CN112878946A - 一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统及压井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统及压井方法，所述系统包括：主通道，其从所述深水救援井外延伸至所述深水救援井的水下井口处，以向所述水下井口注入压井液；多通接头组件，设于所述主通道上，该多通接头组件上设有支路接口；注入分支，其与所述多通接头组件的支路接口连接，被配置为从支路向所述主通道内注入压井液；水下防喷器组件，其设于所述主通道上，被配置为控制或关闭所述主通道以防止井喷。本发明可以同时连接多艘压井作业船，增加了从救援井注入井喷失控井压井液的泵排量(即每分钟泵入的压井液)，以实现快速压井，显著提高作业效率和安全性。

Description

一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统及压井方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统及压井方法。

背景技术

深水(水深大于500m)油气资源储量大，具有较好的技术经济潜力，但是深水油气开采具有离岸远、环境恶劣、人员设施集中、作业地层风险高等特点，一旦发生井喷事故易产生连锁效应，应急救援难度极大，处置不当将会造成经济损失、人员伤亡、环境污染，甚至造成灾难性影响，是公司无法承受的颠覆性风险之一。救援井是作为处理井喷失控事故的最后手段,是井控应急作业一项有效方案，救援钻井连通后压井的成功与否关乎整个救援井钻井的成败。在常规的救援井压井工艺下，由于U型管效应和压井液供给效率比较低，可能会引起压井失败甚至造成救援井井喷失控事故。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种水下防喷器系统及压井方法，可以同时连接多艘压井工作船，增加了从救援井注入井喷失控井压井液的排量(即每分钟泵入的压井液)，以实现快速压井，显著提高作业效率和安全性。

本发明首先提出一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统，所述系统包括：

主通道，其从所述深水救援井外延伸至所述深水救援井的水下井口处，以向所述水下井口注入压井液；

多通接头组件，设于所述主通道上，该多通接头组件上设有支路接口；

注入分支，其与所述多通接头组件的支路接口连接，被配置为从支路向所述主通道内注入压井液；

水下防喷器组件，其设于所述主通道上，被配置为控制或关闭所述主通道以防止井喷。

根据本发明的一种实施方式，所述系统还包括压井管线和阻流放喷管线，所述压井管线从所述深水救援井外延伸至所述多通接头组件的下游，并与所述主通道连通；所述阻流放喷管线从所述深水救援井外延伸至所述多通接头组件的上游，并与所述主通道连通。

根据本发明的一种实施方式，所述压井管线的输入端和所述阻流放喷管线的输入端与所述主通道的输入口相邻。

根据本发明的一种实施方式，所述注入分支的输入端与所述主通道的输入端分开设置；优选地，所述主通道的输入端位于钻井船，所述注入分支的输入端位于工程船。

根据本发明的一种实施方式，所述水下防喷器组件包括管子闸板防喷器、管子可变径闸板防喷器、套管剪切闸板防喷器和盲剪切闸板防喷器，所述套管剪切闸板防喷器和所述盲剪切闸板防喷器设于所述多通接头组件的上游；所述管子闸板防喷器和所述管子可变径闸板防喷器设于所述多通接头组件的下游。

根据本发明的一种实施方式，所述主通道设于钻杆上；优选地，所述多通接头组件为三通或四通管接头。

根据本发明的一种实施方式，所述注入分支包括依次相连的第一液动闸阀、第二液动闸阀和软管连接器。

根据本发明的一种实施方式，所述主通道的上端连接钻井隔水管；优选地，所述钻井隔水管的下端从下至上依次设有钻井隔水管连接器、环形防喷器和钻井隔水管适配短节，钻井隔水管适配短节用于将钻井隔水管连接至环形防喷器顶部，钻井隔水管连接器位于环形防喷器底部，用于连接下部防喷器组。

本发明还提出一种利用所述深水救援井压井的水下防喷器系统进行压井的方法，所述方法主要包括：

通过钻井船的压井泵组向主通道注入压井液，通过工程船的压井泵组从柔性软管经多通接头组件向主通道注入压井液，进行压井作业。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

通过钻井船上的压井管线和阻流放喷管线向所述主通道注入压井液；

优选地，所述方法还包括压井参数的选择：

将压井排量对整个过程中的泵排量积分，得到压井所需压井液的排量，以临界泵排量压井，对所需压井液的排量积分得到压井所需的最少压井液体积量。

本发明可以同时连接多艘压井泵组，增加了从救援井注入井喷失控井压井液的泵排量，及每分钟泵入的压井液，以实现快速压井，显著提高作业效率和安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例深水救援井水下新型防喷器系统结构示意图；

图2为图1本发明一实施例深水救援井水下新型防喷器系统局部结构示意图；

图3为本发明一实施例利用深水救援井水下新型防喷器系统压井结构示意图；

附图标号：

E-主通道，001-水下井口，100-井口连接器，200-压井液注入四通，240-注入分支，210-第一液动闸阀、220-第二液动闸阀，230-软管连接器，300-下部防喷器组，310-管子闸板防喷器，320-管子可变径闸板防喷器，330-套管剪切闸板防喷器，340-盲剪切闸板防喷器，350-压井管线，360-阻流放喷管线，370-第三液动闸阀，380-第四液动闸阀，400-钻井隔水管下部总成，410-钻井隔水管连接器，420-环形防喷器，430-钻井隔水管适配短节，500-钻井隔水管，600-钻井船，700-工程船，710-柔性软管，900-水下机器人。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明首先提出一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统，该系主要统包括：

主通道E，其从深水救援井外延伸至深水救援井的水下井口处，以向水下井口001注入压井液；

多通接头组件，设于主通道E上，该多通接头组件上设有支路接口；

注入分支240，其与多通接头组件的支路接口连接，被配置为从支路向主通道E内注入压井液；

水下防喷器组件，其设于主通道E上，被配置为控制或防止井喷。

上述方案使得不仅可以从钻井船上向主通道E内注入压井液，同时可以从其他如别的工程船上经注入分支向主通道内注入压井液，如此可以同时连接多艘压井泵组，增加了从救援井注入井喷失控井压井液的泵排量，及每分钟泵入的压井液，以实现快速压井，显著提高了作业效率和安全性。

根据本发明的一种实施方式，上述系统还包括压井管线350和阻流放喷管线360，压井管线350从深水救援井外延伸至多通接头组件的下游，并与主通道E连通；阻流放喷管线360从深水救援井外延伸至所述多通接头组件的上游，并与所述主通道连通。如此设计，是为了通过钻井船上的压井管线和阻流放喷管线向所述主通道注入压井液而提供注入通道。

根据本发明的一种实施方式，压井管线350的输入端和阻流放喷管线360的输入端与主通道E的输入口相邻。

根据本发明的一种实施方式，注入分支240的输入端与主通道E的输入端分开设置；优选地，主通道E的输入端位于钻井船600，注入分支240的输入端位于工程船700。

根据本发明的一种实施方式，水下防喷器组件包括管子闸板防喷器310、管子可变径闸板防喷器320、套管剪切闸板防喷器330和盲剪切闸板防喷器340，套管剪切闸板防喷器330和盲剪切闸板防喷器340设于多通接头组件的上游；管子闸板防喷器310和管子可变径闸板防喷器320设于多通接头组件的下游。

管子闸板防喷器310用于密封钻杆而封闭环空，以控制井喷或悬挂钻具。

管子可变径闸板防喷器320用于密封不同尺寸的钻杆而封闭环空，以控制井喷或悬挂钻具。

套管剪切闸板防喷器330用于紧急情况下剪断钻杆封闭井口，也可以用于无钻具时封闭空井。

盲剪切闸板防喷器340用于无钻具时封闭井口。

水下防喷器组件可采用现有技术实现，故此处不再赘述。

多通接头组件的连接管路数不受限制，优选地，多通接头组件为三通或四通管接头。

进一步地，压井管线350设置在管子闸板防喷器310和管子可变径闸板防喷器320的下游。

进一步地，放喷管线360设置在盲剪切闸板防喷器340和套管剪切闸板防喷器330的的下游。

主通道E可设于钻杆上。

根据本发明的一种实施方式，注入分支240包括依次相连的第一液动闸阀210、第二液动闸阀220和软管连接器230。分别设置第一液动闸阀210、第二液动闸阀220是为了在所述注入分支上提供两道安全屏障。

根据本发明的一种实施方式，主通道E的上端连接钻井隔水管500；优选地，所述钻井隔水管500的下端设有钻井隔水管下部总成400，包括钻井隔水管连接器410、环形防喷器420和钻井隔水管适配短节430，钻井隔水管连接器410将环形防喷器420连接至下部防喷器组300，钻井隔水管适配短节430用于将钻井隔水管500连接至环形防喷器420的顶部。

本发明还提出一种利用所述深水救援井压井的水下防喷器系统进行压井的方法，所述方法主要包括：

通过钻井船600的压井泵组向主通道E注入压井液，通过工程船700的压井泵组从柔性软管710经多通接头组件向主通道注入压井液，进行压井作业。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

通过钻井船600上的压井管线350和阻流放喷管线360向主通道E注入压井液；

优选地，所述方法还包括压井参数的选择：

将压井排量对整个过程中的泵排量积分，得到压井所需压井液的排量，以临界泵排量压井，对所需压井液的排量积分得到压井所需的最少压井液体积量。

下面通过更具体的实施方式加以说明。

如图1所示，本发明一实施方式的深水救援井水下防喷器系统，主要包括：

100-井口连接器，用于连接深水救援井与水下防喷器系统；200-压井液注入四通，其作为多通接头组件，以连接主通道E与分支注入液路；以及配套的240-注入分支(包括210-第一液动闸阀、220-第二液动闸阀、230-软管连接器)，其用于连通分支注入液路与主通道E；300-下部防喷器组(包括310-管子闸板防喷器、320-管子可变径闸板防喷器、330-套管剪切闸板防喷器、340-盲剪切闸板防喷器、350-压井管线、360-阻流放喷管线、370-第三液动闸阀、380-第四液动闸阀)，其主要用于通过压井制止或防止井喷；400-钻井隔水管下部总成(包括410-钻井隔水管连接器、420-环形防喷器、430-钻井隔水管适配短节)，其用于紧急解脱钻井隔水管。

如图2所示，使用钻井隔水管500下放水下防喷器系统至救援井的水下井口001上方，可使用水下机器人900锁紧井口连接器100与水下防喷器系统的连接，并可对连接界面进行压力测试。

如图3所示，注入压井液的流道包括：(1)通过水面的工程船700和柔性软管710，从注入四通200两侧的注入分支240注入井筒；(2)通过水面的钻井船600，从压井管线350和阻流放喷管线360注入井筒；(3)通过水面的钻井船600，从位于主通道E的钻杆注入井筒。

如图3所示，压井液注入四通200两侧的注入分支240在a、b处进入主通道E；压井管线350在c处进入主通道E，阻流放喷管线360在d处进入主通道E。

本发明一实施方式用于深水救援井压井的水下新型防喷器系统，其包括以下作业步骤：

1)负责深水应急救援任务的钻井船600和2条工程船700到达预定位置；

2)使用钻井隔水管500下放所述水下防喷器系统至救援井的水下井口001上方，并使用水下机器人900锁紧井口连接器100与防喷器系统的连接，并进行连接界面压力测试。

3)使用水下机器人900连接两侧的柔性软管710至230软管连接器。

4)通过钻井船600钻井并贯穿事故井眼；

5)通过钻井船600的控制系统打开第一液动闸阀210、第二液动闸阀220、第四液动闸阀380、第三液动闸阀370，启动钻井船600和工程船700的压井泵组，同时从柔性软管710、压井管线350和阻流放喷管线360、主通道E一起向下注入压井液，进行压井作业。

第一液动闸阀210与第二液动闸阀220相连接，第一液动闸阀210连接注入四通200，第二液动闸阀220通过软管连接器230连接柔性软管710。

第四液动闸阀380、第三液动闸阀370相连接，第三液动闸阀370又连接主通道E，第四液动闸阀380又连接压井管线350或阻流放喷管线360。

本发明一施方式压井参数的选择过程如下所述。

本实施方式给出一种压井参数的选择方法：

根据气体连续性方程：

其中，A——管道截面，m²；E_g——截面含气率；ρ_g——气体密度，kg/m³；v_g——气体密度，m/s；q_g——气体流量，m³/s；t——时间，s；s——空间位置，m。

和压井液连续性方程：

其中，A——管道截面，m²；E_l——截面持液率；ρ_l——液体密度，kg/m³；v_l——液体流速，m/s；t——时间，s；s——空间位置，m。

以及整个循环流体的动量方程：

其中，A——管道截面，m²；E_g——截面含气率；ρ_g——气体密度，kg/m³；v_g——气体密度，m/s；q_g——气体流量，m³/s；E_l——截面持液率；ρ_l——液体密度，kg/m³；v_l——液体流速，m/s；t——时间，s；s——空间位置，m。

求得压井排量为：

Q_lim＝Max{P_e-ρ_lgH≤f_r(h，μ_e，D)，Pe-(ρ_hg(H-H_up)+ρ_ggH_d+f_r)≤P_lim}

其中，Q_lim——临界压井排量,L/s；P_e——地层压力，MPa；ρ_l——液体密度，kg/m³；H——井深，m；f_r——摩阻压降，MPa；μ_e——当量粘度，mPa·s；D——当量直径，m；ρ_h——混合密度，kg/m³；H——井深，m；H_d,H_up——连通点以下,上井深，m；ρ_g——气体密度，kg/m³；P_lim——临界压井液下落压力，MPa。

对整个过程中的泵排量积分，得到压井所需压井液的排量，以临界泵排量压井，积分得到压井所需的最少压井液体积量。

其中，

Q_z——总体积,L；T——压井时间，s；Q_lim——临界压井排量,L/s；P_e——地层压力，MPa；ρ_l——液体密度，kg/m³；H——井深，m；μ_e——当量粘度，mPa·s；D——当量直径，m；ρ_h——混合密度，kg/m³；H_d,H_up——连通点以下,上井深，m；ρ_g——气体密度，kg/m³；f_r——摩阻压降，MPa；P_lim——临界压井液下落压力，MPa。

例如：依据在不同井况和地层条件下设计给定的钻井液密度，代入上述公式求得给定水深、井深深水井压井液体排量和需要的最小压井时间。

通过上述实施例可看出，在压井液密度不变的条件下，增加压井液的排量能大幅度地降低压井时间和压井总排量。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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系统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的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述系统包括：

主通道，其从所述深水救援井外延伸至所述深水救援井的水下井口处，以向所述水下井口注入压井液；

多通接头组件，设于所述主通道上，该多通接头组件上设有支路接口；

注入分支，其与所述多通接头组件的支路接口连接，被配置为从支路向所述主通道内注入压井液；

水下防喷器组件，其设于所述主通道上，被配置为控制或关闭所述主通道以防止井喷。

2.根据权利要求1所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述系统还包括压井管线和阻流放喷管线，所述压井管线从所述深水救援井外延伸至所述多通接头组件的下游，并与所述主通道连通；所述阻流放喷管线从所述深水救援井外延伸至所述多通接头组件的上游，并与所述主通道连通。

3.根据权利要求2所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述压井管线的输入端和所述阻流放喷管线的输入端与所述主通道的输入口相邻。

4.根据权利要求1至3任一项所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述注入分支的输入端与所述主通道的输入端分开设置；优选地，所述主通道的输入端位于钻井船，所述注入分支的输入端位于工程船。

5.根据权利要求1至3任一项所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述水下防喷器组件包括管子闸板防喷器、管子可变径闸板防喷器、套管剪切闸板防喷器和盲剪切闸板防喷器，所述套管剪切闸板防喷器和所述盲剪切闸板防喷器设于所述多通接头组件的上游；所述管子闸板防喷器和所述管子可变径闸板防喷器设于所述多通接头组件的下游。

6.根据权利要求1至3任一项所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述主通道设于钻杆上；优选地，所述多通接头组件为三通或四通管接头。

7.根据权利要求1至3任一项所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述注入分支包括依次相连的第一液动闸阀、第二液动闸阀和软管连接器。

8.根据权利要求1至3任一项所述的用于深水救援井压井的水下防喷器系统，其特征在于，所述主通道的上端连接钻井隔水管；优选地，所述钻井隔水管的下端从下至上依次设有钻井隔水管连接器、环形防喷器和钻井隔水管适配短节。

9.一种利用权利要求1至8任一项所述深水救援井压井的水下防喷器系统进行压井的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过钻井船的压井泵组向主通道注入压井液，通过工程船的压井泵组从柔性软管经多通接头组件向主通道注入压井液，进行压井作业。

10.根据权利要求9所述的压井的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过钻井船上的压井管线和阻流放喷管线向所述主通道注入压井液；

优选地，所述方法还包括压井参数的选择：

将压井排量对整个过程中的泵排量积分，得到压井所需压井液的排量，以临界泵排量压井，对所需压井液的排量积分得到压井所需的最少压井液体积量。

Images