CN114837587A - 一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，包括井口模块功能舱、液位传感器、井口模块电子舱、井口连接器、井口导管、导管连接短节和热刺液压连接器，液位传感器、井口模块电子舱和热刺液压连接器均安装在井口模块功能舱；井口连接器通过液压锁定器与井口模块功能舱相连接；导管连接短节的上下两端分别与井口头和井口导管连接，导管连接短节外部的法兰与井口连接器通过螺栓连接；根据井口导管的尺寸将导管连接短节加工为与井口导管尺寸相同的内外径，导管连接短节外部法兰的外径和螺栓孔位保持不变。使用该井口模块，可在深海表层置入导管和钻进阶段就形成与钻井船或平台的泥浆闭路循环，助力全地层取样的实现。
Description
技术领域
本发明涉及无隔水管钻井技术领域，特别是涉及一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块。
背景技术
目前深海开路钻井中，泥浆无法循环利用，造成环境污染、资源浪费及井内事故频发。
无隔水管泥浆回收(Riserless Mud Recovery，RMR)技术由挪威 AGR公司于2001年在岩屑运移系统技术基础上开发出来的。RMR最初仅用于浅水油气钻井，主要用来解决复杂海底条件和浅层风险等钻井难题，保证表层井眼的顺利钻进，2003年在里海首次进行RMR商业应用。随着技术的发展，无隔水管闭路循环钻进系统的应用也从浅海向深海发展，在解决安全钻探浅层风险地层、满足泥浆录井需求、延伸表层套管设置深度等方面具有独特优势，成为潜在替代大直径隔水管钻井的新兴技术，目前成为国际上深海钻井技术发展的热点。
我国近年来成功研发了浅水无隔水管泥浆回收系统样机，并进行成功应用。但该系统存在适用水深浅，无法与套管钻井配合等多种局限。
科学钻探往往需要全地层取样，陆地取样轻而易举。但深海科学钻探与陆地科学钻探不同，为了提高深海钻进效率，首先要在海底软弱的表层应用喷射工艺置入80m左右的导管，之后使用CADA钻井工艺完成表层几百米的钻井工作。使用上述工艺无法建立泥浆循环，导致缺失关键表层地质资料，不利于科学研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，以解决上述现有技术存在的问题，使用该井口模块，可在深海表层置入导管和钻进阶段就形成与钻井船或平台的泥浆闭路循环，助力全地层取样的实现。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，包括井口模块功能舱、液位传感器、井口模块电子舱、井口连接器、井口导管、导管连接短节和热刺液压连接器，
井口返出泥浆存储在所述井口模块功能舱内，所述液位传感器、井口模块电子舱和热刺液压连接器均安装在井口模块功能舱上，所述液位传感器通过线缆与井口模块电子舱相连；所述井口模块功能舱还通过旁通管路与泥浆举升管线连通；所述井口连接器通过液压锁定器与井口模块功能舱相连接；
所述热刺液压连接器用于与提供水下液压动力的水下机器人连接；
所述导管连接短节的上下两端分别与井口头和井口导管连接，导管连接短节外部的法兰与井口连接器通过螺栓连接；根据井口导管的尺寸将所述导管连接短节加工为与井口导管尺寸相同的内外径，导管连接短节外部法兰的外径和螺栓孔位保持不变。
优选地，所述井口模块功能舱的上部加工有J形槽，所述J形槽用于与打捞工具连接。
优选地，所述井口模块功能舱与井口连接器的连接端开设有多个圆孔，所述井口连接器上与井口模块功能舱上圆孔相对应的位置也开设有圆孔，所述液压锁定器插入井口模块功能舱和井口连接器上的圆孔对两结构部件进行锁定。
优选地，所述液压锁定器采用液压油缸。
优选地，所述热刺液压连接器采用的湿插拔液压接头。
优选地，所述井口导管上装配有泥垫。
优选地，还包括牛眼水平仪，所述牛眼水平仪安装于井口连接器上，牛眼水平仪用于监测井口导管喷射下入过程中相对于水平位置的倾斜角。
优选地，所述井口连接器的上部外径与井口模块功能舱下部的内径相同，且所述井口模块功能舱的下部内径处加工有多条金属密封带；所述井口连接器与井口模块功能舱采用过盈配合。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、创新的设计了可与导管连接在一起的井口模块，能够在深水开路钻井的开孔阶段进行泥浆回收，最大程度减少泥浆消耗和海洋污染；
2.创新的设计了分体连接式的井口模块，在开路钻井工作完成需要加装高压井口之前，可通过ROV完成井口模块功能舱与井口连接器的脱离，通过专用工具打捞回收功能舱，实现井口模块最重要部分的循环使用；
3.创新的设计了与导管连接短节，可在不同导管外径条件下，使用同一套井口模块，极大减少定制化风险和提高井口模块的通用性和经济性。
4.创新设计的分体式井口模块完成回收后，余留在水下的井口连接器不影响低压井口头后期功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块的整体结构示意图；
图2为功能舱和井口连接器的连接方式示意图；
图3为井口连接器和导管连接短节的连接方式示意图；
图4为水下机器人与功能舱上热刺液压连接器连接示意图；
图5为水下机器人提供液压动力，热刺液压连接器缩回活塞销轴的示意图；
图6为下放打捞器至功能舱J形槽处，使用水下机器人观察打捞器与功能舱的连接状态图；
图7为上提打捞器，功能舱与井口连接器分离，完成井口模块功能舱的回收状态图；
其中，1—井口模块功能舱；2—线缆；3—液位传感器；4—旁通管路；5—液压锁定器；6—井口模块电子舱；7—牛眼水平仪；8—井口连接器；9—热刺液压连接器；10—导管连接短节；11—井口导管； 12—泥垫；13—低压井口头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，以解决上述现有技术存在的问题，使用该井口模块，可在深海表层置入导管和钻进阶段就形成与钻井船或平台的泥浆闭路循环，助力全地层取样的实现。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图7所示，本实施例提供一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，该井口模块适用于深海并可与套管钻井配合。
具体地，组成无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块的各部件的结构和功能为：
井口模块功能舱1：该部件的主要功能是提供泥浆液位传感器安装位，搭载井口模块电子舱6和热刺液压连接器9，提供井口返出泥浆的存储空间。另外，功能舱上部加工J形槽，用以与专用打捞工具连接，提供回收功能舱作业的吊挂点。
线缆2：该线缆2两端分别连接液位传感器3和井口模块电子舱 6，主要功能是为液位传感器3提供电能，同时把液位传感器3发出的电讯号传递至电子舱。
液位传感器3：使用光学原理监测泥浆液位变化，并将监测结果以电讯号的形式输出。
旁通管路4：连接泥浆举升管线，为泥浆回收流通提供通道。
液压锁定器5：安装于井口模块功能舱1上的使用液压油缸原理工作的部件，该部件主要功能是使用液压驱动活塞销轴插入井口模块功能舱1和井口连接器8的圆孔，完成两结构部件的锁定。
井口模块电子舱6：根据水深自动压力平衡的电子控制舱，内部主要是集成电路板、控制器等功能模组。
牛眼水平仪7：安装于井口连接器8上的用于监测导管喷射下入过程中相对于水平位置的倾斜角的专用水平仪。
井口连接器8：能够将井口模块功能舱1和井口导管11进行连接的部件。
热刺液压连接器9：用于和提供水下液压动力的水下机器人连接的湿插拔液压接头。
导管连接短节10：导管连接短节10的上下两端分别与低压井口头13和井口导管11连接，其外部的法兰与井口连接器8通过螺栓连接。该连接短节根据井口导管11尺寸，加工为相同的内外径，但连接法兰盘外径和螺栓孔位不变，以此实现一种井口模块结构适应不同井身结构。
井口导管11：常规的深水钻井套管，主要尺寸为36英寸、20英寸或16英寸。
泥垫12：与井口导管11相连的用于提供井口承载力的常规钻井工具。
低压井口头13：井口导管11上用于悬挂高压井口的井口，为常规钻井工具。
具体地，井口模块功能舱1、井口连接器8和导管连接短节10 的设置，实现了井口模块与导管(套管)的连接、功能仓和井口连接器的连接、传感器的搭载、功能舱的回收等功能。
井口模块功能舱1和井口连接器8的连接方式为：井口连接器8 的上部外径与井口模块功能舱1下部的内径相同，且上述两部件内径相同处加工多条光滑的金属密封带，当井口连接器8的插接进入功能舱时，通过过盈配合，实现两个部件间的密封。井口模块功能舱1的下部和井口连接器8的上部都开同样尺寸圆孔，该圆孔按圆周阵列方式均布4个或6个。在井口模块功能舱1下部安装液压锁定器5(液压油缸)，驱动油缸推出活塞杆穿过两部件连接的圆孔，形成轴向的锁定，完成功能舱与井口连接器8的耦合。
井口连接器8和导管连接短节10的连接方式为：井口连接器8 下部法兰与导管连接短节10上的法兰直接，放置预先加工好的橡胶密封板，之后使用螺栓连接两部件的法兰，并施加一定的预紧力，使橡胶密封板达到密封效果。导管连接短节10作为导管的一部分，置于井口导管11和低压井口头13之间，并通过焊接的方式固定。整套井口模块均为在陆地或钻机平台预先连接完成，随导管一同下入海底。
该井口模块可作为深水开路钻井井口反出泥浆的容器，容纳一定量的含岩屑的泥浆；作为泥浆液位识别传感器及相关电气舱室的搭载平台；在开路钻井阶段完成后，可通过特定的水下机器人(ROV)操作将井口模块中搭载传感器和电子舱等贵重元器件的重要部分与井下导管脱离，实现井口模块的回收。
该井口模块最大程度的在不改变其结构情况下，与不同尺寸的开孔导管配合，实现井口模块的适配的广泛性和作业流程的标准化，并确保回收剩余部分不影响下一步坐高压井口等常规深水作业。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：包括井口模块功能舱、液位传感器、井口模块电子舱、井口连接器、井口导管、导管连接短节和热刺液压连接器，
井口返出泥浆存储在所述井口模块功能舱内，所述液位传感器、井口模块电子舱和热刺液压连接器均安装在井口模块功能舱上，所述液位传感器通过线缆与井口模块电子舱相连；所述井口模块功能舱还通过旁通管路与泥浆举升管线连通；所述井口连接器通过液压锁定器与井口模块功能舱相连接；
所述热刺液压连接器用于与提供水下液压动力的水下机器人连接；
所述导管连接短节的上下两端分别与井口头和井口导管连接，导管连接短节外部的法兰与井口连接器通过螺栓连接；根据井口导管的尺寸将所述导管连接短节加工为与井口导管尺寸相同的内外径，导管连接短节外部法兰的外径和螺栓孔位保持不变。
2.根据权利要求1所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：所述井口模块功能舱的上部加工有J形槽，所述J形槽用于与打捞工具连接。
3.根据权利要求1所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：所述井口模块功能舱与井口连接器的连接端开设有多个圆孔，所述井口连接器上与井口模块功能舱上圆孔相对应的位置也开设有圆孔，所述液压锁定器插入井口模块功能舱和井口连接器上的圆孔对两结构部件进行锁定。
4.根据权利要求3所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：所述液压锁定器采用液压油缸。
5.根据权利要求1所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：所述热刺液压连接器采用的湿插拔液压接头。
6.根据权利要求1所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：所述井口导管上装配有泥垫。
7.根据权利要求1所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：还包括牛眼水平仪，所述牛眼水平仪安装于井口连接器上，牛眼水平仪用于监测井口导管喷射下入过程中相对于水平位置的倾斜角。
8.根据权利要求1所述的无隔水管泥浆闭路循环钻井可回收式井口模块，其特征在于：所述井口连接器的上部外径与井口模块功能舱下部的内径相同，且所述井口模块功能舱的下部内径处加工有多条金属密封带；所述井口连接器与井口模块功能舱采用过盈配合。
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