CN104832091A - 一种深水sbop钻井系统 - Google Patents

Abstract

一种深水SBOP钻井系统,能完成钻头、套管直径大于隔水管内径情况下的作业,并可在钻表层时使用隔水管作业。在现有深水SBOP钻井系统的海底防喷器组与上部连接头之间接入一套管密封装置，在套管密封装置和海底防喷器间或海底防喷器组间的三通上连接一闸门，闸门的另一端与一上部连接头管连接，该上部连接头安置在海底防喷器组框架上。一BHA运送装置通过引导绳和牵引绳在海底和钻井平台间运送新、旧BHA，一上卸扣装置布置在BHA丝扣位置附近完成BHA的上卸扣作业。

Description

一种深水SBOP钻井系统

技术领域

本发明涉及一种深水SBOP钻井系统，尤其是能满足钻头直径和套管外径大于套管隔水管内径条件下的施工需要，属深水钻井领域。

背景技术

深水钻井的主要特点是:一开普遍采用喷射下导管与钻表层一次完成的方案。导管通过导管头坐挂在海底基盘上,表层钻头与钻具相连位于导管内,然后用钻具把导管、基盘送入海底，开泵后钻井液从导管底端钻头喷出冲刷地层形成井眼，表层钻头、钻具、导管一同前行到达设计深度后导管、海底基盘就位，然后使用表层钻头开始表层钻进，喷射下导管、钻表层时钻具直接暴露在海水里钻井液无法上返到钻井平台而排放在海底；一开钻达表层井眼深度后下表层套管并用井口头悬挂固定于海底基盘上的导管头上，海底防喷器组上的上部连接头与隔水管下部结构的上部连接器连接后通过一根根的接入隔水管而送入海底，海底防喷器组底部的井口头连接器与井口头连接，从而建立从海底井口到钻井船或钻井平台之间的隔水管钻井系统。二开及以后的各个开次中，钻头、钻铤、钻杆组合成的钻柱从隔水管内通过下到海底以下的井底钻进，钻井液从钻柱注入经钻头返出经隔水管与钻柱间的环形空间返回钻井平台；钻达一定深度后，每层套管都是通过隔水管下到井底、坐挂于海底井口头中。钻井过程中因天气原因等钻井平台需紧急撤离时，执行如下紧急脱离方案：关闭井下防喷器以防止地层流体进入大海、关闭球型防喷器以防止隔水管内的钻井液进入大海；上部连接器从上部连接头处解锁脱离，隔水管钻井系统被分成上下两部分；上部连接头以上部分随钻井平台移走。

目前主流深水钻井系统从水面到海底由以下部件构成：导流器、伸缩隔水管、上扰性接头、大尺寸低压隔水管、下饶性接头、球型防喷器（包括控制盒）、上部连接器、上部连接头、海底防喷器组、井口头连接器、井口头，井口头安放在海底基盘上的导管头之内。由于大尺寸低压隔水管主管直径达533.4mm、辅助管柱多个，3000m水深钻井时隔水管重达两三千吨，需超大型钻井平台才能施工，钻井日费达百万美元，成本高昂。为降低成本，出现了深水SBOP钻井系统。深水SBOP钻井系统主要特点是把海底主防喷器移到了水面，并用成本低廉的耐压高的小尺寸套管（339.7mm）作为隔水管，海底仅留少量防喷器在隔水管紧急脱离时关井使用，而海底防喷器组及隔水管紧急脱离系统（上部连接器，球型防喷器等）一般与常规隔水管系统的规格参数相同，井口头、井口头连接器、防喷器、上部连接头、上部连接器的通径都是446.3mm（18⁶/₈〞），远比套管隔水管通径大。由于使用水面防喷器组进行井控，原隔水管上的主要辅助管柱也得以去除，套管隔水管压力级别高、重量轻，可以使用小吨位的钻井船。

深水SBOP钻井系统的主要技术缺陷是隔水管直径小，所能通过的钻头尺寸和套管尺寸都小于主流常规隔水管，不能满足复杂地质条件下需要更多层次、更大尺寸套管的需要；另外，该系统也具有常规隔水管系统一样的缺点，钻表层时不能使用隔水管系统，钻井液直排海底污染大、有浅层气浅层流时风险大。

发明内容

本发明提供一种深水SBOP钻井系统，能满足钻头、套管直径大于隔水管通径条件下的施工需要，解决了深水SBOP钻井系统因隔水管直径小套管层次少及现有深水钻井系统都不能使用隔水管钻表层的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：伸缩隔水管、水面防喷器组、上扰性接头、套管隔水管、下饶性接头、球型防喷器（包括控制盒）、上部连接器、上部连接头、海底防喷器组、井口头连接器、井口头自上而下顺序连接，井口头安放在海底基盘上的导管头之内。其特征是：在海底防喷器组与上部连接头之间接入一万能防喷器，一液压闸门的一端与万能防喷器和海底防喷器间或海底防喷器组间的三通连接，液压闸门的另一端与上部连接头管连接，该上部连接头固定在海底防喷器组框架上与万能防喷器上的上部连接头平行且水平面一致；引导绳从一矩形框架式BHA（下部钻具组合：自下向上至少包括钻头，也可包括测量工具、钻铤等，总长30m左右，）运送装置内穿过，引导绳的一端固定于钻井平台上另一端固定在海底基盘或与其相连的部件上，在BHA运送装置顶部系一牵引绳索，牵引绳索另一端位于钻井平台上的卷扬机上，BHA运送装置可容纳一套或两套的BHA；在BHA运送装置或海底防喷器组框架上或一毗邻海底防喷器组的框架上设置一上卸扣装置，上卸扣装置的轴线与处于上卸扣位置的BHA轴线重合且位于BHA丝扣处，该上卸扣装置可由防喷器系统的液压油提供动力，也可由引导绳或牵引绳内的电缆提供动力。

使用隔水管钻表层（一开）的施工工序：（1）.海底基盘在引导绳与喷射下导管钻具的引导下喷射下导管后安放在海底，与导管顶端相连的导管头坐在海底基盘上。（2）.自上而下依次下入伸缩隔水管、水面防喷器组、上扰性接头、套管隔水管、下饶性接头，球型防喷器（包括控制盒）、上部连接器，使上部连接器位于导管头附近。（3）.从（2）所组成的隔水管系统中依次下入钻铤、钻杆等钻具，使钻具底部的钻铤的丝扣露出上部连接器的底端面，关闭球型防喷器使钻铤居中。（4）.在引导绳引导下，牵引绳把BHA运送装置下放到海底基盘上，运送装置里BHA自下向上依次是钻头、测量工具、钻铤（至少有钻头）。（5）.移动隔水管使上部连接器位于BHA运送装置上方，下放隔水管内的钻具与BHA对扣后启动上卸扣装置连接BHA。（6）.上提钻具使钻头完全进入上部连接器内，移动隔水管使上部连接器位于导管头上部并下放套入导管头，启动上部连接器的液压密封锁紧机构。（7）.打开球型防喷器，下放钻具进行正常钻进,钻井液从钻头返出经钻具与套管隔水管间的环空返回钻井平台。（8）.钻完进尺，起钻使钻头进入上部连接器,关闭球型防喷器以密封隔水管里的钻井液，下放BHA运送装置到海底基盘上，解锁上部连接器上提隔水管使上部连接器位于上卸扣装置上方，下放钻具使BHA进入BHA运送装置，启动上卸扣装置完成卸扣后可将BHA回收。（9）.钻表层需要换钻头起钻时，依次执行（8）、（4）、（5）、（6）、（7）。

一开后，钻头直径大于隔水管内径情况下下钻工序：（1）.按本发明的技术方案安装海底防喷器组及深水套管隔水管钻井系统后,关闭液压闸门，在隔水管中依次下入钻铤、钻杆等钻具，当钻铤底端进入上部连接器后关球型防喷器，解锁上部连接器。（2）.在引导绳引导下，牵引绳把BHA运送装置下放到海底基盘上，运送装置里BHA自下向上依次是钻头、测量工具、钻铤（至少有钻头）。（3）.移动隔水管到BHA运送装置上部，下放钻具使隔水管内的钻铤公扣进入BHA运送装置里BHA母扣内，启动上卸扣装置上扣。（4）.上提钻具使钻头进入上部连接器后，移动隔水管系统使上部连接器位于上部连接头上部，下放隔水管将上部连接头套入上部连接器后，启动上部连接器的液压密封锁紧机构。（5）.打开球型防喷器，下钻钻进。

一开后，钻头直径大于隔水管内径情况下换钻头工序：（1）.在引导绳引导下牵引绳把BHA运送装置下放到海底基盘上，上提钻具使钻头进入上部连接器后关球型防喷器，解锁上部连接器。（2）.上提隔水管并移动到BHA运送装置上部，下放钻具使BHA进入运送装置，启动上卸扣装置卸扣，移开隔水管后上提BHA运送装置到钻井平台，更换BHA后下放运送装置到海底基盘。（3）.后续工序，执行一开后钻头直径大于隔水管内径情况下下钻工序的（3）、（4）、（5）。

一开后，套管直径大于隔水管内径情况下下套管(套管接箍下端面为斜坡)、固井工序：（1）.直接在海水里下套管串到海底防喷器组附近。（2）.关闭海底防喷器组中的全封闸板防喷器，把上部连接器从万能防喷器上的上部连接头解锁，移动隔水管使上部连接器位于与液压闸门相连的上部连接头的上部。（3）.下放隔水管将上部连接器套入与液压闸门相连的上部连接头，锁紧上部连接器，打开液压闸门，从而建立从万能防喷器以下的环空到隔水管、钻井平台的循环通道。（4）.移动套管串进入万能防喷器上的上部连接头，下放套管串到全封闸板处，关闭万能防喷器以隔离海水与万能防喷器下的环空、打开全封闸板防喷器。（5）.按常规方式可完成后续工作。固井时液体从套管内注入，从隔水管返出。

钻头、套管直径小于隔水管内径情况下的施工工序：同现有隔水管钻井系统。

本发明的有益效果是，集成了现有高压隔水管（SBOP）技术和低压隔水管（大直径隔水管）技术的各自优势：施工费用低、套管层次多，压井技术简化；消除了现有高压隔水管技术和低压隔水管技术的共同劣势：可以使用隔水管钻表层，保证了浅层气浅层流地层的钻井安全，避免了钻井液排放海底造成的污染；海底更换BHA技术大幅降低了起下钻作业时间；海底防喷器+水面防喷器技术，结合深部地层小尺寸井眼施工可以在高压隔水管内换钻头、下套管作业等，保证了施工安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是深水SBOP钻井系统实施例1中一开海底接BHA示意图。

图2是深水SBOP钻井系统下直径大于隔水管内径的套管示意图。

图3是深水SBOP钻井系统二开及以后海底接BHA示意图。

图4是深水SBOP钻井系统实施例2中海底接BHA示意图。

图中1.海底基盘，2.导管头，3.钻具，4.套管隔水管，5.下饶性接头，6.球型防喷器，7.上部连接器，8.上部连接器旋转定位部件1，9.槽形支撑架，10.上卸扣装置，11.牵引绳，12.引导绳，13.BHA，14.BHA运送装置，15. BHA运送装置引导定位部件，16. 连杆机构，17.上卸扣装置固定框架，18.套管，19.上部连接头，20.万能防喷器，21. 全封闸板防喷器，22.上部连接器旋转定位部件2，23.齿轮，24.轴体，25.上部连接头，26.液压闸门，27.海底防喷器组框架。

具体实施方式

图1中，伸缩隔水管、水面防喷器组、上扰性接头、套管隔水管(4)、下饶性接头(5)、球型防喷器（6）、上部连接器（7）自上而下顺序连接,上部连接器（7）外部柱面沿径向上设一拉筋,拉筋另一端与一套筒相连,套筒轴线平行于上部连接器（7）轴线,形成上部连接器旋转定位部件1（8）。

图2、3中，上部连接头（19）、万能防喷器（20）、全封闸板防喷器（21）、井口头连接器、井口头自上而下顺序连接，井口头安放在海底基盘（1）上的导管头（2）之上。在两全封闸板防喷器（21）之间的三通上连接液压闸门（26），液压闸门（26）的另一端与上部连接头（25）连接，上部连接头（25）与上部连接头（19）平行且水平面一致。在海底防喷器组框架（27）上部平面与上部连接头（19）轴线、上部连接头（25）轴线、BHA运送装置（14）中BHA（13）轴线相交的三点形成圆的圆心处设一能插入套筒的轴体，一扇型体在圆心附近开孔套入轴体，扇面上设置一槽体以卡入上部连接器（7）上的拉筋，扇型体上或其圆弧面上设有齿与一液压动力装置的齿轮（23）齿合，形成上部连接器旋转定位部件2（22）。在接、卸BHA（13）时，上部连接器（7）解锁、上提隔水管使上部连接头（19）的上端面露出上部连接器（7）（此时旋转定位部件1（8）上的拉筋仍在旋转定位部件2（22）的槽体内），齿轮（23）转动驱动旋转定位部件2（22）及旋转定位部件1（8）转动，从而使套管隔水管（4）旋转到BHA运送装置（14）上部位置并能消除洋流的影响。下直径大于隔水管（4）内径的套管（18）时，以同样的方式把隔水管（4）移动到上部连接头（25）处，锁紧上部连接器（7）与上部连接头（25），使套管（18）从上部连接头（19）中下入。

以上两段落内容([0019]、[0020])分别结合下述BHA运送装置与上卸扣装置的不同实现形成如下四个实施例。

图4所示实施例1中，BHA运送装置（14）为一框架，在框架上部BHA丝扣位置布置一上卸扣装置（10），牵引绳（11）内的电缆为上卸扣装置（10）供电，两条引导绳（12）海底一端固定在海底基盘（1）上。

在图1、2、3所示实施例2中，上卸扣装置（10）安装在一框架（17）上，位于BHA运送装置（14）停留在框架（17）内时BHA丝扣位置。运送装置（14）可以并排容纳两套BHA（13），BHA运送装置（14）底部设有引导定位部件以便与一转盘上的BHA运送装置引导定位部件（15）配合，转盘上的引导定位部件（15）的顶部与引导绳（12）相连，转盘与所述框架（17）的底部轴连接，一连杆机构（16）与转盘底面轴连接以使就位的BHA运送装置（14）旋转使每套BHA（13）都能处于上卸扣位置。引导绳（12）内的电缆或海底防喷器液压系统给上卸扣装置（10）提供动力。上卸扣装置（10）固定框架（17）的顶部设置可与上部连接器（7）上的套筒及拉筋配合的一轴体（24）和一槽形支撑架(9)以固定隔水管（4）使上部连接器（7）中心线与BHA（13）轴线重合，并消除接表层BHA（13）时洋流的影响。

实施例3，除上卸扣装置（10）安装在海底防喷器组框架（27）上且位于BHA丝扣位置处外，其它同实施例1或2。

实施例4，水下机器人代替上卸扣装置（10），其它同实施例1或2。

Claims (9)

1.一种深水SBOP钻井系统，伸缩隔水管、水面防喷器组、上扰性接头、隔水管、下饶性接头、球型防喷器（包括控制盒）、上部连接器自上而下顺序连接,上部连接头、海底防喷器组、井口头连接器、井口头自上而下顺序连接，井口头安放在海底基盘上的导管头之内，其特征是：在海底防喷器组与上部连接头之间连接一管柱密封装置，一闸门的一端与管柱密封装置和海底防喷器间或海底防喷器组间的连接管通连，闸门的另一端与一连接部件管连接，一井下工具运送装置在海底和钻井平台间运送井下工具，一上卸扣装置布置在井下工具丝扣位置附近。

2.根据权利要求1所述的深水SBOP钻井系统,其特征是:所述管柱密封装置是万能防喷器,所述连接部件是上部连接头,该上部连接头与万能防喷器上的上部连接头平行设置，所述闸门是液压闸门。

3.根据权利要求2所述的深水SBOP钻井系统,其特征是: 所述井下工具运送装置是BHA运送装置，属矩形框架结构、上部开口可放入或起出BHA，引导绳从BHA运送装置内穿过一端固定于钻井平台上另一端固定在海底基盘或与其相连的部件上，在井下工具运送装置顶部系一牵引绳索，牵引绳索另一端位于钻井平台上的卷扬机上。

4.根据权利要求3所述的深水SBOP钻井系统,其特征是:上部连接器外部柱面沿径向设一拉筋,拉筋另一端与一套筒相连,套筒轴线平行于上部连接器轴线,在海底防喷器组框架上部平面与万能防喷器上的上部连接头轴线、与液压闸门相连的上部连接头轴线、运送装置中BHA轴线相交的三点形成圆的圆心处设一能插入套筒的轴体，一扇型体在圆心附近开孔套入轴体，扇面上设置一槽体以卡入上部连接器上的拉筋，扇型体上或其圆弧面上设有齿与一液压动力装置的齿轮齿合，海底防喷器的液压系统为该液压动力装置供液压油。

5.根据权利要求4所述的深水SBOP钻井系统,其特征是: 在BHA运送装置框架上部BHA丝扣位置布置一上卸扣装置，牵引绳索内的电缆为上卸扣装置供电，引导绳海底一端固定在海底基盘上。

6.根据权利要求4所述的深水SBOP钻井系统,其特征是: 上卸扣装置安装在一框架上，位于BHA运送装置停留在框架内时BHA丝扣位置，引导绳海底一端固定在该框架的底部，引导绳内的电缆或海底防喷器液压系统给上卸扣装置提供动力，该框架顶部设置可与上部连接器上的套筒及拉筋配合的一轴体和一槽体。

7.根据权利要求6所述的深水SBOP钻井系统,其特征是: BHA运送装置可以并排容纳两套BHA，BHA运送装置底部设有引导定位部件以便与一转盘上的引导定位部件配合，转盘上的引导定位部件的顶部与引导绳相连，转盘与所述框架的底部轴连接，一连杆机构与转盘底面轴连接以使就位的BHA运送装置旋转使每套BHA都能处于上卸扣位置。

8.根据权利要求4所述的深水SBOP钻井系统,其特征是: 上卸扣装置安装在海底防喷器框架上，位于BHA丝扣位置，引导绳海底一端固定在海底基盘上，海底防喷器液压系统或引导绳内的电缆为上卸扣装置提供动力。

9.根据权利要求4所述的深水SBOP钻井系统,其特征是: 上卸扣装置是水下机器人。