水下小型井口连续油管钻井系统的制作方法

1.本发明涉及勘探钻井领域，特别涉及一种水下小型井口连续油管钻井系统。


背景技术：

2.在海洋地质勘探钻井作业中，通常使用常规钻井方式进行，既使用隔水管和常规钻杆，在大型钻井平台或钻井船上进行，且常规钻井作业程序复杂，消耗大量时间和经济成本。海洋地质勘探钻井多为小型井眼，使用常规钻井大井眼将造成巨大浪费。


技术实现要素：

3.基于此，该钻井系统无需使用隔水管的，适合小型船舶的钻井系统，使得钻井系统不再受钻井平台或钻井船大小的限制，简化钻井程序，可以灵活高效的进行小型井眼海洋地质探勘作业。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种水下小型井口连续油管钻井系统，包括浮式钻井台、连续油管钻井机构和钻井液回流单元，所述连续油管钻井机构包括连续油管绞车、连续油管导入装置、钻井液体积控制单元、连续油管防喷器和小型井口基盘，所述连续油管水下防喷器固定在所述小型井口基盘上，所述钻井液体积控制单元固定在所述连续油管水下防喷器上；所述钻井液回流单元也固定在所述小型井口基盘上，且所述钻井液体积控制单元与所述钻井液回流单元通过钻井液回流软管相连通；连续油管钻井机构还包括低压井口头、导管、高压井口头和表层套管，钻井时，所述低压井口头、导管、高压井口头和表层套管预先安装在小型井口基盘上。
5.作为上述实施例的进一步优选，所述连续油管导入装置包括连续油管水上导入装置和连续油管水下导入装置，使用时，所述连续油管水上导入装置靠近所述连续油管绞车设置，所述连续油管水下导入装置与所述钻井液体积控制单元相对接，盘绕在所述连续油管绞车上的连续油管通过所述连续油管水上导入装置和所述连续油管水下导入装置导入至所述连续油管水下防喷器。
6.作为上述实施例的进一步优选，所述连续油管水下导入装置内设置有开孔调节机构，所述开孔调节机构可以调节所述连续油管水下导入装置的开度，使钻具、井口设备及连续油管皆可通过所述连续油管水下导入装置。
7.作为上述实施例的进一步优选，还包括平移机构，所述平移机构连接在所述钻井液体积控制单元的上部，所述连续油管水下导入装置设置在所述平移机构上，通过所述平移机构可以带动所述连续油管水下导入装置移动。
8.作为上述实施例的进一步优选，该水下小型井口连续油管钻井系统作业形成井眼，所述井眼与海水相连通，钻井液和海水在所述钻井液体积控制单元中接触形成接触面，所述钻井液体积控制单元上固定有压差传感器，所述压差传感器与所述钻井液回流单元相连接，当所述压差传感器检测到差压超过预设范围时，所述钻井液回流单元将多余的钻井液泵出。
9.作为上述实施例的进一步优选，所述连续油管防喷器上设置有压井管线热刺接头和节流管线热刺接头，所述压井管线热刺接头和所述节流管线热刺接头通过电缆与所述紧急断开模块相连接。
10.作为上述实施例的进一步优选，所述连续油管钻井机构还包括低压井口头、导管、高压井口头和表层套管，钻井时，所述低压井口头、导管、高压井口头和表层套管预先安装在所述小型井口基盘上。
11.作为上述实施例的进一步优选，所述钻井液回流单元包括钻井液回流泵，所述钻井液回流泵通过钻井液回流软管与所述钻井液体积控制单元相连接；所述钻井液回流单元的上部连接有紧急断开模块，所述紧急断开模块包括公头基板模块和母头基板模块，所述公头基板模块与所述母头基板模块相插接；该水下小型井口连续油管钻井系统还包括平移机构，所述平移机构包括固定板和伸缩单元，所述平移机构固定在所述钻井液体积控制单元上，所述连续油管水下导入装置设置在所述固定板上，所述伸缩单元与所述连续油管水下导入装置相连接，从而带动所述连续油管水下导入装置移动。
12.作为上述实施例的进一步优选，所述钻井液回流单元的上部连接有紧急断开模块，所述紧急断开模块与所述钻井液回流单元可拆卸连接；所述紧急断开模块上连接有软管束，所述软管束的另一端延伸至海面上，并与所述浮式钻井台相连接。
13.作为上述实施例的进一步优选，所述软管束包括电缆、钻井液管和紧急断开钢丝绳，使用时，通过所述紧急断开钢丝绳拉紧所述软管束，使所述紧急断开模块与所述钻井液回流单元分离。
14.本发明的水下小型井口连续油管钻井系统采用单独设置钻井液回流单元的方式，使钻井液可以回收利用，有利于钻井平台的小型化，还避免了对海水的污染；钻井时，由于不再需要常规钻井隔水管和常规钻杆，因此可以通过更小的浮式钻井船进行深水钻井，经济效益非常显著。
附图说明
15.通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
16.图1为本发明优选实施例的钻井系统的整体结构示意图；
17.图2为本发明优选实施例的连续油管钻井机构的放大图；
18.图3为本发明优选实施例的连续油管钻井机构和钻井液回流单元的连接结构图；
19.图4为连续油管水下防喷器对接在钻井液体积控制单元状态下的具体结构图；
20.图5为连续油管水下防喷器被移开状态下的具体结构图；
21.图6为连续油管水下导入装置从小开度向大开度变化的示意图；
22.图7为图6中连续油管水下导入装置的放大图；
23.图8为连续油管钻井机构安装在小型井口基盘上的结构示意图。
24.图中：1、水面；2、海床；3、海水；4、浮式钻井船；5、连续油管；6、钻井液体积控制单元；7、连续油管水下防喷器；8、井眼；9、小型井口基盘；10、公头基板模块；11、母头基板模块；12、紧急断开模块；13、软管束；14、钢丝绳；15、连续油管水下导入装置；16、连续油管水
上导入装置；17、上拉力；18、钻井液回流软管；19、连续油管绞车；20、连续油管弯曲限制器；21、上提张紧力；22、连续油管升降调节；23、平移机构；24、压井管线热刺接头；25、节流管线热刺接头；26、压差传感器；27、防喷器；28、防喷器控制面板；29、钻井液回流泵；30、高压井口头；31、连续油管上部导向头；32、摄像装置；33、压差传感器；34、钻杆；35、井口套管设备；36、大直径套管；37、夹紧滚轮；38、链条；39、连续油管下部导向头；40、伸缩单元；41、低压井口头；42、导管；43、封隔器；44、表层套管；45、链条组件；46、接触面。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
26.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.参考图1
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8，本发明提供一种水下小型井口连续油管钻井系统，包括浮式钻井台、连续油管钻井机构和钻井液回流单元，浮式钻井台可以是浮式钻井船或者仅仅为浮在海面上的浮式钻井平台。参考图1，浮式钻井船4或者浮式钻井平台漂浮在水面1，进行水下小型井口连续油管钻井系统的部署和作业。连续油管钻井机构包括连续油管绞车、连续油管导入装置、钻井液体积控制单元、连续油管防喷器和小型井口基盘，小型井口基盘固定在海床2上，连续油管水下防喷器7固定在小型井口基盘9上，钻井液体积控制单元6固定在连续油管水下防喷器7上。钻井液回流单元也固定在小型井口基盘9上，且钻井液体积控制单元6与钻井液回流单元通过钻井液回流软管18相连通，使钻井液能够通过钻井液回流软管回收，回收后的钻井液可以再次利用，所以浮式钻井台不用承载过多的钻井液，减少钻井液的占位，另外，作业过程中，钻井液不用排到海里，避免污染周围环境。连续油管钻井机构安装在小型井口基盘9上，将从浮式钻井船4上通过船用吊机进行部署。带有控制系统的连续油管绞车19被安装在船舶甲板上。连续油管钻井机构在部署前可以预装在小型井口基盘9上。开放水域连续油管水下防喷器7上装有钻井液体积控制单元6、带有控制系统的连续油管水下导入装置15，一同连接到小型高压井口头30上。开放水域连续油管水下防喷器7上安装的闸阀通常可设置作为：水下套管/钻杆剪切密封闸阀、水下连续油管剪切密封闸阀、水下变径闸阀、水下连续油管抱紧和密封闸阀。小型钻井系统和小型井口基盘都是用于勘探的设备，小型是指该设备相对正式采油所用的设备较小，可以节约成本。该钻井系统无需使用隔水管的，适合小型船舶的钻井系统，使得钻井系统不再受钻井平台或钻井船大小的限制，简化钻井程序，可以灵活高效的进行小型井眼海洋地质探勘作业，同时具备井控功能。
29.参考图2，作为上述实施例的进一步优选，连续油管导入装置包括连续油管水上导入装置16和连续油管水下导入装置15。连续油管水上导入装置16拉动连续油管，向连续油管5施加上拉力17，连续油管水下导入装置15上部设有连续油管上部导向头31，下部设有连续油管下部导向头39。使用时，连续油管水上导入装置16靠近连续油管绞车19设置，连续油
管水下导入装置15与钻井液体积控制单元6相对接，盘绕在连续油管绞车19上的连续油管5通过连续油管水上导入装置16和连续油管水下导入装置15导入至连续油管水下防喷器7。连续油管水上导入装置16包括连续油管弯曲限制器20，连续油管弯曲限制器20用于防止连续油管折断，连续油管水上导入装置16连接到船舶钻井系统的张力补偿器上。连续油管水上导入装置16和连续油管水下导入装置15所具有的控制功能，是为了连续油管水上导入装置16和连续油管水下导入装置15之间的连续油管5始终处于张紧状态。
30.参考图6和图7，作为上述实施例的进一步优选，连续油管水下导入装置15内设置有开孔调节机构，开孔调节机构可以调节连续油管水下导入装置15的开度，使钻具、井口设备及连续油管皆可通过连续油管水下导入装置15。开孔调节机构包括夹紧滚轮37和链条组件38，链条组件38带动夹紧滚轮37转动，可以带动连续油管5在井眼和海水中上下运动。连续油管水上导入装置16作用是始终提供作用在海水中连续油管的上提张紧力21，连续油管水下导入装置15的作用是使连续油管升降调节22。连续油管水下导入装置15带有夹紧滚轮37和链条组件38，且安装在开放水域连续油管水下防喷器7的上方。进一步地，连续油管水下导入装置15设有两套可伸缩的夹紧滚轮37和链条38，两套夹紧滚轮37和链条组件38相对设置，且通过调节两者之间的间距可以调节两者之间的开度，小开度时可以适应连续油管5的小尺寸外径，当夹紧滚轮37和链条38缩回(即向相互远离的方向移动)时提供了一个大的开度，可允许尺寸外径较大的井口套管设备35自由穿过连续油管水上导入装置16。因为开放水域连续油管水下导入装置15在进行大尺寸钻具、套管和井口设备安装时不再需要从系统中断开。
31.参考图5，作为上述实施例的进一步优选，该钻井系统还包括平移机构23，平移机构23连接在钻井液体积控制单元6的上部，连续油管水下导入装置15设置在平移机构23上，通过平移机构可以带动连续油管水下导入装置移动。连续油管水下导入装置15也可以通过带有伸缩单元40的平移机构23进行移出，可以使大尺寸井口套管设备35、大直径套管36通过钻杆34不受限制地从浮式钻井船4穿过海水进入井眼，然后连续油管水下导入装置15可被移回连续油管作业中心位置继续进行钻井作业。
32.参考图8，作为上述实施例的进一步优选，该水下小型井口连续油管钻井系统作业形成井眼8，井眼8与海水3相连通，钻井液和海水3在钻井液体积控制单元6中接触形成接触面46，钻井液体积控制单元6上固定有压差传感器33，压差传感器33与钻井液回流单元相连接，当压差传感器33检测到差压超过预设范围时，钻井液回流单元将多余的钻井液泵出，可以调整钻井液的量。在连续油管水下防喷器7上方安装钻井液体积控制单元6，目的是为了保持井眼8始终充满钻井液。钻井液体积控制单元6与海水3连通，允许在标准大气压下的海水静压梯度作用在井眼8的上方，将钻井液压入钻井液回流管线27直至钻井液回流泵29，钻井液被泵29送到张紧脐带缆和软管束13中的钻井液回流管中。在钻井液体积控制单元6内部的海水和钻井液接触面46高度通过一个或多个钻井液回流泵29控制，控制系统接收位于钻井液体积控制单元6中的压差传感器26所发送的钻井液液面高度信号，实时调节钻井液回流泵29的流量。传感器测量钻井液体积控制单元6内外的静压。在钻井液体积控制单元6外部只有海水压力梯度，而钻井液体积控制单元6内部的压力梯度由两部分组成，一是钻井液与海水接触面46以上的海水压力梯度，另一部分是接触面46以下钻井液压力梯度从接触面46直到钻井液体积控制单元内6的压差传感器安装位置。通过这种方法，可以随时准确地
确定钻井液体积控制单元6内的钻井液液面46高度。
33.参考图6，作为上述实施例的进一步优选，在钻井液体积控制单元6和连续油管水下导入装置15之间有开放区域，该区域装有摄像装置32，监控进入连续油管水下防喷器7的所有钻井设备。
34.参考图4，作为上述实施例的进一步优选，连续油管防喷器7上设置有压井管线热刺接头24和节流管线热刺接头25，压井管线热刺接头24和节流管线热刺接头25通过电缆与紧急断开模块12相连接。高压节流压井管线和循环管线布置在连续油管水下防喷器7上。在主井控管线失效或者因其他原因无法使用时，压井管线热刺接头24和节流管线热刺接头25可作为备用功能从浮式钻井船4直接连接到井控管线。
35.参考图8，作为上述实施例的进一步优选，连续油管钻井机构还包括低压井口头41、导管42、高压井口头30和表层套管44，钻井时，低压井口头41、导管42、高压井口头30和表层套管44预先安装在小型井口基盘9上，具体低压井口头41、导管42、高压井口头30和表层套管44的安装顺序和安装方法是本领域的公知常识，此处不再赘述，另外，从图8中也可以清楚地看出低压井口头41、导管42、高压井口头30和表层套管44的连接顺序。具体地，小型井口基盘9连同预装的低压井口头41、导管42和预装的带有小型井口表层套管44的小型井口高压井口头30组成小型井口基盘。封隔器43安装在低压井口头41和小型井口高压井口头30之间，用来预防海床上部脆弱地层钻井中可能出现的浅层气。
36.参考图3，作为上述实施例的进一步优选，钻井液回流单元包括钻井液回流泵29，钻井液回流泵29通过钻井液回流软管18与钻井液体积控制单元6相连接；钻井液回流单元的上部连接有紧急断开模块12，紧急断开模块12包括公头基板模块10和母头基板模块11，公头基板模块10与母头基板模块11相插接；该水下小型井口连续油管钻井系统还包括平移机构23，平移机构23包括固定板和伸缩单元40，伸缩单元40可以是自动伸缩杆，平移机构23固定在钻井液体积控制单元6上，连续油管水下导入装置15设置在固定板上，伸缩单元40与连续油管水下导入装置相连接，从而带动连续油管水下导入装置移动。
37.参考图3，作为上述实施例的进一步优选，钻井液回流单元的上部连接有紧急断开模块12，紧急断开模块12与钻井液回流单元可拆卸连接；紧急断开模块12上连接有软管束13和脐带缆，软管束13的另一端延伸至海面上，并与浮式钻井台相连接。
38.参考图3，作为上述实施例的进一步优选，软管束包括电缆、钻井液回流软管18和用于紧急断开的钢丝绳14，使用时，通过钢丝绳14拉紧软管束，使紧急断开模块12与钻井液回流单元分离。进一步地，软管束13通常包括：钢丝绳14、高压压井管线井控软管、高压节流管线井控软、钻井液回流软管、防喷器控制脐带缆、钻井液回流泵动力脐带缆、水下小型井口连续油管钻井作业所需要的其他脐带缆和软管等；钢丝绳14始终处于张紧状态，用于紧急断开，以便张紧脐带缆和软管束13可以随时从小型井口基盘9释放。防喷器控制脐带缆用来传输控制信号以及液压供给、控制连续油管水下导入装置15的作业、控制钻井液体积控制单元6、控制防喷器7、控制钻井液回流泵29。另外，在连续油管水下防喷器上的防喷器控制面板28和紧急断开母头基板模块11之间设有防喷器跨接脐带缆；在紧急断开母头基板模块11和压井管线热刺接头24以及节流管线热刺接头25之间,设有高压软管；在钻井液体积控制单元6和紧急断开母头基板模块11设有用来传输摄像单元32和压差传感器单元33的信号的容积控制信号脐带缆，同时还设有钻井液回流软管。
39.本发明的水下小型井口连续油管钻井系统采用单独设置钻井液回流单元的方式，使钻井液可以回收利用，有利于钻井平台的小型化，还避免了对海水的污染；钻井时，由于不再需要常规钻井隔水管和常规钻杆，因此可以通过更小的浮式钻井船进行深水钻井，经济效益非常显著。
40.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
42.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。