[发明专利]钻井液密度在线调控装置

说明书

本发明为一种钻井液密度在线调控装置，包括外筒和多个密度小于钻井液密度的空心球体，外筒内设置中心孔，中心孔包括返流腔，返流腔的底部连通设置钻井液过孔，中心孔内套设有分层过滤结构，分层过滤结构能允许空心球体分层进入返流腔，分层过滤结构包括能滑动且能分层过滤空心球体的滤筒结构，外筒位于返流腔底部的侧壁上沿周向间隔设置多个径向贯通的排液透孔，排液透孔的孔径尺寸大于空心球体的外径尺寸；分层过滤结构的底部能密封滑动穿设于钻井液过孔内。通过该装置可以实现深水变梯度钻井，很好地解决了单梯度钻井下入套管层次过多的问题，同时也解决了双梯度钻井中需要大型设备的问题，降低钻井成本，解决了深水钻井窄密度窗口问题。

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种钻井液密度在线调控装置。

背景技术

近年来，全球获得的重大油气勘探开发中，有50％来自海洋，主要是深水海域，深水海域已经成为国际上油气勘探开发的重要接替区。深水油气勘探开发正成为世界石油的主要增长点和科技创新的前沿，深水将成为未来油气资源争夺的主战场。

钻井是深水油气勘探开发的关键环节，深水钻井面临诸多挑战和风险：(1)水深带来的挑战。随着水深的增加，对钻具、钻井液、隔水管、平台的承载能力、钻机载荷、甲板空间等提出了更高的要求，成本相应增加。(2)风浪带来的挑战。深水环境的风浪会引起钻井船的移动，导致隔水管出现变形和涡激振动，需要更高的疲劳强度设计；风浪流对隔水管系统与水下防喷器的连接也会有影响；海洋风暴对钻井平台更是灾难性的破坏。(3)低温带来的挑战。海水温度随井深增加而降低，海底温度一般在4℃左右，并可以影响到海底泥线以下约数百米的岩层，导致隔水管中钻井液的流变性发生变化，使钻井液的粘度和密度增大，出现凝胶效应，对井筒压力控制带来了困难，而且低温导致水钻井液的凝固时间加长，容易出现流体的窜流，导致水泥的强度下降。(4)水合物带来的挑战。如果钻井过程中井内含有天然气，那么水合物极容易出现。使得节流管汇、压井管汇、液气分离器、防喷器阻塞，妨碍油井的压力监测。(5)窄钻井液安全密度窗口带来的挑战。深水造成的欠压实使得破裂压力梯度与地层孔隙压力梯度之间的窗口较窄，容易造成漏喷塌卡等事故，导致套管层次增加，甚至无法钻达目的层，使钻井深度和建井周期受到很大的影响。其中，地层窄安全密度窗口问题最为突出，以致在钻井过程中，易发生漏、喷、塌、卡等复杂事故，给深水油气勘探开发带来巨大安全隐患。如阿姆河气田储层为礁灰岩，裂缝发育，渗透性极好，地层压力窗口非常窄，在钻井过程中由于钻井液密度过大，发生恶性漏失。

目前，深水钻井采用常规单梯度钻井技术，为应对地层狭窄的密度窗口，通常只有采取增加套管层次的方式来降低作业风险，以维持钻进。其不足之处在于：单开裸眼段较短，套管层次较多，对于深井，难以钻达目的层。上世纪90年代出现的双梯度钻井技术在一定程度上解决了深水钻井中窄密度窗口问题，双梯度钻井技术是通过在隔水管环空底部注入低密度轻质介质，降低隔水管环空钻井液密度，使之与海水密度相当，这样在井筒中形成两个液柱压力梯度，使海底以下钻井液的密度可调范围相对变宽。双梯度钻井虽然比单梯度钻井更具优势，但其仍存在不足：需要大型设备(如海底举升泵)，增加了钻井成本，且随着油气资源开发深度越来越深，双梯度钻井技术也不能完全地解决深水钻井窄密度窗口问题，其局限性也日益突出。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钻井液密度在线调控装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井液密度在线调控装置，通过该装置可以实现深水变梯度钻井，很好地解决了单梯度钻井下入套管层次过多的问题，同时也解决了双梯度钻井中需要大型设备的问题，降低钻井成本，最终解决了深水钻井窄密度窗口问题。