本发明专利技术公开了钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置及使用方法，包括两端贯通的第一管道，第一管道的一端连接有供液和供气系统，第一管道上固定有锁紧机构和密封机构，第一管道、锁紧机构以及密封机构均能够伸入到钻杆水眼内，锁紧机构用于将第一管道锁紧固定在钻杆水眼内壁，密封机构用于密封钻杆水眼。本发明专利技术在起钻过程中，解决了钻台面被取出的钻杆中的钻井液污染问题的同时，不用注入高密度的压水眼泥浆，避免了井内钻井液体系被破坏的问题；在下钻过程中，无需复杂的顶驱连接过程，避免了顶驱接头过度磨损而形成的安全隐患，能够方便快捷的建立钻井过程中起钻和下钻作业时钻井液循环，提高了起钻和下钻整体效率和安全性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置及使用方法
[0001]本专利技术涉及石油、天然气以及地热资源的钻井工程及开发
，特别涉及钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置及使用方法。
技术介绍
[0002]石油、天然气以及地热资源开发过程中，钻井是建立流体通道的重要工程，钻井过程中更换井下作业工具、处理复杂工况时需要起钻和下钻作业，完成一口井的钻进过程需要多次的起钻和下钻作业，所谓的起钻和下钻分别指的是将钻具从井眼中取出和将钻具下入到井眼中。
[0003]钻杆水眼与钻杆和井壁之间的环空之间连通形成了钻井液的循环，即从钻杆水眼中向井内注入钻井液，注入井内的钻井液通过钻杆和井壁之间的环空从井口流出，实现井内降温。起钻时需要将下入井内的依次连接的多柱钻杆从井内取出，因为每柱钻杆的钻杆水眼中充满了钻井液，在起钻过程中，如果不对需要取出的钻杆中的钻井液进行处理，则当钻杆被取出后，会导致钻台面被取出的钻杆中的钻井液污染。因此，为了保持钻台面干净和安全的工作环境，必须提前对需要取出的钻杆中的钻井液提前进行处理，目前采取的处理方法为：向钻杆水眼中注入密度比井内钻井液密度更大的钻井液，通常称该钻井液为压水眼泥浆，利用注入的比井内钻井液密度更大压水眼泥浆，会使得钻杆水眼内的钻井液液面下降，当钻杆内的液面下降后，将多柱没有钻井液的钻杆取出并拆卸，这样就有效的避免了钻台面被取出的钻杆中的钻井液污染的问题。在深井作业过程中，往往需要注入大量高密度的压水眼泥浆，但是注入井内的压水眼泥浆扰乱了井内钻井液体系，容易带来井漏、井下情况误判等特殊情况；尤其的，在钻开油、气层后，现场需要通过短起钻和短下钻(通常称为短起下钻具)来测量油气上窜速度，一般的，短起钻具为十至十五柱，静止一段时间后需要下钻到底建立循环，如果上窜速度不满足起钻要求，则需要调整压钻井液密度和粘度以压稳油气层，现场可能需要多次的短起下钻具作业。短起下钻具作业不注入压水眼泥浆压水眼，起钻时钻杆水眼会溢出较多泥浆污染钻台面，而注入压水眼泥浆则需要准确计算注入量及加重、替浆、卸顶驱等复杂的作业过程，且容易扰乱钻井液体系，这样的矛盾往往困扰现场作业。
[0004]在下钻过程中，往往需要建立起钻杆水眼
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环空循环。例如，井内钻井液长时间不循环会造成粘度升高，为防止在井底建立循环过程中需要过大的初始压力而压漏地层，下钻过程中采取分段顶通、循环的方法；此外，为保持温度敏感设备在井下的安全，需要下钻过程中建立钻井液循环为井下工具降温。目前建立循环的方法为连接顶驱，而连接顶驱往往需要较复杂的工序和较长时间，这增加了整个起钻和下钻作业时间，同时容易造成顶驱接头过度磨损，形成安全隐患。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液
循环装置及使用方法，在起钻过程中，解决了钻台面被取出的钻杆中的钻井液污染问题的同时，不用注入高密度的压水眼泥浆，避免了井内钻井液体系被破坏的问题；在下钻过程中，无需复杂的顶驱连接过程，避免了顶驱接头过度磨损而形成的安全隐患，能够方便快捷的建立钻井过程中起钻和下钻作业时钻井液循环，提高了起钻和下钻整体效率和安全性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，包括两端贯通的第一管道，所述第一管道的一端连接有供液和供气系统，所述第一管道上固定有锁紧机构和密封机构，所述第一管道、所述锁紧机构以及所述密封机构均能够伸入到钻杆水眼内，所述锁紧机构用于将所述第一管道锁紧固定在钻杆水眼内壁，所述密封机构用于密封钻杆水眼。
[0008]进一步地，所述锁紧机构包括套设在所述第一管道上的锁紧座，所述锁紧座的外侧壁上沿自身周向均布开设有至少两个第一高压腔，每个所述第一高压腔内活动连接有弧形锁具，所述弧形锁具的外弧面上开设有与钻杆水眼内壁上的螺纹相匹配的锁紧螺纹，所述弧形锁具的内弧面与对应的所述第一高压腔之间通过弹性件连接，所述弹性件对所述弧形锁具施加有朝向所述第一管道管壁的拉力；
[0009]所述锁紧座上开设有与任一所述第一高压腔连通的第一加压口和第一泄压口，每个所述第一高压腔之间相互连通。
[0010]进一步地，所述密封机构包括套设在所述第一管道上的密封座，所述密封座的外侧壁上沿自身周向开设有环形槽，所述环形槽呈口小底大的渐变结构，所述环形槽内匹配设置有密封塞，所述密封塞与所述环形槽的底部之间预留有第二高压腔，所述密封座上开设有与所述第二高压腔连通的第二加压口和第二泄压口。
[0011]进一步地，所述供液和供气系统包括第二管道以及连接在所述第二管道上的气泵和液泵，所述第二管道与所述第一管道连通。
[0012]进一步地，所述第二管道与所述第一管道之间通过四通管连接，所述四通管的第一端与所述第二管道连接，且所述四通管的第一端设置有第一阀门，所述四通管的第二端与所述第一管道连接，所述四通管的第三端设置有第二阀门，所述四通管的第四端设置有安全阀，所述第二管道上靠近所述气泵的位置设置有第三阀门。
[0013]进一步地，所述四通管的第一端还设置有压力表。
[0014]进一步地，所述第一管道的底部连接有引导头，所述引导头呈半球状，所述第一管道侧壁上靠近底部的位置开设有若干过滤孔。
[0015]进一步地，所述第一管道内靠近底部的位置设置有超声波测距仪。
[0016]进一步地，所述第一管道内靠近顶部的位置设置有限位盖，所述限位盖的直径不小于钻杆水眼的内径，所述限位盖上开设有通孔。
[0017]一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置的使用方法，包括：
[0018]起钻作业时，将所述第一管道、所述锁紧机构以及所述密封机构伸入到钻杆水眼内，控制所述锁紧机构将所述第一管道锁紧固定在钻杆水眼内壁，控制所述密封机构将钻杆水眼密封，控制所述供气系统通过所述第一管道向钻杆水眼内注入高压气体，待高压气体将钻杆水眼内的液面下压至第一目标位置后，控制所述锁紧机构和所述密封机构脱离钻杆水眼内壁，将所述第一管道、所述锁紧机构以及所述密封机构从钻杆水眼内取出，取出第一目标位置上方的钻杆；
[0019]下钻作业时，将所述第一管道、所述锁紧机构以及所述密封机构伸入到钻杆水眼内，控制所述锁紧机构将所述第一管道锁紧固定在钻杆水眼内壁，控制所述密封机构将钻杆水眼密封，控制所述供液系统通过所述第一管道向钻杆水眼内注入钻井液，建立起钻杆水眼
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环空循环，待下钻至第二目标位置后，控制所述锁紧机构和所述密封机构脱离钻杆水眼内壁，将所述第一管道、所述锁紧机构以及所述密封机构从钻杆水眼内取出。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供的一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，用于在钻井过程中进行起钻作业和下钻作业时辅助钻井液进行良好的循环，具体地说，在起钻作业时，首先将第一管道、锁紧机构以及密封机构伸入到钻杆水眼内，控制锁紧机构将第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，其特征在于，包括两端贯通的第一管道(1)，所述第一管道(1)的一端连接有供液和供气系统，所述第一管道(1)上固定有锁紧机构(2)和密封机构(3)，所述第一管道(1)、所述锁紧机构(2)以及所述密封机构(3)均能够伸入到钻杆水眼内，所述锁紧机构(2)用于将所述第一管道(1)锁紧固定在钻杆水眼内壁，所述密封机构(3)用于密封钻杆水眼。2.根据权利要求1所述的一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，其特征在于，所述锁紧机构(2)包括套设在所述第一管道(1)上的锁紧座(201)，所述锁紧座(201)的外侧壁上沿自身周向均布开设有至少两个第一高压腔(202)，每个所述第一高压腔(202)内活动连接有弧形锁具(203)，所述弧形锁具(203)的外弧面上开设有与钻杆水眼内壁上的螺纹相匹配的锁紧螺纹(205)，所述弧形锁具(203)的内弧面与对应的所述第一高压腔(202)之间通过弹性件(204)连接，所述弹性件(204)对所述弧形锁具(203)施加有朝向所述第一管道(1)管壁的拉力；所述锁紧座(201)上开设有与任一所述第一高压腔(202)连通的第一加压口(206)和第一泄压口(207)，每个所述第一高压腔(202)之间相互连通。3.根据权利要求1所述的一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，其特征在于，所述密封机构(3)包括套设在所述第一管道(1)上的密封座(301)，所述密封座(301)的外侧壁上沿自身周向开设有环形槽(302)，所述环形槽(302)呈口小底大的渐变结构，所述环形槽(302)内匹配设置有密封塞(303)，所述密封塞(303)与所述环形槽(302)的底部之间预留有第二高压腔(304)，所述密封座(301)上开设有与所述第二高压腔(304)连通的第二加压口(305)和第二泄压口(306)。4.根据权利要求1所述的一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，其特征在于，所述供液和供气系统包括第二管道(4)以及连接在所述第二管道(4)上的气泵(5)和液泵(6)，所述第二管道(4)与所述第一管道(1)连通。5.根据权利要求4所述的一种钻井过程中起钻和下钻时用的钻井液循环装置，其特征在于，所述第二管道(4)与所述第一管道(1)之间通过四通管(7)连接，所述四通管(7)的第一端与所述第二管道(4)连接，且所述四通管(7)的第一端设置有第一阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宝，刘俊峰，申彪，李前佑，刘伟，郭斌，王卫阳，叶素桃，赵志强，赵强强，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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