用于地质勘探钻井的钻井系统的制作方法

文档序号:19519051发布日期:2019-12-24 22:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于地质勘探钻井的钻井系统,包括:

钻井平台(17),其能够在水面(20)上浮动和移动;

开采部分(4),其包括:

钻孔(40),其形成于海底地层(13)中;

钻杆(42),其从所述钻井平台(17)向下延伸至所述钻孔(40)中;

无隔水管水下防喷器(15),其设置在所述钻孔(40)的井口处且所述钻杆(42)延伸穿过所述无隔水管水下防喷器(15)以进行钻井;以及

钻井液体积控制器(14),其设置在所述无隔水管水下防喷器(15)的顶部,

其中,所述无隔水管水下防喷器(15)被构造为基于所述钻孔(40)中的压力状态而允许或阻止所述钻孔(40)中的钻井液进入到所述钻井液体积控制器(14);以及

钻井液回流系统(1),其连接至所述钻井平台(17)且与所述开采部分(4)隔开,其包括:

双层管(2),其包括外层管(65)和内层管(3),在所述外层管(65)和所述内层管(3)之间形成环形空间(5);以及

终端模块(9),其连接至所述双层管(2)的下端且包括设置在所述环形空间(5)和所述钻井液体积控制器(14)之间的第一管线(6);连接在所述内层管(3)和所述环形空间(5)之间的第二管线(7);以及连接在所述内层管(3)和所述无隔水管水下防喷器(15)之间的第三管线(8),其中,能够基于所述钻孔(40)中的压力状态而打开或关闭所述第一管线(6)、所述第二管线(7)以及所述第三管线(8),以实现不同的功能。

2.根据权利要求1所述的钻井系统,其中,所述终端模块(9)包括可拆卸地连接在一起的第一部分(23)和第二部分(24),所述第一部分(23)连接至所述双层管(2)的下端,且所述第二部分(24)通过第一柔性管道(10)连接至所述钻井液体积控制器(14),且通过第二柔性管道(12)连接至所述无隔水管水下防喷器(15),其中所述第一柔性管道(10)和所述第二柔性管道(12)均位于所述终端模块(9)的外部。

3.根据权利要求2所述的钻井系统,其中,所述终端模块(9)的第一管线(6)包括设置在所述第一部分(23)中的钻井液转移泵(28)和钻井液控制阀(29),以及所述第一柔性管道(10),其中

所述钻井液控制阀(29)连接在所述钻井液转移泵(28)和所述双层管(2)的环形空间(5)之间,其能够打开或关闭以导通或阻断所述第一管线(6);以及

其中,所述钻井液转移泵(28)连接在所述钻井液控制阀(29)和所述第一柔性管道(10)之间且被构造为在所述钻井液控制阀(29)打开以导通所述第一管线(6)的状态下通过所述第一柔性管道(10)从所述钻井液体积控制器(14)中抽吸钻井液。

4.根据权利要求3所述的钻井系统,其中,所述终端模块(9)的第一管线(6)还包括设置在所述第一部分(23)中的钻井液管线压力控制器(33),

所述钻井液管线压力控制器(33)连接在所述钻井液控制阀(29)和所述钻井液转移泵(28)之间,且被构造为将从所述钻井液转移泵(28)的出口流出的钻井液的压力保持为高于海水静水压力,从而避免因u型管效应导致海水从所述钻井液体积控制器(14)吸入所述钻井液回流系统(1)。

5.根据权利要求3所述的钻井系统,其中,所述终端模块(9)的第二管线(7)包括设置在所述第一部分(23)中的旁通管线(21),所述旁通管线(21)连接在所述内层管(3)中的内部空间与所述环形空间(5)之间,其中,旁通阀(32)设置在所述旁通管线(21)中且其能够打开或关闭以导通或阻断所述第二管线(7)。

6.根据权利要求5所述的钻井系统,其中,所述终端模块(9)的第三管线(8)包括设置在所述第一部分(23)中的压井管线控制阀(31)和模块内压井管线(34),以及所述第二柔性管道(12);

所述压井管线控制阀(31)连接在所述内层管(3)和所述模块内压井管线(34)之间,其能够打开或关闭以导通或阻断所述第三管线(8),且所述模块内压井管线(34)连接至所述第二柔性管道(12);

在所述第三管线(8)导通的情况下,压井液能够从所述钻井平台(17)供给到所述钻孔(40),或者钻井液能够从所述钻孔(40)中返回到所述钻井平台(17)。

7.根据权利要求6所述的钻井系统,其中,所述终端模块(9)的第三管线(8)还包括设置在所述第一部分(23)中的压井管线压力控制器(27),

所述压井管线压力控制器(27)设置在所述模块内压井管线(34)上,且被构造为控制从所述钻井平台(17)通过所述无隔水管水下防喷器(15)泵入到所述钻孔(40)中的压井液的压力和体积,以及从所述钻孔(40)中返回到所述钻井平台(17)的钻井液的压力和体积。

8.根据权利要求2所述的钻井系统,其中,所述第一部分(23)和所述第二部分(24)通过紧急断开系统(25)可拆卸地连接在一起;

所述紧急断开系统(25)被构造为:在不适宜作业的恶劣天气或钻井平台(17)需要紧急离开钻井现场的情况下,使得所述第一部分(23)和所述第二部分(24)能够分离;

所述第二部分(24)设置有浮力块(46);以及

所述浮力块(46)被构造为:在执行紧急断开后,将保持紧急断开系统(25)处于水平状态,以便所述第一部分(23)能够重新连接到所述第二部分(24)。

9.根据权利要求1所述的钻井平台,其中,所述钻井平台(17)设置有:用于向内层管(3)中供应高压气体的气体注入系统(19);用于向内层管(3)中供应压井液的压井液供应和阻流系统(58);以及用于从高压气体-钻井液混合物中分离出气体的钻井液分离器(18)。

10.根据权利要求9所述的钻井系统,其中,所述钻井系统还包括选择器和压力控制管汇(59),其连接至所述双层管(2)的顶端,且连接至所述气体注入系统(19)、所述压井液供应和阻流系统(58)和钻井液分离器(18);

所述选择器和压力控制管汇(59)被构造为使得所述双层管(2)可选择地连接至所述气体注入系统(19)、所述压井液供应和阻流系统(58)或所述钻井液分离器(18)。

11.根据权利要求9所述的钻井系统,其中,

在钻孔内压力正常的情况下,所述无隔水管水下防喷器(15)被操作为允许所述钻孔(40)中的低压钻井液被收集在所述钻井液体积控制器(14)中;

在钻孔超压失控的第一种情况下,所述无隔水管水下防喷器(15)被操作为密封所述钻孔(40)从而所述钻孔(40)中的钻井液无法进入到所述钻井液体积控制器(14)中,且不切断所述钻杆(42);以及

在钻孔超压失控的第二种情况下,所述无隔水管水下防喷器(15)被操作为:在密封所述钻孔(40)的基础上,还切断所述钻杆(42);

其中在钻孔超压失控的第二种情况下钻孔内的压力高于在钻孔超压失控的第一种情况下钻孔内的压力,且在钻孔内压力正常的情况下钻孔内的压力低于在钻孔超压失控的第一种情况下钻孔内的压力。

12.根据权利要求11所述的钻井系统,其中,

所述无隔水管水下防喷器(15)包括:

扣紧密封闸板(51),其设置为靠近所述钻井液体积控制器(14);

剪切闸板(50),其设置为靠近所述钻孔(40);以及

闸板阀模块(16),其设置在所述扣紧密封闸板(51)和所述剪切闸板(50)之间;

其中,所述无隔水管水下防喷器(15)被构造为:

在钻孔内压力正常的情况下,不致动所述扣紧密封闸板(51)和所述剪切闸板(50),而允许所述钻孔(40)中的低压钻井液被收集在所述钻井液体积控制器(14)中;

在钻孔超压失控的第一种情况下,致动所述扣紧密封闸板(51)抱紧或扣紧所述钻杆(42)而完全密封钻孔(40)从而所述钻孔(40)中的钻井液无法进入到所述钻井液体积控制器(14)中,以及

在完全密封钻孔(40)之后,在钻孔内压力进一步增加的钻孔超压失控的第二种情况下,还致动所述剪切闸板(50)来剪切所述钻杆(42),其中被切断的钻杆(42)的下端被保持在所述闸板阀模块(16)中。

13.根据权利要求11所述的钻井系统,其中,

在钻孔内压力正常的情况下,所述双层管(2)被连接至所述气体注入系统(19),所述第一管线(6)和所述第二管线(7)处于导通状态,且所述第三管线(8)处于阻断状态;

收集在所述钻井液体积控制器(14)中的低压钻井液通过所述第一管线(6)被输送到所述双层管(2)的所述环形空间(5)中;以及

所述高压气体注入系统(19)通过所述双层管(2)的所述内层管(3)将高压气体注入到所述终端模块(9)中,且经此循环进入到所述环形空间(5)中,以使得高压气体与低压钻井液混合,从而将低压钻井液回收到所述钻井平台(17)。

14.根据权利要求11所述的钻井系统,其中,

在钻孔超压失控的第一种情况下,所述双层管(2)被连接至所述钻井液分离器(18),所述第一管线(6)和所述第二管线(7)处于阻断状态,且所述第三管线(8)处于导通状态;

高压压井液通过所述钻杆(42)而被注入到所述钻孔(40)内,所述钻孔(40)内的钻井液通过所述无隔水管水下防喷器(15)、所述第三管线(8)以及所述双层管(2)的内层管(3)而被输送至所述钻井液分离器(18)。

15.根据权利要求11所述的钻井系统,其中,

在钻孔超压失控的第二种情况下,所述双层管(2)被连接至所述压井液供应和阻流系统(58),所述第一管线(6)和所述第二管线(7)处于阻断状态,且所述第三管线(8)处于导通状态;

所述压井液供应和阻流系统(58)通过所述双层管(2)的内层管(3)注入高压压井液,该高压压井液通过所述第三管线(8)而被注入到所述无隔水管水下防喷器(15),进而被注入到所述钻孔(40)中以恢复钻孔(40)内的静水控制而继续钻井。

16.根据权利要求3所述的钻井系统,其中,

所述钻井液体积控制器(14)包括开放式的且与海水(39)连通的低压钻井液容纳空间(38),其中,低压钻井液与海水(39)在接触面(37)处分界;

其中,基于测量接触面(37)的液位的液位传感器(381)而控制所述钻井液转移泵(28)的转速,使得海水(39)不会被抽吸到所述第一管线(6)中。

17.根据权利要求12所述的钻井系统,其中,

所述无隔水管水下防喷器(15)包括主级控制系统(56)和次级控制系统(55),

所述主级控制系统(56)基于来自所述钻井平台(17)的声音信号而控制所述扣紧密封闸板(51)、所述剪切闸板(50)和所述闸板阀模块(16),以及

所述次级控制系统(55)通过水下机器人能够操作的次级控制面板(551)而控制所述扣紧密封闸板(51)、所述剪切闸板(50)和所述闸板阀模块(16)。

18.根据权利要求17所述的钻井系统,其中,

所述无隔水管水下防喷器(15)还包括:防喷器控制流体蓄能器(57)其用于存储和供应所述主级控制系统(56)和所述次级控制系统(55)所需的驱动流体,其中

所述防喷器控制流体蓄能器(57)包括蓄能器补充管线(64),其被构造为:当有需要时用于向所述防喷器控制流体蓄能器(57)补充驱动流体;

其中,所述蓄能器补充管线(64)被连接至所述终端模块(9),以从所述终端模块(9)接收驱动流体。

19.根据权利要求1所述的钻井系统,其中,所述钻井系统还包括:钻井基盘(41),所述钻井基盘(41)安装在所述钻孔(40)的井口;

所述钻井液体积控制器(14)和所述钻井液回流系统(1)被构造为:在安装无隔水管水下防喷器(15)之前,作为一个闭环钻井液回流系统,以用于所述钻孔(40)表层井段的钻井操作和固井操作;

在将所述无隔水管水下防喷器(15)安装在所述钻井基盘(41)上且将所述钻井液体积控制器(14)安装到无隔水管水下防喷器(15)之上之后,针对所述钻孔(40)的剩下井段进行无隔水管钻孔和钻井液返回操作。

20.根据权利要求2所述的钻井系统,其中,

所述第一部分(23)还包括在压力和体积调节器(35),其被构造为控制被注入所述环形空间(5)中的低压钻井液内的高压气体的体积和压力,以便低压钻井液能够提升至所述钻井平台(17)。

21.根据权利要求6所述的钻井系统,其中,所述旁通管线(21)还被构造为使得来自所述钻井平台(17)的钻井液在所述钻井平台和所述内层管(3)之间循环流动,

其中,如果向内层管(3)中供应高压气体的气体注入系统(19)出现空气注入故障时,空气-钻井液混合物的钻井岩屑沉淀在所述环形空间(5)中,通过关闭所述压井管线控制阀(31)和所述钻井液控制阀(29)以及打开所述旁通阀(32),以使得钻井液能够从所述内层管(3)注入且流动到所述环形空间(5)中,冲走钻井岩屑沉淀,以实现所述钻井液的循环流动。

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