CN111270994A

CN111270994A - 一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺及装置

Info

Publication number: CN111270994A
Application number: CN202010084313.5A
Authority: CN
Inventors: 叶建良; 谢文卫; 张伟; 熊亮; 王偲; 于彦江; 寇贝贝; 史浩贤; 卢秋平; 陈靓; 申凯翔
Original assignee: Guangzhou Marine Geological Survey
Current assignee: Guangzhou Marine Geological Survey
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2020-06-12

Abstract

本发明涉及海洋工程的技术领域，特别是涉及一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺及装置，实现钻进(扩孔)下套管一次成井，解决深海无隔水管钻进复杂地层下套管作业难、施工风险大、作业成本高；包括以下步骤：(a)先将设计长度的套管连接好；(b)在套管内部下入一套带有导向钻头、套管下扩孔器、钻铤和螺杆马达的钻具组合；(c)下钻到海底；(d)利用螺杆马达驱动导向钻头钻进一个新的井眼，通过套管下扩孔器扩孔至设计井径；(e)钻进直至套管设计深度；(f)启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置；(g)提钻；(h)进行后续作业。

Description

一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺及装置

技术领域

本发明涉及海洋工程的技术领域，特别是涉及一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺及装置。

背景技术

众所周知，地球面积的71％被海洋覆盖，海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，包括石油、天然气、天然气水合物及镍、钴、锰、铅、锌、金、银、铝等金属矿产资源。在全世界范围内，随着经济社会的不断发展，陆地资源开发利用日趋枯竭，从而使海洋矿产资源的开发利用受到广泛关注，甚至呈现出越演越烈的全球竞争局面。要认识地球，必须研究海洋及洋底的地层。据专家估计，全球未来油气总储量的 40％将来自深海，未来替代能源“可燃冰”也主要来自深海。深海更是研究解决生命起源、地球演化、气候变化等重大科学问题的前沿领域。因此，挺进深海是历史发展的必然，而深海钻探是最有效的研究海洋及洋底地层的最直接手段。

目前，我国海洋钻探技术人才短缺，装备落后，技术薄弱，软硬件基础较差，深海钻探关键技术、装备牢牢掌握在国外几家公司和研究机构手中。资料表明，世界大洋科学钻探在绝大多数情况下均采用无隔水管方法施工。

无隔水管钻进在松散破碎地层(如淤泥、砂卵石、流砂、坡积)，常因孔壁不稳定而导致各种孔内事故发生(如塌孔、埋钻、卡钻等)，给施工作业带来困难，甚至钻孔报废。海上钻探作业日费高昂，出现钻孔报废损失惨重。现有常规下套管作业程序是：先在海底实施钻孔(有时还需要进行扩孔作业)，然后提钻，连接套管，在套管串顶端安装套管悬挂器，通过下套管工具将套管串连接到钻杆上，之后利用钻杆重新进入钻孔并下套管到预定位置，最后启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置，提钻，所有这些操作(从完成钻孔作业到重新进入钻孔并将套管下到位)需要一段时间，在此期间，裸露的钻孔完全依靠孔中的泥浆进行护壁，以防塌孔或埋钻。常见的问题是：由于地层缩径、钻孔坍塌或埋钻，导致套管柱不能下入到预先钻好的井眼(有时甚至找不到老眼)或中途遇阻下不到位(达不到封隔不稳定地层目的)，在水敏性、松散、无固结、断碎破碎带或其他不稳定地层中这种情况尤其严重。

深水油气钻井领域，国际惯例一般采用喷射法安装表层导管，即表层导管随喷射钻具同时下入，表层导管喷射到位后无需固井作业，仅依靠套管周围地层的摩擦阻力保持稳定，表层导管喷射到位后套管周围地层回填挤密压实需要一定时间，导管才具备足够的承载力为 BOP等水下设备提供支撑，时间窗口通常在12～24h之间，影响作业效率、增加钻井成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种针对深海无隔水管钻进钻孔条件复杂，下套管作业困难，施工风险大，成本高等难题，提出采用跟管钻进下套管工艺，利用下套管工具、套管下扩孔器、井下动力钻具等，优选配套钻具组合、优化跟管钻进工艺，实现钻进(扩孔) 下套管一次成井，解决深海无隔水管钻进复杂地层下套管作业难、施工风险大、作业成本高等技术难题的深海无隔水管跟管钻进下套管工艺。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，包括以下步骤：

(a)先将设计长度的套管连接好；

(b)在套管内部下入一套带有导向钻头、套管下扩孔器、钻铤和螺杆马达的钻具组合；

(c)下钻到海底；

(d)利用螺杆马达驱动导向钻头钻进一个新的井眼，通过套管下扩孔器扩孔至设计井径；

(e)钻进直至套管设计深度；

(f)启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置；

(g)提钻；

(h)进行后续作业。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，所述钻具组合以上钻杆部分通过下套管工具与套管连接。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，所述步骤(d) 中设计井径大于套管外径。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置，包括套管，所述套管内部设置有钻杆，钻杆底端设置有下套管工具，下套管工具与套管之间设置有套管悬挂器，下套管工具底端设置有钻铤，钻铤底端设置有螺杆马达，螺杆马达底端设置有套管下扩孔器，套管下扩孔器底端设置有导向钻头。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置，所述钻杆外部设置有重入锥。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置，套管外部设置有泥垫。

与现有技术相比本发明的有益效果为：先将设计长度的套管连接好，在套管内部下入一套带有导向钻头、套管下扩孔器、钻铤和螺杆马达的钻具组合，下钻到海底，利用螺杆马达驱动导向钻头钻进一个新的井眼，通过套管下扩孔器扩孔至设计井径，钻进直至套管设计深度，启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置，提钻，进行后续作业，这种方法可以使钻进、扩孔、下套管三步并作一步，简化了施工作业程序，效率得以大幅提高，从而降低了从钻成井眼到下套管过程中因为长时间停留造成孔内事故的发生概率，既保证了钻孔安全，又具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置的结构示意图；

附图中标记：1、重入锥；2、套管悬挂器；3、下套管工具；4、套管；5、钻铤；6、螺杆马达；7、导向钻头；8、套管下扩孔器；11、钻杆；12、泥垫。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

先将设计长度的套管连接好，在套管内部下入一套带有导向钻头、套管下扩孔器、钻铤和螺杆马达的钻具组合，钻具组合以上钻杆部分通过下套管工具与套管连接，下钻到海底，利用螺杆马达驱动导向钻头钻进一个新的井眼，通过套管下扩孔器扩孔至设计井径，设计井径大于套管外径，钻进直至套管设计深度，启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置，提钻，进行后续作业。

对比例1：

先在海底实施钻孔(有时还需要进行扩孔作业)，然后提钻，连接套管，在套管串顶端安装套管悬挂器，通过下套管工具将套管串连接到钻杆上，之后利用钻杆重新进入钻孔并下套管到预定位置，最后启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置，提钻。

对比例2：

喷射法安装表层导管，即表层导管随喷射钻具同时下入，表层导管喷射到位后无需固井作业，仅依靠套管周围地层的摩擦阻力保持稳定，表层导管喷射到位后套管周围地层回填挤密压实需要一定时间，导管才具备足够的承载力为BOP等水下设备提供支撑。

根据实施例1、对比例1和对比例2进行施工作业，得到以下数据：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(a)先将设计长度的套管连接好；

(c)下钻到海底；

(e)钻进直至套管设计深度；

(g)提钻；

(h)进行后续作业。

2.如权利要求1所述的一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，其特征在于，所述钻具组合以上钻杆部分通过下套管工具与套管连接。

3.如权利要求2所述的一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，其特征在于，所述步骤(d)中设计井径大于套管外径。

4.一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置，其特征在于，包括套管(4)，所述套管(4)内部设置有钻杆(11)，钻杆(11)底端设置有下套管工具(3)，下套管工具(3)与套管(4)之间设置有套管悬挂器(2)，下套管工具(3)底端设置有钻铤(5)，钻铤(5)底端设置有螺杆马达(6)，螺杆马达(6)底端设置有套管下扩孔器(8)，套管下扩孔器(8)底端设置有导向钻头(7)。

5.如权利要求4所述的一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置，其特征在于，所述钻杆(11)外部设置有重入锥(1)。

6.如权利要求5所述的一种深海无隔水管跟管钻进下套管装置，其特征在于，套管(4)外部设置有泥垫(12)。