[发明专利]海底天然气水合物保压绳索取心钻机钻进工艺

摘要

本发明公开了一种海底天然气水合物保压绳索取心钻机钻进工艺，包括以下步骤：1）下钻；2）软地层抽吸纯压入取心钻进，或中硬地层抽吸式回转取心钻进，或硬地层泵送正循环回转取心钻进；3）拔心；4）保压绳索取心内管打捞；5）拧接绳索取心内管保压密封盖及向钻机储管架送存；6）加杆前冲孔；7）从钻机储管架抓取绳索取心内管空管并拧卸保压密封盖；8）下放保压绳索取心内管；9）加接钻杆；10）加杆后冲孔；11）重复步骤2）‑10），直到钻进取心至给定孔深；12）回收钻杆及钻具；13）回收钻机。本发明利用海底保压绳索取心钻机对海底天然气水合物保压钻探取心，具有钻进效率高、取心率高、保压性能好、自动化程度高等优点。

主权项

1.一种海底天然气水合物保压绳索取心钻机钻进工艺，其采用的取心设备包括海底保压绳索取心钻机、多根绳索取心专用钻杆、多根带保压密封盖的保压绳索取心内管、保压绳索取心外管钻具，所述的海底保压绳索取心钻机上安装有高压海水冲洗泵、海水抽吸缸、冲洗水换向阀和保压密封盖拧卸机构，高压海水冲洗泵的出水口和海水抽吸缸的无杆腔入口经冲洗水换向阀与海底保压绳索取心钻机的钻进动力头主动钻杆的内孔连通，冲洗水换向阀可根据需要切换钻杆内孔分别与高压海水冲洗泵的出水口或海水抽吸缸的无杆腔入口连通，海水抽吸缸的有杆腔则与外部海水连通；海水抽吸缸活塞杆顶端与海底保压绳索取心钻机推进油缸活塞杆顶端通过绞链连接，以使海水抽吸缸与海底保压绳索取心钻机推进油缸同步动作；包括以下步骤：步骤1：先将多根绳索取心专用钻杆、多根空的带保压密封盖的保压绳索取心内管安放至海底保压绳索取心钻机储管架上，将1根空的不带保压密封盖的保压绳索取心内管放入保压绳索取心外管钻具内，将一个保压密封盖放入海底保压绳索取心钻机上的保压密封盖拧卸机构内，然后将海底保压绳索取心钻机吊放入水，当海底保压绳索取心钻机在海底表面着底后，通过海底保压绳索取心钻机上的调平支腿对海底保压绳索取心钻机进行调平和支撑；步骤2：当待钻地层为较软的沉积物地层时，采用抽吸纯压入取心钻进模式钻进：利用冲洗水换向阀将海水抽吸缸的无杆腔入口与钻杆内孔连通，由海底保压绳索取心钻机的钻进动力头通过钻杆和保压绳索取心外管钻具向保压绳索取心外管钻具前部的环形钻头施加压力使其以恒定的速度切入海底沉积物中，同时海水抽吸缸从钻杆中抽取与进入保压绳索取心内管的岩心样品基本等体积的海水；当待钻地层为较硬的沉积物地层、砂层或未完全固结的水合物层时，首先以抽吸纯压入取心钻进模式钻进，当钻进动力头的推进力大于其最大推进力的40%，或推进力大于2吨，且钻进速度小于9 mm/s 时间超过1min时，则变换为采用抽吸式回转取心钻进模式钻进：在保持钻进动力头以恒定的速度向下推进的同时启动钻进动力头的旋转驱动功能，通过钻杆带动保压绳索取心外管钻具前部环形钻头在合适压力下旋转切入海底地层，同时海水抽吸缸从钻杆中抽取与进入保压绳索取心内管的岩心样品等体积的海水；当待钻地层为坚硬的沉积物地层、完全固结的水合物层或硬岩地层时，首先以抽吸式回转取心钻进模式钻进，当钻进动力头的推进力大于其最大推进力的50%，或推进力大于2.5吨，且钻进速度小于3mm/s时间超过1min时，则变换为采用泵送正循环回转取心钻进模式钻进：将冲洗水换向阀切换至将高压海水冲洗泵的出水口与钻杆内孔连通，启动高压冲洗水泵，在钻杆带动保压绳索取心外管钻具前部环形钻头旋转切入海底地层的同时，高压海水经钻杆和保压绳索取心内管与保压绳索取心外管钻具之间的环状间隙，流经保压绳索取心外管钻具前部环形钻头的出水口到达孔底，对保压绳索取心外管钻具前部环形钻头进行冷却，并携带孔底岩粉沿钻杆和孔壁间的环状间隙上返至孔口；步骤3：在该回次钻进结束后，操作钻进动力头上行，利用安装在保压绳索取心内管内的带花瓣的岩心卡环拔断岩心，之后钻进动力头带着钻杆、保压绳索取心外管钻具以及保压绳索取心内管上行至卸保压绳索取心内管位置；步骤4：利用打捞绞车下放打捞器，将装有岩心的保压绳索取心内管打捞至海底保压绳索取心钻机上，钻进动力头主动钻杆与下部钻杆卸扣分离并上升至最高位，将装有岩心的保压绳索取心内管移动至保压密封盖拧卸机构上方；步骤5：将保压密封盖拧紧到保压绳索取心内管上，实现对保压绳索取心内管的密封，将装有岩心的密封的保压绳索取心内管放至海底保压绳索取心钻机储管架上；步骤6：操作钻进动力头主动钻杆与下部钻杆重新连接，利用冲洗水换向阀切换至高压海水冲洗泵的出水口与钻杆内孔连通，启动高压海水冲洗泵和钻进动力头旋转钻进，利用高压海水冲洗泵多次冲孔，冲孔是指利用钻进动力头带动钻杆及保压绳索取心外管钻具从孔底上行1.5m ~ 2.0m后停留20 ~ 30秒，再下行回到孔底；步骤7：操作钻进动力头主动钻杆与下部钻杆卸扣分离并上升至最高位，取出一根空的保压绳索取心内管送至保压密封盖拧卸机构上方，将保压密封盖从空的保压绳索取心内管上拧卸下来；步骤8：将卸掉了保压密封盖的空的保压绳索取心内管下放至保压绳索取心外管钻具内；步骤9：加接1根钻杆；步骤10：以步骤6相同的方法进行多次冲孔；步骤11：步骤6和步骤10择一或二进行；判断钻进取心是否至给定孔深，若达到给定孔深，进行下一步操作，若没有达到给定孔深，则重复步骤2‑步骤10，直到钻进取心至给定孔深；步骤12：回收钻杆及保压绳索取心外管钻具；步骤13：回收海底保压绳索取心钻机。