一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法，其特征在于：它包括一钻井船，钻井船上设置一钻井液供给装置和一控制装置，钻井液供给装置通过一液管汇连接一水龙头的进液端，水龙头固定连接在一设置在钻井船中部的井架上，其出液端转动连接一钻杆顶端，钻杆的底端紧固连接一钻头，钻杆下部套设一吸入模块，吸入模块的外管壁上对称设置有两管道，在一侧管道上设置有一节流阀，控制装置电连接一位于钻井船上的电气装置，电气装置通过一控制与动力管线电连接一电机，电机的输出端连接一海底泵，海底泵的入口处连接一软管，且在入口处设置一压力流量传感器。本发明专利技术能够利用控制台装置通过控制与动力管线对节流阀的开度和海底泵的转速进行调节，实现海底钻井井口压力稳定，从而控制因天然气水合物引起的井控风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法
本专利技术涉及一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法，属于海洋开采工程领域。
技术介绍
天然气水合物是一种白色固体结晶物质，它只能在一定的温度和压力条件下存在，且一般要求温度约为0～10℃，压力高于10Mpa，如果温度升高或压力降低，其中的甲烷气体则会逸出，天然气水合物便趋于分解。深水高压低温环境下可能存在大量天然气水合物层，由于深水的温压环境，天然气水合物的埋深一般为泥线以下600m以内，对于常规的深水钻井技术和装备，尚无法建立隔水管和防喷器等井控系统，因此无法实施常规的钻井和井控作业。即使可以使用常规的深水钻完井井控装备，但是长度达千米的隔水管和复杂的防喷器系统的安装和控制都是相当复杂的，导致大部分作业时间将耗费在隔水管防喷器系统的安装和回收过程中，作业效率极低，钻机装置费用高，经济效益差。另外，天然气水合物盖层下覆通常存在游离气，钻井至该地层时，游离气极易侵入井筒，破坏井筒平衡条件，从而引起一系列井控问题。当钻开天然气水合物地层时，地层平衡条件会被打破，引起天然气水合物分解，如果分解速度得不到有效控制，将会破坏天然气水合物地层的稳定性以及导致井口的垮塌等问题，因此天然气水合物钻井勘探面临巨大风险。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于海底泵控压的钻井系统及钻井方法，能够控制因浅地层天然气水合物分解引起的井控风险。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于海底泵控压的钻井系统，其特征在于：它包括一设置在海面上的钻井船，所述钻井船上设置有一钻井液供给装置和一控制装置，所述钻井液供给装置通过一液管汇连接一水龙头的进液端，在所述钻井船中部固定连接一井架，所述水龙头固定连接在所述井架上，所述水龙头的出液端转动连接一钻杆顶端，在所述钻杆的底端紧固连接一钻头，在所述钻杆下部套设一吸入模块，所述吸入模块底部紧固设置在低压井口，所述吸入模块的下部伸入泥线以下，所述钻头穿过所述吸入模块进入所述低压井口内部，在所述吸入模块的外壁上对称设置有两管道，在一侧所述管道上设置有一节流阀，在所述吸入模块底部设置有一导管，所述导管伸入所述低压井口内，在所述钻井船端部的船舷上固定连接有一锚链，所述锚链的锚端固定在目标海域，在所述钻井船上靠近所述锚链处设置有一铰车；所述控制装置电连接一位于所述钻井船上的电气装置，所述电气装置通过一控制与动力管线电连接一电机，所述电机的输出端连接一海底泵，所述海底泵的入口处连接一软管，且在所述海底泵的入口处设置有一压力流量传感器，所述电机和海底泵分别设置在泥线上。所述海底泵采用固、液和气三相混输的叶片圆盘泵在所述吸入模块内壁的上部设置一转动支撑所述钻杆的密封装置，在位于所述密封装置底部的所述吸入模块内壁与钻杆外壁之间形成一环空。所述钻井船采用深水勘察船或多功能支持船，所述钻头采用海底钻井井下动力钻头，所述钻井液为直接排入海底的排海钻井液。一种基于海底泵控压的钻井方法,其包括以下步骤：1)启动钻井船的锚链将钻井船固定在目标海域，采用喷射钻井方式钻设一短距离低压井口；2)控制钻杆旋进泥线下方，并将吸入模块紧固设置在泥线上，且正对低压井口；3)通过绞车上的钢丝绳下放连接有控制与动力管线的电机和海底泵至泥线，采用水下机器人完成软管与管道连接并将控制与动力管线在锚链上的固定；4)利用钻井液的势能转化为机械能驱动钻头工作，同时携带岩屑的钻井液通过井眼环空上返至海底钻井口的吸入模块，经吸入模块内部的环空和管道的出口进入海底泵，将其排放到远离海底钻井井口处，同时将压力流量传感器监测到的信号通过控制与动力管线传输至控制台装置与电气装置；5)调节海底钻井压力平衡：当海底钻井井口受游离气等其它气体介质影响导致压力增加时，利用控制台装置通过控制与动力管线对节流阀的开度和海底泵的转速进行调节，控制海底泵与软管连接端口的压力值继续保持在某一恒定值附近，实现海底钻井井口压力稳定。在所述步骤3)中，将软管与管道连接后，在位于吸入模块另一侧的管道上设置一安全溢流阀。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术由于设置了一钻杆，在钻杆的末端固定连接一钻头，在泥线附近设置了一吸入模块，吸入模块下部伸入泥线以下，通过一钻井船的井架上的马达驱动其下放并穿过吸入模块到达目标海域，因此本专利技术钻井系统可以不使用隔水管和防喷器，钻井船可以采用深水勘察船等小型作业船钻井，降低钻井成本。2、本专利技术设置了一钻井液供给装置，利用钻井液在钻杆中的势能转化为机械能驱动钻头工作，能够有效降低钻杆与钻井液摩擦导致的温度值，有利于抑制天然气水合物分解。3、本专利技术由于在泥线附近设置了一海底泵和一电机，海底泵通过一软管连接吸入模块，通过电机驱动海底泵将携带岩屑的钻井液排放到远离海底钻井井口处，结合双梯度钻井和控压钻井原理，能够扩大使用钻井液的密度范围，解决深海钻井压力窗口窄的难题，简化海底钻井井身结构。4、本专利技术在海底泵与软管连接的入口处设置了一压力流量传感器，在一吸入模块的管道上一节流阀，通过一控制与动力管线将检测的信号传输至一钻井船上的控制台装置和电气装置，当有游离气等气体介质侵入海底钻井井内时，通过控制台装置调控海底泵的转速以及节流阀开度控制游离气等气体介质侵入，使海底钻井井口压力在一定的恒定值附近，能够实现海底钻井井口的压力值稳定，提高作业的安全性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提出了一种基于海底泵控压的钻井系统，该系统包括一设置在海面上的钻井船1，在钻井船1上设置有一钻井液供给装置2，钻井液供给装置2通过一液管汇3连接一水龙头4的进液端。在钻井船1中部固定连接一井架5，水龙头4固定连接在井架5上，水龙头4的出液端转动连接一钻杆6顶端，在钻杆6的底端紧固连接一钻头7，钻杆6在一固定连接在井架5上的马达(图中未示出)的驱动下旋转。在钻杆6下部套设一吸入模块8，吸入模块8底部紧固设置在低压井口，吸入模块8的下部伸入泥线以下，钻头7穿过吸入模块8进入低压井口内部。在吸入模块8的外壁上对称设置有两管道9，在一侧管道9上设置有一节流阀。在吸入模块8底部设置有一导管10，导管10伸入低压井口内，当海底钻井内压力值小于海水静水压力值时，依靠钻井液在导管10中产生的压力能够有效防止海水流进海底钻井内。在钻井船1端部的船舷上固定连接有一锚链11，锚链11的锚端固定在目标海域。在钻井船1上靠近锚链11处设置有一铰车12。在钻井船1上还设置有一控制装置13，控制装置13电连接一位于钻井船1上的电气装置14，电气装置14通过一控制与动力管线15电连接一电机16，电机16的输出端连接一海底泵17，海底泵17的入口处连接一软管18，且在海底泵17的入口处设置有一压力流量传感器。其中，电机16和海底泵17分别设置在泥线上。上述实施例中，海底泵17可以采用固、液和气三相混输的叶片圆盘泵。上述实施例中，在吸入模块8内壁的上部设置一转动支撑钻杆6的密封装置(图中未示出)，随着钻杆6转动，该密封装置能够使吸入模块8的上部与钻杆6的外壁接触处夹紧，在位于密封装置底部的吸入模块8内壁与钻杆6外壁之间形成一环空，携带岩屑的钻井液能够通过该环空循环至吸入模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于海底泵控压的钻井系统，其特征在于：它包括一设置在海面上的钻井船，所述钻井船上设置有一钻井液供给装置和一控制装置，所述钻井液供给装置通过一液管汇连接一水龙头的进液端，在所述钻井船中部固定连接一井架，所述水龙头固定连接在所述井架上，所述水龙头的出液端转动连接一钻杆顶端，在所述钻杆的底端紧固连接一钻头，在所述钻杆下部套设一吸入模块，所述吸入模块底部紧固设置在低压井口，所述吸入模块的下部伸入泥线以下，所述钻头穿过所述吸入模块进入所述低压井口内部，在所述吸入模块的外壁上对称设置有两管道，在一侧所述管道上设置有一节流阀，在所述吸入模块底部设置有一导管，所述导管伸入所述低压井口内，在所述钻井船端部的船舷上固定连接有一锚链，所述锚链的锚端固定在目标海域，在所述钻井船上靠近所述锚链处设置有一铰车；所述控制装置电连接一位于所述钻井船上的电气装置，所述电气装置通过一控制与动力管线电连接一电机，所述电机的输出端连接一海底泵，所述海底泵的入口处连接一软管，且在所述海底泵的入口处设置有一压力流量传感器，所述电机和海底泵分别设置在泥线上。

【技术特征摘要】
1.一种基于海底泵控压的钻井系统，其特征在于：它包括一设置在海面上的钻井船，所述钻井船上设置有一钻井液供给装置和一控制装置，所述钻井液供给装置通过一液管汇连接一水龙头的进液端，在所述钻井船中部固定连接一井架，所述水龙头固定连接在所述井架上，所述水龙头的出液端转动连接一钻杆顶端，在所述钻杆的底端紧固连接一钻头，在所述钻杆下部套设一吸入模块，所述吸入模块底部紧固设置在低压井口，所述吸入模块的下部伸入泥线以下，所述钻头穿过所述吸入模块进入所述低压井口内部，在所述吸入模块的外壁上对称设置有两管道，在其中一侧所述管道上设置有一节流阀，在所述吸入模块底部设置有一导管，所述导管伸入所述低压井口内，在所述钻井船端部的船舷上固定连接有一锚链，所述锚链的锚端固定在目标海域，在所述钻井船上靠近所述锚链处设置有一铰车；所述控制装置电连接一位于所述钻井船上的电气装置，所述电气装置通过一控制与动力管线电连接一电机，所述电机的输出端连接一海底泵，所述海底泵的入口处连接一用于与所述节流阀所在一侧的所述管道进行连接的软管，且在所述海底泵的入口处设置有一压力流量传感器，所述电机和海底泵分别设置在泥线上。2.如权利要求1所述的一种基于海底泵控压的钻井系统，其特征在于：所述海底泵采用固、液和气三相混输的叶片圆盘泵。3.如权利要求1所述的一种基于海底泵控压的钻井系统，其特征在于：在所述吸入模块内壁的上部设置一转动支撑所述钻杆的密封装置，在位于所述密封装置底部的所述吸入模块内壁与钻杆外壁之间形成一环空。4.如权利要求2所述的一种基于海底泵控压的钻井...

【专利技术属性】
技术研发人员：许亮斌，周建良，陈国明，解永超，盛磊祥，蒋世全，王荣耀，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11