專利名稱：一種生產(chǎn)礦井的管理方法
技術領域：
本發(fā)明概括地說涉及鉆井作業(yè)，更詳細地說，涉及鉆地下孔、往多導管管材中注入高壓和低壓流體并監(jiān)控井下參數(shù)以控制鉆井或生產(chǎn)操作，從而達到最佳效率的方法和設備。
基本鉆井作業(yè)多年來都一直保持不變，直到目前的情況下仍然是一連串連接起來的鉆桿形成鉆桿柱，旋轉(zhuǎn)著帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，將地層磨掉。在鉆井過程中，需要測定各種鉆井參數(shù)，例如鉆井地層、地層斜度、溫度、酸堿度值等。由于鉆桿柱在許多情況下是在幾千英尺的地下轉(zhuǎn)動，因此要獲得瞬時的井下資料歷來是個老問題。
例如，當鉆井人員了解地層特性時，鉆井操作的效率最高。對諸如巖層、土層或流體層和氣體層等不同類型的地層，往往希望能改變地面操作方式，以便有效處理當時鉆頭所遇到的地層類型。對鉆頭所侵蝕掉的地層鉆屑，傳統(tǒng)的處理方法是往鉆桿中往下泵送流體，將鉆屑通過鉆桿柱周圍的環(huán)形空隙帶到井口。鉆屑上升到地面是需要相當長的一段時間的，因而檢查這些鉆屑是不能獲取當時鉆探中地層的可靠資料的。
埃傖堡的美國專利3，419，092是有關鉆井的公知技術，該專利采用了內(nèi)外同心管式的雙通道鉆桿往一個導管中往下泵送通氣的鉆井流體，以此來降低鉆頭上的流體靜壓頭，從而加速鉆屑在另一鉆桿導管中上移到地面的速度。采用這種方式，代表鉆探中地層類型的鉆屑就可以更快到達地面，于是可以根據(jù)情況改變鉆井操作方式。盡管埃傖堡式鉆桿的各種同心導管的流體換向過程并不太復雜，但從鉆桿結構的實用角度考慮，這類導管可加以應用的數(shù)量終究是有限的。
坎普等人的美國專利2，951，680認為，可以采用非同心多導管鉆桿來增加導管的數(shù)目。但為使流體換向，流體通道從導管到鉆桿端的過渡是呈盤旋狀進入普通的同心圓形通道中。結果，坎普等人的鉆桿，雖然能使不同的流體換向入各導管中，但卻使鉆桿的制造過程復雜化，因而造價高。
熟悉本專業(yè)的人士都承認采用多導管鉆桿具有一定的優(yōu)點，但這種鉆桿得不到廣泛的應用是有其一系列原因的。將這種鉆桿連接在一起遇到的一個缺點是將一鉆桿的導管密封到另一鉆桿導管的方式。普通密封裝置有O形環(huán)或V形密封環(huán)(美國專利2，951，680)或傳統(tǒng)的密封(美國專利3，077，358)。所采用的密封類型和使用密封的方式使密封所能承受的流體壓力通常都在7，500磅/平方英寸分壓。
因此顯然需要有這樣一種高壓多導管鉆桿，鉆桿的導管數(shù)不受限制，鉆桿的結構或制造過程也不過分復雜或造價過高。
此外，迫切需要監(jiān)控井下鉆進作業(yè)，即時將其結果傳送到井口，并使傳送媒體與鉆桿以這樣的方式結合起來，不致嚴重損害鉆桿載送流體的能力。
過去有人提出過采用鉆桿中心孔作為安置導線的小室。美國專利2.795，397和3，904，840就介紹了這種實例。但按照這種作法，導線的絕緣會受到鉆井液的侵蝕，不然就得使用價昂的防護裝置。
在載送流體的孔中因采用導線而產(chǎn)生的問題是將各段導線連在一起的電氣連接器與流體隔離開來的問題。為解決這個問題，人們曾求助于復雜和特殊的技術。在那種需要將一段鉆桿進行轉(zhuǎn)動藉螺紋固定到另一段鉆桿的形式中，各導線從一個鉆桿連接到另一個鉆桿的情況更惡化了，這使問題變得更為復雜。在美國專利2，798，358中，這一點是通過留出足夠的電纜長度解決的，這樣電纜就可與鉆桿一道扭在一起。在其它情況下，即美國專利3，879，097中，電纜除兩端是取道鉆桿側壁接到鉆桿端的環(huán)形接點之外，大部分是沿其長度在中心孔中載送的。顯然，采用這種技術限制了導線的數(shù)目。
目前在鉆桿各端將多根導線連接在一起的配置實例有美國專利2，750，569所介紹的那一種。在該專利中，電纜通過流體載送孔走道。這使電纜和接頭易受鉆井液的腐蝕或侵蝕。
鉆井技術中還有影響作業(yè)總費用值得考慮的問題是有關鉆井“泥漿”的組成問題。必須用不同物質(zhì)和化學品定期調(diào)節(jié)泥漿的密度、粘度或其它性能。這種調(diào)節(jié)只能在泥漿從鉆頭區(qū)往上通過地面設備循環(huán)過程中逐步進行。在某些情況下，例如在緊急井噴的情況下，必須極快改變泥漿的密度，以防這種情況發(fā)生。因此，有許多井噴是不能用公知技術加以避免的。所以需制造一種能及時改變鉆井泥漿壓力以控制井噴或者提高鉆井速度的鉆桿柱。
即使鉆井作業(yè)完成之后，從礦井管理出發(fā)，也需要在生產(chǎn)階段監(jiān)控井下諸參數(shù)。迄今，普通鉆井套管對井孔來說是高度完善的，但在導線、氣體或液體(往上泵送的流體除外)的輸送通道方面，裝備極差。作為臨時措施，歷來是將遙測導線用金屬或塑料帶固定到套管外周邊，在井下一直延伸到遙測設備上。還有一種公知的作法是在套管外部設附加管道，以便送空氣壓力，以形成人造的提升井孔。
因此就需要有一個多導管鉆井套管，供泵送生產(chǎn)過程中的流體，以及容納遙測導線和載送溶劑、防凍溶液和許多其它流體的附加導管。
本發(fā)明提供的是對通過具有若干完全相同的導管的獨特鉆桿中的許多高壓和低壓流體進行換向，并將電氣信號或電力往井下傳輸?shù)絺鞲衅?，以收集有關地下地層資料的方法和設備。
本發(fā)明提供的是這樣一種整個橫截面均勻因而可用擠壓法進行制造的多導管鉆桿。在橫截面上，該鉆桿有一個筒形外壁，和一個構成中心孔的筒形內(nèi)壁，和位于內(nèi)外壁之間的多根其它導管。
其中一個導管裝有電氣導線，在各鉆桿端部的導管中固定有一個連接器。由于一般可能希望不同的流體或電氣線路占用各種不同的導管，因此在各鉆桿的另一端設有一個指示凸耳和一個指示凹口，使得各鉆桿的各導管連接在一起時能保持在一直線上。除指示凸耳和凹口外，各鉆桿還設有各種不同的凸耳和凹口，用以用一個鉆桿驅(qū)動其它鉆桿。
本發(fā)明設有一種有孔口的密封，密封橫截面的形狀與鉆桿的一樣，其中一個孔口裝有電氣中間接頭，用以將各鉆桿的電氣線路連接在一起，密封的各平面上有一個彈性體，在各鉆桿連接起來時確保各導管之間高壓的完善性。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，各鉆桿是用其間的密封藉一個帶螺紋的聯(lián)接套管連接在一起的，聯(lián)接套管的一端有直徑均勻的內(nèi)螺紋，另一端也有直徑均勻的內(nèi)螺紋，但這些聯(lián)接套管各個都具有不同的直徑和螺紋距。鉆桿部分各端都具有直徑和螺距與聯(lián)接套管相對應的螺紋。這使各鉆桿可借助于以壓縮方式將密封在毗鄰鉆桿之間擠壓進行密封的局部螺紋作用聯(lián)接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點，來自各自的流體源的多種流體是用一種流體換向器換向到各種鉆桿導管的，該流體換向器有一個軸，在連接著各不同流體源的管匯中轉(zhuǎn)動著。該筒形軸具有內(nèi)部通道，各個對應于各鉆桿的導管。各換向器軸通道也通向軸筒形邊上的進口孔。流體在各種進口孔周圍的通路(該孔口沿換向器軸軸向間隔配置)中，在管匯中有若干相應的環(huán)形槽。各換向器軸通道即通過其管匯槽連接到一個流體源上。有了這種配置方式，各種鉆桿導管就可與某一選定的流體源不中斷地連通。
就本發(fā)明的有關特點而言，流體源換向器軸是通過一個將各換向器軸通道(從而流體源)連接到其中一個所選定的鉆桿導管，連接到各鉆桿柱上的。這樣，手頭就一直可以有許多管接頭，并可將它們彼此互換，以通過換向器軸將各種流體源連接到鉆桿柱中一根所想使用的導管中。
就本發(fā)明的另一方面而言，鵝頸水籠頭的套筒部分有一個套筒軸，套筒軸有一個電氣連接器，作為鉆桿電氣導線的終端接頭。數(shù)量與鉆桿中承載的導線相當?shù)幕h(huán)配置在套筒軸周圍，各滑環(huán)則連接到鉆桿中的一根導線上。靜止電刷裝置與各滑環(huán)接觸，并將井下的電氣響應信號傳送到地面的監(jiān)控設備。
如上所述，這樣一種經(jīng)過改進的鉆井法是可能實現(xiàn)的，在該方法中，諸高壓流體可分別注入一根或多根鉆桿導管中，以便，例如，同時侵蝕地層、清洗和冷卻鉆頭或鉆頭路徑，同時將其它各導管中的其它低壓流體在井下與其它各導管中的氣體混合，以降低井下的流體靜壓力。同時，鉆頭或鉆桿各傳感器可以將有關溫度、壓力、傾斜度等信息傳送到地面的監(jiān)控設備，于是就可以即時應用這些信息改變鉆井操作。
這類信息還可用以，例如，控制往環(huán)形液體或泥漿的加壓過程，和防止井噴。此外，根據(jù)本發(fā)明，萬一檢測出可能發(fā)生井噴，就可以開動泵機施加壓力抵消鉆桿中心通道中過量的上升料流。另外，本發(fā)明還具有這樣的特點，即本發(fā)明采用了一種環(huán)形蓄壓器，該蓄壓器可調(diào)節(jié)加到井孔環(huán)形孔隙中液體的壓力，從而保持環(huán)形液體的給定壓力。這種往鉆井環(huán)形孔隙中的環(huán)形液體施壓的能力具有無需再循環(huán)泥漿和加入物料以增加其重量從而提高泥漿密度的作用。
本發(fā)明極其重要的一個類似特點是用了多導管鉆井套管，這種套管使鉆桿具有多種特性，其中包括可容納大量生產(chǎn)流體通常較大的中心孔，它能監(jiān)控許多井下參數(shù)，能在各種壓力下同時往井下注入流體和溶液，使礦井達到最佳的生產(chǎn)率，這一切都提高了礦井的管理水平。
現(xiàn)在結合附圖參照下列說明更詳細介紹本發(fā)明的結構和操作方式。附圖中

圖1是實現(xiàn)本發(fā)明各方面和特點所采用的井口和井下設備的總示意圖;
圖2是兩鉆桿聯(lián)接在一起的部分側視圖，其中有一部分剖開，以顯示各鉆桿與聯(lián)接套筒之間螺紋的接合情況;
圖3a是沿圖2的3-3線截取的多導管管材的橫向剖視圖。
圖3b是多導管管材另一種可供選擇的實施例的橫向剖視圖，展示諸圓形周邊導管沿周邊圍繞中心導管配置的情況;
圖3c是空心管又另一個實施例的橫向剖視圖，展示了一個外管、一個形成中心導管的內(nèi)管和多個形成導管的其它管沿周邊圍繞內(nèi)中心管配置的情況。
圖3d是多導管管材又另一個實施例的橫向剖視圖，展示了一套充滿圖3a鉆桿的一個導管的個別導管。
圖4是從圖2的4-4線截取的聯(lián)接好的多導管管材的橫向剖視圖;
圖5是其中裝有一個中間電氣連接器的管形密封的斜視圖;
圖6是在連接著的諸管材的交界處的橫向剖視圖，展示了密封和中間電氣連接器;
圖7是裝有電氣導線、連接器和接點連接好的管形導管的橫向剖視圖;
圖8至10是分別沿圖7中的8-8線、9-9線和10-10線截取的橫向剖視圖;
圖11是準備與密封連接的管形端部部分的部件分解斜視圖;
圖12是鉆井井架一個實施例的正視圖，展示鵝頸水籠頭和懸掛附設在其上的鉆桿;
圖13的鵝頸水籠頭的橫向側視圖，展示了在套管部分的流體和電氣換向器連同鉆桿傳動設備的配置情況;
圖14是流體分配管匯和換向器的斜視圖，管匯有四分之一部分被剖開，以展示軸進口孔與管匯環(huán)形槽中有流體傳送時的情況;
圖15是圖14管接頭的底視圖，展示了兩個或多個鉆桿導管可與單個換向軸通道公用的情況;
圖16是流體換向器的橫向剖面?zhèn)纫晥D，展示了管匯環(huán)形槽與各自各種軸進口孔連接，和通過各軸通道連接到套管部分的情況;
圖17是套筒軸上電氣滑環(huán)的示意圖，其中顯示了給鉆桿或從鉆桿傳送電氣信號用的相應電刷;
圖18是本發(fā)明的轉(zhuǎn)換接頭連同其上所附的傳感設備的側向平面圖;
圖19是轉(zhuǎn)換接頭的縱剖面圖，以顯示用以裝設各傳感器和遙測設備的流體導管的堵塞部分，轉(zhuǎn)換接頭各孔圍繞導管的分支部分配置;
圖20是往鉆井環(huán)形區(qū)的鉆井流體施加規(guī)定壓力用的環(huán)形蓄壓器各元件的符號示意圖;
圖21是多導管鉆桿及所附鉆頭的剖視平面圖，在有些導管中采用了高速流體以鉆削地層和清洗鉆頭，圖中還展示了其它諸導管中用以在環(huán)形空隙區(qū)周圍往上載送鉆屑的低壓流體;
圖22是與圖21類似的另一個視圖，其中氣體往下被壓入一個鉆桿導管中，再從井下排出，以降低該處的流體靜壓力。
圖23是采用液體和氣體逆向循環(huán)和取巖心技術的鉆井操作的示意圖;
圖24是采用鉆井套管的多導管管材的簡化示意圖;
圖25是沿圖24的25-25線截取的多管鉆井套管的橫向剖視圖;
圖26是沿圖24的26-26線截取的鉆井套管截頭底部的端視圖;
圖27是從多導管泵段卸下的鉆井套管短頭的橫向側視圖;
圖28是通過傳感器室截取的鉆井套管短頭終端端部的部分橫向部視圖。
現(xiàn)在參看附圖。圖1是本發(fā)明的方法和設備的概況。如圖所示，本發(fā)明包括通常以編號10表示的多導管鉆桿，該鉆桿由多流體鵝頸水籠頭12驅(qū)動。鉆頭14可以是多種多樣能得到的侵蝕地下地層16鉆井用的鉆頭。
鉆頭14中可采用諸如溫度傳感器18或酸堿度傳感器20等各種井下傳感器，用以收集井下數(shù)據(jù)并通過鉆桿導線(圖1中未示出)將數(shù)據(jù)傳送到地面的監(jiān)控設備。必要時還可設電源25給的鉆頭傳感器和井下電氣器具的控制器供電。
液泵24給鵝頸水籠頭中的流體換向器供應高壓或低壓流體。還可以采用類似的其它泵。這樣，各種流體可以相同或不同的壓力泵送到井下，以將鉆井技術提高到前所未有的水平。壓縮機28以類似的方式給流體換向器26供應氮氣之類的氣體，在其中分配到鉆桿中所要分配的導管中。當采用鉆桿的中心導管32作為在液體或氣體中往上載送地層鉆屑用的通道時，鉆屑由鵝頸軟管34載送到旋流分離器36，由該分離器有效地從回流的鉆井流體中分離出來。液泵38也連接到鵝頸軟管上，以將流體從一個流體源(圖中未示出)通過中心導管32往下泵送，進行鉆井或者不然的話抵消因井內(nèi)發(fā)生噴而在導管中產(chǎn)生的任何不希望有的流體流。泵38還可用以往井下泵送水泥或其它密封料以密封鉆井。閥40在泵38啟動時自動關閉，使所泵送的物料不致進入分離器36。
根據(jù)所想使用的鉆井方法，可設置壓井管線泵42，將鉆井流體往下泵入鉆井的環(huán)形空隙44。環(huán)形蓄壓器46使井中環(huán)形流體的壓力保持在規(guī)定值。
從以上的介紹可以看出，本發(fā)明提供了根據(jù)有條件使鉆井操作最佳化的各種可供選擇的方案。從下面論述中可以更清楚地看到，本發(fā)明提供了一種前所未有的先進技術。
現(xiàn)在參看圖2。從圖中可看到聯(lián)接好的管段，特別是構成鉆桿一部分的鉆桿，更具體地說，鉆桿端部部分連接的方式。圖2所展示的是鉆桿的情況，其中，多根導管(其中之一的編號30)在整個鉆桿中，因而在通過將是鉆桿50與另一鉆桿52連接在一起的鉆桿接頭48中都是均勻一致的。這種導管30，盡管在圖2所示的鉆桿的固定部分54和56為滿足強度和密封要求在直徑方面略為大些，但其本性是直線性的。
從圖3a多導管材的橫剖面圖可以更清楚地看到鉆桿50的情況。從多方面的適應性的觀點出發(fā)，在鉆桿中設置多根導管在實際應用中極為重要，所有這些導管個個都是呈直線性，可以相互連接起來往井下供應任意希望數(shù)目的液體或氣體;各液體或汽體彼此隔離開來，因而可以按不同的壓力和量供應。為此，本發(fā)明值得推薦的方案中提出了一種鉆桿，該鉆桿有一個外側壁58和一個同心內(nèi)側壁60，構成中心導管62，大部分流體(可選擇而不是必需)即通過導管62泵送的。各種縱向?qū)Ч?0介在內(nèi)側壁60和外側壁58之間，形成內(nèi)外側壁之間的縱向環(huán)形通道徑向隔板64將該環(huán)形通道分成若干獨立的導管30。因此各導管30整個橫截面呈梯形，其弧形邊彼此平行。
采用這種結構極其有利的一點是鉆桿或鉆井套管可用擠壓法用鋁制成，其加厚部分用鋼制成，或全部用高級鋼制成。當然還可采用圖3a以外的導管構型以滿足個別要求。例如圖3b是另一種可供選擇的多導管管材的形式。該管具有外側壁66和內(nèi)側壁68，中心導管62也以內(nèi)側壁68為界。但在這種形式中，在內(nèi)側壁68和外側壁66之間，圍繞中心導管62等間距配置有橫截面呈圓形的一系列導管70。這種形式的管材制造起來很方便，可將管材在一端立起來豎向鉆通各導管。
圖3c是與圖3b類似的多導管管材的另一個形式，只是它由大管72構成，大管外壁構成外側壁，較小管74構成中心導管62。在大管72和小管74之間沿圓周配置有若干直徑較小的管76。因此各管焊接到管子兩端的毗鄰管上。
圖3d是由3b改進的管材。在周邊上具有若干圓形導管70的管材中插入有一個筒形多通道插件78，用焊接之類的方法固定。插件78有一個中心軸向通道80，周邊有若干通道82，這一切都有效地增加了管材中導管的數(shù)目，盡管直徑減小了。
因此可以看出，本發(fā)明提供了一種易于制造的管材，在管材的整個長度上敷設有多根均勻一致的獨立導管。下面即將詳細介紹如何真正利用這類導管來使鉆井或生產(chǎn)操作達到最佳化。
再參看圖2。多導管管材是采用帶螺紋的聯(lián)接套管84彼此連接在一起的。這樣連接時，密封86保證了各導管壓力的完善性，這些也將在下面詳細介紹。鉆桿50的端部與鉆桿52的端部是通過外管紋88和90與外聯(lián)接套管內(nèi)螺紋92和94之間的差動螺紋作用進行聯(lián)接的。每個鉆桿端部上外螺紋88和90具有不同的螺距。例如，圖2中所示鉆桿50的一端每英寸可以有四個螺紋88(螺距為.25)，圖中管52的一端每英寸可以有五個螺紋90(螺距為.2)。聯(lián)接套管84的套絲情況類似，它具有粗牙螺紋92，用以與鉆桿端50上相應的螺紋接合，在另一個套管端具有細牙螺紋94(每英寸五圈)，用以與鉆桿52各自的細牙螺紋接合。應該指出的是，聯(lián)接套管84與鉆桿50和52的細螺紋94和90以及粗螺紋92和88在各自有螺紋的部分都是直徑一致的螺紋。但鉆桿50的粗牙螺紋88的直徑大于鉆桿52端部細牙螺紋90的直徑。聯(lián)接套管84螺紋的直徑類似。螺紋直徑不同的這種情況使聯(lián)接套管84可以從鉆桿50上松扣卸到鉆桿52上而不致使聯(lián)接套管84的粗牙螺紋92與鉆桿52的細牙螺紋90接合。這樣，聯(lián)接套管84就可以下到鉆桿52上，直到它靠在止動凸緣96上為止。
由于圖中所示各鉆桿各端具有不同的螺距以達到差動聯(lián)接的目的，因此螺紋88和90兩者不是右旋螺紋就是左旋螺紋。當各鉆桿只用聯(lián)接套管84聯(lián)接時，各螺紋最好取這樣的方向，使鉆頭的旋轉(zhuǎn)動作促使各鉆桿之間的聯(lián)接上緊。一般說來，各螺紋按右旋方向車削。從上述情況應予以注意的是，鉆桿50和52另一端的螺距和螺紋直徑與所述各鉆桿端的相反。換言之，各鉆桿的一端是粗牙螺紋88，另一端是細牙螺紋90。
聯(lián)接套管84的直徑也比所聯(lián)接各鉆桿的大，因而任何相對于井眼壁引起的磨損，受損的是套管而不是鉆桿。為達到此目的，鉆桿聯(lián)接套管84是制成可從鉆桿52上卸下來的，方法是在聯(lián)接套管端上留出一個成環(huán)形內(nèi)凹的部分98，使其不致與外螺紋90接合。作為另一種可供選擇的方案，也可使聯(lián)接套管內(nèi)螺紋94延伸到套管端部。這樣，當聯(lián)接套管84嚴重損壞時不難從鉆桿52上卸下更換。通常，鉆桿在儲存和運輸時是將其各聯(lián)接套筒84完全上到鉆桿端上靠在止動凸緣96上的，這樣做的理由下面即將談到。
進一步參照圖2，根據(jù)本發(fā)明是將鉆桿50和52的端部在使其可用螺紋進行聯(lián)接之前彼此接合在一起，使驅(qū)動轉(zhuǎn)矩可以從一個鉆桿傳到下一個鉆桿上。這樣，鉆桿柱的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩并不是借助帶螺紋的聯(lián)接套管84傳遞的。因此帶螺紋的聯(lián)接套管84和鉆桿端部不需要普通的錐形箱和帶陽螺紋的鉆桿接頭來傳遞轉(zhuǎn)矩，這種螺紋需用價昂的切絲板牙。
圖4是若干座落在各自的驅(qū)動凹口102的驅(qū)動凸耳100使所聯(lián)接的鉆桿彼此接合起來的示意圖。參看圖11，這是帶導管的鉆桿103和105連同其電氣導線110的示意圖。從圖中可以清楚地看到在鉆桿105上若干驅(qū)動凸耳100和在鉆桿103端部的驅(qū)動凹口102(虛線所示)。鉆桿103和105之間的相互接合實質(zhì)上是驅(qū)動凸耳的100與諸凹口102的交錯配置。
鉆桿105的一個凸耳104與鉆桿103的各凹口106，它們的大小與其它驅(qū)動凸耳100及驅(qū)動凹口102的不一樣。具體地說，凸耳104是一個指示凸耳，它與指示凹口106一起使鉆桿105可按預定所希望的弧形或旋轉(zhuǎn)校準方式連接在一起。根據(jù)本發(fā)明，鉆桿柱各鉆桿之間的弧形校準最重要，因為需要在整個鉆桿柱保持各鉆桿導管都在一直線上。此外，保持各鉆桿(例如103和105)處于特定的弧形校準狀態(tài)甚至更為重要，因為有一個導管(電氣導管108)中裝有將諸信號和電能供應給井下各傳感器和將信號往上從諸傳感器或器具供應到地面設備的電氣導線。這里“信號”一詞也包括來自諸如交流或直流電源之類的電能。
因此可見，不僅需要保持載送流體各導管之間成一直線，而且需要進行個別校準，因為這些導管有一個(導管108)是裝有電氣導線的?？梢岳斫猓谛枰勉@桿的各導管傳送流體時，只需要加設驅(qū)動凸耳102即可使整個導管(不是個別導管)保持在一直線上?？梢灶A料，在某些情況下可在一個以上的導管中裝設電氣導線。
如上所述，在鉆井作業(yè)中能即時從井下諸傳感器(例如18和20)收到電氣信號，且能以閉合環(huán)路的方式工作，有助于改進鉆井作業(yè)，使其達到最佳狀態(tài)。從圖7至10中可以看到，鉆桿103的電氣導管108載有三根電氣導線110，在夾具112中裝在一起。夾具112最好配有特氟隆或吉勒等結實耐久的材料制成的蓋，使得在鉆井過程中夾具112與導管108內(nèi)表面114之間的任何摩擦運動不致引起電氣短路。
各電氣導線110接到鉆桿端部的終端連接器116上，該接器有三個導線端子118及其有關的銷式接點120。各電氣導線釬焊到是各自的銷式接點120的端子118上。在鉆桿各端的連接器116可以粘接或密封在電氣導管108中，或用其它適當構件(圖中未示出)固定在其中。
為使一個鉆桿與其它鉆桿各自的諸導管之間在電氣上和流體通路上保持連通，裝設了一個密封86，如圖5所示。密封86是扁平的其橫截面與圖示鉆桿的橫截面類似。詳細地說，圖5密封的橫截面與圖3a管材實施例的類似，制成鋼質(zhì)帶密封墊的盤形墊圈，安置在各鉆桿端部之間。根據(jù)下面的介紹，熟悉本專業(yè)的人士是能制造出與圖3b至3d的管材配用的導管密封的。如圖5所示，密封86有一個中心通孔122，周邊上等間距配置周邊通孔124。其中一個通孔中固定有一個插座式電氣中間連接器126，如圖5至圖7所示。中間連接器126各端有若干插座式接點128，鉆桿連接器116的銷式接點即可借助摩擦力插入插座式接點128中，確保鉆桿與鉆桿之間高質(zhì)量的電氣連接。此外，插座式接點128和銷式接點120都鍍金或其它合適材料，以防采到鉆井環(huán)境中普通存在的氧化作用的影響。
中間連接器126與鉆桿終端連接器116一起可粘接或固定到密封86中。作為另一種選擇，中間連接器126也可設安裝構件，使連接器可以“浮置”在密封86中。這樣可以使中間連接器126在密封86中有某種程度橫向移動的余地，以適應校準對齊了的各鉆桿之間在尺寸上存在的小差別。
密封86和中間連接器126的加設，是本發(fā)明與普通鉆桿電氣連接方面的不同點。中間連接器126具有很大的實際優(yōu)點，它可以使鉆桿端部配備銷式接點型連接器116。有了這種對稱配置方式，密封86無需正面朝上取向，只要將中間連接器126的任一端與任一鉆桿端部接觸即可快速安裝。此外，例示鉆桿的制造過程也簡化了，只需在各鉆桿端部的電氣導管中安裝一個銷式連接器116即可。
重要的一點是，密封86具有橡皮或彈性體密封或襯墊裝置130，圍繞各周邊通孔124(包括中心通孔122)配置。在密封86值得推薦的形式中，密封86各平面上開有溝槽132，確定著毗鄰周邊通孔124和中心通道孔122的界限范圍。為便于制造密封86和彈性體墊圈130，毗鄰各通孔之間的溝槽132是公用的，從而使彈性體墊圈130制成一個整體。從圖6可以看出，當套管84將鉆桿103和105連結在一起并牢固聯(lián)接時，彈性體墊圈130緊緊被壓入其溝槽中起高度密封作用，確保各流體導管與電氣導管之間壓力的完善性。這種密封方式可以使相鄰各導管之間維持50，000磅/平方英寸的朝上壓差。這種密封裝置比O形環(huán)或人字形密封更先進，后者只能承受約7，500磅/平方英寸的朝上壓差。為一目了然起見，圖6中沒有畫出電氣導管各端中的電氣連接器116。
從圖11中可以看出本發(fā)明鉆桿的另一個優(yōu)點。如圖11中所示，聯(lián)接套管84靠在止動凸緣96上(圖中未示出)。聯(lián)接套管84具有這樣的長度，當它完全退到鉆桿105上時，其終端邊緣至少與凸耳的終端邊緣136齊平，因而這種凸耳在儲存和搬運過程中不易破碎或損壞。為了同樣的目的，而且為了減少易損壞的弱點，配套鉆桿103的終端周圍設有連續(xù)的圓柱形邊緣138，連同在其內(nèi)側表面上的驅(qū)動凹口102和指示凹口106。這樣，由于邊緣138是連續(xù)的，因而這種鉆桿105的終端不易受損傷，這是我們所迫切希望的;因為可以看出，當凸耳100和104或凹口102和106損壞嚴重時，整個鉆桿就變得不安全。
根據(jù)上述說明，不難理解，許多鉆桿可以快速而輕易地聯(lián)接在一起，使其達到所希望的弧形校準狀態(tài)，在整個鉆桿柱上保持其各流體通道和電氣導管處于完善狀態(tài)。
從圖12和圖13中可以看出本發(fā)明的一個重要特點。圖12和13的鉆井作業(yè)用以將流體和電氣信號傳送到鉆桿柱和從鉆桿柱傳輸用的地面設備。起重設備140懸掛在連接到井架框架144的纜繩142上，將鵝頸水籠頭12固定吊在井口上方(圖中未示出)。纜繩卷揚裝置(圖中未示出)用以在井孔中粗調(diào)鉆桿柱，從而粗調(diào)鉆頭重量。轉(zhuǎn)矩止動纜繩148防止鵝頸水籠頭12與最頂?shù)你@桿150一起轉(zhuǎn)動。
鵝頸水籠頭12在井口上方的豎向細調(diào)是借助于一對將套筒154和鵝頸水籠頭12的沖管156部分支撐到起重設備140上的油上充氣的液壓缸152進行。如圖13所示，液壓缸152各個都具有一個活塞158，安置在部分充油的油缸160中，用以保持所希望的鉆頭荷重。各活塞158周圍有環(huán)形密封162，使活塞158與油缸160之間保持密封，并使油面保持在活塞158上方，與活塞158下方的大氣壓隔離開來。軟管164將各液壓缸152的上部分聯(lián)接到上方有氣體的油源(圖中未示出)。不難理解，油源中的高氣體壓力減輕了鉆頭的荷重。各活塞158的活塞桿166通過肘接168接到起重設備140上。各種流體通過圖12的高壓軟管170、172和174聯(lián)接到鵝頸水籠頭12上。鵝頸水籠頭頂上的高壓軟管176使流體可以往下沿鉆桿150的中心孔泵送或從該中心孔抽上來。
象鉆桿柱的電動機傳動裝置、井口處的防噴器等元件，對本發(fā)明的關系不大，它們的存在和應用熟悉本專業(yè)的人士所熟知的，因而這類鉆井作業(yè)常用的元件在本說明和附圖中都從略。
圖13的鵝頸水籠頭12主要由套筒部分154、沖管156和流體換向器182組成，套筒部分154則包括套筒軸178，其底端用管形套管180連接到最頂?shù)你@桿150。管接頭184可以有效地將流體換向器182聯(lián)接到套筒軸178上。管接頭184和套筒軸178里面都具有流體通道，用以將所希望的流體傳送到其中若干鉆桿導管中。下面將更詳細介紹各種流體換向到所希望的各鉆桿導管的方式。
鵝頸水籠頭12還包括電氣換向器186，用以在鉆桿柱轉(zhuǎn)動時保持通往各鉆桿柱導線的電氣連接。套筒軸178由一個用花鍵接合到其上的齒輪188通過液壓馬達或電動機(圖中未示出)驅(qū)動。電動機傳動裝置裝在框架190中，套筒178即通過框架190在軸承192、194和止推軸承195中轉(zhuǎn)動。軸178還設有適當?shù)挠头狻?br> 流體換向器182的簡化形式如圖14所示，其中，換向器軸196可在流體管匯198中轉(zhuǎn)動，并包括即將參照圖16加以論述的高壓密封。換向軸196包括若干與想通過各種鉆桿導管泵送的流體的數(shù)目相對應的進口孔200和202。為了示范，這里只畫出接到流體換向器182的兩個流體源。每個進口孔200和202在換向器軸196中都有流體通道204和206(虛線所示)，這類通道在換向器軸196底端上都有一個出口。換向器軸196還有一個中心孔208通過其中，鉆井流體等即通過中心孔208傳送到鉆桿150的中心導管62中。
接頭184介在換向器軸196與套筒軸178之間，用銷179及凹口181裝置和銷緊螺母183固定在換向器軸196與套筒軸178之間。圖14是接頭184的透視頂視示意圖。接頭184有一個與換向器軸中心孔208連通的中心孔210和兩個換向器軸通道204和206連通的通路212和214。圖15是接頭184底邊結構的示意圖。在例示的套筒部分154的實施例中，是想把兩種不同的流體往下泵送到各種鉆桿導管中。因此在接頭184的底邊，在各通道通路214和212周圍設有挖空區(qū)216和218。采取這種結構，通路214在將流體傳送到三個相應的套筒軸導管224時，通路212就可以同時將流體傳送到，例如，其它四個相應的套筒軸導管222。接頭184上的無孔區(qū)22堵住了套筒軸178中剩下的導管226。
因此實質(zhì)上換向器196的進口孔204可以把一種流體分配到四個毗鄰的套筒導管222中，從而分配到四個相應的鉆桿導管中。與此類似，進口孔202可用以將另一鉆井流體分配到三個毗鄰鉆桿導管中?，F(xiàn)在應該清楚，鉆井現(xiàn)場可以設各種各樣的接頭用以將若干流體源的流體分配到若干鉆桿導管中。這是借助使該部位范圍或接頭184底部的挖凹部分具有不同的形狀付諸實施的。
此外，鉆井操作員還可以從本發(fā)明的教導發(fā)現(xiàn)，可以采用兩個以上壓力不同的流體源來使鉆井操作達到最佳狀態(tài)。在該情況下，從本發(fā)明的介紹可以清楚地了解到改善三個或四個進口孔換向器以便往各鉆桿導管中分配同樣數(shù)目的不同流體的方法。
在圖14和16中可以更詳?shù)乜吹剑黧w管匯198具有通道230和232，在外側連接到各自的流體源，在內(nèi)側借助于一對環(huán)形溝槽234和236連接到換向器軸進口孔200和202。因此，進口孔200在流體在其各自的環(huán)形溝槽234中流動時是不斷有流體傳送的。同樣，進口孔202通過其環(huán)形溝槽236不斷傳送另一種流體。
由于流體換向器182承受的是只局限于連接軟管170至174(圖12)強度的流體壓力，因此必須設置使各環(huán)形槽234和236與轉(zhuǎn)動著的換向器軸196之間保持密封的特殊裝置。圖16中更詳細畫出的高壓密封裝置系用于鵝頸水籠頭12的流體換向器182中，以便可以采用各種高壓流體使井下鉆井作業(yè)便于進行。換向器軸196的外表面敷有陶瓷材料240，使在流體管匯198中的軸196具有結實而耐久的支撐表面。
各環(huán)形溝槽234和236周圍有高壓密封242，將流體管匯198與換向器軸196的陶瓷鑲面240之間密封起來。低壓密封243配置在軸196的另一端。高壓密封242的一側施加有高壓控制流體，以抵消加到高壓密封242另一側的高壓。這樣就減少了高壓密封242各側的壓差，從而減少了發(fā)生壓力井噴的可能性。因此設了高壓密封流體進口孔244(如圖16所示)，其作用是給各高壓密封圈242的一側提供高壓流體，以平衡高壓密封圈另一側因高壓鉆井流體沿各鉆井導管往下泵送所產(chǎn)生的壓力。若干低壓密封流體出口孔246是為將對高壓密封242起勻衡作用的漏泄壓力控制流體回流到一個儲液槽(圖中未示出)而設的。
換向器軸196中的中心孔208可按上述同樣的高壓法進行密封，這里不再重復。
不言而喻，根據(jù)上述介紹，本發(fā)明使鉆井操作員可以有選擇地往任意數(shù)目的不同鉆桿導管中注入不同數(shù)目的特高壓差的流體，并往井下設備加流體以便，例如，清洗或冷卻鉆頭、往鉆井液中通氣或有助于產(chǎn)生對地層的成穴作用和侵蝕作用;或同時進行各項操作。
電氣換向器(在圖17中的編號為186)使鉆桿中各轉(zhuǎn)動著的導線110與地面監(jiān)控設備22之間保持電氣通路。鉆桿電氣導線110是與最頂部的鉆桿150聯(lián)接，并通過套筒軸178底下相應的連接器(圖中未示出)。套筒軸178中的電氣導線的頂部也連接到連接器250，最后連接到圖17中的連接器252。這里作為例子，在鉆桿150中載有四根電氣導線。四根相應的導線254、256、258和260都固定到終端盒262上。四根導線各個都從終端盒262接到各自的滑環(huán)264、266、268和270上。各滑環(huán)都由黃銅或其它適當?shù)膶щ姴牧现瞥?，它們固定在套筒軸178上，因而與套筒軸178一起轉(zhuǎn)動。
這樣，來自井下各傳感器由各導線110載送的電氣信號就出現(xiàn)在各轉(zhuǎn)動滑環(huán)264至270上。四個電刷272、274、276和278壓著固定在各自的滑環(huán)上，使其具有良好的電接觸。各電刷是靜止的，各個用刷架壓在滑環(huán)上，如圖中編號280所示。各刷架固定在支座282上，支座282又固定到鵝頸水籠頭框架上。在支座282中，各導線，例如284，系連接到各電刷278上，將電氣信號載送到監(jiān)控設備上。電氣換向器186罩有保護罩(圖中未示出)，以防止滑環(huán)暴露在鉆井惡劣的環(huán)境中。
因此可見本發(fā)明設有若干電氣導線110沿鉆桿柱走線一直通到井下設備。地面監(jiān)控設備22即刻可以收到來自井下設備的電氣信號，從而可以根據(jù)信號采取行動。
從圖18和19中可以看出本發(fā)明的另一個特點。這是轉(zhuǎn)換接頭的示意圖，這種轉(zhuǎn)換接頭最適宜與經(jīng)改進的鉆桿配用以擴大其多面手性能。轉(zhuǎn)換接頭286是鉆桿的一個短節(jié)，帶有上面介紹過的套管接頭，同時還設有編號為288的傳感設備。具體從圖中可以看到的是三個傳感器。壓力傳感器290、酸堿度傳感器20和溫度傳感器18。
各傳感器都是電控制的，因而都接到遙測或轉(zhuǎn)換裝置292，以便將傳感器的物理量輸入值轉(zhuǎn)換成電信號，傳送到地面監(jiān)控設備。如圖所示，遙測裝置292是用導線連接到電氣導線夾具112上，再在鉆桿柱中往上延伸到各滑環(huán)上。導線夾具112配置在電氣導管108中。
由于電氣導管108中可能沒有足夠大的空間容納傳感和遙測設備，所以用分離器296和298堵住部分流體導管294。堵住了的部分303與電氣導管108之間用溝道297連接，使電氣導線可以從電氣導管108敷設到位于堵住部分303中的遙測設備292上。通道安裝板300裝入流體導管294的堵住部分303的通道口302中。安裝板300連同墊圈304用螺釘306固定到轉(zhuǎn)換接頭壁上。墊圈304采用普通的橡皮墊圈即可，因為堵住了的導管303并沒有承受太大的壓力。
通往導管隔板310設有許多轉(zhuǎn)換接頭孔308，用以使流體從導管294的上部通過流體導管312繞過堵住了的導管部分303流回導管294低處。
為了減少井孔處的流體靜壓頭，通常是將鉆井流體通氣。因此例示的轉(zhuǎn)換接頭286設有外通氣孔314和內(nèi)通氣孔316，前者用以給井孔環(huán)形空隙44中的鉆井流體通氣，后者用以給中心導管315中的鉆井流體通氣，如圖19所示，為進行內(nèi)外通氣，通過各通氣孔連接到各自的中心導管318和井孔環(huán)形空隙44的流體導管320和322都通以氮之類的帶壓氣體。不言而喻，單個轉(zhuǎn)換接頭286通過并不能體現(xiàn)所例示轉(zhuǎn)換接頭的所有特點。此外上述特殊制造的鉆桿還可使它具有一個或多個上述與轉(zhuǎn)換接頭有關的特點。
套筒324和326起保護傳感器的作用，使其在儲存或在井下使用時不致?lián)p傷。套筒324還對聯(lián)接套管84起止動擋的作用。
因此轉(zhuǎn)換接頭286使周圍地層傳感器可以裝到鉆桿柱中，同時使流體在各流體導管中流動。應該了解，采用轉(zhuǎn)換接頭286時，應將同樣的流體泵入導管294和312中，因為這些導管是通過孔口308傳送流體的。
圖20中可以看到環(huán)形蓄壓器46。蓄壓器46可以有選擇地機械調(diào)節(jié)井孔的流體靜壓頭，以進一步提高井孔的完善性，并能在地下壓力變化時，連續(xù)進行調(diào)節(jié)。具體地說，本設備能防止能導致災難性和代價極大的井噴發(fā)生的事件。通常，井下壓力過大時是用提高井孔環(huán)形空隙44中鉆井泥漿的密度加以抵消的。當壓力提升得過快或鉆井操作員沒有注意到壓力升高時，鉆井泥漿的密度就不能快速調(diào)節(jié)得足以防止井噴的發(fā)生。
這時環(huán)形蓄壓器就能往井孔環(huán)形空隙44施加壓力，迅速改變鉆井泥漿327的實際密度來處理這個緊急事件。環(huán)形蓄壓器46有一個通過適當管路330連接到井孔環(huán)形空間的儲槽328。轉(zhuǎn)動頭331在鉆桿周圍形成環(huán)形密封使系統(tǒng)成為一個閉環(huán)系統(tǒng)。儲槽328有一個柔韌隔膜332將鉆井泥漿327與其上的帶壓氣體324隔離開來?？梢钥闯?，隨著隔膜332上，從而鉆頭和泥漿327的氣體壓力的增加，泥漿的實際密度增加。氣泵336將氣體壓入容積較大的供氣槽338中，這樣當需要時可以快速提高蓄壓器儲槽328中氣體334的壓力。調(diào)節(jié)器340可加以調(diào)節(jié)，從而可以調(diào)節(jié)供氣槽338與蓄壓器儲槽328之間的壓力。因此，在有要求調(diào)節(jié)壓力這種指示的情況下，就可打開調(diào)節(jié)器340以增加鉆井泥漿327的氣體壓力，從而提高實際密度。
根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，可令調(diào)節(jié)器340自動進行調(diào)節(jié)，且連接到地面的壓力監(jiān)控器342，以便根據(jù)壓力傳感器290檢測出的井下壓力的瞬時變化自動調(diào)節(jié)蓄壓器儲槽328。這樣，通過閉環(huán)系統(tǒng)應用本發(fā)明可以提早檢測并防止緊急井噴災害。此外還可以利用壓力監(jiān)控器342起動泵42，以便將井下流體液面維持在所希望的高度。
在介紹過在我們認為最實用和值得推薦的實施例中的諸設備之后，現(xiàn)在介紹一下采用這種設備的一種經(jīng)過改進的鉆井方法。從這一點出發(fā)，我們看看圖21至23，這是應用本發(fā)明各種特點的鉆桿和井孔的詳圖。
圖21展示了這樣一種鉆井方法，該方法采用在一個或多個導管346中泵入井下的液體344(例如具有第一密度的鉆井流體)通過高速射動作簡化從鉆頭348清除地層鉆屑347的過程。懸浮在鉆井泥漿中的碎屑347經(jīng)由井孔環(huán)形空隙44往上被載送到地面上。在其它導管352中也往井下泵送鉆井流體344。在這些導管352中，流體344所受的壓力比在導管346中的大得多，而且被引入鉆頭鉆孔路徑354中，以便侵蝕地層和/或快速清除鉆孔路徑354中的鉆屑347。沿鉆桿中心導管358可往下大量泵入具有第二密度的鉆井流體356，在鉆頭區(qū)348將其與鉆井流體344混合，再將此混合流體往上壓入井孔環(huán)形空隙44中，載送著地層鉆屑347。
因此，有了這種多導管鉆桿，鉆井操作人員有生以來第一次同時分別往井下以足以從鉆頭上清除鉆屑的壓力泵送鉆井流體，泵送壓力極高的鉆井流體，以侵蝕地層，往井下大量泵送另一種低壓流體，以便將鉆屑往上壓入井孔環(huán)形空隙中。
圖22中所示的鉆井操作與圖21的類似，但還增設了一種轉(zhuǎn)換接頭360，帶壓氣體362即在轉(zhuǎn)換接頭360中通過外通氣314泵入井孔環(huán)形空隙44中，以便給混合密度的鉆井流體通氣，從而降低實際密度。換句話說，此通氣過程降低了鉆頭區(qū)348的流體靜壓力。因此不難理解，在本實例通氣過程和用環(huán)形蓄壓器46往鉆井流體施壓的過程中，在兩過程之間可以在寬范圍內(nèi)迅速改變鉆井流體的密度。
圖23展示取巖心的操作過程，其中，高壓鉆井流體344，通過某些導管346和352并通過噴嘴(圖中未示出)加到鉆頭區(qū)348，然后通過鉆桿的中心導管358連同地層鉆屑347一起反向循環(huán)。此外，還通過將壓縮氣體362經(jīng)流體導管364往下泵送，再通過內(nèi)通氣孔316排入中心導管358的通氣方式來提高鉆井流體344反向循環(huán)的效率。不然也可將流體注入鉆桿的外環(huán)形空隙中以妥善調(diào)節(jié)外區(qū)。
同樣也不難理解，圖23所示的配置方式也可利用圖21的鉆頭14加以改變。在此實施例中，鉆屑的大小減小了，以便可以提高往井口全部氣動輸送鉆屑的效率。
上面介紹了經(jīng)改進的鉆井設備和方法。不難理解，可以將上述各方面和特點結合起來進一步提高鉆井操作的效率。例如，可以在鉆桿上裝設上述所介紹的以外的其它傳感器，以檢測所希望獲取的地層數(shù)據(jù)，就象上述壓力傳感器一樣，同時將其與地面設備聯(lián)接起來以改變鉆桿操作程序。這種閉環(huán)系統(tǒng)消除了操作人員收到信息之后延遲采取措施或完全沒有行動的可能性。此外，這種閉環(huán)系統(tǒng)可對鉆井操作的任何量進行連續(xù)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)達到最佳效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，下列三種功能可彼此加以分開，因而可獨立加以操縱和控制(1)保持井孔在化學和壓力方面的完善性，(2)鉆屑的流通循環(huán)，將其排出井外，和(3)對地層的切割或侵蝕所起的輔助作用。因此本發(fā)明可采用多種彼此分開的流體及其混合流體履行上述三種功能。相比之下，在現(xiàn)有技術中，上述功能是不能分開的，因而也不能獨立加以操縱或控制。
本發(fā)明的另一個主要目的是提供一種具有多導管的鉆井套管。多導管鉆井套管具有與上述與鉆桿有關的類似優(yōu)點。
熟悉本專業(yè)的人士不難理解，即使在礦井已進入生產(chǎn)階段之后，也需要履行精心編制的礦井管理計劃，確保礦井達到最高的生產(chǎn)效率。迄今礦井的整個生產(chǎn)管理歷來受到井下信息量的限制，這些井下信息經(jīng)收集之后可用以改變井下條件以提高效率，也可用以改變地面上的泵送操作以提高的效率。與上述鉆井操作極其相似，在能傳送多種流體和電氣信號的情況下，也能實現(xiàn)高效率的礦井生產(chǎn)閉環(huán)系統(tǒng)。在高度發(fā)達的生產(chǎn)系統(tǒng)中需要了解的項目是井下有關各區(qū)壓力、溫度、流量、流體粘度和密度、流體酸堿度等情況。監(jiān)控這些及其它參數(shù)有好處，目的是控制地面的操作情況以便(例如)控制壓入井下的氣體壓力，從而降低井下的流體靜壓力，并往井下注入溶劑或溶液以溶化油料或調(diào)節(jié)酸堿度值。還可以同時往井下泵送其它溶液，以便進一步影響地層，使其釋放出更多的油或其它物料。在其它應用中，可能需要往井下注入醇類溶液或防凍劑，以防止因氣體流動的降溫效應所引起的不希望有的低溫情況。
從上述介紹的情況可見，迫切希望能在往井下泵送多種流體的同時，監(jiān)控井下的多種參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，圖24和25是一種能彌補迄今各種鉆井套管不足之處的多導管鉆井套管366的一個例子。鉆井套管366的一般性能及其與套管取接以形成鉆桿柱的配置方式與上述與鉆桿有關的各方面相同。由于套管366的各種導管也可能會載送高壓流體，因此設了相當于圖5的密封的密封件86(圖27)，以確保鉆井套管366各導管之間壓力的完善性。
特別是，圖25展示了鉆井套管366橫剖面的結構，其中包括中心孔370、多根流體導管372和裝設有多根遙測導線376的電氣導管374。各遙測導線376接到電氣導管各端的連接器，并通過密封件86的中間連接器126接到鉆桿柱其它鉆井套管各段的相應遙測導線上。應該指出，圖25的多導管鉆井套管366總的說來是和圖3b的多導管鉆桿相同的，只是鉆井套管的管材橫截面較大，在井孔直徑范圍內(nèi)。此外中心孔370直徑稍大一些，以適應往上泵送的大量生產(chǎn)流體。
參看圖24，最頂?shù)你@井套管366用套管84聯(lián)接到編號為378的井口蓋帽。井口蓋帽短頭380的橫截面與鉆井套管366的相似，還設有密封86(圖中未示出)和上述與圖11有關的指示和驅(qū)動凸耳和凹口。井口蓋帽378有許多通路382(虛線)通過其中，將各鉆井套管導管372和374連接到各自的流體或溶液源和監(jiān)控控制制板394上。在本發(fā)明所舉的實施例中，鉆井套管的七個流體導管372個個都可通過流體分配器386接到各流體源388上。高壓軟管(例如圖中所示的軟管384)將各井口蓋帽通路382接到流體分配器386的一個出口390。
電氣通道374中的遙測導線376通過井口蓋帽電氣通道392(虛線所示)聯(lián)接到監(jiān)控控制板394上。監(jiān)控控制板394可包括各種儀表、警報器、曲線監(jiān)控器或放大器，用以將遙測信號變換成其它信號，以便，例如，驅(qū)動一排電磁閥(編號為396)，例如與流體分配器386的流體管匯397配用的電磁閥。
這樣，設了一個閉環(huán)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，地面設備可根據(jù)各傳感器檢測到的井下參數(shù)的變化自動操作。例如，根據(jù)井下生產(chǎn)流體粘度增加的指示(這由傳感器424檢測出來，下面即將詳細談到)，監(jiān)控控制板394會處理該電氣指示并促使其中一個電磁閥396動作，從而將醇流體源通過流體分配器386接到一個或多個鉆井套管流體導管372，從而改變生產(chǎn)流體的粘度。此外，在粘度傳感器往監(jiān)控控制板394傳送井下生產(chǎn)流體的瞬時粘度時，一個或多個其它電磁閥396可以動作或釋放，以通過令該流體取道其它流體導管372來增加流體量或通過減少泵送該溶劑所通過的流體導管372的數(shù)目來減少泵入井下的流體量。
上面只是列舉了電磁閥396和管匯裝置的一般具體配置方式，熟悉本專業(yè)的人士是可以另行設計的。
還可以裝設手動操作按鈕板400，以便手動操縱電磁閥396，使任何一種流體可通過任何一根或多根鉆井套管流體導管372泵送。
井口蓋帽378還有一個中心孔(圖中未示出)，泵軸402即通過該中心孔延伸到井下起泵送作用，生產(chǎn)流體即借助于此泵送作用提升到地面上的。
鉆井套管的最底下部分有一個鉆井套管短頭404(各流體導管372即從該短頭出口)和若干電氣遙測傳感器。鉆井套管短頭404可用螺紋聯(lián)接到一個專用的多導管管材406，該管材中裝有普通往復式柱塞，用以將生產(chǎn)流體提升到地面上。
圖26和圖27表示了鉆井套管短頭404的各種特點。從底部看起，鉆井套管短頭404(圖26)包括一個蓋住中心孔370的篩網(wǎng)408，網(wǎng)孔的大小可以防止砂粒等進入泵區(qū)406。篩網(wǎng)408由不銹鋼或其它耐腐蝕的類似材料制成，其周邊有若干孔與流體導管成一直線，因而流體可以從鉆井套管短頭404的底部噴出而不受篩網(wǎng)408的限制。篩網(wǎng)408夾在接頭412的一個凸肩410與導管終端頭414之間，固定在鉆井套管短頭404中。短頭404的導管終端頭414有多個流體導管372、中心孔370和一個電氣導管374，都通過多導管泵段406與多導管鉆井套管366的相應導管對齊。此外，鉆井套管短頭404還有驅(qū)動和指示凸耳，可與多導管泵段406上各自的驅(qū)動和指示凹口配合。如上所述，密封86確保鉆井套管短頭404各相應導管與多導管泵段406之間壓力的完善性。
從圖26可以看到，各流體導管通過噴嘴孔416通到井孔底部。從圖中可以看出，可按不同需要設備不同直徑的噴嘴孔。
圖27進一步展示了鉆井套管短頭404和多導管泵區(qū)406中的遙測導線376。電氣導管連接器418、密封中間連接器126和鉆井套管短頭連接器420使遙測導線376與傳感器422之間形成連續(xù)電氣通路。鉆井套管短頭404中的傳感器室422的放大詳圖如圖28所示。在圖26中，在傳感器室422的終端頭設有多個傳感器，其中一個傳感器的編號為424。傳感器422有若干帶螺紋的入口426，外部帶螺紋的傳感器424即固定在該入口中。這種配置方式和帶螺紋熔斷器在接氣分線箱的配置方式極其相似，只是其中設有填密片428，以防流體漏進傳感器室422中。帶彈簧的傳感器接點430使傳感器元件424與遙測導線376之間形成連續(xù)的電氣通路。
這種結構有很大的好處，因為可以預選若干傳感器元件424將其固定在鉆井套管短頭404中以檢測個別對一定類型的礦井生產(chǎn)至關重要的井下參數(shù)。監(jiān)控控制板394上的放大器和其它檢測器可按裝在鉆井套管短頭404中傳感器424的類型進行配線，使檢測出的個別參數(shù)可以轉(zhuǎn)換或表示這些參數(shù)的有用指示值。此外，若想采用多個單根電氣導管374所能容納的傳感器元件424和遙測導線376，則可將遙測導線和相應的連接器裝在其它一些流體導管中以擴大傳感設備的容量。
至于圖27，接頭412借助相應的內(nèi)外螺紋將導管終端頭414固定到多導管泵段406。多導管泵段406有一個作為泵缸的中心孔432，泵柱塞434即在該中心孔中往復運動往上壓送生產(chǎn)流體。泵柱塞434具有普通的周邊密封436用以防止流體漏出泵柱塞434的上方和下方。在泵柱塞434的下行沖程中，生產(chǎn)流體通過通道440、開著的止回閥438被往上壓送到泵塞434的頂邊。在柱塞434的下行沖程中，止回閥438關閉，生產(chǎn)流體被往上壓送到地面的儲槽(圖中未示出)中。
總的說來，上面列舉了多導管管材用作鉆井套管的好處。由于設了許多導管，井孔底部有許多通路可資利用，從而可以檢測出井下的多項參數(shù)，且可以通過各種流體導管將礦井總生產(chǎn)管理效率提高到很高的水平。
盡管以上參照諸管材、導管、聯(lián)接方式等介紹了鉆井方法和設備的一些最佳實施例，不言而喻，在不脫離本說明書所附各權利要求所規(guī)定的本發(fā)明范圍的基礎上是可以進行種種修改的，這僅是工程上選擇問題而已。熟悉本專業(yè)的人士甚至可以，例如，將轉(zhuǎn)換接頭的各種特點直接體現(xiàn)在鉆桿或鉆頭上，而借助于本發(fā)明，他們會發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)該選擇非常容易。此外，要體現(xiàn)本發(fā)明的個別優(yōu)點時不必要將本發(fā)明的全部優(yōu)點都應用到一個復合管材上。另外，本發(fā)明的范圍并不受本說明書所公開的上述細節(jié)的限制，而是與權利要求書的整個范圍一致，因而包括任何和所有等效的設備和方法。
權利要求
1.一種生產(chǎn)礦井的管理方法，其特征在于，該方法包括下列步驟從所述礦井提取生產(chǎn)流體；監(jiān)控井下參數(shù)；往井口傳送所述參數(shù)的信號；和根據(jù)所述參數(shù)的某些信號指示超限情況，往井下泵送所想泵送的流體使所述參數(shù)恢復到極限值。
2.如權利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括，根據(jù)所述超限情況往井下獨立泵送多種流體。
3.如權利要求2的方法，其特征在于，該方法還包括，往井下獨立泵送多種不同的流體。
4.如權利要求3的方法，其特征在于，該方法還包括，往井下同時而獨立地泵送多種不同的流體。
5.如權利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括，同時監(jiān)控多項井下參數(shù)，并根據(jù)各所述參數(shù)的超限情況往井下泵送流體，使各所述參數(shù)恢復到極限值。
全文摘要
一種生產(chǎn)礦井的管理方法，該方法包括下列步驟從所述礦井提取生產(chǎn)流體；監(jiān)控井下參數(shù)；往井口傳送所述參數(shù)的信號；和根據(jù)所述參數(shù)的某些信號指示超限情況，往井下泵送所想泵送的流體使所述參數(shù)恢復到極限值。
文檔編號E21B47/00GK1048076SQ90106628
公開日1990年12月26日 申請日期1990年7月31日 優(yōu)先權日1987年8月3日
發(fā)明者哈里·貝利·柯利特 申請人:潘蓋伊公司