提供在鉆柱的末端處，通常在BHA (若供應(yīng))的剛好井口位置上，其將內(nèi)流徑流體連接至井筒，由此允許井筒底部處的廢鉆井流體再次進入鉆柱且經(jīng)由內(nèi)流道返回井口。
[0010]如已大致描述般的雙管鉆柱的使用包括用于返回鉆井流體流的流道并且可提供優(yōu)于使用單管鉆柱的鉆井的數(shù)個優(yōu)點。在特定海上條件下，這樣一種系統(tǒng)可免除部署鉆井隔水管的需要，前提是建立海水與井筒環(huán)空之間的替代阻擋層。返回流道使井筒無地層巖肩。改進的鉆孔清潔導(dǎo)致較短停工期。最后，由于整個井筒環(huán)空不再形成用于鉆井流體循環(huán)的流徑，所以井筒環(huán)空內(nèi)的流體是實質(zhì)上靜態(tài)的，這對于用于管控井筒壓力的特定技術(shù)而言可能是較佳的。
[0011]附圖簡述
[0012]下文參考附圖詳細描述實施方案，其中:
[0013]圖1是根據(jù)實施方案的無隔水管雙管鉆柱鉆井系統(tǒng)的橫截面的正視圖，其示出從海上平臺延伸至海底處的井口和水下防噴器組和相關(guān)支撐組件；
[0014]圖2是概括用于遠程替換圖1的鉆井系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)控制裝置的密封組合件的根據(jù)實施方案的方法的步驟的流程圖；
[0015]圖3是圖1的旋轉(zhuǎn)控制裝置的正視圖，其中縱向四分之一被剖開以揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其示出可移除密封組合件和潤滑流徑的細節(jié)；
[0016]圖4是用于將密封組合件可移除地連接至旋轉(zhuǎn)控制裝置的外殼的圖3的旋轉(zhuǎn)控制裝置的夾具的平面圖；
[0017]圖5是根據(jù)實施方案的雙管鉆柱鉆井系統(tǒng)10的部分橫截面的正視圖；
[0018]圖6是根據(jù)實施方案的在轉(zhuǎn)向口上向下看的沿著圖7的線6-6取得的雙管鉆柱的橫截面；
[0019]圖7是圖6的轉(zhuǎn)向口的軸向橫截面，其示出被配置用于遠程、獨立操作的閥門組合件和致動器；
[0020]圖8是圖5的雙管鉆柱的一部分的軸向橫截面，其示出定位在內(nèi)部流道內(nèi)且定位在開放位置中的止回閥組合件；和
[0021]圖9是圖8的雙管鉆柱和止回閥組合件的軸向橫截面，其示出處于關(guān)閉位置中的止回閥組合件。
【具體實施方式】
[0022]上述公開可在各種實例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和簡明的目的，且本身不規(guī)定所討論的各種實施方案和/或構(gòu)造之間的關(guān)系。此外，空間相對術(shù)語，諸如“下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”、“井口”、“井下”、“上游”、“下游”和類似術(shù)語可為了方便描述而在本文中用于描述如圖中所示的關(guān)系。空間相對術(shù)語旨在涵蓋除圖中描繪的定向以外的使用中或操作中的設(shè)備的不同定向。
[0023]圖1是根據(jù)實施方案的無隔水管雙管鉆柱鉆井系統(tǒng)10的部分橫截面的正視圖。參考圖1，鉆井系統(tǒng)10包括鉆機14，所述鉆機14可包括轉(zhuǎn)盤15、頂部驅(qū)動單元16、絞車17和在地表中鉆井筒所需的其它設(shè)備。
[0024]在圖1的實施方案中，鉆井系統(tǒng)10包括位于水體11的表面的海上平臺19。海上平臺19可為例如張力腿平臺、柱體式平臺、半潛式平臺或鉆井船。在其它實施方案中，本公開的鉆井系統(tǒng)可位于陸地上。
[0025]鉆機14可大致位于井口 20上方，在圖1的海上配置的情況下，所述井口 20位于水體11的海底處。鉆機14懸掛同心雙管鉆柱12，所述同心雙管鉆柱12向下延伸穿過水體11，穿過穿透井口 20形成的通道30，且延伸至被鉆的井筒32中。井筒32壁與雙管鉆柱12的外壁之間的環(huán)形區(qū)域界定井筒環(huán)空34。
[0026]井口 20理想地承載防噴器(BOP)組21，所述防噴器(BOP)組21可包括例如，閘板BOP 22、24和環(huán)形BOP 26。BOP 22、24、26包括用于容納鉆柱12的軸向通道23，且配置有閉合裝置，諸如剪切式、全封閉或管式閘板(在閘板BOP 22、24的情況下)或彈性體封隔器(在環(huán)狀BOP 26的情況下)以在緊急情況下關(guān)閉井筒32。BOP控制盒28可位于井口 20附近(例如在海底)用于BOP組21的冗余致動。液壓阻流管線27和壓井管線29也被理想地提供至BOP組21用于緊急井壓控制。
[0027]旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD) 40 (也被技術(shù)人員稱作旋轉(zhuǎn)控制頭、旋轉(zhuǎn)防噴器或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器)承載在BOP組21的頂部。RCD 40具有外殼41，所述外殼41具有穿透其中形成的用于容納鉆柱12的軸向通道42。如下文參考圖3更詳細討論，RCD 40包括可旋轉(zhuǎn)密封組合件43，所述可旋轉(zhuǎn)密封組合件43可例如包括一個或更多個彈性體密封元件和軸承組合件。密封組合件43形成鉆柱12的外壁與外殼41之間的動態(tài)密封，由此將井筒環(huán)空34與水體11流體隔離，同時允許鉆柱12軸向平移和旋轉(zhuǎn)。RCD 40可為主動或被動型裝置，且它也可采用環(huán)形BOP的形式。
[0028]水下液壓生產(chǎn)單元(HPU) 50也被提供在海底上，鄰近RCD 40。HPU 50經(jīng)由一個或更多個潤滑管道52流體耦合至RCD 40以選擇性地提供液壓潤滑至RCD 40的密封元件正上方和/或正下方的密封組合件43和/或鉆柱12的外部。具體地，可在鉆柱12被下鉆至井筒32中(包括鉆井操作)時，通過在密封元件的頂部上或附近提供潤滑劑以及在鉆柱12從井筒32起鉆時在密封元件的底部上或附近提供潤滑劑而實現(xiàn)適當(dāng)?shù)臐櫥PU 50可為閉合的循環(huán)系統(tǒng)，或它可能是例如，冒口潤滑系統(tǒng)。
[0029]在一個或更多個實施方案中，從水體11供應(yīng)的海水可被用作用于冷卻和潤滑RCD密封組合件43的潤滑劑。如果需要額外潤滑性，那么它可通過使用替代的潤滑流體或?qū)⒑Ｋc適當(dāng)?shù)奶砑觿?諸如環(huán)保清潔劑)混合而提供。這樣一種添加劑或潤滑劑可通過饋給管線53從水體11的表面或位于海底的罐54供應(yīng)給HPU 50。
[0030]RCD 40的密封元件可為在鉆井操作期間需替換的消耗品。因此，密封組合件43被優(yōu)選地設(shè)計為可從外殼42移除，且由鉆柱12帶至水體11的表面或從水體11的表面帶回。可移除夾具44抵抗井筒環(huán)空34的流體壓力將密封組合件43固定在RCD外殼42內(nèi)的適當(dāng)位置或抵著RCD外殼42固定。夾具44可包括可遠程操作的致動器45。在一個或更多個實施方案中，HPU 50可選擇性地操作RCD夾具44的致動器45。例如，致動器45可為液壓活塞-氣缸組合件或液壓電動機，且HPU 50可經(jīng)由液壓管道55流體耦合至致動器45。
[0031]圖2是概括用于替換密封組合件43的方法150的步驟的流程圖。參考圖1和圖2，在步驟152中，鉆柱12通過鉆機14抬高直至承載在鉆柱12的末端處的鉆頭212 (圖5)位于閉合裝置(即，BOP組21的閘板和/或環(huán)形封隔器)上方。
[0032]鉆柱12可包括在其末端上的BHA 210 (圖5)，所述BHA 210具有比密封組合件43的內(nèi)徑大的外徑。因此，密封組合件43可通過跨坐在BHA的頂部而接合且被帶至鉆機14 (并且?guī)Щ?。但是，如果它具有足夠大的外徑，那么由鉆柱12承載的任何運送構(gòu)件(包括鉆鋌、接頭或簡單地鉆頭212 (圖5))可替代BHA用于接合并且運送密封組合件43。
[0033]管狀間隔件60可根據(jù)需要被提供在BOP組21與RCD 40之間以在步驟154中容納BHA在最上方BOP井筒閉合裝置(例如，全封閉閘板)與RCD 40的密封元件的最下方部分之間的長度。額外結(jié)構(gòu)支撐件61可被提供為與管狀間隔件60對準以承載并且加固RCD40 ο