CN115142816B - 无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法，该钻井系统包括钻井平台和钻井组件；所述钻井组件包括水下废物清理单元，所述水下废物清理单元上设置有上部抽吸口和下部抽吸口；该钻井系统还包括浅水钻井固体废物清理系统，所述上部抽吸口和所述下部抽吸口皆与所述浅水钻井固体废物清理系统相连通，且在所述上部抽吸口和下部抽吸口至所述浅水钻井固体废物清理系统的管道上设置有控制开关；该无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法可以自动清理掉钻井产生的固定及多余的钻井液，高效、灵活且方便。

Description

无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻 井方法

技术领域

本发明涉及采油技术领域，特别涉及无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法。

背景技术

在海床上进行钻井时，底部钻具组合通过旋转方式钻入海床，同时大量地层固体被排出井眼并堆积在井眼周围的海床上。当进行导管和表层套管安装时，大量的多余水泥堆积在井眼固体上。井眼基盘和井口头周围堆积的这些固体往往影响到其他设备如生产基盘、控制模块、管道等其他设备的安装。在海床平面下安装钻井基盘或者井口头的区域，需要清理井眼固体；因此，在钻井完成后需要花费巨大资金来清理海床上的堆积固体。在环境敏感区，如珊瑚海床区域，这些堆积的井眼固体会对周围珊瑚和其他海洋生物造成巨大损害。

因此，需要一种能够自动清理掉钻井产生的固定及多余的钻井液的装置，从而解决上述问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法。

为解决上述技术问题，本发明提供无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，包括钻井平台和钻井组件；所述钻井组件包括水下废物清理单元，所述水下废物清理单元上设置有上部抽吸口和下部抽吸口；该钻井系统还包括浅水钻井固体废物清理系统，所述上部抽吸口和所述下部抽吸口皆与所述浅水钻井固体废物清理系统相连通，且在所述上部抽吸口和下部抽吸口至所述浅水钻井固体废物清理系统的管道上设置有控制开关。

优选地，所述浅水钻井固体废物清理系统包括吸入软管、水下喷射单元、排放软管、动力软管、动力装置和控制模组；所述水下喷射单元上设置有吸入口、排放口和动力接口，所述吸入软管与所述吸入口相连通，所述排放软管与所述排放口相连通，所述动力软管的一端与所述动力接口相连通，所述动力软管的另一端与所述动力装置相连通；所述动力装置与所述控制模组电性连接。

优选地，所述水下喷射单元包括安全阀、反冲洗阀和喷射泵，所述安全阀的进口与所述吸入软管相连通，所述安全阀的出口与所述反冲洗阀的进口相连通，所述反冲洗阀的出口与所述喷射泵的进口相连通，所述喷射泵的出口与所述排放软管相连通；所述动力软管连通于所述安全阀和所述反冲洗阀之间。

优选地，该井眼清理系统还包括配重单元，所述配重单元与所述排放软管固定连接，且位于所述排放软管远离所述水下喷射单元的一端。

优选地，该浅水钻井固体废物清理系统还包括绞车和绞车绳索，所述绞车绳索的一端与所述配重单元固定连接，另一端与所述绞车相连接。

优选地，还包括脐带缆和控制模组，所述控制模组设置于所述钻井平台上，所述脐带缆的一端与所述控制模组相连接，另一端与所述动力装置相连接，该浅水钻井固体废物清理系统还包括绞车，所述脐带缆或/或动力软管盘绕在所述绞车上。

优选地，所述动力装置为海水泵，所述海水泵与所述控制模组电性连接，所述海水泵靠近所述控制模组设置，所述海水泵和所述绞车之间还连接有跨接软管。

优选地，所述水下废物清理单元包括固定座和导管，所述固定座与所述导管固定连接，所述固定座的中部形成有废物腔，所述废物腔与所述导管相连通，所述上部抽吸口设置于所述导管上，并与导管相连通，所述下部抽吸口设置与所述固定座上，并与所述废物腔相连通。

优选地，所述控制开关为远程遥控吸入换路器，该浅水钻井固体废物清理系统还包括控制模组，所述控制模组与所述远程遥控吸入换路器相连接。

本发明还提供一种钻井方法，包括如下步骤：

在海床上挖出架设钻井组件的开挖区；

将钻井组件固定于所述开挖区内，同时在钻井平台上将浅水钻井固体废物清理系统放入海底；

使用钻井平台及钻井组件在钻井区域进行钻井作业；

使用浅水钻井固体废物清理系统将钻井过程中产生的固液杂质和/或多余的钻井液排放到钻井区域以外的海域。

本发明的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法可以自动清理掉钻井产生的固定及多余的钻井液，高效、灵活且方便。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本发明优选实施例的的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统的结构示意图；

图2-图6为本发明实施例的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统的安装过程的结构示意图；

图7是下放工具和底部钻具组合脱离水下固体清理单元后的结构示意图。

图中：1、海面；2、海床；3、海水；4、钻井平台；5、钻井中心；6、钻杆；7、井眼；8、配重单元；9、水下废物清理单元；10、下放工具；11、下放工具锁；12、钻具组合；13、水下喷射单元；14、吸入软管；15、带有井眼固体的流体；16、排放软管；17、动力软管；18、绞车绳索；19、动力装置；20、绞车；21、工程船；22、开挖区；23、钻井液；24、跨接软管；25、钻井液和海水接触界面；26、固液废弃物；27、钢丝绳；28、上部抽吸口；29、下部抽吸口；30、挡板阀；31、钻井平台泵送的钻井液；32、摄像机；33、反冲洗阀；34、下滑索具；35、钻屑排放区；36、钻杆外部回流的钻井液；37、远程遥控吸入换路器；38、吸入软管用牵缆绞车；39、防回转板；40、浮体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1-7，本发明提供无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，包括钻井平台4和钻井组件；钻井组件包括水下废物清理单元9，水下废物清理单元9上设置有上部抽吸口28和下部抽吸口29，既可以用来抽取裸眼钻井过程中的固体，也可以用来抽取套管安装时的固体或者回流水泥，使用时，根据情况选择抽吸口。该钻井系统还包括浅水钻井固体废物清理系统，上部抽吸口28和下部抽吸口29皆与浅水钻井固体废物清理系统相连通，且在上部抽吸口28和下部抽吸口29至浅水钻井固体废物清理系统的管道上设置有控制开关。从上部抽吸口28出来的回流钻井液23和从下抽吸口出来的固体被浅水钻井固体废物清理系统抽出，被排放到距离钻井区域较远的位置，即钻屑排放区35，减少污染物对钻井区域可见度的影响。排放固液废弃物26的过程中，还可以灵活地改变排放固液废弃物26的位置，使用起来灵活方便。需要说明的是，钻井区域以外的区域是指距离钻井区域有一定距离，能够使排放的固液废弃物26不会对钻井工作造成影响或者影响很少的钻屑排放区35。具体地，水下废物清理单元9上固定连接有摄像机32，用于拍摄水下工作状态，摄像机32通过摄像缆与控制模块电性连接。

该钻井平台4还包括钻杆6和钻具组合12，钻杆6与钻具组合12固定连接，钻杆6从钻井中心5的位置伸入至海床上用于钻井眼。

在优选实施例中，浅水钻井固体废物清理系统包括吸入软管14、水下喷射单元13、排放软管16、动力软管17、动力装置19和控制模组；水下喷射单元13上设置有吸入口、排放口和动力接口，吸入软管14与吸入口相连通，排放软管16与排放口相连通，动力软管17的一端与动力接口相连通，动力软管17的另一端与动力装置19相连通；动力装置19与控制模组电性连接。通过安全阀、反冲洗阀33和喷射泵的作用，使钻井产生的固液废弃物26排出，带有井眼固体的流体15流向钻屑排放区35，且不会对钻井工作造成不良影响。用牵缆绞车20将吸入软管14放入至海底，排放软管16使用下滑锁具下放到海底。

在优选实施例中，水下喷射单元13包括安全阀、反冲洗阀33和喷射泵，安全阀的进口与吸入软管14相连通，安全阀的出口与反冲洗阀33的进口相连通，反冲洗阀33的出口与喷射泵的进口相连通，喷射泵的出口与排放软管16相连通；动力软管17连通于安全阀和反冲洗阀33之间。当管道内出现堵塞时，关掉反冲洗阀进行反冲洗作业，自动解决堵塞的问题。在反冲洗过程中，如果管道内压力过大，安全阀自动打开，排出海水，使管道内的压力恢复正常范围。

在优选实施例中，该井眼清理系统还包括配重单元8，配重单元8与排放软管16固定连接，且位于排放软管16远离水下喷射单元13的一端。配重单元8可以使排放软管16的位置固定，并使排放软管16克服海水3的浮力沉入在海床2上，另外，排放固液废弃物26的过程中，可以通过移动配重单元8改变排放位置，灵活地改变排放固液废弃物26的位置，使用起来灵活方便。具体地，该浅水钻井固体废物清理系统还包括绞车20和绞车绳索18，绞车绳索18的一端与配重单元8固定连接，另一端与绞车20相连接。通过绞车20及绞车绳索18改变排放位置，更加轻松方便。使用时，使用工程船21和钢丝绳27将配重单元8放入海底以及移动配重单元8的位置。进一步地，配重单元8使用过程中可以使用一浮体40与绞车绳索18固定连接，使绞车绳索18的一端浮在海面1上。

在优选实施例中，还包括脐带缆和控制模组，控制模组设置于钻井平台4上，脐带缆的一端与控制模组相连接，另一端与动力装置19相连接，该浅水钻井固体废物清理系统还包括绞车20，脐带缆或/或动力软管17盘绕在绞车20上。具体地，动力装置19为海水泵，海水泵靠近控制模组设置，且动力软管17盘绕在绞车20上，海水泵和绞车20之间还连接有跨接软管24。此种状况，适用于浅海海域的钻井系统。

在优选实施例中，水下废物清理单元9包括固定座和导管，固定座与导管固定连接，固定座上设置有防回转板39，防回转板39使固定座固定更牢固。固定座的中部形成有废物腔，废物腔与导管相连通，上部抽吸口28设置于导管上，并与导管相连通，下部抽吸口29设置与固定座上，并与废物腔相连通。使用时，固定座插入海底，固定在海底，从而固定钻井的位置。

在优选实施例中，控制开关为远程遥控吸入换路器37，该浅水钻井固体废物清理系统还包括控制模组，控制模组与远程遥控吸入换路器37相连接。可以通过遥控装置遥控该远程遥控吸入换路器37，从而控制上部抽吸口28和下部抽吸口29与浅水钻井固体废物清理系统的连通情况。

参考图2-6，本发明还提供一种钻井方法，包括如下步骤：

在海床2上挖出架设钻井组件的开挖区22；

将钻井组件固定于开挖区22内，同时在钻井平台上将浅水钻井固体废物清理系统放入海底。

由于在渤海湾等浅海区域的海床2比较软，并不适合钻井作业，因此，在钻井之前先挖到质地较硬的底层，形成开挖区22，然后将钻井装置设置在开挖区22中。由于浅海能见度较低，不适合水下机器人或者潜水员在水下作业，因此，安装浅水钻井固体废物清理系统时需要完全在钻井平台上完成，然后在通过绞车绳索18放入至海底。

使用钻井平台4及钻井组件在钻井区域进行钻井作业；

使用浅水钻井固体废物清理系统将钻井过程中产生的排放到钻井区域以外的海域。钻井平台4输送的钻井液23从钻杆6进入至钻具组合12的钻头处，钻杆6外部回流的钻井液23与固体废弃物混合形成固液废弃物26，固液废弃物26不会超过钻井液和海水的接触界面25，然后液体从上部抽吸口28排出，固体从下部抽吸口29排出，再经过浅水钻井固体废物清理系统被排放到距离钻井区域较远的钻屑排放区35。

在海床2上架设裸眼开钻装置时，使用下放安装水下固体清理单元9，使用钻井机构在海床2上钻出井眼7。下放工具10通过下放工具锁11锁定在水下固体清理单元9上。下放工具10用来部署水下固体清理单元9并落至最终位置。下放工具10安装在钻杆6上，底部钻具组合12可以从下放工具10脱开并开始钻井，此时下放工具10仍在原位，当需要替换不同尺寸的底部钻具组合12或安装第一个导管时，首先将下放工具10和底部钻具组合12脱离水下固体清理单元9，如图7所示。当水下喷射泵单元13工作时，下放工具10中的挡板阀30控制海水3进入水下固体清理单元9。

本发明的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统及钻井方法可以自动清理掉钻井产生的固定及多余的钻井液23，高效、灵活且方便。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，包括钻井平台和钻井组件；所述钻井组件包括水下废物清理单元，所述水下废物清理单元上设置有上部抽吸口和下部抽吸口；该钻井系统还包括浅水钻井固体废物清理系统，所述上部抽吸口和所述下部抽吸口皆与所述浅水钻井固体废物清理系统相连通，且在所述上部抽吸口和下部抽吸口至所述浅水钻井固体废物清理系统的管道上设置有控制开关，所述钻井平台还包括钻杆和钻具组合，所述钻杆和所述钻具组合固定连接，所述钻杆用于伸入至海床钻井眼；所述钻杆上安装有下放工具，所述钻具组合可从所述下放工具脱开并进行钻井，且所述下放工具通过下放工具锁锁定在所述水下废物清理单元上，所述下放工具包括挡板阀，所述挡板阀可控制海水进入水下废物清理单元。

2.如权利要求1所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，所述浅水钻井固体废物清理系统包括吸入软管、水下喷射单元、排放软管、动力软管、动力装置和控制模组；所述水下喷射单元上设置有吸入口、排放口和动力接口，所述吸入软管与所述吸入口相连通，所述排放软管与所述排放口相连通，所述动力软管的一端与所述动力接口相连通，所述动力软管的另一端与所述动力装置相连通；所述动力装置与所述控制模组电性连接。

3.如权利要求2所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，所述水下喷射单元包括安全阀、反冲洗阀和喷射泵，所述安全阀的进口与所述吸入软管相连通，所述安全阀的出口与所述反冲洗阀的进口相连通，所述反冲洗阀的出口与所述喷射泵的进口相连通，所述喷射泵的出口与所述排放软管相连通；所述动力软管连通于所述安全阀和所述反冲洗阀之间。

4.如权利要求2所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，还包括配重单元，所述配重单元与所述排放软管固定连接，且位于所述排放软管远离所述水下喷射单元的一端。

5.如权利要求4所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，该浅水钻井固体废物清理系统还包括绞车和绞车绳索，所述绞车绳索的一端与所述配重单元固定连接，另一端与所述绞车相连接。

6.如权利要求2所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，还包括脐带缆，所述控制模组设置于所述钻井平台上，所述脐带缆的一端与所述控制模组相连接，另一端与所述动力装置相连接，该浅水钻井固体废物清理系统还包括绞车，所述脐带缆或动力软管盘绕在所述绞车上。

7.如权利要求6所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，所述动力装置为海水泵，所述海水泵与所述控制模组电性连接，所述海水泵靠近所述控制模组设置，所述海水泵和所述绞车之间还连接有跨接软管。

8.如权利要求1所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，所述水下废物清理单元包括固定座和导管，所述固定座与所述导管固定连接，所述固定座的中部形成有废物腔，所述废物腔与所述导管相连通，所述上部抽吸口设置于所述导管上，并与导管相连通，所述下部抽吸口设置与所述固定座上，并与所述废物腔相连通。

9.如权利要求1所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，其特征在于，所述控制开关为远程遥控吸入换路器，该浅水钻井固体废物清理系统还包括控制模组，所述控制模组与所述远程遥控吸入换路器相连接。

10.一种钻井方法，其特征在于，应用如权利要求1-9任一项所述的无需水下机器人或潜水员协助清理废物的浅水钻井系统，包括如下步骤：

在海床上挖出架设钻井组件的开挖区；

将钻井组件固定于所述开挖区内，同时在钻井平台上将浅水钻井固体废物清理系统放入海底；

使用钻井平台及钻井组件在钻井区域进行钻井作业；

使用浅水钻井固体废物清理系统将钻井过程中产生的固液杂质和/或多余的钻井液排放到钻井区域以外的海域。