CN115217446A

CN115217446A - 一种资源开采方法及装置

Info

Publication number: CN115217446A
Application number: CN202110427985.6A
Authority: CN
Inventors: 邱康; 崔强; 陆国琛
Original assignee: Petroleum Engineering Technology Research Institute Of Sinopec Offshore Oil Engineering Co ltd; Sinopec Oilfield Service Corp
Current assignee: Petroleum Engineering Technology Research Institute Of Sinopec Offshore Oil Engineering Co ltd; Sinopec Oilfield Service Corp
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2041-04-21
Also published as: CN115217446B

Abstract

本发明提供了一种资源开采方法及装置，包括主作业平台、辅助作业平台、导向结构、钻具组合体和完井装置，主作业平台连接导向结构，导向结构连接钻具组合体，钻具组合体连接完井装置，辅助作业平台用于送入完井装置。在资源开采时，钻出从地层第一端到地层第二端的预定轨迹，并让完井装置沿预定轨迹从地层第二端返回到地层第一端。本发明解决了在资源开发过程中出现的井壁垮塌和资源暴露面积不够大的问题。

Description

一种资源开采方法及装置

技术领域

本发明涉及开采方法及装置，特别是涉及资源开采方法及装置。

背景技术

随着天然气需求的日益增加和石油天然气资源勘探开发深入，大型接替油气田越来越少，接替资源的研究也越来越深入。十九世界末即被发现的资源，是一种甲烷等烃类气体与水相互作用形成的结晶状“笼形化合物”，该资源总量达到7.6×10¹⁸m³，是继页岩气、煤层气、致密气之后最有潜力的非常规能源之一，是石油天然气等化石能源最有潜力的接替能源。该资源主要存在于深水浅层及陆上冻土带，以深水浅层为主，包括中国在内多个国家都采用现有钻完井技术或类似技术对资源进行了试采，但受到赋存特征的影响，均未获得商业气流，表明现在油气开发技术并不适用于该资源的开采，亟需一种新式开发技术，实现该资源经济有效地开发。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是资源开采过程中出现的井壁垮塌和资源暴露面积不够大。

为实现上述目的，本发明提供了一种资源开采方法，所述资源开采方法包括：

钻井步骤，钻出从地层第一端到地层第二端的预定轨迹；及

完井步骤，让完井装置沿所述预定轨迹从所述地层第二端返回到所述地层第一端。

优选地，所述钻井步骤还包括：

主作业平台将导向结构放置在所述地层第一端；及

所述导向结构引导钻具组合体从所述地层第一端钻入，从所述地层第二端钻出。

优选地，所述完井步骤还包括：

辅助作业平台放置所述完井装置至所述地层第二端；及

连接所述完井装置和所述钻具组合体；及

所述主作业平台拖拽所述完井装置沿所述预定轨迹从所述地层第二端返回到所述地层第一端。

本发明还提供了一种资源开采装置，包括钻具组合体和完井装置，所述钻具组合体连接所述完井装置；所述钻具组合体用于钻出从地层第一端到地层第二端的预定轨迹，并让所述完井装置沿所述预定轨迹从所述地层第二端返回至地层第一端。

优选地，所述资源开采装置还包括主作业平台，所述主作业平台与所述钻具组合体连接。

优选地，所述资源开采装置还包括辅助作业平台，所述辅助作业平台与所述完井装置连接，用于将所述完井装置放置到所述地层第二端。

优选地，所述钻具组合体包括钻杆、导向工具、引导工具和钻头，所述钻杆连接所述导向工具，所述导向工具连接所述引导工具，所述引导工具连接所述钻头。

优选地，所述资源开采装置还包括导向结构，所述导向结构连接所述主作业平台、所述钻具组合体和所述完井装置。

优选地，所述导向结构包括海底基盘和防沉垫，所述海底基盘连接在所述防沉垫上方。

优选地，所述完井装置为完井管串，所述完井管串外层设置有可膨胀筛管。

本发明的有益效果在于：钻具组合体钻出预定轨迹后，由钻具组合体拖拽完井装置沿预定轨迹从地层第二端返回至地层第一端，所以只需要钻具组合体钻一次预定轨迹，就能让完井装置的安装到预定轨迹里。且进行完井前，钻具组合体仍然嵌入在预定轨迹经过的地层里，有效地避免了海底天然气水合物资源开采过程中出现的井壁垮塌。当地层第一端和地层第二端位于天然气水合物层距离比较远的位置处时，预定轨迹就可以穿越天然气水合物层中比较大的资源面。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明较佳的实施例并配合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例中，资源开采方法框图；

图2是本发明实施例中，资源开采装置钻井示意图；

图3是本发明实施例中，资源开采装置钻具组合体局部放大图

图4是本发明实施例中，资源开采装置完井示意图；

图5是本发明实施例中，资源开采装置开采示意图；

图6是本发明实施例中，资源开采装置完井装置局部放大图；

图7是本发明实施例中，资源开采装置预定轨迹剖面图。

其中，附图标记：

1 主作业平台

2 辅助作业平台

3 钻具组合体

30 钻杆

31 导向工具

32 引导工具

33 钻头

4 完井装置

400 筛管

401 可膨胀筛管

402 过电缆封隔器

403 生产管串

404 插入式封隔器

405 管挂

5 导向结构

50 海底基盘

51 防沉垫

6 采气树

7 集输管道

8 封堵装置

9 地层第一端

10 地层第二端

11 天然气水合物层

12 地层

13 海水层

14 预定轨迹

S0,S2,S4,S6,S8 步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

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。

如图1到图7所示，公开了本实施例的一种资源开采方法，具体地说，是一种海底天然气水合物资源的开采方法，由于天然气水合物是一种流动体，本实施例的一种天然气水合物资源开采方法主要利用了天然气水合物能够流动的性质，在本领域技术人员不需要付出创造性劳动的情况下，可以容易联想到本实施例使用的方法也可以应用到其他的流动体资源，如陆地或者海洋天然气、石油的开采中。本实施例的一种海底天然气水合物资源开采方法，包括步骤S0,即主作业平台1将导向结构5放置到地层第一端9。地层12包覆天然气水合物层11，因此需要穿过地层12才能到达天然气水合物层11。步骤S2,即导向结构5引导钻具组合体3从地层第一端9钻入，从地层第二端10钻出，形成一条预定轨迹14。步骤S4,即辅助作业平台2将完井装置4放置到地层第二端10。步骤S6,即连接完井装置4和钻具组合体3。步骤S8，即主作业平台1拖拽完井装置4沿着预定轨迹14从地层第二端10返回到地层第一端9，并将完井装置4锁紧于导向结构5上。上述步骤完成后，还需要完成钻具组合体3和完井装置4的丢手，完井装置4和辅助作业平台2的分离。完井装置4和辅助作业平台2脱离后，在地层12中对完井装置4进行膨胀作业，将完井装置4封固于地层12。并在地层第二端10处设置封堵装置8，防止天然气水合物从地层第二端10流出。封堵地层第二端10后，主作业平台1将采气树6放置至导向结构5上，导向结构5和集输管道7连接于采气树6。利用采气树6中电泵诱喷天然气水合物，进行开采。钻具组合体3钻出预定轨迹14后，由钻具组合体3拖拽完井装置4沿预定轨迹14从地层第二端10返回至地层第一端9，所以只需要钻具组合体3钻一次预定轨迹14，就能让完井装置4的安装到预定轨迹14里。且进行完井步骤前，钻具组合体3仍然嵌入在预定轨迹14经过的地层12里，有效地避免了天然气水合物资源开采过程中出现的井壁垮塌。当地层第一端9和地层第二端10位于天然气水合物层距离比较远的位置处时，预定轨迹14就可以穿越天然气水合物层11中比较大的资源面。

如图2到图7所示，公开了本实施例的一种资源开采装置，具体地说，是一种海底天然气水合物资源的开采装置，由于天然气水合物是一种流动体，本实施例的一种海底天然气水合物资源开采装置主要利用了天然气水合物能够流动的性质，在本领域技术人员不需要付出创造性劳动的情况下，可以容易联想到本实施例使用的资源开采装置也可以应用到其他的流动体资源，如陆地或者海洋天然气、石油的开采中。所述海底天然气水合物资源开采装置，包括钻具组合体3和完井装置4；钻具组合体3连接于完井装置4；钻具组合体3用于钻出从地层第一端9到地层第二端10的预定轨迹14，并拖拽完井装置4沿预定轨迹14从地层第二端10返回至地层第一端9；地层12包覆天然气水合物层11，需要穿过地层12才能到达天然气水合物层11。钻具组合体3钻出预定轨迹14后，由钻具组合体3拖拽完井装置4沿预定轨迹14从地层第二端10返回至地层第一端9，所以只需要钻具组合体3钻一次预定轨迹14，就能让完井装置4的安装到预定轨迹14里。且进行完井前，钻具组合体3仍然嵌入在预定轨迹14经过的地层12里，有效地避免了海底天然气水合物资源开采过程中出现的井壁垮塌。当地层第一端9和地层第二端10位于天然气水合物层距离比较远的位置处时，预定轨迹14就可以穿越天然气水合物层11中比较大的资源面。

优选地，所述资源开采装置还包括主作业平台1，主作业平台1与钻具组合体3连接。主作业平台1可以提供动力拖拽完井装置4至海底基盘50，并用管挂405实现与海底基盘50的锁紧。主作业平台1，可以是浮式钻井平台或钻井船。采用浮式钻井平台或钻井船漂浮在海上，移位比较方便。

优选地，所述资源开采装置还包括辅助作业平台2，辅助作业平台2与完井装置4连接。辅助作业平台2用于放置完井装置4至地层第二端10。辅助作业平台2，可以是钻井平台或钻井船。

优选地，如图2和图3中局部放大图A所示，钻具组合体3包括钻杆30、导向工具31、引导工具32和钻头33，钻杆30连接导向工具31，导向工具31连接引导工具32，引导工具32连接钻头33。钻杆30是柔性的，不仅可以垂直钻进，也可以一定角度弯折钻进。

优选地，所述资源开采装置还包括导向结构5，导向结构5连接所述钻具组合体3、主作业平台1和完井装置4，导向结构5用于引导钻具组合体3和锁住完井装置4。

进一步地，导向结构5包括海底基盘50和防沉垫51，海底基盘50连接在防沉垫51上方。海底基盘50连接在防沉垫上方，可以防止海底基盘50陷入地层12，影响钻井和开采。

优选地，完井装置4为完井管串，完井管窜的横截面形状和钻具组合体3钻出的孔横截面形状一致，可以很方便的导入到预定轨迹14。如图5和图6中局部放大图B所示，完井装置4包括筛管400、可膨胀筛管401、过电缆封隔器402、生产管串403、插入式封隔器404和管挂405。管挂405位于地层第一端9处，与膨胀筛管401和生产管串403连接，用于支撑密封膨胀筛管401和生产管串403。管挂405锁紧于防沉垫51。过电缆封隔器402和插入式封隔器404靠近地层第一端9，两者均与筛管400内壁相切，用于形成密封空间。

进一步地，完井管串外层设置有可膨胀筛管401，带可膨胀筛管的完井管串可以更方便地进行膨胀作业，将完井管串固封在地层12里。

以下结合本实施例进行更为详细的说明。

一种天然气水合物开采方法，包括：

根据工程设计井口位置，通过钻井船等主作业平台1放置海底基盘50到地层第一端9，在此过程中，可能用到ROV(Remote Operated Vehicle，遥控无人潜水器)来观察并辅助。放置海底基盘50的工具可以拆甩，也可以作为隔离海水形成半开路钻井的循环通道。

主作业平台1放置钻具组合体3至地层12上，主作业平台1提供动力，通过海底基盘50引导钻具组合体3采用定向穿越方式钻进，从地层第一端9钻入，从地层第二端10钻出预定轨迹14，钻具组合体3具有倒划眼的功能，以便在拖拽完井装置4沿预定轨迹14返回时，也能进行钻进。

辅助作业平台2放置完井装置4到地层第二端10，并使完井装置4与钻具组合体3连接，此过程需要ROV(Remote Operated Vehicle，遥控无人潜水器)来实现完井装置4与钻具组合体3的连接，连接方式可以为快速扣。主作业平台1提供动力拖拽完井装置4至海底基盘50，并用特殊机构实现与海底基盘50锁紧。完井步骤完成后，在地层第二端10处安装封堵装置8，用于封固地层第二端10，防止天然气水合物从地层第二端10溢出。封堵装置8可以是临时的封堵装置也可以是永久的封堵装置，临时封堵装置可以实现完井装置4再接入来冲管，可以留作清管、注入化学药剂等用途。辅助作业平台2完成放置完井装置4后，完成工具丢手和封堵装置8的关闭；主作业平台1完成可膨胀管401膨胀作业。

主作业平台1丢手钻具组合体3，此过程可以使用ROV(Remote Operated Vehicle，遥控无人潜水器)来实现完井装置4与钻具组合体3的丢手。主作业平台1放置采气树6至海底基盘50上，采气树6连接海底基盘50和海底集输管道7，利用采气树6诱喷成功后，送入采气树6的管柱与采气树6脱离。集输管道7从海水层13中穿过，用于输送开采的天然气水合物资源。

一种天然气水合物开采装置，包括主作业平台1，主作业平台1可以是常规浮式钻井平台、钻井船、特别制造的钻井船；导向结构5，由特殊井底基盘、防沉垫51构成；引导工具32，可以是MWD(MEASURE WHILE DRILLING，随钻测量系统)，引导钻头进行钻探；导向工具31，可以是弯角马达或旋转导向工具。

辅助作业平台2，可以是常规浮式钻井平台、钻井船、特别制造的钻井船；完井装置4，可以是带可膨胀筛管401的完井管串，由主作业平台1提供动力拖拽完井装置4至海底基盘50位置，并锁紧在海底基盘50；

采气树6，设置于导向结构5上。采气树6为带有水下分离、抽吸功能的水下开采结构，并在工作船的协助下，连接海底管线及电缆，由采气树6负责诱喷、水下分离天然气水合物，实现天然气水合物的水下开采。

以上对本发明实施例所提供的一种资源开采装置及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依据本发明的精神与技术思想所做的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种资源开采方法，其特征在于，所述资源开采方法包括：

钻井步骤，钻出从地层第一端到地层第二端的预定轨迹；及

2.根据权利要求1所述的资源开采方法，其特征在于，所述钻井步骤还包括：

主作业平台将导向结构放置在所述地层第一端；及

3.根据权利要求1或2任意所述的资源开采方法，其特征在于，所述完井步骤还包括：

辅助作业平台放置所述完井装置至所述地层第二端；及

连接所述完井装置和所述钻具组合体；及

4.一种资源开采装置，其特征在于，包括钻具组合体和完井装置，所述钻具组合体连接所述完井装置；所述钻具组合体用于钻出从地层第一端到地层第二端的预定轨迹，并让所述完井装置沿所述预定轨迹从所述地层第二端返回至地层第一端。

5.根据权利要求4所述的资源开采装置，其特征在于，还包括主作业平台，所述主作业平台与所述钻具组合体连接。

6.根据权利要求4所述的资源开采装置，其特征在于，还包括辅助作业平台，所述辅助作业平台与所述完井装置连接，用于将所述完井装置放置到所述地层第二端。

7.根据权利要求4-6任意所述的资源开采装置，其特征在于，所述钻具组合体包括钻杆、导向工具、引导工具和钻头，所述钻杆连接所述导向工具，所述导向工具连接所述引导工具，所述引导工具连接所述钻头。

8.根据权利要求4-6任意所述的资源开采装置，其特征在于，还包括导向结构，所述导向结构连接所述主作业平台、所述钻具组合体和所述完井装置。

9.根据权利要求8所述的资源开采装置，其特征在于，所述导向结构包括海底基盘和防沉垫，所述海底基盘连接在所述防沉垫上方。

10.根据权利要求4-6任意所述的资源开采装置，其特征在于，所述完井装置为完井管串，所述完井管串外层设置有可膨胀筛管。