防沉装置及其校核方法和装置、防止井沉降的装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种防沉装置及其校核方法和装置、防止井沉降的装置，属钻井领域。该防沉装置在钻井时设置于所述井的井口区域，用于防止所述井下沉，所述防沉装置包括：防沉底座，该防沉底座的中央设置有对应于井口的开口，钻井时所述防沉底座被布置于所述井口区域；以及连接锁紧装置，设置于所述开口处，用于将设置于所述井中的套管与所述防沉底座连接并锁紧。防止井沉降的装置包括防沉底座以及用于防沉底座的校核方法。本发明专利技术能够降低各种钻井装置对井口以及其以下冻土带的压强，进一步能减少井的下沉量，实现稳定钻井。

Anti sinking device and its checking method and device, and device for preventing well settlement

The embodiment of the invention provides an anti sinking device, a checking method and a device thereof, and a device for preventing well settlement, which belongs to the drilling field. The anti sinking device is set at the wellhead area of the well to prevent the sinking of the well. The anti sinking device includes an anti sinking base, the center of which is provided with an opening corresponding to the wellhead, and the anti sinking base is arranged in the area of the well mouth when drilling; and the connection locking device is arranged in the said. The opening is used for connecting and locking the sleeve provided in the well with the anti sinking base. The device for preventing well settlement includes an anti sinking base and a checking method used for preventing the sinking base. The invention can reduce the pressure of various drilling devices on the wellhead and the following permafrost zone, further reduce the sinking amount of the well, and achieve stable drilling.

【技术实现步骤摘要】
防沉装置及其校核方法和装置、防止井沉降的装置
本专利技术涉及钻井领域，具体地涉及防沉装置及其校核方法和装置、防止井沉降的装置。
技术介绍
进入21世纪以来，随着世界各国对石油与天然气的需求呈直线上升以及常规地区油气资源枯竭，油气资源的开发逐渐向深海以及极地冻土带等地发展。2009年美国地质调查局发布报告称，北极地区未探明石油储量和天然气储量分别占常规地区石油和天然气储量的13％和30％，极地地区可能成为继海洋之后又一个油气开发的核心区。俄罗斯、挪威、美国和加拿大等国的石油公司都对极地油气资源产生了浓厚的兴趣，并投入大量的资金进行油气勘探开发的基础研究。虽然极地冻土带存在丰富的油气资源，但是其路途遥远、温度极低等特点都给钻井造成了诸多困难。同时，由于极地地区浅表层存在冻土带，钻井时通常需要在钻柱中注入钻井液，并使钻井液在钻柱和井中循环，深部地层上返的温度较高的钻井液会使冻土带冰层融化，使冻土带岩层强度变低，引起地层沉降，进而可能导致井口塌陷。具体地，在钻井过程中，钻井液经钻柱进入井底并从钻柱与井壁之间的环空部中返回，由于地层深处温度较高，钻井液从地层中获得能量，温度升高。当上返至浅表层冻土带时，由于高的钻井液温度使冻土温度升高，冰随之融化。冰融化成水后，体积减小，储层强度以及对套管的侧阻力也会随之降低，在上覆岩层重力以及井口载荷的作用下引起地层沉降，进而造成井口下沉，严重时甚至可能引起井口塌陷。井口下沉问题是极地冻土带钻井过程中面临的首要问题，很多学者都对其进行了深入的研究。某学者针对冻土带矿场井口基础不均匀沉降问题，提出可用隔热层防止冻土融化(建筑.2011(8):62-63)，但一些不稳定外界环境因素同样会破坏冻土带，引起冻土层在外部载荷下的自然沉降。专利CN202850926U公开了一种在深水钻井工程中防冲刷型水下井口防沉装置，提出通过防冲刷网降低海底海流的冲刷，并通过圆形底板减小应力，进而防止进口下沉。但此方法主要针对深水钻井过程中的由于海底泥沙冲刷运移引起的井口倾斜失稳问题，对于冻土带钻井过程中的由于冻土层融化引起的整个井口下沉问题存在本质区别和不适用性。同时，此方法没有给出此装置的关键参数计算方法。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种防沉装置及其校核方法和装置，该防沉装置及其校核方法和装置能够减少在冻土地带钻井过程中井的下沉量。本专利技术实施例的另一目的是提供一种防止井沉降的装置，该装置中应用了所述防沉装置及其校核方法和装置，从而能够降低各种钻井装置对井口以及其以下冻土带的压强，进一步能减少井的下沉量，实现稳定钻井。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种用于冻土地带钻井的防沉装置，该防沉装置在钻井时设置于所述井的井口区域，用于防止所述井下沉，所述防沉装置包括：防沉底座，该防沉底座的中央设置有对应于井口的开口，钻井时所述防沉底座被布置于所述井口区域；以及连接锁紧装置，设置于所述开口处，用于将设置于所述井中的套管与所述防沉底座连接并锁紧。其中，所述防沉底座为中空的多层结构，所述防沉装置还可以包括：支撑结构，设置于所述多层结构之间，用于在所述多层结构之间起支撑作用。其中，所述防沉装置还可以包括：桁架，该桁架沿所述防沉底座的周围设置，所述桁架的一端被固定在所述防沉底座上靠近边缘的位置，另一端被固定于所述防沉底座的中央部位。根据本专利技术的另一方面，还提供一种针对所述防沉装置的校核方法，该校核方法包括：根据钻井液的流速和钻柱中的钻井液的温度模拟所述环空部温度场；根据所述环空部温度场和冻土带温度场确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土参数；根据所述融化区域的冻土参数确定所述防沉装置的尺寸；根据所述尺寸确定所述井的下沉量；以及根据所述下沉量与下沉量阈值调整所述防沉装置的尺寸。其中，所述根据所述环空部温度场和所述冻土带温度场确定所述冻土带的冻土融化区域的参数可以包括：根据所述环空部温度场和所述冻土带温度场确定冻土融化区域的融化边界和融化量；根据所述融化边界和所述融化量确定所述融化区域内的冻土参数。其中，所述冻土参数包括冻土的侧阻力系数和抗压强度，所述根据所述融化区域的冻土参数确定所述防沉装置的尺寸可以包括根据下式确定所述尺寸：其中，D为所述防沉装置的尺寸，G为在钻井过程中井口装置和被设置于所述井中的套管的重力，f指侧阻力系数，h为所述冻土区域的厚度，σp为所述抗压强度，ρe为冻土的密度。其中，所述冻土参数还包括所述融化区域的冻土的孔隙度，其中，所述根据所述防沉装置的尺寸确定所述井的下沉量可以包括：根据所述孔隙度确定所述融化区域的冻土的体积压缩系数；以及根据下式确定与所述尺寸对应的实际下沉量：s＝a0h+mvhΔp，其中，其中，s指所述下沉量，h为冻土层的厚度，a0为冻土融化下沉系数，mv为冻土的体积压缩系数，Δp为所述防沉装置对井口冻土层的压强；并且，所述根据所述下沉量与下沉量阈值调整所述防沉装置的尺寸可以包括：如果所述实际下沉量超过所述下沉量阈值，则将所述尺寸增加预定值以重新确定所述防沉装置的尺寸。根据本专利技术的另一方面，还提供一种针对所述防沉装置的校核装置，该校核装置包括：温度场模拟模块，用于根据被注入的所述钻井液的流速、所述钻柱中的钻井液的温度模拟所述环空部温度场；参数确定模块，用于根据所述环空部温度场和冻土带温度场确定所述冻土带的冻土融化区域的冻土参数；防沉装置确定模块，用于根据所述融化区域的冻土参数确定所述防沉装置的尺寸；下沉量确定模块，用于根据所述防沉装置的尺寸确定所述井的下沉量；以及调整模块，用于根据所述下沉量与下沉量阈值调整所述防沉装置的尺寸。其中，所述参数确定模块还可以用于：根据所述环空部温度场和所述冻土带温度场确定冻土融化区域的融化边界和融化量；根据所述融化边界和所述融化量确定所述融化区域内的冻土参数。其中，所述冻土参数包括冻土的侧阻力系数和抗压强度，所述防沉装置确定模块还用于根据以下式确定所述尺寸：其中，D为所述防沉装置的尺寸，G为井口装置和被设置于所述井中的套管的重力，f指侧阻力系数，h为所述冻土区域的厚度，σp为所述抗压强度，ρe为冻土的密度。其中，所述冻土参数还包括所述融化区域的冻土的孔隙度，所述下沉量模块还可以用于：根据所述孔隙度确定所述融化区域的冻土的体积压缩系数；以及根据下式确定与所述防沉装置的尺寸对应的实际下沉量：s＝a0h+mvhΔp其中，s指所述下沉量，h为冻土层的厚度，a0为冻土融化下沉系数，mv为冻土的体积压缩系数，并且，所述调整模块还用于：如果所述实际下沉量超过所述下沉量阈值，则将所述尺寸增加预定值以重新确定所述防沉装置的尺寸。根据本专利技术的另一方面，还提供一种用于冻土地带钻井的防止井沉降的装置，该装置包括所述防沉装置；以及所述校核装置。其中，该装置还可以包括：隔热套管，设置于所述井的井壁，用于防止所述井中的热量传导至冻土区域；以及连接锁紧装置，将所述隔热套管与所述防沉装置连接并锁紧。其中，所述隔热套管包括：外层隔热套管、内层隔热套管，所述外层隔热套管和所述内层隔热套管之间形成有中空部分，所述中空部分填充有气体。其中，所述隔热套管还可以包括：泡沫小球，所述泡沫小球设置于所述中空部分中，并粘附于所述中空部分的内壁上。另一方面，本专利技术提供一种机器可读存储介质，该机器可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冻土地带钻井的防沉装置，其特征在于，该防沉装置在钻井时设置于所述井的井口区域，用于防止所述井下沉，所述防沉装置包括：防沉底座，该防沉底座的中央设置有对应于井口的开口，钻井时所述防沉底座被布置于所述井口区域；以及连接锁紧装置，设置于所述开口处，用于将设置于所述井中的套管与所述防沉底座连接并锁紧。

【技术特征摘要】
1.一种用于冻土地带钻井的防沉装置，其特征在于，该防沉装置在钻井时设置于所述井的井口区域，用于防止所述井下沉，所述防沉装置包括：防沉底座，该防沉底座的中央设置有对应于井口的开口，钻井时所述防沉底座被布置于所述井口区域；以及连接锁紧装置，设置于所述开口处，用于将设置于所述井中的套管与所述防沉底座连接并锁紧。2.根据权利要求1所述的防沉装置，其特征在于，所述防沉底座为中空的多层结构，所述防沉装置还包括：支撑结构，设置于所述多层结构之间，用于在所述多层结构之间起支撑作用。3.根据权利要求1或2所述的防沉装置，其特征在于，其特征在于，所述防沉装置还包括：桁架，该桁架沿所述防沉底座的周围设置，所述桁架的一端被固定在所述防沉底座上靠近边缘的位置，另一端被固定于所述防沉底座的中央部位。4.一种针对权利要求1-3中任一项所述的防沉装置的校核方法，其特征于，该校核方法包括：根据钻井液的流速和钻柱中的钻井液的温度模拟所述环空部温度场；根据所述环空部温度场和冻土带温度场确定所述冻土带的冻土融化区域内的冻土参数；根据所述融化区域的冻土参数确定所述防沉装置的尺寸；根据所述尺寸确定所述井的下沉量；以及根据所述下沉量与下沉量阈值调整所述防沉装置的尺寸。5.根据权利要求4所述的校核方法，其特征在于，所述根据所述环空部温度场和所述冻土带温度场确定所述冻土带的冻土融化区域的参数包括：根据所述环空部温度场和所述冻土带温度场确定冻土融化区域的融化边界和融化量；根据所述融化边界和所述融化量确定所述融化区域内的冻土参数。6.根据权利要求5所述的校核方法，其特征在于，所述冻土参数包括冻土的侧阻力系数和抗压强度，其中，所述根据所述融化区域的冻土参数确定所述防沉装置的尺寸包括：根据下式确定所述尺寸：其中，D为所述防沉装置的尺寸，G为在钻井过程中井口装置和被设置于所述井中的套管的重力，f指侧阻力系数，h为所述冻土区域的厚度，σp为所述抗压强度，ρe为冻土的密度。7.根据权利要求6所述的校核方法，其特征在于，所述冻土参数还包括所述融化区域的冻土的孔隙度，其中，所述根据所述防沉装置的尺寸确定所述井的下沉量包括：根据所述孔隙度确定所述融化区域的冻土的体积压缩系数；以及根据下式确定与所述尺寸对应的实际下沉量；s＝a0h+mvhΔp其中，s指所述下沉量，h为冻土层的厚度，a0为冻土融化下沉系数，mv为冻土的体积压缩系数，Δp为所述防沉装置对井口冻土层的压强，并且，所述根据所述下沉量与下沉量阈值调整所述防沉装置的尺寸包括：如果所述实际下沉量超过所述下沉量阈值，则将所述尺寸增加预定值以重新确定所述防沉装置的尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志远，廖友强，孙宝江，刘大辉，滕瑶，陈昱，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，中集海洋工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37