1.本发明涉及一种用于降低钻井液循环温度的钻杆及方法。
背景技术：
2.深井、超深井钻井过程中井底循环温度对井下工具的影响越来越明显，高温导致工具故障频发，制约了钻井时效。井底钻井液循环温度受地热梯度、岩性特征、地面温度、钻井参数等多重条件影响，目前在四川盆地高石梯-磨溪区块、泸州深层页岩气区块，不同程度的出现井底钻井液循环温度超过150℃的现象，导致定向工具频繁的失去信号，无法判断井底的方位与井斜。由此导致了储层段多趟次起下钻，最多水平段起下钻21趟，严重制约了油气井的钻井工期，增加了人工操作强度和作业成本。
技术实现要素：
3.为解决现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的技术问题，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的钻杆及方法。
4.本发明实施例通过下述技术方案实现：
5.第一方面，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的钻杆，包括钻杆；所述钻杆的内壁敷设有隔热材料。
6.进一步的，所述隔热材料的导热率k＝1。
7.进一步的，所述隔热材料的厚度为0.05-0.15mm。
8.进一步的，所述隔热材料的厚度为0.1mm。
9.进一步的，所述钻杆为标准钻杆。
10.第二方面，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的方法，包括：
11.s1.将包括所述钻杆的钻具组合下入井底；
12.s2.根据满足井壁稳定的钻井液低限密度ρ1与满足井控要求的钻井液高限密度ρ2，按固定的密度差制成密度在ρ1～ρ2之间的多个不同密度梯度的钻井液；
13.s3.用钻井液钻进，并监测井底钻井液循环温度；
14.s4.判断所述步骤s3的钻井液的密度是否为ρ1，若否则执行s5；
15.s5.判断井底钻井液循环温度是否大于预设值，若是，则选择更低密度的钻井液返回s3。
16.进一步的，所述步骤s5包括：s5.判断井底钻井液循环温度是否大于预设值，若是，则选择低一个固定的密度差的钻井液返回s3。
17.进一步的，所述固定的密度差为0.1g/cm3。
18.进一步的，还包括：
19.根据地层岩性确定钻井液体系；
20.根据地层岩性及邻井钻进复杂情况，确定满足井壁稳定的钻井液低限密度；
21.根据待钻井的地层压力系数与油气层发育情况，确定满足井控要求的钻井液高限
密度。
22.进一步的，所述步骤s3的起始钻井液的密度为ρ2。
23.本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
24.本发明实施例的一种用于降低钻井液循环温度的钻杆及方法，通过内壁敷设有隔热材料的钻杆，改变钻具的导热率的方法来间接改变钻井液循环温度，通过采用梯度式选用不同密度的钻井液达到降低钻井液循环温度的效果，从而，本发明实施例克服了现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的缺陷。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为热量由钻井液通过钻具传递到环空示意图。
27.图2为用于降低钻井液循环温度的方法的流程示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
29.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
30.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
31.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
32.实施例1
33.为解决现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的技术问题，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的钻杆。
34.第一方面，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的钻杆，包括钻杆；所述钻杆的内壁敷设有隔热材料。
35.以下分析钻井液在钻杆中温度传播机理：
36.在正常钻井时,钻井液从钻柱井口注入井眼,经井筒下部地层加热后返回环空,从环空井口返出,在环空向井口流动的途中加热井眼周围的地层.钻井液为热量传递的主要载体，假设井筒钻井液为整个单元体，热量由钻井液通过钻具传递到环空示意图，参考图1所示。
37.热传导在三维的等方向均匀介质里的传播可用以下方程表达：
[0038][0039]
其中k为导热率。
[0040]
因此，在钻具满足api标准条件下为钢铁介质，其导热率已经恒定不变。可以通过对钻具敷设一种隔热材料在钻具内壁，通过理论计算选择系数为k
1-kn的合理范围，拟定为k。
[0041]
但钻井过程接触的介质及工况复杂，仅考虑单一影响因素无法有效指导现场钻井作业，在石油天然气钻井过程中，钻井循环温度主要受(1)井筒条件(2)钻具条件(3)钻井液条件：钻井液体系、钻井液密度、粘度、动切力；(4)井筒介质的比热容及热传导系数。
[0042]
当钻井液温度恒定时，热量的传播与导热率成正相关关系，因此可以通过上述公式中影响温度传播的导热率入手。
[0043]
本发明实施例找到了钻杆影响钻井液循环温度的关键因素：导热率。进而通过地层岩性确定钻井液体系，再根据地层岩性及邻井钻进复杂情况，确定满足井壁稳定的钻井液低限密度；根据待钻井的地层压力系数与油气层发育情况，确定满足井控要求的钻井液高限密度；然后依次降低钻井液密度，从而达到降低循环温度的效果。通过现场试验，取得了预期效果。
[0044]
从而，本发明实施例通过内壁敷设有隔热材料的钻杆，改变钻具的导热率的方法来间接改变钻井液循环温度，通过采用梯度式选用不同密度的钻井液达到降低钻井液循环温度的效果，从而，本发明实施例克服了现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的缺陷。
[0045]
进一步的，所述隔热材料的导热率k＝1。
[0046]
选用导热率为1的隔热材料，可以满足钻杆的隔热需求。
[0047]
进一步的，所述隔热材料的厚度为0.05-0.15mm。可选地，所述隔热材料的厚度为0.1mm。隔热材料的厚度可根据不同的材质选择不同的厚度，能够满足隔热材料的导热率即可，一般地，隔热材料的厚度可以为0.05、0.08或0.12mm。
[0048]
进一步的，所述隔热材料的厚度为0.1mm。
[0049]
进一步的，所述钻杆为标准钻杆。
[0050]
实施例2
[0051]
为解决现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的技术问题，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的钻杆和方法。
[0052]
第一方面，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的钻杆，包括钻杆；所述钻杆的内壁敷设有隔热材料。
[0053]
以下分析钻井液在钻杆中温度传播机理：
[0054]
在正常钻井时,钻井液从钻柱井口注入井眼,经井筒下部地层加热后返回环空,从环空井口返出,在环空向井口流动的途中加热井眼周围的地层.钻井液为热量传递的主要载体，假设井筒钻井液为整个单元体，热量由钻井液通过钻具传递到环空示意图，参考图1所示。
[0055]
热传导在三维的等方向均匀介质里的传播可用以下方程表达：
[0056][0057]
其中k为导热率。
[0058]
因此，在钻具满足api标准条件下为钢铁介质，其导热率已经恒定不变。可以通过对钻具敷设一种隔热材料在钻具内壁，通过理论计算选择系数为k
1-kn的合理范围，拟定为k。
[0059]
但钻井过程接触的介质及工况复杂，仅考虑单一影响因素无法有效指导现场钻井作业，在石油天然气钻井过程中，钻井循环温度主要受(1)井筒条件(2)钻具条件(3)钻井液条件：钻井液体系、钻井液密度、粘度、动切力；(4)井筒介质的比热容及热传导系数。
[0060]
当钻井液温度恒定时，热量的传播与导热率成正相关关系，因此可以通过上述公式中影响温度传播的导热率入手。
[0061]
本发明实施例找到了钻杆影响钻井液循环温度的关键因素：导热率。进而通过地层岩性确定钻井液体系，再根据地层岩性及邻井钻进复杂情况，确定满足井壁稳定的钻井液低限密度；根据待钻井的地层压力系数与油气层发育情况，确定满足井控要求的钻井液高限密度；然后依次降低钻井液密度，从而达到降低循环温度的效果。通过现场试验，取得了预期效果。
[0062]
从而，本发明实施例通过内壁敷设有隔热材料的钻杆，改变钻具的导热率的方法来间接改变钻井液循环温度，通过采用梯度式选用不同密度的钻井液达到降低钻井液循环温度的效果，从而，本发明实施例克服了现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的缺陷。
[0063]
进一步的，所述隔热材料的导热率k＝1。
[0064]
选用导热率为1的隔热材料，可以满足钻杆的隔热需求。
[0065]
进一步的，所述隔热材料的厚度为0.05-0.15mm。可选地，所述隔热材料的厚度为0.1mm。隔热材料的厚度可根据不同的材质选择不同的厚度，能够满足隔热材料的导热率即可，一般地，隔热材料的厚度可以为0.05、0.08或0.12mm。
[0066]
进一步的，所述钻杆为标准钻杆。
[0067]
第二方面，本发明实施例提供一种用于降低钻井液循环温度的方法，参考图2所示，包括：
[0068]
s1.将包括上述钻杆的钻具组合下入井底；
[0069]
将上述钻杆接入钻具组合后下入到井底；
[0070]
s2.根据满足井壁稳定的钻井液低限密度ρ1与满足井控要求的钻井液高限密度ρ2，按固定的密度差制成密度在ρ1～ρ2之间的多个不同密度梯度的钻井液；
[0071]
s2选择采用固定的密度差，即固定的密度间隔来制成一系列不同密度的钻井液使用，便于更好的通过控制钻井液的密度大小来改变地层中钻井液循环温度；当然也可以选
择非固定的密度差的钻井液来实现上述目的。
[0072]
s3.用钻井液钻进，并监测井底钻井液循环温度；
[0073]
开钻后，从钻井液可从高限密度ρ2开始钻进，同时井底定向工具记录井底钻井液循环温度，对井底钻井液循环温度进行监测；
[0074]
s4.判断所述步骤s3的钻井液的密度是否为ρ1，若否则执行s5；
[0075]
s5.判断井底钻井液循环温度是否大于预设值，若是，则选择更低密度的钻井液返回s3。
[0076]
预设值可根据实际情况进行确定，预设值可以是温度135℃左右。
[0077]
进一步的，所述步骤s5包括：s5.判断井底钻井液循环温度是否大于预设值，若是，则选择低一个固定的密度差的钻井液返回s3。
[0078]
比如s3的钻井液钻进时，此时s3的密度为a 一个固定的密度差，井底钻井液循环温度大于预设值，则此时选择将s3的钻井液替换为密度为a的钻井液进行钻井，依此类推。从而，可实现按照不同密度梯度的钻井液按照密度从高到低的顺序进行对应调整，来实现降低井底钻井液的循环温度。
[0079]
可选地，固定的密度差为0.05-0.2g/cm3；固定的密度差可以根据实际情况选择0.05g/cm30.08g/cm3或0.15g/cm3；进一步的，所述固定的密度差为0.1g/cm3。
[0080]
进一步的，还包括：
[0081]
根据地层岩性确定钻井液体系；
[0082]
根据地层岩性及邻井钻进复杂情况，确定满足井壁稳定的钻井液低限密度；
[0083]
根据待钻井的地层压力系数与油气层发育情况，确定满足井控要求的钻井液高限密度。
[0084]
可以根据地层岩性选择采用的钻井液体系，并根据地层岩性及邻井钻进复杂情况，确定满足井壁稳定的钻井液低限密度；根据待钻井的地层压力系数与油气层发育情况，确定满足井控要求的钻井液高限密度；从而，使钻井液低限密度和钻井液高限密度更符合实际的钻井需求。
[0085]
进一步的，所述步骤s3的起始钻井液的密度为ρ2。
[0086]
具体地，用于降低钻井液循环温度的方法，包括以下步骤：
[0087]
(1)需直径φ127mm、φ139.7mmapi标准钻杆，壁厚不限；
[0088]
(2)需导热率k＝1的隔热材料；
[0089]
(3)在(1)准备的钻杆内壁敷设(2)中的隔热材料，厚度为0.1mm；
[0090]
(4)钻杆接入钻具组合后，下入到井底；
[0091]
(5)将满足井壁稳定的钻井液低限密度ρ1与满足井控要求的钻井液高限密度ρ2，按0.1g/cm3的密度差进行分成多个密度梯度；
[0092]
(6)井场配备精细控压钻井设备；
[0093]
(7)开钻后，从高限密度ρ2开始钻进，同时井底定向工具记录井底循环温度；
[0094]
(8)若循环温度较高(142℃左右)，则采用精细控压钻井设备，配合地面钻井液工程师调整钻井液密度，按0.1g/cm3梯度依次降低。
[0095]
(9)重复步骤(7)～(8)记录循环温度与依次降低钻井液密度；
[0096]
(10)直到钻井液温度降至135℃左右，或者钻井液密度降至满足井壁稳定的钻井
液低限密度ρ1，则停止降密度。
[0097]
从而，本发明实施例通过内壁敷设有隔热材料的钻杆，改变钻具的导热率的方法来间接改变钻井液循环温度，通过在钻杆的内壁敷设隔热材料，改变钻杆的隔热性能，从而使钻具的隔热性能改变；通过采用梯度式选用不同密度的钻井液达到降低钻井液循环温度的效果，从而，本发明实施例克服了现有技术中存在的井底钻井液循环温度过高影响油气井开采作业的缺陷。
[0098]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。