一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及方法
专利汇可以提供一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 预防 高压盐 水 层上部水敏性 地层 垮塌的安全钻井系统，它包括井口设备、井内钻具、第一注入管线、第二注入管线、第一返出管线和第二返出管线；它还公开了钻井方法，特点是在钻遇高压盐水层后，通过第一注入管线向井眼环空注入重泥浆，形成重泥浆帽，使环空液柱压 力 平衡高压盐水 层压 力，此时 钻柱 内液柱压力小于高压盐水层压力，在高压盐水层自身压力作用下，盐水经 钻头 水眼、钻柱内返出，防止盐水经环空上返 接触 井壁。在此过程中可继续钻进，返出的高压盐水携带岩屑返出井口。本发明的有益效果是：避免盐水进入环空造成泥岩水化膨胀而导致井壁垮塌，提高综合效率，设备改造简单，工艺切换方便。，下面是一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，其特征在于：它包括井
口设备、井内钻具、第一注入管线、第二注入管线、第一返出管线和第二返出管线；所述井口设备包括设置于井口的钻井四通（39），所述钻井四通（39）的顶部顺次设置有闸板防喷器（38）和旋转防喷器（37），钻井四通（39）的左端口处连接有压井管汇（35），钻井四通（39）的另一端口处顺次连接有三通接头I（27）、平板阀A（28）和节流管汇（29）；所述井内钻具包括设置于井内且由下往上依次连接的正反循环两用钻头（43）、电阻率测量短节（42）、钻铤（41）、钻杆（40）、钻柱旋塞阀（44）和顶驱（19）；所述第一注入管线包括顺次连接的泥浆泵（1）、三通接头II（4）、平板阀B（5）、高压管汇I（6）、高压软管I（7）、平板阀C（8）和旋转防喷器（37）；所述第二注入管线包括顺次连接的泥浆泵（1）、三通接头II（4）、平板阀D（11）、高压管汇II（12）、立管I（13）、平板阀E（14）、三通接头III（15）、水龙带（18）和顶驱（19）；所述第一返出管线包括顺次连接的顶驱（19）、水龙带（18）、三通接头III（15）、平板阀F（20）、立管II（21）、三通接头Ⅳ（22）、平板阀G（23）、排砂管线（24）、振动筛（3）和泥浆罐（2）；所述第二返出管线包括顺次连接的钻井四通（39）、三通接头I（27）、高压软管II（26）、平板阀H（25）、三通接头Ⅳ（22）、平板阀G（23）、排砂管线（24）、振动筛（3）和泥浆罐（2）。
2.根据权利要求1所述的一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，
其特征在于：所述钻井四通（39）的右端口与三通接头I（27）之间顺次连接有流量计I（32）和压力表I（31）。
3.根据权利要求1所述的一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，
其特征在于：所述旋转防喷器（37）与平板阀C（8）之间顺次连接有流量计II（10）和压力表II（9）。
4.根据权利要求1所述的一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，
其特征在于：所述水龙带（18）与三通接头III（15）之间顺次连接有流量计III（17）和压力表III（16）。
5.根据权利要求1所述的一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，
其特征在于：该安全钻井系统还包括辅助设备，所述辅助设备包括地面管线II（36）、液气分离器（46）和地面管线I（30），所述地面管线II（36）连接于泥浆泵（1）和压井管汇（35）之间，节流管汇（29）上顺次连接有地面管线I（30）和液气分离器（46）。
6.根据权利要求1所述的一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统，
其特征在于：所述钻井四通（39）的右端口与流量计I（32）之间连接有平板阀II（33），所述钻井四通（39）的左端口与压井管汇（35）之间连接有平板阀I（34）。
7.根据权利要求1 6中任意一项所述安全钻井系统预防高压盐水层上部水敏性地层垮
~
塌的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、常规钻进模式，具体包括以下步骤：
S11、关闭平板阀I（34），打开平板阀II（33）；
S12、关闭平板阀A（28）、平板阀B（5）、平板阀C（8）和平板阀F（20）；打开平板阀D（11）、平板阀E（14）、平板阀H（25）和平板阀G（23），即保持第二注入管线和第二返出管线畅通的条件下，利用钻头（43）进行常规正循环钻进；
S13、通过电阻率测量短节（42）实时监测近钻头（43）的电阻率，若电阻率减小，则说明钻头（43）正在钻遇高压盐水层，此时关闭平板阀E（14）和平板阀H（25），停止循环钻进，并记录压力表III（16）上所显示的压力，结合钻井液密度求出高压盐水层压力；
S2、由常规钻进模式到防垮塌钻进模式，具体包括以下步骤：
S21、关闭平板阀II（33），打开平板阀A（28）、平板阀B（5）、平板阀C（8）、平板阀F（20）、平板阀H（25）；关闭平板阀D（11）和平板阀G（23）；
S22、根据高压盐水层压力、钻井液密度和储备重浆密度，计算出平衡高压盐水层压力所需的环空重泥浆帽高度和重泥浆量；
S23、打开泥浆泵（1），隔离液和重泥浆均顺次通过泥浆泵（1）、三通接头II（4）、平板阀B（5）、高压管汇I（6）、高压软管I（7）、平板阀C（8）、旋转防喷器（37）注入到井眼（45）环空内，在环空泥浆帽与钻井液液柱压力平衡高压盐水层压力后，关闭泥浆泵（1）；
S24、钻柱内钻井液液柱压力小于高压盐水层压力，大量盐水经钻头（43）水眼进入钻柱内，盐水顺次通过钻铤（41）、钻杆（40）内眼返出井口，返出的盐水顺次经顶驱（19）、水龙带（18）、三通接头III（15）、平板阀F（20）、立管II（21）、三通接头Ⅳ（22）、平板阀H（25）、高压软管II（26）、三通接头I（27）、平板阀A（28）进入节流管汇（29）内，通过节流管汇（29）上的节流阀控制井口压力和高压盐水返排流量；
S3、由防垮塌钻进模式到接单根模式，具体包括以下步骤：
S31、停止钻进，上提井内钻具，钻柱旋塞阀（44）露出钻台面且坐吊卡于钻台面上；
S32、关闭节流管汇（29）节流阀，记录压力表III（16）上显示的压力值，关闭钻柱旋塞阀（44），地面管线I（30）和地面管线II（36）泄压；
S33、从旋塞阀（44）顶部卸扣，接上另一根顶端带钻柱旋塞阀（44）的钻柱，接上顶驱（19），打开平板阀D（11）和平板阀E（14），关闭平板阀B（5）和平板阀F（20），打开泥浆泵（1），当压力表III（16）上所显示压力增大至之前记录压力时，关闭泥浆泵（1），打开钻柱旋塞阀（44）；
S34、关闭平板阀D（11）和平板阀E（14），打开平板阀B（5）和平板阀F（20），地面管线I（30）和地面管线II（36）泄压，调节节流管汇（29）上节流阀的开度，继续防垮塌钻进；
S4、由防垮塌钻进模式到起钻模式，具体包括以下步骤：
S41、停止钻进，上提井内钻具，待井内岩屑返排完后，关闭节流管汇（29）上的节流阀，记录压力表III（16）上显示压力，并关闭钻柱旋塞阀（44）；
S42、打开平板阀D（11）、平板阀E（14）和平板阀II（33）；关闭平板阀B（5）、平板阀C（8）、平板阀F（20）和平板阀H（25）；
S43、打开泥浆泵（1），重泥浆顺次通过泥浆泵（1）、三通接头II（4）、平板阀D（11）、高压管汇II（12）、立管I（13）、平板阀E（14）、三通接头III（15）、水龙带（18）和顶驱（19）注入到钻柱，返出钻井液经平板阀II（33）、三通接头I（27）、平板阀A（28）、节流管汇（29）、液气分离器（46）、振动筛（3）进入泥浆罐（2）内，当钻柱内液注压力平衡高压盐水层压力时，关闭泥浆泵（1）；当压力表III（16）上显示压力值为零时，关闭节流管汇（29）上的节流阀和平板阀A（28）；
S44、利用旋转防喷器（37）进行环空带压起钻作业，起钻至套管内一定位置后，打开节流管汇（29）上的节流阀和平板阀A（28），通过顶驱（19）继续注入重泥浆，使钻头（43）位置之上、井筒里钻柱内外全被重泥浆充满，以平衡高压盐水层压力，关闭泥浆泵（1），从而完成后续进行起钻作业；
S5、下钻模式，具体包括以下步骤：
S51、关闭钻井四通平板阀I（34）和平板阀II（33），打开平板阀A（28）、平板阀B（5）、平板阀C（8）、平板阀F（20）、平板阀H（25）；关闭平板阀D（11）、平板阀E（14）和平板阀G（23）；
S52、正常下钻，钻头到井底后，打开泥浆泵（1），钻井液顺次通过泥浆泵（1）、三通接头II（4）、平板阀B（5）、高压管汇I（6）、高压软管I（7）、平板阀C（8）和旋转防喷器（37）注入到井眼（45）环空内，返出的流体顺次经顶驱（19）、水龙带（18）、三通接头III（15）、平板阀F（20）、立管II（21）、三通接头Ⅳ（22）、平板阀H（25）、高压软管II（26）、三通接头I（27）、平板阀A（28）、节流管汇（29）、液气分离器（46）和振动筛（3）进入泥浆罐（2）内；
S53、待井内所有重泥浆返出后，重复步骤S2以进行防垮塌钻进。
8.根据权利要求7所述的所述安全钻井系统预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的方
法，其特征在于：所述步骤S24中，即排盐水过程中可继续钻进，返排的高压盐水携带岩屑经钻柱内返出井底。
一种预防高压盐水层上部水敏性地层垮塌的安全钻井系统及
方法
技术领域
背景技术
排盐水过程中，随着盐水在环空上返，与上部裸眼井壁水敏性泥岩接触，泥岩水化膨胀无法避免，仍然存在井壁失稳、井眼垮塌风险；排盐水时无法钻进，消耗大量时间，增加钻井成本。
发明内容
S11、关闭平板阀I，打开平板阀II；
S12、关闭平板阀A、平板阀B、平板阀C和平板阀F；打开平板阀D、平板阀E、平板阀H和平板阀G，即保持第二注入管线和第二返出管线畅通的条件下，利用钻头进行常规正循环钻进；
S13、通过电阻率测量短节实时监测近钻头的电阻率，若电阻率减小，则说明钻头正在钻遇高压盐水层，此时关闭平板阀E和平板阀H，停止循环钻进，并记录压力表III上所显示的压力，结合钻井液密度求出高压盐水层压力；
S2、由常规钻进模式到防垮塌钻进模式，具体包括以下步骤：
S21、关闭平板阀II，打开平板阀A、平板阀B、平板阀C、平板阀F、平板阀H；关闭平板阀D和平板阀G；
S22、根据高压盐水层压力、钻井液密度和储备重浆密度，计算出平衡高压盐水层压力所需的环空重泥浆帽高度和重泥浆量；
S23、打开泥浆泵，隔离液和重泥浆均顺次通过泥浆泵、三通接头II、平板阀B、高压管汇I、高压软管I、平板阀C、旋转防喷器注入到井眼环空内，在环空泥浆帽与钻井液液柱压力平衡高压盐水层压力后，关闭泥浆泵；
S24、钻柱内钻井液液柱压力小于高压盐水层压力，大量盐水经钻头水眼进入钻柱内，盐水顺次通过钻铤、钻杆内眼返出井口，返出的盐水顺次经顶驱、水龙带、三通接头III、平板阀F、立管II、三通接头Ⅳ、平板阀H、高压软管II、三通接头I、平板阀A进入节流管汇内，通过节流管汇上的节流阀控制井口压力和高压盐水返排流量；
S3、由防垮塌钻进模式到接单根模式，具体包括以下步骤：
S31、停止钻进，上提井内钻具，钻柱旋塞阀露出钻台面且坐吊卡于钻台面上；
S32、关闭节流管汇节流阀，记录压力表III上显示的压力值，关闭钻柱旋塞阀，地面管线I和地面管线II泄压；
S33、从旋塞阀顶部卸扣，接上另一根顶端带钻柱旋塞阀的钻柱，接上顶驱，打开平板阀D和平板阀E，关闭平板阀B和平板阀F，打开泥浆泵，当压力表III上所显示压力增大至之前记录压力时，关闭泥浆泵，打开钻柱旋塞阀；
S34、关闭平板阀D和平板阀E，打开平板阀B和平板阀F，地面管线I和地面管线II泄压，调节节流管汇上节流阀的开度，继续防垮塌钻进；
S4、由防垮塌钻进模式到起钻模式，具体包括以下步骤：
S41、停止钻进，上提井内钻具，待井内岩屑返排完后，关闭节流管汇上的节流阀，记录压力表III上显示压力，并关闭钻柱旋塞阀；
S42、打开平板阀D、平板阀E和平板阀II；关闭平板阀B、平板阀C、平板阀F和平板阀H；
S43、打开泥浆泵，重泥浆顺次通过泥浆泵、三通接头II、平板阀D、高压管汇II、立管I、平板阀E、三通接头III、水龙带和顶驱注入到钻柱，返出钻井液经平板阀II、三通接头I、平板阀A、节流管汇、液气分离器、振动筛进入泥浆罐内，当钻柱内液注压力平衡高压盐水层压力时，关闭泥浆泵；当压力表III上显示压力值为零时，关闭节流管汇上的节流阀和平板阀A；
S44、利用旋转防喷器进行环空带压起钻作业，起钻至套管内一定位置后，打开节流管汇上的节流阀和平板阀A，通过顶驱继续注入重泥浆，使钻头位置之上、井筒里钻柱内外全被重泥浆充满，以平衡高压盐水层压力，关闭泥浆泵，从而完成后续进行起钻作业；
S5、下钻模式，具体包括以下步骤：
S51、关闭钻井四通平板阀I和平板阀II，打开平板阀A、平板阀B、平板阀C、平板阀F、平板阀H；关闭平板阀D、平板阀E和平板阀G；
S52、正常下钻，钻头到井底后，打开泥浆泵，钻井液顺次通过泥浆泵、三通接头II、平板阀B、高压管汇I、高压软管I、平板阀C和旋转防喷器注入到井眼环空内，返出的流体顺次经顶驱、水龙带、三通接头III、平板阀F、立管II、三通接头Ⅳ、平板阀H、高压软管II、三通接头I、平板阀A、节流管汇、液气分离器和振动筛进入泥浆罐内；
S53、待井内所有重泥浆返出后，重复步骤S2以进行防垮塌钻进。
2、本发明通过钻柱内返出地层盐水，防止进入井筒的盐水与裸眼井壁接触，解决高压盐水侵入井筒造成的钻井液性能恶化、水敏性裸眼地层井壁垮塌等问题，减少高压盐水层钻井事故复杂；
3、本发明通过钻柱内返出地层盐水，返排地层高压盐水的同时，可同时进行钻进，提高钻井综合时效，降低作业成本。
附图说明
图3 为高压盐水在井内的流动示意图；
图中，1-泥浆泵，2-泥浆罐，3-振动筛，4-三通接头II，5-平板阀B，6-高压管汇I，7-高压软管I，8-平板阀C，9-压力表II，10-流量计II，11-平板阀D，12-高压管汇II，13-立管I，14-平板阀E，15-三通接头III，16-压力表III，17-流量计III，18-水龙带，19-顶驱，20-平板阀F，21-立管II，22-三通接头Ⅳ，23-平板阀G，24-排砂管线，25-平板阀H，26高压软管II，27-三通接头I，28-平板阀A，29-节流管汇，30-地面管线I，31-压力表I，32-流量计I，33-钻井四通平板阀II，34-钻井四通平板阀I，35-压井管汇，36-地面管线II，37-旋转防喷器，38-闸板防喷器，39-钻井四通，40-钻杆，41-钻铤，42-电阻率测量短节，43正反循环两用钻头，44-钻柱旋塞阀，45-井，46-液气分离器。
具体实施方式
设备、井内钻具、第一注入管线、第二注入管线、第一返出管线和第二返出管线。
S11、关闭平板阀I34，打开平板阀II33；
S12、关闭平板阀A28、平板阀B5、平板阀C8和平板阀F20；打开平板阀D11、平板阀E14、平板阀H25和平板阀G23，即保持第二注入管线和第二返出管线畅通的条件下，利用钻头43进行常规正循环钻进；
S13、通过电阻率测量短节42实时监测近钻头43的电阻率，若电阻率减小，则说明钻头
43正在钻遇高压盐水层，此时关闭平板阀E14和平板阀H25，停止循环钻进，并记录压力表III16上所显示的压力，结合钻井液密度求出高压盐水层压力；
S2、由常规钻进模式到防垮塌钻进模式，具体包括以下步骤：
S21、关闭平板阀II33，打开平板阀A28、平板阀B5、平板阀C8、平板阀F20、平板阀H25；关闭平板阀D11和平板阀G23；
S22、根据高压盐水层压力、钻井液密度和储备重浆密度，计算出平衡高压盐水层压力所需的环空重泥浆帽高度和重泥浆量；
S23、打开泥浆泵1，隔离液和重泥浆均顺次通过泥浆泵1、三通接头II4、平板阀B5、高压管汇I6、高压软管I7、平板阀C8、旋转防喷器37注入到井眼45环空内，在环空泥浆帽与钻井液液柱压力平衡高压盐水层压力后，关闭泥浆泵1；
S24、钻柱内钻井液液柱压力小于高压盐水层压力，大量盐水经钻头43水眼进入钻柱内，盐水顺次通过钻铤41、钻杆40内眼返出井口，返出的盐水顺次经顶驱19、水龙带18、三通接头III15、平板阀F20、立管II21、三通接头Ⅳ22、平板阀H25、高压软管II26、三通接头I27、平板阀A28进入节流管汇29内，通过节流管汇29上的节流阀控制井口压力和高压盐水返排流量；
S3、由防垮塌钻进模式到接单根模式，具体包括以下步骤：
S31、停止钻进，上提井内钻具，钻柱旋塞阀44露出钻台面且坐吊卡于钻台面上；
S32、关闭节流管汇29节流阀，记录压力表III16上显示的压力值，关闭钻柱旋塞阀44，地面管线I30和地面管线II36泄压；
S33、从旋塞阀44顶部卸扣，接上另一根顶端带钻柱旋塞阀44的钻柱，接上顶驱19，打开平板阀D11和平板阀E14，关闭平板阀B5和平板阀F20，打开泥浆泵1，当压力表III16上所显示压力增大至之前记录压力时，关闭泥浆泵1，打开钻柱旋塞阀44；
S34、关闭平板阀D11和平板阀E14，打开平板阀B5和平板阀F20，地面管线I30和地面管线II36泄压，调节节流管汇29上节流阀的开度，继续防垮塌钻进；
S4、由防垮塌钻进模式到起钻模式，具体包括以下步骤：
S41、停止钻进，上提井内钻具，待井内岩屑返排完后，关闭节流管汇29上的节流阀，记录压力表III16上显示压力，并关闭钻柱旋塞阀44；
S42、打开平板阀D11、平板阀E14和平板阀II33；关闭平板阀B5、平板阀C8、平板阀F20和平板阀H25；
S43、打开泥浆泵1，重泥浆顺次通过泥浆泵1、三通接头II4、平板阀D11、高压管汇II12、立管I13、平板阀E14、三通接头III15、水龙带18和顶驱19注入到钻柱，返出钻井液经平板阀II33、三通接头I27、平板阀A28、节流管汇29、液气分离器46、振动筛3进入泥浆罐2内，当钻柱内液注压力平衡高压盐水层压力时，关闭泥浆泵1；当压力表III16上显示压力值为零时，关闭节流管汇29上的节流阀和平板阀A28；
S44、利用旋转防喷器37进行环空带压起钻作业，起钻至套管内一定位置后，打开节流管汇29上的节流阀和平板阀A28，通过顶驱19继续注入重泥浆，使钻头43位置之上、井筒里钻柱内外全被重泥浆充满，以平衡高压盐水层压力，关闭泥浆泵1，从而完成后续进行起钻作业；
S5、下钻模式，具体包括以下步骤：
S51、关闭钻井四通平板阀I34和平板阀II33，打开平板阀A28、平板阀B5、平板阀C8、平板阀F20、平板阀H25；关闭平板阀D11、平板阀E14和平板阀G23；
S52、正常下钻，钻头到井底后，打开泥浆泵1，钻井液顺次通过泥浆泵1、三通接头II4、平板阀B5、高压管汇I6、高压软管I7、平板阀C8和旋转防喷器37注入到井眼45环空内，返出的流体顺次经顶驱19、水龙带18、三通接头III15、平板阀F20、立管II21、三通接头Ⅳ22、平板阀H25、高压软管II26、三通接头I27、平板阀A28、节流管汇29、液气分离器46和振动筛3进入泥浆罐2内；
S53、待井内所有重泥浆返出后，重复步骤S2以进行防垮塌钻进。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 钻屑收集及除尘装置 | 2020-05-08 | 82 |
| 一种机械加工用高效钻孔机 | 2020-05-08 | 539 |
| 一种家具加工制造厂用木板钻孔机 | 2020-05-08 | 296 |
| 一种夹持稳定的钻削加工刀具 | 2020-05-11 | 454 |
| 用于月壤水分提取的一体化取样机构及月壤水分提取方法 | 2020-05-08 | 875 |
| 一种带导流刀面的钻咀 | 2020-05-08 | 882 |
| 一种变速箱齿轮开孔装置 | 2020-05-08 | 181 |
| 一种钻攻机自刮屑式导轨 | 2020-05-08 | 48 |
| 一种麻花钻 | 2020-05-08 | 828 |
| 一种新型钻床用碎屑收集装置 | 2020-05-08 | 158 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
