用于在鉆探時管理壓力的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本公開大體涉及油田鉆探設備，并且更具體地涉及一種用于在鉆探時管理壓力的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]常規(guī)的海上鉆探技術通過利用由通過井循環(huán)的鉆井液產(chǎn)生的流體靜壓力來控制井眼內(nèi)的壓力。當僅使用流體靜壓力來控制井眼壓力時，因為通過改變鉆井液的密度或鉆井液的比重或通過調(diào)節(jié)泥漿泵循環(huán)速率僅可對井眼中的壓力進行調(diào)節(jié)，所以可能很難對壓力變化進行補償。但是這些方法不能處理壓力的突然意想不到的變化，因為循環(huán)速率誘導的壓力變化較小，并且改變鉆井液的組成可能花費數(shù)小時。更新的技術(如欠平衡鉆探和管理壓力鉆探)通過關閉環(huán)空并且利用壓力管理裝置控制井眼壓力來解決這個問題。
【附圖說明】
[0003]通過部分地參考以下描述和附圖可理解本公開的一些具體的示例性實施方案。
[0004]圖1是根據(jù)本公開的一個實施方案的包括壓力管理裝置的海上鉆井液回流系統(tǒng)的示意圖。
[0005]圖2是根據(jù)本公開的另一個實施方案的包括壓力管理裝置的海上鉆井液回流系統(tǒng)的示意圖。
[0006]圖3是根據(jù)本公開的另一個實施方案的包括壓力管理裝置的海上鉆井液回流系統(tǒng)的示意圖。
[0007]圖4是根據(jù)本公開的另一個實施方案的包括壓力管理裝置的海上鉆井液回流系統(tǒng)的示意圖。
[0008]圖5是根據(jù)本公開的管理鉆探系統(tǒng)中的壓力的示例性方法的流程圖。
[0009]雖然通過參考本公開的示例性實施方案描繪和描述并且限定了本公開的實施方案，但是所述參考并不暗示對本公開的限制，并且不能推斷出這樣的限制。如受益于本公開的本領域中的技術人員將想到，所公開的主題能夠在形式和功能上存在許多修改、變更和等效形式。所描繪和描述的本公開的實施方案僅為示例性的，并非詳盡說明本公開的范圍。
【具體實施方式】
[0010]本公開大體涉及鉆井操作，并且更具體地涉及用于在鉆探時通過使用如本文所述的壓力管理裝置來管理壓力的系統(tǒng)和方法。壓力管理裝置，也稱作或又稱為旋轉(zhuǎn)控制裝置、旋轉(zhuǎn)控制頭、壓力控制頭、旋轉(zhuǎn)鉆探裝置、旋轉(zhuǎn)鉆探頭、旋轉(zhuǎn)環(huán)空以及其它類似術語，可包括一級軸承封裝件和密封封裝件，所述一級軸承封裝件和密封封裝件允許壓力管理裝置在旋轉(zhuǎn)鉆桿周圍產(chǎn)生密封，并且保持環(huán)空中(鉆桿外部與立管和/或套管和/或裸眼的內(nèi)部之間的區(qū)域)的壓力。如果并且當一級軸承封裝件發(fā)生故障和/或密封封裝件開始泄漏時，可能必須移除全部或部分壓力管理裝置，以便修復和/或更換一級軸承封裝件或密封封裝件。
[0011]可利用本公開的系統(tǒng)和方法以避免在鉆探操作時移除壓力管理裝置的時間消耗。圖1示出包括壓力管理裝置140的海上鉆井液回流系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可包括鉆桿110、輪盤120、分流器組件130、壓力管理裝置140、快速釋放夾170以及接收器或回接心軸180。鉆桿110可為與鉆頭相關聯(lián)的鉆柱的一部分，所述鉆頭可用于形成廣泛的多種井眼或鉆孔。鉆柱可包括另外的部件，所述另外的部件包括但不限于鉆頭、鉆鋌、旋轉(zhuǎn)導向工具、定向鉆探工具、井下鉆探馬達、鉸刀、擴孔器或穩(wěn)定器。鉆桿HO可聯(lián)接至輪盤120，并與輪盤120一起旋轉(zhuǎn)，使得可使用輪盤120驅(qū)動鉆桿110和鉆柱的其它部件。或者，鉆桿110可聯(lián)接至頂部驅(qū)動或類似地用于使鉆桿110旋轉(zhuǎn)的其它系統(tǒng)。
[0012]壓力管理裝置140可包括外殼150、一級軸承封裝件160以及可移除的密封封裝件190。壓力管理裝置140可被配置成通過防止鉆井液從壓力管理裝置140沿井孔向上循環(huán)來控制井眼和/或立管內(nèi)的壓力。因此，代替使鉆井回流液從壓力管理裝置沿井孔向上循環(huán)并且通過分流器組件或鐘形嘴130離開系統(tǒng)，鉆井回流液可通過節(jié)流閥循環(huán)，這可增加或減小鉆井液的壓力，并且從而將壓力施加在井眼上。在其井下(downhole)端部，外殼150可通過凸緣或快速釋放夾170聯(lián)接至豎管或立管組件的部件。在其井上(uphole)端部，夕卜殼150可通過對接凸緣、夾具或其它類似的配合裝置聯(lián)接至接收器或回接心軸180，從而聯(lián)接至豎管或立管組件的部件。
[0013]一級軸承封裝件160可以防止鉆井液在外殼150與一級軸承封裝件160之間流動的方式聯(lián)接至外殼150。一級軸承封裝件160可包括軸承組件162、內(nèi)套筒164以及密封件166。為了允許在不移除一級軸承封裝件160的情況下移除鉆桿110和/或鉆柱的其它部件，內(nèi)套筒164的內(nèi)徑的尺寸可被設定為，使得鉆桿110和鉆柱部件可自由地通過內(nèi)套筒164。
[0014]軸承組件162可被配置成允許內(nèi)套筒164相對于外殼150旋轉(zhuǎn)。軸承組件162可為能夠支撐旋轉(zhuǎn)載荷和推力載荷的任何類型的軸承。例如，軸承組件162可包括滾柱軸承、滾珠軸承、軸頸軸承、可傾瓦軸承和/或金剛石軸承。密封件166可將軸承組件162與在環(huán)空中循環(huán)的鉆井液分離。密封件166可為沿著軸承組件162的井上圓周和井下圓周定位的O形環(huán)或其它旋轉(zhuǎn)型密封件。密封件166可為橡膠、腈、聚氨酯或任何其它類似的彈性材料。
[0015]可移除的密封封裝件190可包括外殼192、閂鎖元件194、密封元件196以及密封件198。可移除的密封封裝件190可被配置成密封環(huán)空，并且因此基本上防止鉆井液從壓力管理裝置140沿井孔向上循環(huán)?？梢瞥拿芊夥庋b件190可包括鉆桿110，使得外殼192的至少一部分鄰近內(nèi)套筒164。通過閂鎖元件194可防止可移除的密封封裝件190的垂直移動，閂鎖元件194可從外殼192徑向延伸，以將閂鎖凹槽、閂鎖結(jié)構(gòu)或閂鎖臺肩接合在內(nèi)套筒164上。閂鎖元件194還使可移除的密封封裝件190相對于內(nèi)套筒164居中。當閂鎖元件194被接合時，鉆桿110的旋轉(zhuǎn)可引起可移除的密封封裝件190和一級軸承封裝件160旋轉(zhuǎn)。閂鎖元件194可液壓地、氣動地、機械地或電氣地致動，使得可將可移除的密封封裝件190容易地接合和脫離一級軸承封裝件160。
[0016]密封元件196可為錐形元件，其被配置成包括鉆桿110并且在鉆桿110插入穿過外殼150時在鉆桿110與外殼192之間自動地進行密封?？梢瞥拿芊夥庋b件190可含有兩個密封元件196，一個自另一個沿井孔向上。然而，可移除的密封封裝件190可與安裝在可移除的密封封裝件190的任一端的單個密封元件196 —起起作用。密封件198可為沿著外殼192的圓周定位并且被配置成在外殼192與內(nèi)套筒164之間產(chǎn)生密封的O形環(huán)型密封件。密封元件196和密封件198可為橡膠、腈、聚氨酯或任何其它類似的彈性材料。
[0017]可移除的密封封裝件190可具有有限的可操作壽命(例如100-200個鉆探小時)，之后其開始泄漏或以其它方式發(fā)生故障。在泄漏和/或發(fā)生故障的情況下，通過致動閂鎖元件194可將可移除的密封封裝件190從壓力管理裝置140中移除，使得它們不再將閂鎖凹槽、閂鎖結(jié)構(gòu)或閂鎖臺肩接合在內(nèi)套筒164上。一旦脫離，可將可移除的密封封裝件190從井眼移除并且用可操作的密封封裝件更換。圖2示出移除了密封封裝件190的壓力管理
目.ο
[0018]如果一級軸承封裝件160失效，也可將可移除的密封封裝件190從井眼中移除。如果一級軸承封裝件160失效，可將可移除的密封封裝件190從井眼中移除，并且可將二級軸承封裝件310(圖3和圖4中示出)從一級軸承封裝件160沿井孔向上安裝且鄰近一級軸承封裝件160?？稍诓灰瞥患壿S承封裝件160和/或壓力管理裝置140的情況下安裝二級軸承封裝件310。在一級軸承封裝件160失效后，可將二級軸承封裝件310和可移除的密封封裝件190作為單個單元安裝(例如，二級軸承封裝件310可以與已經(jīng)接合的可移除密封封裝190 —起安裝)或可將它們單獨安裝。
[0019]圖3示出海上鉆井液回流系統(tǒng)300，其中已將二級軸承封裝件310與可移除的密封封裝件190分開安裝。如圖3中所示，可在不移除一級軸承封裝件160的情況下將二級軸承封裝件310從一級軸承封裝件160沿井孔向上安裝。二級軸承封裝件310可包括軸承組件312、內(nèi)套筒314、密封件316以及可包括閂鎖元件322和密封件324的接合組件320。
[0020]軸承組件312可被配置成允許內(nèi)套筒314相對于外殼150旋轉(zhuǎn)。軸承組件312可為能夠支撐旋轉(zhuǎn)載荷和推力載荷的任何類型的軸承。例如，軸承組件312可包括滾柱軸承、滾珠軸承、軸頸軸承、可傾瓦軸承和/或金剛石軸承。密封件316可將軸承組件312與在環(huán)空中循環(huán)的鉆井液分離。密封件316可為沿著軸承組件312的井上圓周和井下圓周定位的O形環(huán)型密封件。密封件316可為橡膠、腈、聚氨酯或任何其它類似的彈性材料。
[0021]如圖3中所示，接合組件320可被配置成延伸到一級軸承封裝件160中。閂鎖元件322可從接合組件320徑向延伸，以將閂鎖凹槽、閂鎖結(jié)構(gòu)或閂鎖臺肩接合在一級軸承封裝件164的內(nèi)套筒164上。與可移除的密封封裝件190的R鎖元件194類似，R鎖元件322可液壓地、氣動地、機械地或電氣地致動，使得二級軸承封裝件310可與一級軸承封裝件160容易地接合。密封件324可為沿著接合組件320的圓周定位并且被配置成在二級軸承封裝件310的接合組件320與一級軸承封裝件160的內(nèi)套筒164之間提供密封的O形環(huán)型密封件。密封件324可為橡膠、腈、聚氨酯或任何其它類似的彈性材料。
[0022]雖然圖1-圖3僅示出一級軸承封裝件160和二級軸承封裝件310，但是如果外殼150具有足夠的空間，也可安裝另外的軸承封裝件。例如，可在不移除一級軸承封裝件160或二級軸承封裝件310的情況下將三級軸承封裝件從二級軸承封裝件310沿井孔向上安裝。只要外殼150中存在空間，即可以這種方式疊置另外的軸承封裝件。
[0023]如上文所述，圖4示出與二級軸承封裝件310接合的可移除的密封封裝件190。如上文所述，可將二級軸承封裝件310和可移除的密封封裝件190作為單個單元安裝或可以將它們單獨安裝。當可移除的密封封裝件190與二級軸承封裝件310接合時，通過閂鎖元件194可防止可移除的密封封裝件190的垂直移動，所述閂鎖元件194可從外殼192徑向延伸，以將閂鎖凹槽、閂鎖結(jié)構(gòu)或閂鎖臺肩接合在二級軸承封裝件310的內(nèi)套筒314上。當閂鎖元件194被接合時，鉆桿110的旋轉(zhuǎn)可包括可移除的密封封裝件190和二級軸承封裝件310的旋轉(zhuǎn)。當將可移除的密封封裝件190結(jié)合二級軸承封裝件310安裝時，井下密封元件196可與接合組件320的表面密封，從而基本上防止鉆井液從壓力管理裝置140沿井孔向上循環(huán)。
[0024]圖5示出根據(jù)本公開的使用壓力管理裝置管理鉆探系統(tǒng)中的壓力的示例性方法500。在505處，可將一級軸承封裝件定位在壓力管理裝