钻具解卡方法及解卡装置 |
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| 申请号 | CN201610390120.6 | 申请日 | 2016-06-03 | 公开(公告)号 | CN105952407A | 公开(公告)日 | 2016-09-21 |
| 申请人 | 中国石油天然气股份有限公司; | 发明人 | 黄雪琴; 孟庆昆; 胡贵; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种钻具解卡方法及解卡装置。钻具包括 钻杆 柱，该钻具解卡方法包括：获取钻具的卡点 位置 ；根据获取到的卡点位置将喷射装置下入到钻具内；通 过喷 射装置向钻具内注入热源；在停止注入热源后，通过喷射装置向钻具内注入冷源；判断钻具是否解卡，如果钻具没有解卡，重复上述注入热源以及注入冷源的步骤直至钻具解卡。该解卡方法改变了卡钻时单纯依靠活动钻具的单一处理方法，利用高温或低温改变卡点处的岩屑或掉 块 的 温度 差，使得岩屑或掉块因为温度差的原因而产生形变，进而改变其稳定堆积结构，加快卡点处堆积的岩屑或掉块的 变形 和破坏，从而实现钻井解卡作业。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钻具解卡方法，所述钻具包括钻杆柱，其特征在于，该钻具解卡方法包括： |
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| 说明书全文 | 钻具解卡方法及解卡装置技术领域[0001] 本发明涉及采油工艺，尤其涉及一种钻具解卡方法及解卡装置。 背景技术[0002] 油气钻井的过程中会出现卡钻现象。例如：井壁垮塌导致钻具被垮塌下来的岩石卡住而无法上提或下放；又例如：钻井过程中因岩屑无法及时携带至地面而在井下某一处集聚而将钻具卡住。 [0003] 现有技术中，如果遇到卡钻现象，操作人员一般会先大力活动钻具，如向上拉拔钻具、向下旋转钻具、震击钻具、倒划眼；同时增加排量大力冲洗，将卡点处的岩石逐步携出从而解卡。钻具解卡所需要的时间较长，钻具解卡的效率低。 [0004] 最后，在上述措施不成功的前提下采用爆炸松扣、套铣、回填侧钻的方式解除卡钻事故。如果采用爆炸松扣、套铣、回填侧钻的方式解除卡钻事故，还会造成钻具的损坏。 发明内容[0005] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钻具解卡方法及解卡装置以解决上述提到的问题中的至少一个。 [0006] 为了实现上述目的，本发明提供的一种钻具解卡方法，所述钻具包括钻杆柱，该钻具解卡方法包括： [0007] 获取钻具的卡点位置； [0008] 根据获取到的卡点位置将喷射装置下入到钻具内； [0009] 通过喷射装置向钻具内注入热源； [0010] 在停止注入热源后，通过喷射装置向钻具内注入冷源； [0011] 判断钻具是否解卡，如果钻具没有解卡，重复上述注入热源以及注入冷源的步骤直至钻具解卡。 [0012] 进一步的，获取钻具的卡点位置步骤包括： [0013] 对所述钻杆柱施加拉力F，获取在该拉力F下的钻杆柱的伸长量ΔL； [0014] 基于所述钻杆柱的伸长量ΔL和所述钻杆柱的弹性模量E获取钻杆柱被卡的总长L0。 [0015] 进一步的，基于钻杆柱的伸长量ΔL和钻杆柱的弹性模量E获取钻杆被卡的总长L0步骤包括： [0016] 基于 得到L0。 [0017] 进一步的，根据获取到的卡点位置将喷射装置下入到钻具内步骤包括： [0018] 将喷射装置放置在靠近卡点位置的钻具内。 [0019] 进一步的，将喷射装置放置在靠近卡点位置的钻具内步骤包括：将喷射装置放置在距离所述卡点位置0～2m之间处。 [0020] 进一步的，通过喷射装置向钻具内注入热源步骤包括：热源的注入量为1～5m3之间，在注入热源过程中，反复上提或下放所述喷射装置。 [0021] 进一步的，通过喷射装置向钻具内注入热源步骤与在停止注入热源后，通过喷射装置向钻具内注入冷源步骤之间还包括：静置0.5～2小时并反复上提或下放所述钻杆柱。 [0022] 进一步的，冷源的注入量为1～5m3之间，在注入冷源过程中，反复上提或下放所述喷射装置。 [0023] 进一步的，在停止注入热源后，通过喷射装置向钻具内注入冷源步骤，与判断钻具是否解卡步骤之间还包括：静置0.5～1小时并上提或下放所述钻杆柱。 [0025] 进一步的，所述冷源的温度为0℃以下，所述冷源包括钻井液和液氮中的至少一种。 [0026] 进一步的，判断钻具是否解卡，如果钻具没有解卡，重复上述注入热源以及注入冷源的步骤直至钻具解卡步骤包括：如果钻具解卡，提出解卡装置。 [0027] 进一步的，判断钻具是否解卡，如果钻具没有解卡，重复上述注入热源以及注入冷源的步骤直至钻具解卡的步骤包括：当钻具可以上下运动及旋转活动，判断为钻具解卡。 [0028] 进一步的，该解卡装置包括： [0029] 管柱，具有相对的上端和下端，所述管柱的下端能伸入钻具的空腔内； [0030] 热源注入装置，其能与所述管柱的上端连通； [0031] 冷源注入装置，其能与所述管柱的上端连通； [0032] 喷射装置，其设置在所述管柱的下端。 [0033] 上述的钻具解卡方法及解卡装置，其有益效果在于：该解卡方法改变了卡钻时单纯依靠活动钻具的单一处理方法，利用高温和低温增大卡点处的岩屑或掉块的温度差，使得岩屑或掉块因为温度差的原因而产生形变，进而改变其稳定堆积结构，加快卡点处堆积的岩屑或掉块的变形和破坏，从而实现钻井解卡作业。大大减少了解卡所需要的时间以及提高了解卡的效率。附图说明 [0035] 图2为本发明的实施例中的一种钻具解卡方法用装置的结构示意图； [0036] 图3为本发明的实施例中的喷射装置的结构示意图； [0037] 图4为钻具卡钻石岩屑或者掉块的示意图； [0038] 图5为本发明的实施例中钻杆柱的伸长示意图。 [0039] 以上附图说明：1、管柱；11、第一入口端；12、第二入口端；2、热源注入装置；3、冷源注入装置；4、喷射装置；41、喷射筒；411、通孔；42、丝堵；5、单向阀；6、钻杆柱；7、岩屑或掉块；8、井壁。 具体实施方式[0040] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0041] 参照图1所示，一种钻具的解卡方法，该钻具解卡方法包括以下步骤： [0042] S101：获取钻具的卡点位置； [0043] 在本步骤中，如图5所示，获取卡点的位置还包括：对所述钻杆柱6施加拉力F，获取在该拉力F下的钻杆柱6的伸长量ΔL；基于所述钻杆柱6的伸长量ΔL和所述钻杆柱6的弹性模量E获取钻杆柱6被卡的总长L0。 [0044] 更具体的，基于钻杆柱6的伸长量ΔL和钻杆柱6的弹性模量E获取钻杆柱6被卡的总长L0步骤包括： [0045] 基于 得到L0，其中，E为弹性模量。 [0046] 上述公式为胡克定律的实际应用，通过获取到钻杆柱6的伸长量ΔL和拉力F，得到钻杆柱6被卡的总长L0，进而确定卡点的位置，避免了使用其它复杂的方法或者设置对卡点位置的测量，大大减少了钻具解卡的成本和时间，同时也提高了钻具解卡的效率。但也不排除在实际的作业中，因为条件的限制而采用其他的测量方法，例如，声波测量等。 [0047] S102：根据获取到的卡点位置将喷射装置4下入到钻具内； [0048] 在本步骤中，在实际的解卡作业中，因为卡点的位置不同，因而管柱1的位置需要根据卡点的位置进行调整，进而使得当喷射装置4下入到钻具内时，喷射装置4的射流点能靠近钻具的卡点位置，进而保证喷射装置4注入到钻具内的热源或者冷源能迅速的和卡点位置的钻杆柱6以及卡在钻杆柱6外的岩石进行热交换，从而提高热利用率。具体的，解卡装置包括管柱1和喷射装置4，喷射装置4设置在管柱1的下端。喷射装置4可以高于或者低于卡点位置0～2m。 [0049] 在该步骤中，解卡装置的管柱1以及喷射装置4的外径尺寸不超过钻杆柱6的内径的2/3，例如，采用127mm的钻杆柱6时，所述管柱1的外径不超过85mm，使得喷射装置4以及管柱1能顺利的下入到钻具内，且向钻具内注入冷源或热源流体时，流体不受解卡装置的阻碍而在解卡装置内流动。 [0050] S103：通过喷射装置4向钻具内注入热源； [0051] 在该步骤中，热源的温度可以为150℃～400℃之间，所述热源包括钻井液和高温液态水中的至少一种。本申请不限于该实施例对热源的温度以及原料的限制，只要能满足实际的需求，都符合本发明的要求。 [0052] 解卡装置注入热源的注入量可以为1～5m3之间。具体的，热源的注入量可以与钻杆柱6的尺寸有关，钻杆柱6的尺寸较大时，为了增大热源的加热面，热源的注入量可以提高。单位时间的热源注入量提高后，因为钻杆柱6的截面积不变，进而可以提高热源的加热面，进而提高热源与钻杆柱6的换热效率。另外，热源的注入量还与设置在注入装置上的喷射装置4的孔径有关，孔径越大，注入量越大。 [0053] 热源注入的时间可以根据热源的注入量来确定，当将热源注入完毕时，从开始注入到注入完毕的时间为注入时间。 [0054] 热源的注入可以通过设置在地面上的热源泵送装置来实现，热源泵送装置包括提供热源以及将热源注入到解卡装置。 [0055] 在本实施方式中，通过喷射装置4向钻具内停止注入热源后，还包括步骤：静置0.5～2小时，在静置的过程中上提或下放所述钻杆柱6。静置0.5～2小时是为了能让热源流体完成与钻杆柱6以及围绕在钻杆柱6外的岩石更好的进行热交换。为了使注入到钻具内的热源的上下的温度分布均匀，在注入热源后可以上提或者下放喷射装置4，进而使热源产生上下的对流而使得热源的温度分布均匀。 [0056] 具体的，当开始向钻具内注入热源后，使得钻杆柱6受热膨胀，钻杆柱6的外径受热扩大。如图4所示，钻具卡点处的岩屑或掉块也会在高温热源的加热下受热膨胀，使得地层的井眼尺寸缩小；但因井下空间有限，必然在岩屑或掉块间产生较大的内应力，当内应力较大时可破坏卡钻开始时岩屑或掉块相对稳定的堆积结构，导致卡点处的岩屑或掉块重新排布，卡点上下端面的岩屑或掉块必然产生松动，卡点中部的岩屑或掉块由于受热后由于无法向上或向下运动，只能向井壁8挤压并相对稳定地嵌入到井壁8上，岩屑或掉块进而重新排布；静置0.5～2小时的目的也为了岩屑或掉块的结构进行重新排布。 [0057] S104：在停止注入热源后，通过喷射装置4向钻具内注入冷源； [0058] 在该步骤中，冷源的温度可以为0℃以下，所述热源包括钻井液和液氮中的至少一种。本申请不限于该实施例对冷源的温度以及原料的限制，只要能满足实际的需求，都符合本发明的要求。 [0059] 解卡装置注入冷源的注入量可以为1～5m3之间。具体的，冷源的注入量可以与钻杆柱6的尺寸有关，钻杆柱6的尺寸较大时，为了增大冷源的热交换面，冷源的注入量可以提高。单位时间的冷源注入量提高后，因为钻杆柱6的截面积不变，进而可以提高冷源的热交换面，进而提高冷源与钻杆柱6的热交换效率。另外，冷源的注入量还与设置在注入装置上的喷射装置4的孔径有关，孔径越大，注入量越大。 [0060] 冷源的注入时间以冷源注入完毕来计算，当冷源注入完毕时，冷源开始注入到注入完毕的时间为注入时间。 [0061] 冷源可以通过设置在地面的冷源注入装置3来实现，冷源注入装置3可以包括提供冷源以及将冷源注入到解卡装置。 [0062] 在本实施方式中，通过喷射装置4向钻具内注入冷源步骤与在停止注入冷源后，还包括步骤：静置0.5～2小时后，上提或下放所述钻杆柱6。静置0.5～2小时是为了能让冷源流体与钻杆柱6以及围绕在钻杆柱6外的岩石更好的进行热交换。为了使注入到钻具内的冷源上下的温度分布均匀，在注入冷源后可以上提或者下放喷射装置4，进而使冷源产生对流而使得冷源的温度分布均匀。 [0063] 当向被卡的钻具中注入冷源后，使得卡点处的钻杆柱6、地层、岩屑或掉块受到冷源的热传递的作用而瞬间冷缩，体积缩小，一方面增加钻杆柱6与岩屑或掉块之间的间隙，另一方面，岩屑或掉块冷缩或者体积缩小会使其内部稳定的堆积结构遭到破坏，部分岩屑或掉块会产生松动，再配合上下活动钻具，可实现破坏卡钻处稳定的岩屑或掉块，从而实现钻具解卡。 [0064] 在本实施例中，在注入冷源前还注入了热源。地层、岩屑或掉块被加热到较高的温度后又受到温度较低的流体的作用，使得地层、岩屑或掉块前后的温度差变大，进而使得地层、岩屑或掉块的收缩量更大，更容易实现钻具的解卡。 [0065] S105：判断钻具是否解卡，如果钻具没有解卡，重复上述注入热源以及注入冷源的步骤直至钻具解卡。具体的，当钻具能上下以及旋转运动，则意味着钻具解卡，否则，钻具未解卡。 [0066] 在本实施例中，如果钻杆柱6不能上提或者下放，则意味着钻杆柱6还处于卡钻的状态，则主要重复S103以及S104的步骤。 [0067] 另外，判断钻具是否解卡，如果钻具没有解卡，重复上述注入热源以及注入冷源的步骤直至钻具解卡步骤包括：如果钻具解卡，提出解卡装置。 [0068] 上述的钻具解卡方法，该解卡方法改变了卡钻时单纯依靠活动钻具的单一处理方法，利用高温和低温增大卡点处的岩屑或掉块的温度差，使得岩屑或掉块因为温度差的原因而产生形变，进而改变其稳定堆积结构，加快卡点处堆积的岩屑或掉块的变形和破坏，从而实现钻井解卡作业。大大减少了解卡所需要的时间以及提高了解卡的效率。 [0069] 另外，该解卡方法避免了使用爆炸松扣、套铣、回填侧钻的方式解除卡钻的事故，进而避免了解卡时对钻具的损坏。 [0070] 本申请还提供了一种钻具解卡方法用装置，参照图2所示，该解卡装置包括： [0071] 管柱1，具有相对的上端和下端，所述管柱1的下端能伸入钻具的空腔内；热源注入装置2，其能与所述管柱1的上端连通；冷源注入装置3，其能与所述管柱1的上端连通；喷射装置4，其设置在所述管柱1的下端。 [0072] 该解卡装置是上述钻具解卡方法配合使用的装置，通过热源注入装置2以及冷源注入装置3向被卡的钻具内注入高温或低温流体，进而改变卡点处的岩屑或掉块的稳定堆积结构以及温度差，加快卡点处堆积的岩屑或掉块的变形和破坏，从而实现钻井解卡作业。大大减少了解卡所需要的时间以及提高了解卡的效率。同时，该装置结构简单，使得作业流程较为方便，易于现场的操作。 [0073] 在本实施方式中，参照图2和图3所示，管柱1可以选择为一根长度大于或者短于钻井卡点位置的连续性管材。大于小于的长度可以为0～2m，本申请不对此作限制。连续性管材可以为具有一定屈曲度的连续油管，也可以由等外径的管柱1通过螺纹连接方式连接形成一根长度大于卡点井深的管材。在一个优选的实施方式中，为了作业时在钻杆柱6中建立冷热源介质的循环通道，进而使得注入到热源以及冷源能在钻杆柱6内流动，实现热源或冷源与钻杆柱6和地层的热传递。所述的管柱1的外径尺寸不超过钻井作业时钻杆柱6内径的2/3,如采用127mm的钻杆柱6时，所述的管柱1的外径不超过85mm。 [0074] 在本实施方式中，参照图2所示，第一入口端11和第二入口端12可以先并列的设置在管柱1上，管柱1再与管柱1相连通，进而使得第一入口端11和第二入口端12能与管柱1连通。 [0075] 第一入口端11可以与热源注入装置2相连接，热源注入装置2可以包括热源供给装置以及将热源注入到管柱1内的注入泵。热源供给装置内可以设置有加热装置，继而能将修井液或者水进行加热。在其它的实施方式中，热源供给装置上可以不设置加热装置而设置有能储存在外部加热过后的热源的储存罐。本申请不对热源供给装置作具体的限制。 [0076] 在一个优选的实施方式中，为了防止向管柱1中注入热源时或者注入完毕时热源的回流，第一入口端11和热源注入装置2之间设置有单向阀5。 [0077] 第二入口端12可以与冷源注入装置3相连接，冷源注入装置3可以包括冷源供给装置以及将冷源注入到管柱1内的注入泵。冷源供给装置内可以设置有制冷装置，继而能将水进行制冷。在其它的实施方式中，冷源供给装置上可以不设置制冷而设置有能储存在外部液氮的储存罐。本申请不对冷源供给装置作具体的限制。在一个优选的实施方式中，为了防止向管柱1中注入冷源时或者注入完毕时冷源的回流，第二入口端12和冷源注入装置3之间设置有单向阀5，防止冷源的回流。 [0078] 在本实施方式中，管柱1的下端设置有喷射装置4。具体的，喷射装置4可以包括一喷射筒41。喷射筒41可以为一金属圆筒，本申请不对喷射筒41作具体的限制。喷射筒41的上端与管柱1的下端相连接，连接方式可以为螺纹连接。喷射筒41的下端可以通过丝堵42进行封堵。在另外的一个实施例中，如果喷射筒41的下端是封闭的，可以不需要丝堵42进行封堵。喷射筒41的下端开口的好处在于：如果管柱1或者喷射装置4内发生堵塞时，可以不用将喷射装置4拆除而直接将丝堵42拆除而对管柱1或者喷射装置4内的堵塞物进行清理。 [0079] 在一个优选的实施方式中，喷射装置4的外径与管柱1的外径相同，即喷射装置4的外径尺寸不超过钻井作业时钻杆柱6内径的2/3。喷射装置4的环形壁在径向方向上分布有一定量的通孔411。为了使注入的热源或者冷源能集中的与卡点的位置进行热交换，通孔411纵向的分布长度可以为1m～2m之间。通孔411的直径尺寸可以为2～8mm之间。本申请不对通孔411的直径作具体的限制，其可以根据喷射装置4的外径的大小作相应调整，外径越大，所述的通孔411的外径可以适当增加。 [0080] 更优选的，所述的通孔411在喷射装置4上分布可以呈一定的规律性，如径向方向对称分布、轴向对称分布、螺旋形分布等，也可以无明显规律性的随机分布。为确保冷源流体或者热源流体在钻杆柱6环内的空腔中的热传递均匀，喷射装置4的圆周方向不同的方位上均有所述的通孔411分布。可选的，在同一个径向平面内开2个孔，孔的中心线在同一直线上；同一径向平面内的2个孔中心线与相邻另一径向平面内的2个孔中心线互相垂直。所述的通孔411的分布的纵向长度一般可以在1m～2m范围内。 [0081] 在一个优选的实施方式中，管柱1的下端与喷射装置4之间可以设置有单向阀5，单向阀5可以满足冷热源流体向下通过，但不满足流体向上通过，进而防止钻具内的流体从所述的管柱1中反向喷出，保证冷热源流体在钻杆柱6中的循环。 |
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