[发明专利]一种垂直井大直径腔室的建造方法

权利要求书

1.一种垂直井大直径腔室的建造方法，用于开采海域天然气水合物，其特征在于：建造按如下步骤进行：

a、水合物上覆地层钻进：下入钻具，自海底向下钻进，钻进至水合物上覆地层(M1)与水合物地层(M2)上部的交界处，下入表层固井套管(1)，所述表层固井套管(1)下入到位后，向井内灌注混凝土进行固井；

b、水合物底板以下地层钻进：表层固井套管固井完毕后，自表层固井套管内下入钻具进行钻孔，直至钻进到水合物底板以下地层(M3)要求的深度；

c、水合物底板以下地层第一次扩腔：向已在水合物底板以下地层钻进的孔内下入大直径的喷射扩腔钻头(2)，所述喷射扩腔钻头(2)下放到水合物底板以下地层预计的扩腔位置后，向所述喷射扩腔钻头(2)内部泵送较粘稠的泥浆，泥浆通过喷射扩腔钻头翼板上的喷射孔喷出，喷射周围土体，配合布置在翼板上的切削齿辅助切削，同时作用在所述水合物底板以下地层(M3)上，泥浆携带沉渣排出孔外，形成大直径腔室；

d、高压旋喷形成水泥砂浆初桩：第一次扩腔完毕后，将扩腔钻头提出孔外，将扩张式旋喷钻头(3)下入到腔底，所述扩张式旋喷钻头(3)到位后向其内部高压泵送较低标号的水泥浆，进行旋转喷射，高压水泥浆破坏周围土体并与之充分混合，形成直径比第一次扩腔的腔体直径更大的水泥砂浆初桩(Ⅰ)，初桩强度较水合物底板以下地层强度高；

e、水泥砂浆初桩钻进：水泥砂浆初桩凝固后，下入硬岩钻进的钻头进行钻孔，钻至距离所述水泥砂浆初桩(Ⅰ)底部一定距离后停止钻进；

f、二次扩腔：在水泥砂浆初桩的钻孔内下入硬岩扩腔钻头(4)，自上而下进行二次扩腔，二次扩腔的直径小于水泥砂浆初桩的直径，扩腔深度与钻孔深度相同；

g、腔室清渣：二次扩腔利用清洁的海水作为钻井液，扩腔过程中部分钻渣随海水逐渐排出孔外，腔体内剩余的钻渣通过反循环的方式进行清渣；

h、扩腔检测：扩腔完毕后下入腔体检测仪器，检测腔体直径和高度是否满足设计要求，如满足要求则进行后续固井，如不满足要求则需下入扩腔钻具重新扩腔，直至检测合格；

i、固井充填：腔体检测合格后，向二次扩腔内填充固化材料进行固井，形成高强度终桩(Ⅱ)；

j、完成垂直井井底腔室建设：二次扩腔固化完毕后，在已固化的高强度终桩(Ⅱ)上钻孔，钻至设计深度后，下入垂直井生产套管(5)，将所述垂直井生产套管(5)下放到钻孔底端，向套管内灌注水泥固井。

2.根据权利要求1所述的垂直井大直径腔室的建造方法，其特征在于：所述步骤d中，所述扩张式旋喷钻头(3)扩张后的直径小于第一次扩腔所用的喷射扩腔钻头(2)直径，保证下入到腔室内能够完全张开。

3.根据权利要求1所述的垂直井大直径腔室的建造方法，其特征在于：所述步骤j中，所述垂直井生产套管(5)包括常规套管(5-1)、封隔器(5-2)及无磁套管(5-3)，所述封隔器(5-2)设置于所述常规套管(5-1)与无磁套管(5-3)之间，所述无磁套管(5-3)选用较软易钻通的金属套管，下入到垂直井钻孔底端，所述垂直井生产套管(5)下入之后，灌注水泥固井，在水泥初凝之前将所述封隔器(5-2)座封，密封所述垂直井生产套管(5)与桩孔之间的环形间隙。

4.根据权利要求3所述的垂直井大直径腔室的建造方法，其特征在于：所述无磁套管(5-3)选用铝制或者铜制套管。