一种适用于天然气水合物地层的钻井方法及钻井设备技术

本发明专利技术公开了一种适用于天然气水合物地层的钻井方法及钻井设备，其中，包括钻井平台、钻井管柱和导向基座，其中钻井管柱包括钻具和柔性管柱，钻井平台的柔杆钻机通过柔性钻杆向内层管柱内注入高压流体，流体通过内层管柱和井底动力钻具供入旋转喷射钻头，推动旋转喷射钻头转动在浅层天然气水合物地层内进行钻进。在钻具带动柔性管柱达到钻设深度后，柔性钻杆通过丢手与柔性管柱的内层管柱分离，将柔性管柱和钻具留置在井筒内。本方案中柔性管柱由内层管柱、外层管柱和筛管组成，能够钻入浅层天然气水合物地层，且直径相对较小，适合钻设小井眼，成本相对降低。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于天然气水合物地层的钻井方法及钻井设备
本专利技术涉及海洋油气钻井
，特别涉及一种适用于天然气水合物地层的钻井方法及钻井设备。
技术介绍
天然气水合物是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，不能在地层空隙或者裂缝中流动。现有技术中天然气水合物的钻井一般是采用具有流动性的油和气的钻井方法和钻井设备，需要采用大平台、大管串，导致天然气水合物的钻井成本高，影响天然气水合物钻井的经济可行性。因此，如何降低天然气水合物的钻井成本，提高天然气水合物钻井的经济可行性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种适用于天然气水合物地层的钻井设备，以降低天然气水合物的钻井成本，提高天然气水合物钻井的经济可行性。本专利技术还提供了一种适用于天然气水合物地层的钻井方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于天然气水合物地层的钻井设备，包括钻井平台、钻井管柱和导向基座，所述导向基座为罩体形导向基座，能够坐落在天然气水合物地层上，所述导向基座的下端为开放端，所述导向基座通过开放端罩设在天然气水合物地层上，所述钻井管柱包括钻具和柔性管柱，所述钻具包括旋转喷射钻头和井底动力钻具，所述井底动力钻具的下端与所述旋转喷射钻头连接，所述井底动力钻具的上端与所述柔性管柱连接，所述柔性管柱包括内层管柱、外层管柱和筛管，所述外层管柱的一端通过所述防喷器与所述导向基座连接，所述外层管柱的另一端与所述筛管连接，所述筛管与所述井底动力钻具的外壳连接，所述内层管柱位于所述外层管柱和所述筛管内，所述内层管柱的一端通过投球丢手与所述柔性钻杆连接，所述内层管柱内设置有回压凡尔，所述回压凡尔位于所述投球丢手的下方，所述内层管柱的另一端与所述井底动力钻具的高压流体入口连通，所述柔性钻杆通过所述内层管柱向所述井底动力钻具的高压流体入口注入流体，驱动所述旋转喷射钻头旋转，所述内层管柱与所述外层管柱之间、以及所述内层管柱与所述筛管之间均设置有高渗透填充层，所述内层管柱与所述外层管柱以及所述内层管柱与所述筛管通过所述高渗透填充层连接，所述高渗透填充层用于滤除天然气水合物分解出的泥沙颗粒。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述筛管与所述内层管柱之间的所述高渗透填充层内预埋有电加热器，所述电加热器用于为所述天然气水合物的分解提供热量，所述电加热器通过加热电缆与电源连接。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述电加热器为伴热带。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述导向基座包括：密封罩，所述密封罩的上端为封闭端，所述封闭端设置有多个用于安装所述防喷器的安装孔，所述密封罩的下端为开放端；合成橡胶底座，所述合成橡胶底座安装在所述密封罩的开放端，所述合成橡胶底座内能够充入海水和/或气体，所述合成橡胶底座能够与所述天然气水合物地层所处的海底泥面紧密接触用于密封所述密封罩的开放端与所述天然气水合物地层所处的海底泥面之间的缝隙。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述防喷器包括：座体，安装在所述密封罩外，所述座体上开设有用于供所述外层管柱穿过的第一通孔，所述座体内设置有第一通道和第二通道，所述第一通道能够与用于供给化学剂的第一管路连通，所述第二通道能够与用于供给高压流体的第二管路连通；密封盖，罩设在所述座体上，用于阻止所述密封罩内的气体溢出，所述密封盖套设在所述外层管柱上，所述密封盖与所述座体通过止动环锁紧连接，所述密封盖上开设有与所述第一通孔位置对应的第二通孔，所述密封盖内设置有第三通道和第四通道，所述第三通道的一端与所述第一通道连通，所述第三通道的另一端能够与所述内层管柱连通，所述第四通道的一端与所述第二通道连通，所述第四通道的另一端能够与所述内层管柱连通；内防喷器组件，位于所述密封罩内且与所述座体连接，包括法兰底座、多个莲瓣形爪瓣和多个蹼型爪瓣，所述法兰底座与所述座体同轴布置，多个所述莲瓣形爪瓣和多个所述蹼型爪瓣沿着所述法兰底座的周向设置且所述莲瓣形爪瓣和所述蹼型爪瓣间隔排布，多个所述莲瓣形爪瓣和多个所述蹼型爪瓣的一端与所述法兰底座通过弹性铰链连接，多个所述莲瓣形爪瓣和多个所述蹼型爪瓣远离所述法兰底座的一端为自由端，所述蹼型爪瓣的自由端能够沿所述法兰底座的周向方向发生伸缩，带动与所述蹼型爪瓣连接的所述莲瓣形爪瓣的自由端沿着垂直于所述法兰底座的轴线方向运动，多个所述莲瓣形爪瓣的自由端和多个所述蹼型爪瓣的自由端能够在所述弹性铰链的回复力和所述密封罩内气体压力的作用下与所述外层管柱的外壁贴合。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述密封罩为棱柱形密封罩，所述合成橡胶底座沿着棱柱形密封罩的开放端设置，所述合成橡胶底座的数量与所述棱柱形密封罩的棱边的数量相等。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述密封罩的个数为多个，每个所述密封罩的开放端均设置所述合成橡胶底座，相邻两个所述密封罩的合成橡胶底座密封连接。优选的，在上述适用于天然气水合物地层的钻井设备中，所述钻井平台与所述导向基座通过脐带缆连接，所述脐带缆包括所述第一管路、所述第二管路、用于将所述导向基座内的气体输送至所述钻井平台的输气管路、用于对所述输气管路加热的伴热电缆、用于传输所述钻井平台对所述导向基座的控制信号的控制电缆和用于对所述导向基座的执行机构供电的动力电缆。一种适用于天然气水合物地层的钻井方法，所述适用于天然气水合物地层的钻井方法使用上述任意一个方案中记载的所述适用于天然气水合物地层的钻井设备进行钻井，包括步骤：1)通过作业船将导向基座下至天然气水合物地层上；2)连通脐带缆与所述钻井平台；3)通过钻井平台的柔杆钻机的柔性钻杆使钻井管柱的柔性管柱和钻具通过防喷器贯穿进入所述导向基座内；所述柔性钻杆向所述柔性管柱供入高压流体，所述高压流体通过所述钻具的井底动力钻具带动所述钻具的旋转喷射钻头在天然气水合物地层内钻进，至预设深度；4)通过投球丢手实现柔性钻杆与内层管柱分离，使所述柔性管柱和所述钻具留置在所述天然气水合物地层内，所述柔性管柱产出以及天然气水合物地层分解产生的气体均聚集在所述导向基座内；5)重复步骤3)-4)多次，实现多个所述柔性管柱和所述钻具在所述天然气水合物地层内的钻进和留置。从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的天然气水合物开采钻井设备，包括钻井平台、钻井管柱和导向基座，其中钻井管柱包括钻具、柔性管柱和柔性钻杆，柔性管柱为由内层管柱、外层管柱和筛管组成的柔性管柱，钻井平台的柔杆钻机通过柔性钻杆向内层管柱内注入高压流体，流体通过内层管柱和井底动力钻具供入旋转喷射钻头，推动旋转喷射钻头转动在浅层天然气水合物地层内进行钻进。随着旋转喷射钻头在浅层天然气水合物地层内钻进，旋转喷射钻头和井底动力钻具带动柔性管柱下入钻设的井筒。在钻具带动柔性管柱达到钻设深度后，柔性钻杆通过丢手与柔性管柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于天然气水合物地层的钻井设备，其特征在于，包括钻井平台(1)、钻井管柱(2)和导向基座(3)，/n所述导向基座(3)为罩体形导向基座，能够坐落在天然气水合物地层上，所述导向基座(3)的下端为开放端，所述导向基座(3)通过开放端罩设在天然气水合物地层上，/n所述钻井管柱(2)包括钻具(21)和柔性管柱(22)，所述钻具(21)包括旋转喷射钻头(211)和井底动力钻具(212)，所述井底动力钻具(212)的下端与所述旋转喷射钻头(211)连接，所述井底动力钻具(212)的上端与所述柔性管柱(22)连接，/n所述柔性管柱(22)包括内层管柱(221)、外层管柱(222)和筛管(223)，所述外层管柱(222)的一端通过所述防喷器(4)与所述导向基座(3)连接，所述外层管柱(222)的另一端与所述筛管(223)连接，所述筛管(223)与所述井底动力钻具(212)的外壳连接，所述内层管柱(221)位于所述外层管柱(222)和所述筛管(223)内，所述内层管柱(221)的一端通过投球丢手与所述柔性钻杆(23)连接，所述内层管柱(221)内设置有回压凡尔，所述回压凡尔位于所述投球丢手的下方，所述内层管柱(221)的另一端与所述井底动力钻具(212)的高压流体入口连通，所述柔性钻杆(23)通过所述内层管柱(221)向所述井底动力钻具(212)的高压流体入口注入流体，驱动所述旋转喷射钻头(211)旋转，/n所述内层管柱(221)与所述外层管柱(222)之间、以及所述内层管柱(221)与所述筛管(223)之间均设置有高渗透填充层(224)，所述内层管柱(221)与所述外层管柱(222)以及所述内层管柱(221)与所述筛管(223)通过所述高渗透填充层(224)连接，所述高渗透填充层(224)用于滤除天然气水合物分解出的泥沙颗粒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于天然气水合物地层的钻井设备，其特征在于，包括钻井平台(1)、钻井管柱(2)和导向基座(3)，
所述导向基座(3)为罩体形导向基座，能够坐落在天然气水合物地层上，所述导向基座(3)的下端为开放端，所述导向基座(3)通过开放端罩设在天然气水合物地层上，
所述钻井管柱(2)包括钻具(21)和柔性管柱(22)，所述钻具(21)包括旋转喷射钻头(211)和井底动力钻具(212)，所述井底动力钻具(212)的下端与所述旋转喷射钻头(211)连接，所述井底动力钻具(212)的上端与所述柔性管柱(22)连接，
所述柔性管柱(22)包括内层管柱(221)、外层管柱(222)和筛管(223)，所述外层管柱(222)的一端通过所述防喷器(4)与所述导向基座(3)连接，所述外层管柱(222)的另一端与所述筛管(223)连接，所述筛管(223)与所述井底动力钻具(212)的外壳连接，所述内层管柱(221)位于所述外层管柱(222)和所述筛管(223)内，所述内层管柱(221)的一端通过投球丢手与所述柔性钻杆(23)连接，所述内层管柱(221)内设置有回压凡尔，所述回压凡尔位于所述投球丢手的下方，所述内层管柱(221)的另一端与所述井底动力钻具(212)的高压流体入口连通，所述柔性钻杆(23)通过所述内层管柱(221)向所述井底动力钻具(212)的高压流体入口注入流体，驱动所述旋转喷射钻头(211)旋转，
所述内层管柱(221)与所述外层管柱(222)之间、以及所述内层管柱(221)与所述筛管(223)之间均设置有高渗透填充层(224)，所述内层管柱(221)与所述外层管柱(222)以及所述内层管柱(221)与所述筛管(223)通过所述高渗透填充层(224)连接，所述高渗透填充层(224)用于滤除天然气水合物分解出的泥沙颗粒。


2.根据权利要求1所述的适用于天然气水合物地层的钻井设备，其特征在于，所述筛管(223)与所述内层管柱(221)之间的所述高渗透填充层(224)内预埋有电加热器(225)，所述电加热器(225)用于为所述天然气水合物的分解提供热量，所述电加热器(225)通过加热电缆与电源连接。


3.根据权利要求2所述的适用于天然气水合物地层的钻井设备，其特征在于，所述电加热器(225)为伴热带。


4.根据权利要求2所述的适用于天然气水合物地层的钻井设备，其特征在于，所述导向基座(3)包括：
密封罩(31)，所述密封罩(31)的上端为封闭端，所述封闭端设置有多个用于安装所述防喷器(4)的安装孔，所述密封罩(31)的下端为开放端；
合成橡胶底座(32)，所述合成橡胶底座(32)安装在所述密封罩(31)的开放端，所述合成橡胶底座(32)内能够充入海水和/或气体，所述合成橡胶底座(32)能够与所述天然气水合物地层所处的海底泥面紧密接触用于密封所述密封罩(31)的开放端与所述天然气水合物地层所处的海底泥面之间的缝隙。


5.根据权利要求4所述的适用于天然气水合物地层的钻井设备，其特征在于，所述防喷器(4)包括：
座体(41)，安装在所述密封罩(31)外，所述座体(41)上开设有用于供所述外层管柱(222)穿过的第一通孔，所述座体(41)内设置有第一通道和第二通道，所述第一通道能够与用于供给化学剂的第一管路(52)连通，所述第二通道能够与用于供给高压流体的第二管路(53)连通；
密封盖(42)，罩设在所述座体(41)上，用于阻止所述密封罩(31)内的气体溢出，所述密封盖(42)套设在所述外层管柱(222)上，所述密封盖(42)与所述座体(41)通过止动环锁紧连接，所述密封盖(42)上开...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，
申请(专利权)人：刘刚，
类型：发明
国别省市：山东;37