[发明专利]一种深水多功能水中泵钻井系统及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上钻井系统及其安装方法，特别是关于一种深水多功能水中泵钻井系统及其安装方法。

背景技术

当前，海上钻井使用的主要是常规单梯度钻井技术。常规单梯度钻井技术在井眼中只有一个液柱梯度，即井底压力是由海面到井底的钻井液柱压力来产生，钻井液柱压力梯度均以海面为参考点。在深水钻井中，由于海底疏松的沉积物和海水柱影响，地层压力和破裂压力之间的间隙很小，使得钻井非常困难。国外上世纪90年代发展的双梯度钻井(Dual-Gradient Drilling，DGD)、可控泥浆帽钻井(Controlled Mud Cap Drilling，CMCD)、隔水管稀释双密度钻井(Dual-Density Drilling，DDD)等多种控制压力钻井技术很好地解决了这个问题。

采用双梯度钻井技术时，海底以上隔水管内流体密度与海水密度相近，钻井液柱的压力计算以海底为参考点，地层孔隙压力和破裂压力之间区域就相对变宽。井涌、井喷和井漏事故大大减少，不再需多层套管体系，节省下套管时间和固井时间，缩短建井周期，减少钻井时间和降低处理钻井事故的时间和成本，大大降低对钻井平台和钻机等钻井装备的要求。同时，更为重要的是该技术能在任何水深开展地质目标钻探，如可用Φ311mm的钻头直接钻至目标层，这样的井眼尺寸能采用更有效的完井方法，如水平井和多支井技术；还可用Φ178mm的油管来开采，最终获得高产量的油气藏。国外目前已开展多个双梯度钻井系统的研究和应用：Conoco领导的工业联合项目组研究的海底泥浆举升钻井，美国Baker Hughes和Transocean公司研究的DeepVision双梯度钻井系统，Shell的海底泵系统，Maurer公司的空心微球双梯度钻井系统，AGR Subsea公司的无隔水管钻井液回收系统，路易斯安那州立大学研究的隔水管气举、稀释双梯度钻井系统等。其中海底泥浆举升钻井系统于2001年底在墨西哥湾进行现场试验，并获得成功，目前已开始投入工业应用，具有良好的工业应用前景。

可控泥浆帽钻井通过一个泥浆泵调节泥浆帽的液面高度来更好的控制井底压力，CMCD系统隔水管单根通过高压阀与泥浆举升泵相连，泵系统通过回流管线和灌浆液输送管线与泥浆池相连，泵可以增加或减少隔水管中泥浆的体积，调节隔水管中泥浆的液面高度，实现井底压力控制。

隔水管稀释双密度钻井是在隔水管中注入低密度流体，降低隔水管环空内返回流体的密度，使之与海水相当，在整个钻井液返回回路中保持双密度钻井液体系，有效控制井眼环空压力、井底压力，克服深水钻井中遇到的问题，实现安全、经济地钻井。

但是上述控制压力钻井方法，当海底泵下入水下1500米以下后，泵系统会遇到很多难以克服的问题，比如：泵系统的可靠性问题难以得到保证；各控制管线的响应时间过长；发生故障时下放、回收海底泵的时间过长。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用水深范围广，可靠性高，各控制管线响应时间短，方便回收海底泵的深水多功能水中泵钻井系统及其安装方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水多功能水中泵钻井系统，其特征在于：它包括设置在钻井平台上的提升机构和控制中心；所述提升机构通过缆绳连接一浮筒，所述浮筒内设置有由海底泥浆泵组成的水中泵组，所述水中泵组分别连接控制管线、注入/回流管线和若干挠性管线，所述控制管线的另一端连接所述控制中心，所述注入/回流管线的另一端连接设置在所述钻井平台上的泥浆池，各所述挠性管线的另一端连接一旋转分流注入装置，所述旋转分流注入装置的顶部连接上隔水管，所述上隔水管的另一端设置在钻井平台上，所述旋转分流注入装置的底端连接海底防喷器，所述海底防喷器设置在海底井口处；所述钻井平台上设置的钻杆依次穿过所述上隔水管、旋转分流注入装置和海底防喷器下入井底，位于井底的所述钻杆外设置有套管，所述套管外设置有导管。

所述旋转分流注入装置与所述海底防喷器之间设置有下隔水管，所述钻杆依次穿过所述上隔水管、旋转分流注入装置、下隔水管和海底防喷器下入井底。

所述旋转分流注入装置包括一与所述上隔水管连接的上部短节，所述上部短节上设置有侧向流道，所述侧向流道通过其中一所述挠性管线连接所述水中泵组；所述上部短节底端连接一外壳体，所述外壳体内设置有一旋转总成，所述外壳体上设置有用于锁紧所述旋转总成的液压锁紧机构，所述液压锁紧机构连接液压系统，位于所述液压锁紧机构下方的所述外壳体上设置有侧向流道，该所述侧向流道通过其中一所述挠性管线连接所述水中泵组，所述外壳体底部连接所述海底防喷器和所述下隔水管中的其中之一。