一种增强连续油管钻井水平延伸能力的管柱结构

摘要

本发明涉及油气开发钻井技术领域，特别涉及一种增强连续油管钻井水平延伸能力的管柱结构。该装置的随钻测量组件上端连接钻压自动控制短节，钻压自动控制短节与随钻测量组件通讯并能够自动控制钻压；钻压自动控制短节上端连接井下旋转动力装置，井下旋转动力装置能够产生转动扭矩驱动下部管柱旋转钻进，井下旋转动力装置需要定向时能够接收随钻测量组件的控制指令并停止扭矩输出。本发明实现了使连续油管钻井的高刚度管柱部分具有复合钻进能力和自牵引驱动能力，精确控制钻头获得稳定的钻压，减少连续油管螺旋弯曲效应和水平段岩屑沉积，减阻降摩，大幅度增强连续油管钻井的水平延伸能力。

说明书

技术领域：

本发明涉及油气开发钻井技术领域，特别涉及一种增强连续油管钻井水平延伸能力的管柱结构。

背景技术：

近年来连续油管钻井技术已用于侧钻井、侧钻水平井和欠平衡条件下钻井，由于可连续起下不需要接单根作业，因此具有较高的钻井效率和井控安全性，减轻了劳动强度，降低了钻井成本。连续油管钻井与常规钻井技术相比具有以下三方面特殊性：一、常规钻井除定向段外，稳斜钻进均采用复合钻进或转盘钻进以便获得较高的机械钻速。而对于连续油管钻井而言，由于连续油管无法直接传递转动扭矩，目前整个钻进过程中均为滑动钻进，钻井效率低。二、大位移或长水平段钻进时常规钻井采用倒装钻具的重量或顶驱产生轴向驱动钻压，而连续油管具有较大的柔性，易产生螺旋弯曲，无法从地面或采用倒装钻具产生钻压，水平钻进时钻压传递困难且不稳定。三、常规钻井长水平段复合钻进时由于管柱旋转岩屑反排相对容易，不易沉积。而连续油管滑动钻进长水平段时岩屑易堆积，形成岩屑床。以上三方面因素制约了连续油管钻井的水平延伸能力。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种增强连续油管钻井水平延伸能力的管柱结构，该装置实现了使连续油管钻井的高刚度管柱部分具有复合钻进能力和自牵引驱动能力，精确控制钻头获得稳定的钻压，减少连续油管螺旋弯曲效应和水平段岩屑沉积，减阻降摩，大幅度增强连续油管钻井的水平延伸能力。克服了现有连续油管钻井易产生螺旋弯曲，岩屑易堆积，水平延伸能力差的不足。

本发明所采取的技术方案是：一种增强连续油管钻井水平延伸能力的管柱结构，包括钻头、动力钻具、随钻测量组件和连续油管，钻头上端连接动力钻具，动力钻具上端连接随钻测量组件；随钻测量组件上端连接钻压自动控制短节，钻压自动控制短节与随钻测量组件通讯并能够自动控制钻压；钻压自动控制短节上端连接井下旋转动力装置，井下旋转动力装置能够产生转动扭矩驱动下部管柱旋转钻进，井下旋转动力装置需要定向时能够接收随钻测量组件的控制指令并停止扭矩输出；井下旋转动力装置上端连接管柱推进器，管柱推进器能够以井壁或套管壁为支点推动前部刚性管柱并牵引连续油管使连续油管处于受拉状态，管柱推进器能够与随钻测量组件及钻压自动控制短节通讯并能够自动调节推进的力和移动位移大小；管柱推进器上端连接应急安全短节，应急安全短节能够实现上部管柱与下部管柱的脱离和再连接，应急安全短节上端连接连续油管；此管柱结构上连接有若干个自旋转多功能短节，自旋转多功能短节由滚动扶正机构和旋转外套构成，旋转外套能够依靠管柱内液力或者电力驱动旋转。

管柱推进器由多点复合步进式支撑臂或滚动接触机构组成。

本发明的有益效果是：本发明实现了使连续油管钻井的高刚度管柱部分具有复合钻进能力和自牵引驱动能力，精确控制钻头获得稳定的钻压，减少连续油管螺旋弯曲效应和水平段岩屑沉积，减阻降摩，大幅度增强连续油管钻井的水平延伸能力。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式：

如图1所示，一种增强连续油管钻井水平延伸能力的管柱结构，包括钻头1、动力钻具2、随钻测量组件3和连续油管9，钻头1上端连接动力钻具2，动力钻具2上端连接随钻测量组件3；随钻测量组件3上端连接钻压自动控制短节4，钻压自动控制短节4与随钻测量组件3通讯并能够自动控制钻压，并保持相对恒定，确保钻头1在合适的钻压条件下快速钻进。

钻压自动控制短节4上端连接井下旋转动力装置6，井下旋转动力装置6能够产生类似地面转盘的转动扭矩，驱动下部管柱旋转进而产生复合钻进作用，井下旋转动力装置6需要定向时能够接收随钻测量组件3的控制指令并停止扭矩输出，井下旋转动力装置6使该部分管柱具有复合钻进功能。

井下旋转动力装置6上端连接管柱推进器7，管柱推进器7由多点复合步进式支撑臂或滚动接触机构组成。管柱推进器7能够以井壁或套管壁为支点推动前部刚性管柱并牵引连续油管9使连续油管9处于受拉状态，减少或避免连续油管9螺旋弯曲，管柱推进器7能够与随钻测量组件3及钻压自动控制短节4通讯并能够自动调节推进的力和移动位移大小。

管柱推进器7上端连接应急安全短节8，应急安全短节8能够实现紧急条件下上部管柱与下部管柱的脱离和再连接，应急安全短节8上端连接连续油管9；此管柱结构上连接有若干个自旋转多功能短节5，自旋转多功能短节5由减阻降摩的滚动扶正机构和具有自旋转功能的旋转外套构成，旋转外套能够依靠管柱内液力或者电力驱动旋转，搅动井筒岩屑形成紊流，减少沉积。自旋转多功能短节5解决原有管柱无法实现井筒自清洁、摩擦和扭矩大的问题，实现提速提效。自旋转多功能短节5的个数和位置可根据需要进行增加或调整，以便获得最佳的钻进效果。

定向钻进时，井下旋转动力装置6处于刹车状态，对下部钻具不产生转动作用，下部钻具依靠钻头1、动力钻具2、随钻测量组件3实现定向。自旋转多功能短节5在电力或液力作用下自旋转搅动岩屑，清洁井眼的同时实现减阻降摩。管柱推进器7在液力或电力作用下，支撑井壁并产生动力推动底部刚性管柱前进，同时牵引连续油管9使其处于低拉力状态，避免或减少连续油管9的螺旋弯曲。钻压自动控制短节4依据随钻测量组件3的控制指令及管柱推进器7推进力的大小综合分析并自主判断调节钻压，使钻压保持在预定范围内，满足快速钻进的需要。

稳斜钻进时，井下旋转动力装置6根据随钻测量组件3控制指令输出旋转动力，带动下部钻具进行复合钻进，井筒的岩屑清除作用进一步加强，机械钻速显著提升，水平井筒的钻进能力得到有效提升。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。