CN114991668A - 开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法。本发明的施工装置包括固定在海底的导管固定架，导管固定架上固定深入海水的水下导管和伸出海平面的延伸导管，浅层气排出后水下导管和延伸导管接通；本发明的施工方法包括：先将水下导管沉入海水中；再在水下导管内钻井使浅层气通过水下导管排入海水后，在水下导管的顶部续接延伸导管形成隔水导管；最后在隔水导管内继续钻井。本发明提供的开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法，通过建立水下导管实施表层开路钻井，钻进过程中浅部地层释放出的气体通过水下导管溢流排出至海水之中，以避免浅层气返至钻井或生产平台上发生井喷着火，影响钻井作业安全。

Description

开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及海上浅层气钻井技术领域，具体是关于一种开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法。

背景技术

现有海上浅层气钻井开路通常先下入第一层钻井隔水导管，钻井隔水导管的底部沉入海底，隔水导管顶部固定在生产平台上不同甲板所处海拔位置。在海底浅部地层钻井过程中，连接钻井平台钻机的钻杆穿过隔水导管，利用钻井泵向钻杆内泵入海水，海水经过钻杆内部通道到达钻杆底部的钻头，钻进过程中海水带着井眼中被钻头和水射流破坏的海底浅部地层岩屑或浅层气(浅部地层弥散或聚集的天然气)沿着井眼到达隔水导管，通过隔水导管与钻杆之间的环形空间上返至位于平台甲板之上的隔水导管顶部后溢流排入海面上空落入至海水，排出的浅层气容易在平台甲板上发生井喷着火影响钻井作业安全。

此种钻井开路方式由于隔水导管从井眼直通作业井口，因此必须通过井口安装分流器，防止浅层气井喷，而分流器质量与功能可靠性是防控浅层气井喷失控风险的关键。由于分流器系统中的流通管线易被浅层气携带的岩屑在高压和高流速下出现冲蚀，极易导致分流器系统失效，从而引起天然气泄漏使平台着火的风险。此外分流器安装工序较为繁琐，在海上平台狭小的井口区，分流器上放喷管难以安全布置，不方便临时固定，且会影响邻近的在产井的正常生产作业和井口安全，钻井与生产同时联合作业也存在一定风险。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法，无需安装分流器，其通过建立水下导管实施表层开路钻井，钻进过程中浅部地层释放出的浅层气通过水下导管建立的井筒返至导管顶部消散至海水之中，以避免浅层气返至井口或生产平台上发生井喷着火，影响钻井作业安全。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明所述的开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置，包括导管固定架和隔水导管，所述隔水导管和导管固定架的底部均伸入海底；所述导管固定架包括若干个导管架桩腿和若干层导管架平台，若干层导管架平台依次水平设置并上下平行排列分布，最上层的导管架平台伸出海平面；若干个导管架桩腿依次垂直设置并阵列分布在若干层导管架平台的四周并与每层导管架平台相固定；所述隔水导管由延伸导管和水下导管上下连接构成，所述水下导管顶部没入海水中；在位于所述海平面以下的至少一层的导管架平台上垂直固定所述水下导管，在浅层气排出后,在位于所述水下导管顶部的至少一层的导管架平台上垂直固定所述延伸导管与水下导管相连通，所述延伸导管的顶部伸出最上层的导管架平台。

所述的施工装置，优选地，所述隔水导管包括多个，多个所述隔水导管相互平行固定在所述若干层导管架平台上。

所述的施工装置，优选地，所述导管架平台上设置有若干个导管固定孔，每层的导管架平台上相应的导管固定孔上下同轴设置，每个所述隔水导管依次上下固定在同一轴线的导管固定孔内。

所述的施工装置，优选地，所述导管架平台至少包括两层。

所述的施工装置，优选地，所述水下导管顶部至少延伸出最下层的导管架平台。

所述的施工装置，优选地，所述隔水导管内套设有表层套管，所述表层套管的底部接近井眼底部，所述表层套管顶部悬挂在井口位置。

本发明所述的开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置的施工方法，包括下述步骤：

将导管固定架的导管架桩腿底部固定在海底，导管固定架的最上层导管架平台伸出海平面,将水下导管的底部沉入海底，水下导管的顶部沉入海水中,再将水下导管依次固定在所穿过的导管架平台上；

水下导管内钻杆钻井，使海底浅层气通过水下导管反流至水下导管顶部溢流排入海水中；

钻杆继续钻进至海底以下300m至600m深度时，注入稠浆后起钻；

在水下导管顶部续接延伸导管形成隔水导管，延伸导管顶部伸出最上层的导管架平台后建立井筒；

在井筒内套设下入表层套管，表层套管底部下入到接近井眼底部位置，表层套管的顶部悬挂井口位置；

通过表层套管管道内注入水泥浆，采用顶替钻井液顶替注入的水泥浆从表层套管底部返入表层套管与井壁之间的环形空间，水泥浆将表层套管与井壁之间胶结固定和密封，完成固井作业。

所述的施工方法，优选地，所述水下导管和导管固定架的底部均伸入海底至少30m深度，所述表层套管的底部与井眼的底部距离4-6m。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明是通过建立水下导管实施表层开路钻井，导管顶部潜没在海水之中，钻进过程中海底浅部地层释放出的浅层气通过水下导管建立的井筒返至导管顶部消散至海水之中，释放完浅层气后在续接延伸导管形成隔水导管，避免浅层气返至钻井或生产平台上发生泄漏井喷着火的风险。

(2)本发明无需通过井口安装分流器放喷浅层气，不仅避免了分流器的安装使用风险，省略了装拆分流器及管线的工序，节约钻井工期，降低钻井成本。

(3)本发明施工装置由于导管固定架的存在，因此当钻进排出海底岩屑时，导管顶部位于导管架平台海水段导管固定架上，距离海底较高的位置，固定架上设有导流槽，将导管顶部返出的钻屑导流出井口区域，避免钻屑在井口区堆积，影响相邻井钻井作业。海水中较大覆盖范围的固定架导流槽能够引流排出的岩屑，待钻完一口井的浅部地层，回接海水中的隔水导管至平台甲板，安装井口进行下一井段的钻井作业，防止在钻相邻井浅部地层时海水中的隔水导管顶部返出的岩屑回落到已钻的井眼中，保护井眼；同时海水中的隔水导管在导管固定架固定扶正作用下，具备支撑钻杆继续浅层钻进和井轨迹造斜，这也是提前在海水中下入水下隔水导管的必要性。

附图说明

图1为本发明的施工装置的结构示意图。

图2为本发明的施工方法的钻井作业示意图。

图中各附图标记如下：

1-导管架平台；2-导管架桩腿；3-海平面；4-水下导管；5-导管固定孔；6-钻杆；7-平台甲板；8-井筒；9-钻头；10-海底；11-浅层气。

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。

本发明提供一种开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置及其施工方法，通过建立水下导管实施表层开路钻井，钻进过程中海底浅部地层释放出的浅层气通过水下导管建立的井筒返至导管顶部消散至海水之中，释放完浅层气后再续接(回接)延伸导管形成常规浅水油气田开发丛式井隔水导管模式，避免海底浅部地层钻井过程中钻遇的浅层气返至钻井或生产平台上发生泄漏井喷着火的风险，避免了现有通过在井口安装分流器系统的作业工序繁琐，且避免了常规依靠在井口安装分流器对浅层气进行分流放喷影响平台人员安全和在产井生产安全。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明提供的一种开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置，包括导管固定架和隔水导管，隔水导管和导管固定架的底部均通过锤入或钻入伸入海底10以下至少数十米，导管固定架包括若干个导管架桩腿2和若干层导管架平台1，若干层导管架平台1依次水平设置并上下平行排列分布，最上层的导管架平台1伸出海平面3；若干个导管架桩腿2依次垂直设置并阵列分布在若干层导管架平台1的四周并与每层的导管架平台相固定；隔水导管由延伸导管和水下导管4上下连接构成，水下导管4顶部没入海水中；在位于所述海平面以下的至少一层的导管架平台1上垂直固定所述的水下导管4，在浅层气11排出后,在位于所述水下导管4顶部的至少一层的导管架平台1上垂直固定所述的延伸导管与水下导管4相连通，所述的延伸导管顶部伸出最上层的导管架平台1。

具体的说，导管固定架的导管架桩腿2底部深入海底10的深度略深于水下导管4底部的位置。水下导管4根据不同水下导管直径规格(直径规格有914mm、762mm、610mm、508mm)其底部深入海底以下至少30米以上，根据不同的水下导管直径规格优选为40m-80m深度范围内，深度范围和直径规格根据所处海域海洋环境条件及海底土胶结强度与承载能力而具体选择，隔水导管为垂直安装于海底以下至少30米以上。隔水导管设置角度根据钻井形态确认，当垂直钻井时，隔水导管垂直与海底面或海平面设置，当钻斜井时，此时隔水导管角度与海底面或海平面呈一定的夹角设置，当其斜向设置时，隔水导管与每层的导管架平台1也呈一定的夹角固定。

本实施例中，优选的,导管固定架由四个导管架桩腿2和五层导管架平台1固定连接构成，五层的导管架平台1依次平行于海平面3并呈上下均布分布，其中下面四层的导管架平台1沉入海水中。四个导管架桩腿2依次分布于所有层导管架平台1的四周拐角并垂直于海平面3设置，四个导管架桩腿2均与每层的导管架平台1四周边缘相固定连接以保证整个导管固定架能够稳定的伫立在海底10以支撑整个钻井作业平台及管路。

本实施例中，在钻进浅层气11排出前，水下导管4的顶部固定在下面三层的导管架平台1中心，并且顶部伸出由下至上的第三层的导管架平台台面，在钻进浅层气11排入海水中后，在水下导管4的顶部采用水下焊接或快速卡扣对接的方式续接延伸导管，延伸导管与水下导管4内外管径相同，延伸导管固定在最上两层的导管架平台1中心与水下导管4同轴连接，延伸导管顶部此时伸出最上层的导管架平台台面，延伸导管和水下导管4连接固定后形成用于支撑井口的隔水导管，隔水导管管串隔开海水，承受海洋风、浪、流或海冰等海洋环境载荷。

进一步，隔水导管包括多个，多个隔水导管相互平行固定在若干层导管架平台上。

具体的说，隔水导管优选为4-8个，每个隔水导管均由水下导管和延伸导管连接组成。多个隔水导管相互平行并列设置并依次分布在导管架平台1的中心位置与每层的导管架平台1相连接。

可以选择的是，对于集中隔水导管的井口来说，隔水导管可达40个。

进一步，导管架平台1上设置有若干个导管固定孔5，每层的导管架平台1上的导管固定孔5上下同轴设置，每个隔水导管依次上下固定在所述的同一轴线的导管固定孔内。

具体的说，每层的导管架平台上依次阵列设置有可容纳隔水导管穿过的多个导管固定孔5，导管固定孔为通孔结构，导管固定孔的通孔内径略大于水下导管和延伸导管的外径，以保证通孔可以容纳水下导管4和延伸导管穿过，每层导管架平台1上相应位置的导管固定孔5在垂直方向上上下同轴心设置，在所有层导管架平台1上位于上下同一轴线的导管固定孔5内均可固定水下导管和延伸导管组成的隔水导管。

进一步，所述导管架平台至少包括两层。

具体的说，隔水导管要完全保证固定在导管架平台1上，导管架平台1至少为两层。当导管架平台1为两层时，下层导管架平台固定水下导管4，上层管架平台固定延伸导管，此时水下导管4续伸出下层导管架平台。

可以选择的是，导管固定架上的导管架平台1的层数根据海水深度而定,海水深度越深,导管架平台1的层数越多。

进一步，水下导管顶部至少延伸出最下层的导管架平台。

具体的说，导管架平台1为多层时,至少最下层的导管架平台固定水下导管4，而水下导管4上面的若干层导管架平台1固定延伸导管。因此，为了保证水下导管4和延伸导管固定连接，水下导管4需伸出固定其所有层的导管架平台的最上层的导管架平台1。

进一步，隔水导管内套设有表层套管，表层套管的底部接近井眼底部，表层套管的顶部悬挂在井口位置。

具体的说，当完成水下导管4和延伸导管连接后，形成支撑井口的隔水导管，将海底10以下的井眼与平台甲板7上的井口之间建立起井筒8，通过平台钻机向隔水导管和井眼中下入相对于隔水导管内径更小的钢质表层套管(表层套管外径为508mm或339mm)，表层套管底部下入到接近井眼底部，距离井眼底部4-6m，优选为5m，表层套管顶部悬挂在平台甲板7上设计的井口位置，完成钻井作业后，在表层套管顶部安装有井控防喷装置。

实施例2：

如图2所示，本发明还提供一种基于开发井浅层气钻井表层开路钻井施工装置的施工方法，是先将水下导管4的底部固定在海底10，水下导管4的顶部沉入海水中；再在水下导管内钻井使浅层气11通过水下导管4由下至上溢流排入海水后，在水下导管的顶部续接延伸导管形成隔水导管，延伸导管的顶部延伸出海平面3；最后在隔水导管内继续钻井。

进一步，所述方法包括下述步骤：

(1)将导管固定架的导管架桩腿2底部固定在海底，导管固定架的最上层导管架平台伸出海平面3,将水下导管4的底部沉入海底，水下导管的顶部沉入海水中,再将水下导管依次固定在所穿过的导管架平台上；

(2)水下导管4内钻杆钻井，使海底浅层气11通过水下导管上返流动至水下导管顶部溢流排入海水中；

(3)钻杆6继续钻进至海底以下300m至600m深度时，注入稠浆后起钻；

(4)在水下导管4顶部续接延伸导管形成隔水导管，延伸导管顶部伸出最上层的导管架平台1后建立井筒8；

(5)在井筒8内套设下入表层套管，表层套管底部下入到接近井眼底部位置，表层套管的顶部悬挂在井口位置；

(6)通过表层套管管道内注入水泥浆，采用顶替钻井液顶替注入的水泥浆从表层套管底部返入表层套管与井壁之间的环形空间，水泥浆将表层套管与井壁之间胶结固定和密封，完成固井作业。

具体的说，在步骤(1)中，先在海底固定导管固定架，导管固定架最上层的导管架平台漏出海平面3，其余层的导管架平台沉入海水中，导管固定架的导管架桩腿底部通过锤入或钻入伸入海底约30-100m深度位置，采用锤入打桩或钻孔下入一层桩管作为水下导管4，水下导管4底部进入到海底约为30-80m深度位置。水下导管4顶部沉没在海水之中，水下导管4顶部距离海平面约10-20米，水下导管4顶部伸出至少最下层的导管架平台1，水下导管4外壁被导管架平台导管固定孔5所支撑连接固定；

在步骤(2)中，从最上层的导管架平台3上往水下导管4内下入钻杆6，通过沉没在海水之中的水下导管4，到达水下导管4底部，开始海底10浅部地层的钻进。平台甲板7上的钻井泵向钻杆6内泵入海水，海水通过钻杆到达底部钻头9，由钻头9上的水眼喷射而出，配合钻头旋转破碎海底浅部地层，海水携带破碎的岩屑或浅层气沿着井眼流动至水下导管4内，通过水下导管4与钻杆6之间的环形空间，到达沉没在海水之中的水下导管4顶部，直接排放到海水之中。破碎的岩屑随着海流扩散落入到导管固定架周围的海底，此时沉没在海水中的导管固定架能够隔开排出的岩屑，防止岩屑在海底10回填钻进形成的井眼，同时支撑钻杆6继续浅层钻进和井轨迹造斜。

在步骤(3)中，在完成所钻开发井的表层井段钻进作业后，通过钻杆6向钻完的井眼之中泵入一定密度的稠浆后，再起出钻杆6。

在步骤(4)中，从最上层导管架平台1上下入与沉没在海水中的水下导管4相同直径的钢管作为延伸导管，在水下导管4的顶部位置将延伸导管进行水下焊接或快速扣接对接，形成支撑井口的隔水导管，将海底以下的井眼与平台上的井口之间建立起井筒8，形成后续钻井作业的通道。

在步骤(5)中，通过平台钻机向水下导管4和井眼中下入相对于水下导管4内径更小的钢制套管作为表层套管，表层套管外径为508mm或339mm，表层套管底部下入到接近井眼底部，距离井眼底部距离4-6m位置，优选为5m，表层套管顶部悬挂在平台甲板7上设计的井口位置。

在步骤(6)中，通过连接表层套管顶部的送入管柱，向表层套管内泵入设计用量的固井水泥浆，然后泵入顶替钻井液，将表层套管内的固井水泥浆顶替至表层套管和井眼之间的环形空间间隙中，固井水泥浆将表层套管与井壁形成的环形空间胶结固定和密封在一起，对表层套管进行固定并密封表层套管的外壁与地层间隙，完成固井作业。

上述步骤(1)到(6)完成海上钻井表层井段全部作业，后续井段作业均是在表层套管内完成，并在表层套管顶部安装井控防喷装置，一旦地层中的高压流体沿着井筒8向上溢流至平台甲板7的井口位置，可关闭防喷装置，控制井筒8内的高压易燃流体溢出，防止井喷着火，引发作业事故。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置，其特征在于，包括导管固定架和隔水导管，所述隔水导管和导管固定架的底部均伸入海底；所述导管固定架包括若干个导管架桩腿和若干层导管架平台，若干层导管架平台依次水平设置并上下平行排列分布，最上层的导管架平台伸出海平面；若干个导管架桩腿依次垂直设置并阵列分布在若干层导管架平台的四周并与每层导管架平台相固定；所述隔水导管由延伸导管和水下导管上下连接构成，所述水下导管顶部没入海水中；在位于所述海平面以下的至少一层的导管架平台上垂直固定所述水下导管，在浅层气排出后,在位于所述水下导管顶部的至少一层的导管架平台上垂直固定所述延伸导管与水下导管相连通，所述延伸导管的顶部伸出最上层的导管架平台。

2.根据权利要求1所述的施工装置，其特征在于，所述隔水导管包括多个，多个所述隔水导管相互平行固定在所述若干层导管架平台上。

3.根据权利要求1或2所述的施工装置，其特征在于，所述导管架平台上设置有若干个导管固定孔，每层的导管架平台上相应的导管固定孔上下同轴设置，每个所述隔水导管依次上下固定在同一轴线的导管固定孔内。

4.根据权利要求3所述的施工装置，其特征在于，所述导管架平台至少包括两层。

5.根据权利要求4所述的施工装置，其特征在于，所述水下导管顶部至少延伸出最下层的导管架平台。

6.根据权利要求5所述的施工装置，其特征在于，所述隔水导管内套设有表层套管，所述表层套管的底部接近井眼底部，所述表层套管顶部悬挂在井口位置。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述开发井浅层气钻井表层开路钻井的施工装置的施工方法，其特征在于，包括下述步骤：

将导管固定架的导管架桩腿底部固定在海底，导管固定架的最上层导管架平台伸出海平面,将水下导管的底部沉入海底，水下导管的顶部沉入海水中,再将水下导管依次固定在所穿过的导管架平台上；

水下导管内钻杆钻井，使海底浅层气通过水下导管反流至水下导管顶部溢流排入海水中；

钻杆继续钻进至海底以下300m至600m深度时，注入稠浆后起钻；

在水下导管顶部续接延伸导管形成隔水导管，延伸导管顶部伸出最上层的导管架平台后建立井筒；

在井筒内套设下入表层套管，表层套管底部下入到接近井眼底部位置，表层套管的顶部悬挂井口位置；

通过表层套管管道内注入水泥浆，采用顶替钻井液顶替注入的水泥浆从表层套管底部返入表层套管与井壁之间的环形空间，水泥浆将表层套管与井壁之间胶结固定和密封，完成固井作业。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述水下导管和导管固定架的底部均伸入海底至少30m深度，所述表层套管的底部与井眼的底部距离4-6m。

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