一种孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统及工艺。所述套管跟管系统包括钻具组合和套管组合；所述钻具组合包括自下而上依次连接的钻头、双母转换接头、柔性钻杆、下扶正器、双公转换接头、螺杆马达、螺杆马达提升接头、上扶正器、用于加压钻进的钻铤、钻杆和顶部进水接头。本发明专利技术解决了深水环境隔离套管跟管钻进工艺的不足。钻进工艺的不足。钻进工艺的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统及工艺


[0001]本专利技术涉及孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统及工艺，特别适用于深水区（100m以上深度）隔离套管跟管钻进。

技术介绍

[0002]水上钻探施工由于受水位、流速、季节、气象、风浪、潮水、地质等自然条件的影响，其钻探难度比陆上钻探更大。比如：需要在孔位处下入隔离套管，但，水底泥线地层复杂多变，一般分布有堆积物和河流冲积物，容易垮孔，特别是深水区和复杂地层，传统钻探装备和工艺适应性差。
[0003]水上钻探与陆上钻探差异较大，水上钻井平台作业空间有限，需要下入双层甚至多层套管，需要起下钻杆、钻具，完成丝扣拧卸以及套管起拔作业等动作。在深水条件下，隔离套管长度大，一般采用大吨位漂浮式移动平台，且对钻探设备和技术要求高。目前深水条件下多采用大型钻机施工，其配套的塔架、回转器、泥浆泵、绞车、驱动动力等模块质量都较大，占用空间也较大。内河水库由于很难找到大型船舶作为水上平台，多采用承载力有限的简易水上漂浮式钻探平台。传统钻机由于自重大，体积大，使船体的有效载荷减少，安全性降低。小型钻机自身重量小，但提升大深度套管的能力有限，均不适合在深水区域进行高效安全的钻探施工。
[0004]另外，传统隔离套管跟管钻进工艺一般采用锤击，或超前掏心钻再锤击下入隔离套管，在深水区的隔离套管周围无约束，锤击很容易使隔离套管折断；隔离套管下入后起拔阻力大，起拔困难；回转掏心时钻杆回转，钻杆对隔离套管撞击严重，使隔离套管晃动会折断钻杆，进而损坏隔离套管，使隔离套管丝扣脱扣。因而，传统隔离套管跟管钻进工艺不适合在深水条件钻探作业。

技术实现思路

[0005]针对深水环境隔离套管跟管钻进工艺的不足，本专利技术旨在提供一种不采用传统钻机，就可在漂浮式平台上进行隔离套管跟管钻进的孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统及工艺。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统，包括钻具组合和套管组合；其特点是，所述钻具组合包括自下而上依次连接的钻头、双母转换接头、柔性钻杆、下扶正器、双公转换接头、螺杆马达、螺杆马达提升接头、上扶正器、用于加压钻进的钻铤、钻杆和顶部进水接头；所述套管组合包括自下而上包括管靴和通过接箍相互连接的多节套管；所述下扶正器和上扶正器用于保障钻具组合同心回转，且所述下扶正器在扩孔钻进阶段始终处于所述套管内；所述顶部进水接头用于送钻并兼做水或泥浆的进入通道；所述套管组合套设在钻具组合外，所述钻头为双心偏心钻头；所述钻头在工作时
可相对所述管靴伸出，且钻头的扩孔直径大于套管的外径。
[0007]由此，本专利技术采用去钻机化设计，平台不设回转器，不安装钻机，通过地表送钻，孔底动力实现钻进，解决了平台上无传统钻机而实现水上平台的高效钻进功能的问题。
[0008]所述套管包括依次连接的管靴、至少两根串联的直联套管、套管转换接头、至少一级串联的双公接箍式长套管和接箍、至少一级串联的短套管和接箍。
[0009]钻进平台装有升沉补偿装置，以保障套管组合相对静止不动；所述升沉补偿装置设置在深水环境中的浮动式平台，所述隔离套管的上部穿过所述浮动式平台；位于所述隔离套管两侧的所述浮动式平台上竖直设置两组伸缩缸，两组伸缩缸的活塞杆端部之间水平安装夹持器，所述隔离套管的上部被所述夹持器夹持固定；当水位上升时，所述浮动式平台上升，所述伸缩缸的活塞杆回缩，使所述隔离套管不被所述浮动式平台上拉；当水位下降时，所述浮动式平台下沉，所述伸缩缸的活塞杆伸出，使所述隔离套管不被所述浮动式平台压迫。
[0010]所述伸缩缸的活塞杆上安装用于检测活塞杆位移的位移传感器，所述深水环境中安装用于检测环境水位的水位传感器，所述位移传感器和所述水位传感器的信号输出线分别接入所述伸缩缸的控制系统中，所述控制系统计算出水位变化值
△
HS，并判断水位变化值
△
HS是否超出隔离套管安全形变值，如果水位变化值
△
HS超出隔离套管安全形变值，则控制所述伸缩缸的活塞杆沿水位变化相反方向运动，且
△
Hj=
△
HS，如果水位变化值
△
HS小于隔离套管安全形变值，则所述伸缩缸的活塞杆的位置保持不变。
[0011]所述夹持器为自重式夹持器；优选所述自重式夹持器包括外壳和一对自重式卡瓦，所述外壳的内腔设置为V型的锥孔，所述锥孔内斜面配合安装所述自重式卡瓦，且两个所述自重式卡瓦相对安装，使两个所述自重式卡瓦中间围合形成套管安装空间。
[0012]基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种利用所述的孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统的隔离套管跟管工艺，其包括如下步骤：S1. 套管底部提离孔底一段距离，使套管悬坐在上夹持器上，并通过浮动夹持器称重并记录读数，在松开大钩下钻具组合，准备钻进；S2. 钻头下放并从管靴伸出，控制大钩绞车送钻，根据钻进速度快慢和套管浮动夹持器的称重来确定跟管距离；S3. 达到跟管距离后循环清孔，并上提钻头至套管内，钻杆垫叉坐在套管口，卸掉大钩和顶部进水接头，通过辅助卷扬起吊套管短接，使钻杆上穿入套管短接，并下滑至套管口钻杆夹持器上，再装上顶部进水接头和大钩，上拉拉紧大钩，卸掉钻杆垫叉，将套管短接装在套管的上部端口上，卸掉短套管夹板，在浮动夹持器下部空间夹持套管，油缸下行并卸掉浮动夹持器的上夹持器卡瓦，油缸空载上行快接近上止点b位置时，上夹持器盒中加自重式夹持器卡瓦并压紧，然后取出下部夹持器，送套管串下行快到下止点c时，再加下部夹持器并取出上夹持器卡瓦，油缸空载上行，如此循环；跟到位后取出下部夹持器，此时整个套管重量承担在上夹持器卡瓦上，称重，继续钻进，如此循环；跟管结束时，保证该隔离套管管口坐在上部夹持器卡瓦上。
[0013]进一步地，对于复杂地层，则采用第二层或后续多层隔离套管继续跟管钻进；第二级套管的管靴与套管采用直连，直连套管长度按照预计下入地层的深度减去第一级套管已
下入地层的深度，再加重合长度，确保第二级接箍套管留在第一级套管内；跟管前，该级套管应处于悬吊状态，然后准备钻进，组合钻具下钻使钻头超出该级管靴，然后造窝钻进、正常钻进，根据进尺确定跟管距离；跟管时，先循环清孔，提拉钻头至套管内，并使钻杆接头处于套管的上部端口之上，加钻杆垫叉坐于第二级套管端口上，然后松开大钩，卸掉大钩和顶部进水接头，辅助绞车起吊短套管，加接的套管短接下滑至该级套管口的钻杆垫叉上，在大钩上加接钻具起吊蘑菇头，并上提大钩少许，然后卸掉钻杆垫叉，加接套管并拧紧，继续上提大钩，将钻具起吊蘑菇头上的钢丝绳挂在死绳钩上，再释放大钩，把加接的套管夹板挂绳转挂到大钩上，上提大钩，并卸掉该级套管和隔离套管之间的夹持器，由大钩下放套管实现跟管，当跟管到位后将该级套管夹紧，再次坐在隔离套管口，松大钩，下放钻具至管靴外，继续钻进扩孔，如此循环。
[0014]由此，本专利技术解决了双层套管或多层套管的跟管进工艺问题。
[0015]本专利技术解决了平台上无传统钻机而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统，包括钻具组合和套管组合；其特征在于，所述钻具组合包括自下而上依次连接的钻头（1）、双母转换接头（52）、柔性钻杆（53）、下扶正器（54）、双公转换接头（55）、螺杆马达（56）、螺杆马达提升接头（57）、上扶正器（58）、用于加压钻进的钻铤（59）、钻杆（51）和顶部进水接头（7）；所述套管组合包括自下而上包括管靴（21）和通过接箍相互连接的多节套管；所述下扶正器（54）和上扶正器（58）用于保障钻具组合同心回转，且所述下扶正器（58）在扩孔钻进阶段始终处于所述套管内；所述顶部进水接头（7）用于送钻并兼做水或泥浆的进入通道；所述套管组合套设在钻具组合外，所述钻头（1）为双心偏心钻头；所述钻头（1）在工作时可相对所述管靴（21）伸出，且钻头（1）的扩孔直径大于套管的外径。2.根据权利要求1所述的孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统，其特征在于，所述套管（2）包括依次连接的管靴（21）、至少两根串联的直联套管、套管转换接头（24）、至少一级串联的双公接箍式长套管和接箍、至少一级串联的短套管和接箍。3.根据权利要求1所述的孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统，其特征在于，钻进平台装有升沉补偿装置，以保障套管组合相对静止不动；所述升沉补偿装置设置在深水环境中的浮动式平台，所述隔离套管的上部穿过所述浮动式平台；位于所述隔离套管两侧的所述浮动式平台上竖直设置两组伸缩缸，两组伸缩缸的活塞杆端部之间水平安装夹持器，所述隔离套管的上部被所述夹持器夹持固定；当水位上升时，所述浮动式平台上升，所述伸缩缸的活塞杆回缩，使所述隔离套管不被所述浮动式平台上拉；当水位下降时，所述浮动式平台下沉，所述伸缩缸的活塞杆伸出，使所述隔离套管不被所述浮动式平台压迫。4.根据权利要求3所述的孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统，其特征在于，所述伸缩缸的活塞杆上安装用于检测活塞杆位移的位移传感器，所述深水环境中安装用于检测环境水位的水位传感器，所述位移传感器和所述水位传感器的信号输出线分别接入所述伸缩缸的控制系统中，所述控制系统计算出水位变化值
△
H
S
，并判断水位变化值
△
H
S
是否超出隔离套管安全形变值，如果水位变化值
△
H
S
超出隔离套管安全形变值，则控制所述伸缩缸的活塞杆沿水位变化相反方向运动，且
△
H
j
=
△
H
S
，如果水位变化值
△
H
S
小于隔离套管安全形变值，则所述伸缩缸的活塞杆的位置保持不变。5.根据权利要求3所述的孔底动力钻进双层隔离套管跟管系统，其特征在于，所述夹持器为自重式夹持器；优选所述自重式夹持器包括外壳和一对自重式卡瓦，所述外...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良平，王少华，胡晨，李永丰，胡郁乐，张宗刚，王莉，
申请(专利权)人：湖南中南水电水利工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：