CN113294090A - 适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱及钻井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱及钻井方法，该钻井管柱包括外套管、与外套管第二端连接的变径套管、与变径套管第二端连接的动力马达、与动力马达相连的钻头、套管的内部管柱，外套管与该内部管柱之间形成环空区域，变径套管第一端设有将外套管和变径套管隔开的隔板，该内部管柱穿过隔板的胶圈并插入至该变径套管内，该变径套管第一端侧壁上还设有与环空区域连通的回流孔，该外套管第一端设有与该环空区域连通的溢出口。在钻井的过程中，由钻头流出的泥浆携带岩屑向上流动至变径套管处，并由回流孔返回内部环空区域，并最终由溢出口排出。
Description
技术领域
本发明涉及海洋石油钻井领域，更具体地说，涉及一种适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱及钻井方法。
背景技术
随着世界石油工业的发展，随着中国海洋石油钻井从浅水走向深水(>500m)，深水钻井存在诸如海床不稳定、破裂压力梯度低、气体水合物的堵塞、浅层水流的危害等影响，发展新的钻进技术是亟待解决的问题。现有的常规套管钻井技术由套管充当钻杆来传递扭矩，所用钻头尺寸远大于套管尺寸，由于钻头过大，在深水浅层中容易形成大肚子(不规则的井眼)从而影响固井质量，需要靠固井来稳定井壁及隔离下部地层，固井作业施工周期长，增加建井成本高。由于深水浅层地层薄弱，固井作业过程容易压漏地层；同时水泥浆凝固过程放热导致储层的水合物分解等增加作业风险。同时套管钻井对套管抗扭要求高，出现事故难以处理。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱及钻井方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，该钻井管柱包括外套管、与该外套管第二端连接的变径套管、与该变径套管第二端连接的动力马达、连接于该动力马达上的钻头、以及套设于该外套管内并插入至该变径套管内的内部管柱，该外套管与该内部管柱之间形成环空区域，该变径套管第一端设有将该外套管和变径套管隔开的隔板，该内部管柱密封穿过该隔板并插入至该变径套管内，该变径套管第一端侧壁上还设有与该环空区域连通的回流孔，该外套管第一端设有与该环空区域连通的溢出口。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该隔板上设有可供该内部管柱穿过的第一通孔。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该第一通孔内设有密封套设于该内部管柱外的至少两个密封圈。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该变径套管包括与该外套管第二端连接的第一变径管体、以及与该动力马达连接的连接管体，该隔板固设于该第一变径管体和连接管体之间，该第一变径管体第一端与该外套管第二端连接并连通，该第一变径管体第二端与该连接管体第一端连接，该第一变径管体的直径由第一端至第二端逐渐缩小。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该回流孔设置于该第一变径管体上。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该连接管体还包括连接部和第二变径管体，该连接部与该第一变径管体第二端连接，该第二变径管体第一端与该连接部连接并连通，该第二变径管体第二端与该动力马达连接，该第二变径管体的直径由第一端至第二端逐渐缩小。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该外套管第一端盖设有盖板，该盖板上设有可供该内部管柱穿过的第二通孔，该溢出口设置于该盖板上。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该钻头的直径大于该外套管的外径，该外套管的外径大于该变径套管的外径。
在本发明所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱中，该外套管为20寸套管。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井方法，基于如上述的钻井管柱，该钻井方法包括：
下入钻井管柱；
通过内部管柱向变径套管内泵入泥浆，泥浆驱动该动力马达转动，动力马达带动该钻头钻井；
泥浆穿过钻头并携带岩屑由回流孔回流至环空区域，进入环空区域内的泥浆由溢出口返回。
实施本发明的适用于深水浅层水合物储藏开发的一体化钻井管柱及钻井方法，具有以下有益效果：使用本发明的适用于深水浅层水合物储藏开发的一体化钻井管柱时，可将钻井管柱井口位置，向内部管柱内注入加压泥浆液，泥浆由内部管柱注入变径套管内憋压，之后流入动力马达内驱动动力马达转动，动力马达转动并带动钻头进行转动，实现钻井工作。在钻井的过程中，由钻头流出的泥浆携带破损的岩屑向上流动至变径套管处，并由回流孔流入环空区域。随着泥浆逐渐涌入环空区域，最终泥浆在环空区域内向上运移直至溢出口，并最终由溢出口排出，进行循环利用。相较于现有技术，本申请的钻井管柱不需要依靠外套管的转动提供扭力，避免了外套管与地层之间的摩擦，避免外套管在钻井过程中出现磨损或损坏。进一步的，在钻井完成后，可使用外套管直接作为井筒，实现快速建井，且钻头在钻井完成后不再回收，也可以间接提高井口的承载力，增加井口的稳定性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明适用于深水浅层水合物储藏开发的一体化钻井管柱的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，在本发明的适用于深水浅层水合物储藏开发的一体化钻井管柱第一实施例中，该钻井管柱10包括外套管11、与该外套管11第二端连接的变径套管12、与该变径套管12第二端连接的动力马达13、连接于该动力马达13上的钻头14、以及套设于该外套管11内并插入至该变径套管12内的内部管柱15，该外套管11与该内部管柱15之间形成环空区域16，该变径套管12第一端设有将该外套管11和变径套管12隔开的隔板17，该内部管柱15密封穿过该隔板17并插入至该变径套管12内，该变径套管12第一端侧壁上还设有与该环空区域16连通的回流孔18，该外套管11第一端设有与该环空区域16连通的溢出口19。
使用本发明的适用于深水浅层水合物储藏开发的一体化钻井管柱10时，可将钻井管柱10井口位置，向内部管柱15内注入加压泥浆液，泥浆由内部管柱15注入变径套管12内憋压，之后流入动力马达13内驱动动力马达13转动，动力马达13转动并带动钻头14进行转动，实现钻井工作。在钻井的过程中，由钻头14流出的泥浆携带破损的岩屑向上流动至变径套管12处，并由回流孔18流入环空区域16。随着泥浆逐渐涌入环空区域16，最终泥浆在环空区域16内向上运移直至溢出口19，并最终由溢出口19排出，进行循环利用。相较于现有技术，本申请的钻井管柱10不需要依靠外套管11的转动提供扭力，避免了外套管11与地层之间的摩擦，避免外套管11在钻井过程中出现磨损或损坏。进一步的，在钻井完成后，可使用外套管11直接作为井筒，实现快速建井，且钻头14在钻井完成后不再回收，也可以间接提高井口的承载力，增加井口的稳定性。
进一步的，为便于内部管柱15插入变径套管12内，该隔板17上设有可供该内部管柱15穿过的第一通孔20。同时，为防止泥浆由第一通孔20回流至环空区域16，该第一通孔20内设有密封套设于该内部管柱15外的至少两个密封圈21。
优选的，该内部管柱15外套设有三个密封圈21，三个密封圈21由上至下等间距设置于第一通孔20内。
在本实施方式中，该变径套管12包括与该外套管11第二端连接的第一变径管体22、以及与该动力马达13连接的连接管体，该隔板17固设于该第一变径管体22和连接管体之间，该第一变径管体22第一端与该外套管11第二端连接并连通，该第一变径管体22第二端与该连接管体第一端连接，该第一变径管体22的直径由第一端至第二端逐渐缩小。
为便于泥浆回流至环空区域16内，该回流孔18设置于该第一变径管体22上。
在泥浆由钻头14处上涌的过程中，泥浆受到第一变径管体22阻挡，第一变径管体22可起到将泥浆由回流孔18导入至环空区域16内的作用。
进一步的，为起到更好的憋压效果，该连接管体还包括连接部23和第二变径管体24，该连接部23与该第一变径管体22第二端连接，该第二变径管体24第一端与该连接部23连接并连通，该第二变径管体24第二端与该动力马达13连接，该第二变径管体24的直径由第一端至第二端逐渐缩小。
在泥浆通过内部管柱15注入连接管和第二变径管体24内之后，由于第二变径管体24的直径由第一端至第二端逐渐缩小，可起到对泥浆进行憋压的效果，泥浆在经过第二变径管体24憋压之后进行动力马达13，可起到加压驱动效果。
进一步的，该外套管11第一端盖设有盖板25，该盖板25上设有可供该内部管柱15穿过的第二通孔26，该溢出口19设置于该盖板25上。
在本实施方式中，该钻头14的直径大于该外套管11的外径，该外套管11的外径大于该变径套管12的外径。优选的，钻头14的直径略大于该外套管11的外径。具体的，该外套管11为20寸套管。
钻头14尺寸略大于外套管11尺寸，首先可以提高套管置入深度，其次在钻井过程中地层与外套管11外壁之间隙小，地层弹性恢复，可以实现外套管11与地层的密封，实现无需固井满足一次建井需求。
在本发明的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井方法第一实施例中，提供一种适用深水浅层水合物储层的钻井方法，基于如上述的钻井管柱10，该钻井方法包括：
步骤S101,下入钻井管柱10。
步骤S102,通过内部管柱15向变径套管12内泵入泥浆，泥浆驱动该动力马达13转动，动力马达13带动该钻头14钻井。
步骤S103,泥浆穿过钻头14并携带岩屑由回流孔18回流至环空区域16，进入环空区域16内的泥浆由溢出口19返回。
实施本发明的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井方法时，可将钻井管柱10井口位置，向内部管柱15内注入加压泥浆液，泥浆由内部管柱15注入变径套管12内憋压，之后流入动力马达13内驱动动力马达13转动，动力马达13转动并带动钻头14进行转动，实现钻井工作。在钻井的过程中，泥浆流经钻头14并对钻头14进行降温，由钻头14流出的泥浆携带破损的岩屑向上流动至变径套管12处，并由回流孔18流入环空区域16。随着泥浆逐渐涌入环空区域16，最终泥浆在环空区域16内向上运移直至溢出口19，并最终由溢出口19排出，进行循环利用。相较于现有技术，本申请的钻井管柱10不需要依靠外套管11的转动提供扭力，避免了外套管11与地层之间的摩擦，避免外套管11在钻井过程中出现磨损或损坏。进一步的，在钻井完成后，可使用外套管11直接作为井筒，实现快速建井，且钻头14在钻井完成后不再回收，也可以间接提高井口的承载力，增加井口的稳定性。
此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述钻井管柱(10)包括外套管(11)、与所述外套管(11)第二端连接的变径套管(12)、与所述变径套管(12)第二端连接的动力马达(13)、连接于所述动力马达(13)上的钻头(14)、以及套设于所述外套管(11)内并插入至所述变径套管(12)内的内部管柱(15)，所述外套管(11)与所述内部管柱(15)之间形成环空区域(16)，所述变径套管(12)第一端设有将所述外套管(11)和变径套管(12)隔开的隔板(17)，所述内部管柱(15)密封穿过所述隔板(17)并插入至所述变径套管(12)内，所述变径套管(12)第一端侧壁上还设有与所述环空区域(16)连通的回流孔(18)，所述外套管(11)第一端设有与所述环空区域(16)连通的溢出口(19)。
2.根据权利要求1所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述隔板(17)上设有可供所述内部管柱(15)穿过的第一通孔(20)。
3.根据权利要求2所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述第一通孔(20)内设有密封套设于所述内部管柱(15)外的至少两个密封圈(21)。
4.根据权利要求1所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述变径套管(12)包括与所述外套管(11)第二端连接的第一变径管体(22)、以及与所述动力马达(13)连接的连接管体，所述隔板(17)固设于所述第一变径管体(22)和连接管体之间，所述第一变径管体(22)第一端与所述外套管(11)第二端连接并连通，所述第一变径管体(22)第二端与所述连接管体第一端连接，所述第一变径管体(22)的直径由第一端至第二端逐渐缩小。
5.根据权利要求4所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述回流孔(18)设置于所述第一变径管体(22)上。
6.根据权利要求4所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述连接管体还包括连接部(23)和第二变径管体(24)，所述连接部(23)与所述第一变径管体(22)第二端连接，所述第二变径管体(24)第一端与所述连接部(23)连接并连通，所述第二变径管体(24)第二端与所述动力马达(13)连接，所述第二变径管体(24)的直径由第一端至第二端逐渐缩小。
7.根据权利要求1所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述外套管(11)第一端盖设有盖板(25)，所述盖板(25)上设有可供所述内部管柱(15)穿过的第二通孔(26)，所述溢出口(19)设置于所述盖板(25)上。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述钻头(14)的直径大于所述外套管(11)的外径，所述外套管(11)的外径大于所述变径套管(12)的外径。
9.根据权利要求8所述的适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井管柱，其特征在于，所述外套管(11)为20寸套管。
10.一种适用于深水浅层水合物开发的一体化钻井方法，基于如权利要求1-9中任一项所述的钻井管柱，其特征在于，所述钻井方法包括：
下入钻井管柱(10)；
通过内部管柱(15)向变径套管(12)内泵入泥浆，泥浆驱动所述动力马达(13)转动，动力马达(13)带动所述钻头(14)钻井；
泥浆穿过钻头(14)并携带岩屑由回流孔(18)回流至环空区域(16)，进入环空区域(16)内的泥浆由溢出口(19)返回。
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Also Published As
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