本发明涉及油气钻探技术领域，具体是一种基于循环钻井液的无隔水管快速取心钻进系统及方法。
背景技术：
油气勘和大洋科学钻探探水深是越来越深，深水钻井、超深水钻井超过了几千米，常规的深水钻井中，通常采用隔水管的方法，采用隔水管方法存在以下不足：1)这种采用隔水管钻井系统配套复杂、操作复杂，载荷作用在井口软地层，影响井口稳定性，且常规隔水管内保持泥浆(亦称钻井液)闭路循环时，造成了泥浆循环压降增大，对狭窄空间密度窗口施工造成极大的制约，对闭路钻井井口密封性要求非常严格，并且遇突发情况的紧急解脱程序复杂，风险高；2)使用常规开路正循环回转，开路钻井泥浆从船上通过钻杆流至钻头处，通过水眼流出至钻杆与井壁间的环空，环空无闭循环，泥浆直接从井口排到海水中，不仅泥浆消耗量非常大，泥浆成本高，而且钻井液直接排海造成污染环境，违反环境法规；3)井壁尤其井口处容易受到泥浆冲击，稳定性得不到有效保障，并且泥浆流速不足，导致钻孔中的岩屑携带效果差，易造成卡钻，岩心容易掉块，岩心样品的质量难以保证；4)深水正循环回转钻进取心作业时，几千米的刚性钻杆在海水中回转受洋流等影响，容易来回摆动，钻头钻进方向影响较大，四处乱窜，降低钻头寿命，并且影响岩心采取率；5)即使采用绳索取心，也仅仅加快了取心效率,对于提高钻进速率无明显作用，此外，由于钻头寿命有限，一个钻头有效取心回次较少，花费大量时间起下钻取心和更换钻头，几百米甚至几千米钻杆回转受到海水的阻力非常大，最终作用到钻头回转的力和扭矩很小，钻进效率却依旧很低，时间成本较高。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于循环钻井液的无隔水管快速取心钻进系统及方法，其能够解决钻井过程中需要操作复杂、遇突发情况紧急解脱程序复杂的问题。
本发明的技术方案为：一种基于循环钻井液的无隔水管快速取心钻进系统及方法，其特征在于：包括泥浆循环系统和取心钻进系统，所述泥浆循环系统包括重返锥、回收泵、泥浆罐、泥浆泵和输送管线组，所述输送管线组包括第一输送管线、第二输送管线和第三输送管线；
所述回收泵的输出端连接第二输送管线的输入端，第二输送管线的输出端与泥浆罐的输入端连接，泥浆罐的输出端与泥浆泵的输入端连接，泥浆泵的输出端与设置在顶驱上的侧面入口连接，顶驱的下端与钻杆连接，钻杆从海面钻井船向下穿过，在钻杆的外表面设有重返锥，重返锥与第三输送管线的输入端连接，第三输送管线的输出端与回收泵的输入端连接；
泥浆罐、泥浆泵、钻杆、重返锥和输送管线组连通形成泥浆循环通道；
所述取心钻进系统包括钻杆以及位于钻杆内部从上至下依次连接的打捞矛头、驱动装置、液动潜孔锤、岩心管和钻头；向下流动的泥浆对驱动装置产生动力，使得驱动装置输出扭矩和转速来驱动钻头在岩层中钻进。
进一步地，所述驱动装置和岩心管之间设有对岩心管内的岩心产生间隔冲击的液动潜孔锤，用于防止岩心堵塞。
进一步地，所述驱动装置为中空式螺杆或涡轮马达。
进一步地，所述侧面入口与顶驱的连接处设有防喷接头，用于防止泥浆喷出。
进一步地，所述第二输送管线与泥浆罐之间设有用于分离岩屑的固控设备，固控设备的输入接口与第二输送管线连接，固控设备的输出接口与泥浆罐连接。
进一步地，所述海面钻井船上设置有脐带缆绞车，脐带缆绞车通过脐带缆与所述回收泵连接。
本发明的有益效果为：⑴采用的泥浆循环方式与隔水管钻井工艺相比，不使用隔水管，减少了下管柱时间，提高了钻井船的机动性，加快紧急解脱速度并且能够通过重返锥快速回接，节约时间成本，同时降低了井口失稳风险；
⑵采用的井底多功能动力取心钻进系统，首次使用中空式螺杆或涡轮马达配合液动潜孔锤，钻杆不回转，泥浆流经中空式螺杆或涡轮马达钻具产生大扭矩，流经液动潜孔锤，液动潜孔锤以一定频率的震击，产生的冲击功可提高钻进速度和回次进尺长度，并能有效解决岩心堵塞问题；钻进效率相比常规回转钻进方式大大提高，同时也提高了岩心质量，减少绳索取心辅助时间，可获得高效和优质的取心钻进效果，提高取心效率；
(3)采用泥浆举升系统，实现了泥浆循环利用，避免了开路钻井泥浆大量浪费，节约成本，同时稳定的泥浆循环流动一方面携带岩屑，保证钻头高速钻进，另一方面护壁作用明显，提高了井壁的稳定性，减少井下事故。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-顶驱、2-第一输送管线、3-固控设备、4-脐带缆绞车、5-脐带缆、6-回收泵、7-第二输送管线、8-泥浆罐、9-泥浆泵、10-重返锥、11-打捞矛头、12-驱动装置、13-液动潜孔锤、14-岩心管、15-钻头、16-岩心样品、17-钻杆、18-海面钻井船、19-防喷接头、20-侧面入口、21-第三输送管线。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，一种基于循环钻井液的无隔水管快速取心钻进系统，包括泥浆循环系统和取心钻进系统；所述取心钻进系统包括钻杆17以及位于钻杆17内部从上至下依次连接的打捞矛头11、驱动装置12、液动潜孔锤13、岩心管14和钻头15；所述泥浆循环系统包括重返锥10、回收泵6、脐带缆绞车4、脐带缆5、固控设备3、泥浆罐8、泥浆泵9和输送管线组；所述输送管线组包括第一输送管线2、第二输送管线7和第三输送管线21；设置在海面钻井船18上的所述脐带缆绞车4通过脐带缆5与位于海底中的回收泵6连接，脐带缆绞车4可以控制回收泵6的转速，并且通过脐带缆5可以将回收泵6放入海底或从海底中回收到海面钻井船18上，回收泵6的输出端连接第二输送管线7，第二输送管线7的另一端与固控设备3的输入接口连接，固控设备3的输出接口与泥浆罐8连接，泥浆罐8的输出端与泥浆泵9的输入端连接，泥浆泵9的输出端与设置在顶驱1上的侧面入口20连接，顶驱1的下端与钻杆17连接，钻杆17从海面钻井船18向下穿过后伸入至海底，在钻杆17的外表面设有重返锥10，重返锥10与第三输送管线21的一端连接，第三输送管线21的另一端与回收泵6的输入端连接；
在钻井系统开始运行时，泥浆泵9将泥浆罐8内的泥浆抽出，并通过第一输送管线2输送至钻杆17内，泥浆沿着钻杆17向下流动，并流动至钻杆17底部后向上返回经过重放锥后流出至第三输送管线21，泥浆再经过回收泵6后第二输送管线7内并送入至固控设备3，形成了泥浆循环流通的通道，固控设备3对泥浆混入的岩屑进行分离，将不含岩屑的泥浆再次送入至泥浆泵9内，实现泥浆循环利用；图中的箭头方向表示泥浆的流动方向。
位于钻杆17内部设有从上至下依次连接的打捞矛头11、驱动装置12、液动潜孔锤13、岩心管14和钻头15；钻杆17转动过程中，钻头15进尺修正岩层过程中，将岩心挤压进岩心管14内，位于钻杆17内的泥浆处于驱动装置12的上方，快速向下流通的泥浆对驱动装置12产生动力，使得驱动装置12输出扭矩和转速，驱动装置12驱动钻头15在岩层中钻进，泥浆经过驱动装置12后从液动潜孔锤13流过并对液动潜孔锤13产生轴向冲击，液动潜孔锤13进一步地对岩心管14和钻头15施加作用力，进一步提高了钻头15钻进速度，从而提高了钻进效率，同时液动潜孔锤13的输出为间隔冲击，可以对岩心管14内的岩心样品16产生一定频率的冲击，防止岩心样品16堵塞问题的发生。
在钻头15钻进过程中，岩屑跟随着从钻头水眼处返出的泥浆一起进入重返锥10内，最后送入至固控设备3进行分离，将岩屑分离出来。
进一步地，所述侧面入口20与顶驱1的连接处设有防喷接头19，用于防止泥浆喷出。
优选地，所述驱动装置12为中空式螺杆或涡轮马达或其他可将液体流动的动能转化为产生扭矩和转速输出机械能的装置。
在实际应用到海洋钻井过程中，钻杆17伸入孔井钻入岩层，使得钻杆17一部分位于岩层内，一部分位于海水中，打捞矛头11、驱动装置12、液动潜孔锤13、岩心管14和钻头15均位于岩层内的钻杆17内；重返锥10下部插入泥面，重返锥10的上部位于海水中，泥浆循环过程中，由于泥浆密度始终比海水大，海水不会进入重返锥10内，钻头15钻进过程中产生的岩屑跟随着钻杆17内的泥浆向上返回至重返锥10，并经过第三输送管线21后，最终进入至固控设备3进行分离，将岩屑分离，泥浆重新进入泥浆罐8，实现泥浆循环利用，维护了井壁的稳定。
本发明的钻井方法，其具体包括以下步骤：
S1：海面钻井船18动力定位。
S2：将重返锥10坐入海底泥面预定位置，并进行固定。
S3：通过脐带缆5绞车4将回收泵6投放至海底，可以通过现有定位技术，比如采用水下机器人，将回收泵6放入到指定的具体位置。
S4：通过输送管线组将重返锥10、回收泵6和位于海面钻井船18上的固控设备3、泥浆罐8、泥浆泵9和顶驱1进行连接，将取心钻进系统的各部件安装完成后，将钻杆17与顶驱1连接，取心钻进系统依次从海面钻井船18和重返锥10穿过后投放至孔井内。
S5:启动泥浆泵9，泥浆通过输送管线组进入钻杆17和重返锥10内，启动取心钻进系统开始钻井工作，包括启动钻杆17、驱动装置12和液动潜孔锤13进行工作，钻头15钻进地层，产生的岩屑跟随着从钻头15水眼处返出的泥浆一起流经重返锥10后，泥浆被回收泵6回收后输送至海面钻井船15实现循环利用。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。