[发明专利]一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺及装置

说明书

本发明涉及海洋工程的技术领域，特别是涉及一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺及装置，实现钻进(扩孔)下套管一次成井，解决深海无隔水管钻进复杂地层下套管作业难、施工风险大、作业成本高；包括以下步骤：(a)先将设计长度的套管连接好；(b)在套管内部下入一套带有导向钻头、套管下扩孔器、钻铤和螺杆马达的钻具组合；(c)下钻到海底；(d)利用螺杆马达驱动导向钻头钻进一个新的井眼，通过套管下扩孔器扩孔至设计井径；(e)钻进直至套管设计深度；(f)启动下套管工具脱开机构，将套管脱开并使套管留在预定位置；(g)提钻；(h)进行后续作业。

技术领域

本发明涉及海洋工程的技术领域，特别是涉及一种深海无隔水管 跟管钻进下套管工艺及装置。

背景技术

众所周知，地球面积的71％被海洋覆盖，海洋中蕴藏着丰富的矿 产资源，包括石油、天然气、天然气水合物及镍、钴、锰、铅、锌、 金、银、铝等金属矿产资源。在全世界范围内，随着经济社会的不断 发展，陆地资源开发利用日趋枯竭，从而使海洋矿产资源的开发利用 受到广泛关注，甚至呈现出越演越烈的全球竞争局面。要认识地球， 必须研究海洋及洋底的地层。据专家估计，全球未来油气总储量的 40％将来自深海，未来替代能源“可燃冰”也主要来自深海。深海更 是研究解决生命起源、地球演化、气候变化等重大科学问题的前沿领 域。因此，挺进深海是历史发展的必然，而深海钻探是最有效的研究 海洋及洋底地层的最直接手段。

目前，我国海洋钻探技术人才短缺，装备落后，技术薄弱，软硬 件基础较差，深海钻探关键技术、装备牢牢掌握在国外几家公司和研 究机构手中。资料表明，世界大洋科学钻探在绝大多数情况下均采用 无隔水管方法施工。

无隔水管钻进在松散破碎地层(如淤泥、砂卵石、流砂、坡积)， 常因孔壁不稳定而导致各种孔内事故发生(如塌孔、埋钻、卡钻等)， 给施工作业带来困难，甚至钻孔报废。海上钻探作业日费高昂，出现 钻孔报废损失惨重。现有常规下套管作业程序是：先在海底实施钻孔(有时还需要进行扩孔作业)，然后提钻，连接套管，在套管串顶端 安装套管悬挂器，通过下套管工具将套管串连接到钻杆上，之后利用 钻杆重新进入钻孔并下套管到预定位置，最后启动下套管工具脱开机 构，将套管脱开并使套管留在预定位置，提钻，所有这些操作(从完 成钻孔作业到重新进入钻孔并将套管下到位)需要一段时间，在此期 间，裸露的钻孔完全依靠孔中的泥浆进行护壁，以防塌孔或埋钻。常 见的问题是：由于地层缩径、钻孔坍塌或埋钻，导致套管柱不能下入 到预先钻好的井眼(有时甚至找不到老眼)或中途遇阻下不到位(达 不到封隔不稳定地层目的)，在水敏性、松散、无固结、断碎破碎带 或其他不稳定地层中这种情况尤其严重。

深水油气钻井领域，国际惯例一般采用喷射法安装表层导管，即 表层导管随喷射钻具同时下入，表层导管喷射到位后无需固井作业， 仅依靠套管周围地层的摩擦阻力保持稳定，表层导管喷射到位后套管 周围地层回填挤密压实需要一定时间，导管才具备足够的承载力为 BOP等水下设备提供支撑，时间窗口通常在12～24h之间，影响作业 效率、增加钻井成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种针对深海无隔水管钻进钻 孔条件复杂，下套管作业困难，施工风险大，成本高等难题，提出采 用跟管钻进下套管工艺，利用下套管工具、套管下扩孔器、井下动力 钻具等，优选配套钻具组合、优化跟管钻进工艺，实现钻进(扩孔) 下套管一次成井，解决深海无隔水管钻进复杂地层下套管作业难、施 工风险大、作业成本高等技术难题的深海无隔水管跟管钻进下套管工 艺。

本发明的一种深海无隔水管跟管钻进下套管工艺，包括以下步 骤：

(a)先将设计长度的套管连接好；

(b)在套管内部下入一套带有导向钻头、套管下扩孔器、钻铤 和螺杆马达的钻具组合；

(c)下钻到海底；

(d)利用螺杆马达驱动导向钻头钻进一个新的井眼，通过套管 下扩孔器扩孔至设计井径；