一種適用于氣液兩相流鉆井的連續循環鉆井工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于氣液兩相流鉆井的連續循環鉆井工藝，用于鉆井施工作業，屬于石油天然氣鉆井工藝技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，國內氣基流體鉆井技術正以其獨特的優勢迅猛發展，應用進尺、井次逐年提高，在提高機械鉆速、治理井漏、發現和保護油氣層方面發揮了重要作用。但總體應用看，地層出水是限制氣基流體鉆井技術應用的瓶頸，除川渝及新疆部分地區外，其它地區并沒有大面積推廣應用。
[0003]具有氣液兩相流型的霧化、泡沫、充氣鉆井技術在應對地層出水方面取得了較大進步，改變了前期氣基流體鉆井“見水就跑”的被動局面，應用進尺比例逐步提高，但仍存在如下問題:
一、大出水地層接立柱后由于井底積液，壓力波動大，壓力先升高后再波動下降，重新穩定前鉆速較慢，嚴重影響了氣體鉆井效率及地面安全。
[0004]二、出水后井壁穩定性較差的地層，停止循環接單根，局部輕微掉塊及未帶出井筒的大顆粒巖屑回落堆積，存在較大井下風險。
[0005]三、大出水地層接立柱后井底壓力波動大，井下流體當量密度不穩定，其對鉆柱產生的浮力相應不穩定，從而導致井底鉆壓波動較大。
[0006]四、充氣鉆井接單根后，壓力波動大，液面不穩定，不易判斷井下是否發生溢流，存在安全隱患。另外，復雜井段的起鉆過程中，往往需要供氣保持循環才能上提鉆具，一旦停止注氣，則不能上提鉆具，且存在較大卡鉆風險。
[0007]因此，急需一種能保持氣液兩相流鉆井不間斷循環的工藝技術。
[0008]中國專利201210561390.0，公開了一種適用于空氣鉆井的連續循環鉆井工藝，該工藝先連接增壓機至供氣控制裝置的供氣管路，再分兩路連接至連續循環短接，能實現空氣鉆井情況下的連續循環，但該工藝中缺乏氣液混合工藝，其密封部件也只能密封純空氣，不能實現霧化、泡沫、充氣等氣液兩相流鉆井情況下的連續循環鉆井。
[0009]中國專利20，公開了一種石油鉆井用不間斷連續循環短接及其連續循環泥漿方法，該連續循環短接包括短接本體、自動中心閥和側向常閉單流閥。該短接密封部件只能密封液相，不能密封氣相及氣液混合相，不能承受氣壓，所以該短節僅適用于泥漿鉆井，不能適用于氣液兩相流鉆井中，且該短接未有泄壓閥，不能在其他閥門失效的情況下泄出鉆桿內圈閉的壓力，存在安全隱患。

【發明內容】

[0010]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述問題，提供一種適用于霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井等氣液兩相流鉆井的連續循環鉆井工藝。本發明可以在霧化、泡沫、充氣等氣液兩相流鉆井接單根、起下鉆過程中保持氣相、液相均不間斷循環，從而避免井底積液引起的井壁跨塌，降低卡鉆風險，提聞鉆井效率。
[0011]為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種適用于氣液兩相流鉆井的連續循環鉆井工藝，其特征在于:包括地面設備的連接工藝、接立柱或單根工藝和起鉆工藝；
所述地面設備的連接工藝為:地面設備包括注氣單元、安全泄壓機構、氣液混合裝置、閘閥控制系統，作業時依次連接注氣單元、安全泄壓機構、氣液混合裝置和閘閥控制系統；閘閥控制系統通過主循環通道接入立管，通過側循環通道接到鉆臺備用，通過泄壓通道接至循環罐；
所述接立柱或單根工藝如下:
a、下鉆到底后，在最后一根鉆桿頂部接入第一個循環導向短節，主循環通道連通，氣液兩相流通過主循環通道、立管進入鉆具循環，開始正常氣液兩相流鉆井，備用立柱或單根頂部接入下一個循環導向短節；
b、鉆完立柱或單根后，上提鉆具坐卡瓦或吊卡，將側循環通道與第一個循環導向短節的側閥相連，閘閥控制系統控制側循環通道開啟，氣液兩相流通過側循環通道進入鉆具循環；側循環壓力正常后，閘閥控制系統控制主循環通道關閉，泄壓通道開啟，釋放立管壓力；
C、立管壓力為零后，從第一個循環導向短節頂部卸扣，然后接入備用立柱或單根；
d、閘閥控制系統控制主循環通道開啟，氣液兩相流通過主循環通道進入鉆具循環，閘閥控制系統控制側循環通道關閉，泄壓通道開啟，釋放側循環通道壓力；側循環管線壓力為零后，卸開側閥與側循環通道的連接，取卡瓦或吊卡，恢復鉆進；
e、重復上述步驟，實現氣液兩相流鉆井的連續循環；
所述起鉆工藝如下:
a、上提立柱或單根至下連續循環閥出轉盤面，坐吊卡或卡瓦，將側循環通道與第一個循環導向短節的側閥相連；
b、閘閥控制系統控制側循環通道開啟，氣液兩相流通過測循環通道進入鉆具循環，側循環通道壓力正常后，閘閥控制系統控制主循環通道關閉，泄壓通道開啟，釋放立管壓力；
C、立管壓力為零后，卸扣、起出立柱或單根，再將頂驅或方鉆桿與井口連續循環閥相接;
d、閘閥控制系統控制主循環通道開啟，側循環通道關閉，泄壓通道開啟，釋放側循環通道壓力；
e、側循環通道壓力為零時，卸開側閥與側循環通道的連接，取吊卡或卡瓦，繼續起鉆。
[0012]所述氣液混合裝置包括用于進氣的內筒和用于進液的外筒，氣液混合裝置上設置有與內筒連通的注氣接口、與外筒連通的注液接口和與外筒連通的氣液混合接口，內筒壁上貫通設置有通孔，內筒通過通孔與外筒相通，注液接口通過管線連接至泥漿泵，通過泥漿泵連接到循環罐，注氣接口通過管線連接至安全泄壓機構，氣液混合接口連接至閘閥控制系統。
[0013]所述閘閥控制系統設置在立管與氣液混合裝置之間，包括主循環通道閘門、側循環通道閘門和泄壓閘門，主循環通道閘門連接到主循環通道，側循環通道閘門連接到側循環通道，泄壓閘門連接到泄壓通道。
[0014]所述側循環通道上安裝有用于監測側循環通道內的壓力情況的壓力監測表。
[0015]所述循環導向短節上設置有主閥、側閥和泄壓閥，主閥設置在短節本體內，泄壓閥設置在主閥上方短節本體的側壁上，側閥設置在主閥下方短節本體的側壁上。
[0016]所述主閥設置在短節本體中心位置，且與短節本體同軸。
[0017]所述泄壓閥通徑小于側閥通徑。
[0018]采用本發明的優點在于:
一、本發明能在氣液兩相流鉆井過程中接單根、起下鉆作業保持不間斷循環，減小了井底壓力的波動，減少了由于中斷循環而需要重新恢復井底壓力所需要的時間，使井底一直處于需要的欠平衡狀態，能有效提高出水地層鉆井效率；同時，出水后井壁穩定性較差的地層，停止循環接單根，局部輕微掉塊及未帶出井筒的大顆粒巖屑回落堆積，帶來卡鉆風險，該連續循環工藝將使井筒保持不間斷循環，避免了巖屑回落堆積導致卡鉆的風險。
[0019]二、本發明在泄壓機構和閘閥控制系統之間設有氣液混合裝置，該裝置設有內筒和外筒，內同進氣，外筒進液，氣相可以在外筒內均勻混合到液相中，可以保證進入閘閥控制系統的氣相和液相混合均勻，減少井筒內段塞流的發生，增加了該工藝技術的可靠性及安全性。
[0020]三、本發明在注氣單元和氣液混合裝置之間設置有安全泄壓機構，可以在出現異常情況時(比如憋壓、誤操作、井下復雜等)快速切斷注入閘閥控制系統的氣體，通過旁通閥、泄壓閥泄壓，保證了設備和人員的安全。
[0021]四、本發明中采用的循環導向短節包括短節本體、主閥、側閥和泄壓閥，泄壓閥設置在主閥上方短節本體的側壁上，當主閥和側閥失效不能正常打開時，壓縮氣體將會在兩個循環閥之間形成圈閉壓力，通過泄壓閥可以安全的泄出鉆桿內圈閉的壓力，使后續作業能安全進行。
[0022]五、本發明采用的循環導向短節中，所述泄壓閥通徑小于側閥通徑，采用此結構，泄出鉆桿內圈閉的壓力可靠性更高。
[0023]傳統的連續循環短接和工藝要么只適用于泥漿鉆井，要么只適用于空氣鉆井，本發明適用于霧化、泡沫、充氣等氣液兩相流鉆井工藝的連續循環。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的設備連接結構示意圖
圖2為本發明中采用的循環導向短節結構示意圖
圖中標記為:1、注氣單元，2、