无钻机钻探和井口安装的制作方法

无钻机钻探和井口安装
1.本发明涉及用于在不使用钻机的情况下建立井筒基础以及钻探和安装表层套管的方法和系统。更具体地，本发明涉及使用钻井船代替钻机来建立海底井筒基础的方法。
2.当在海床上建立油田时，通常的实践是将钻机放置在油田处并由该钻机来钻井。钻机是稳定的并且设置有用于补偿风和波浪的设备以确保钻井过程以受控方式执行。
3.然而，由于高日费率，用钻机钻探是昂贵的。这也可能是耗时的，因为必须将钻机运输到油田并在钻探开始之前锚定。在钻机的运输和锚定期间，由于天气状况或其他意外事故，可能发生延迟。在一定程度上，针对操作的一些部分建立钻机也是过犹不及的，尤其是在建立井筒基础的过程的第一部分。该初始井筒建立过程可在开放的水域中钻探而无需任何井控制。
4.多年来关注点在于位于可接受的深度处并且相对靠近陆地的大型油田，现在更关注也可位于更遥远位置的较小油田，因为石油技术的发展使得探索这些选项成为可能并且可行。同时，越来越多的小型石油公司试图进入石油领域，标志是其接管了具有推测的边际收入预期的油田。
5.在要求更高的环境中开发更小的油田也增加了对简化和成本节约的关注。在这种情况下，有必要关注即使在生产开始之前也造成大量成本的钻井操作。这可能是难以承受的障碍，尤其是对于较小的公司或边际油田而言。
6.在油井的建立过程中可能出现的另一个问题是浅层气的释出。
7.因此，本发明的目的是提供将降低油井的总成本的方法和系统，从而能够开发此前被认为是不可行的油田。
8.本发明的另一个目的是在释出浅层气的情况下使安装钻井船快速避开。
9.本发明的另一个目的是提供一种用于使用钻井船建立井筒基础以及钻探和安装表层套管的方法，从而无需使用钻机。
10.本发明的又一个目的是提供用于在不使用钻机的情况下建立井筒基础以及钻探和安装表层套管的系统。
11.根据本发明的第一方面，这通过使用钻井船而不是钻机来建立井筒基础以及钻探和安装表层套管的方法来实现。
12.根据本发明的第二方面，这通过使用此类方法的系统来实现。
13.本发明的主要特征在独立权利要求中给出。本发明的附加特征在从属权利要求中给出。
14.在不使用钻机的情况下建立井筒基础的方法可包括以下步骤：
15.·
在无钻机安装和/或钻孔操作期间，安装海底节点诸如例如抽吸锚定器或海底基盘作为基础；
16.·
具有钻头马达和方钻杆衬套适配器的底孔组件(bha)允许非旋转或方钻杆管或柱自由地上下行进(即，轴向自由行进)并防止其旋转；此处，方钻杆管是非圆形的管以防止旋转。方钻杆衬套适配器允许方钻杆管自由地轴向行进，但防止其旋转。方钻杆衬套适配器可被构造成锁定到以下中的一者中：抽吸锚定件、低压壳体和/或高压壳体。如前所述，在该
阶段，钻探马达上方的底孔组件(bha)可自由地轴向移动，但不会旋转。
17.·
非旋转或方钻杆管或柱以及方钻杆衬套适配器将由旋转钻头产生的反扭矩传递到海底节点(例如抽吸锚定件)并进入海床。
18.本文所述的使用钻井船建立井筒基础并钻出井眼的方法包括：
19.‑
将海底节点预安装在海床上；
20.‑
使用钻井船上的起重装置，将一组底孔组件、方钻杆衬套适配器和非旋转钻柱从钻井船降低到海中；
21.‑
将底孔组件设置到海底节点中；
22.‑
使用方钻杆衬套适配器将底孔组件联接到海底节点，方钻杆衬套适配器具有将方钻杆衬套适配器锁定到海底节点或壳体诸如高压壳体或低压壳体的锁定机构，从而确保至少底孔组件的竖直移动并防止其旋转；
23.‑
将配重设置在底孔组件中，
24.‑
将流体从钻井船上或海床上的泵泵送穿过软管进入底孔组件中并且沿着非旋转柱向下，以便驱动底孔组件的钻探马达，
25.‑
使用钻探马达钻出井眼。
26.方钻杆衬套适配器还可确保非旋转钻柱的竖直移动并防止其旋转。
27.当达到井眼的期望深度时，所述方法还可包括以下步骤中的一个步骤：
28.‑
使用钻井船上的起重装置将底孔组件拉回到钻井船，或者
29.‑
舍弃井筒中的底孔组件。
30.所述方法还可包括以下步骤：
31.‑
返回的钻屑通过海底节点中的水泥返回端口逸出。
32.在所述方法中，底孔组件包括钻头、钻探马达、非旋转柱、侧入口接头和升降接头。
33.起重装置可包括线缆和起重机或绞盘。
34.在该方法的一些方面，拉回步骤包括：
35.‑
当钻探马达到达方钻杆衬套适配器时，通过打开锁定机构来解锁方钻杆衬套适配器；
36.‑
进一步向上拉动底孔组件，从而从低压壳体释放方钻杆衬套适配器；以及
37.‑
通过使用钻井船上的起重装置将底孔组件进一步向上拉到水面，
38.从而使钻出的井眼准备好使表层套管或低压壳体及其后的外部导体管线下入。
39.在一些方面，该方法还包括：
40.‑
通过布置在钻井船或底孔组件上并与钻井船上的起重机或绞盘配合的蜂巢式补偿设备来调节钻头上的配重。
41.本发明还描述了一种用于使用钻井船来安装表层套管的方法，该方法包括：
42.‑
将井筒套管组件、高压壳体(hph)下入工具、注水泥装置、高压壳体(hph)侧入口接头和高压壳体(hph)升降接头准备到一个陆上单元或在钻井船上；
43.‑
将钻井船的软管连接到表层套管组件的侧入口接头；
44.‑
从钻井船调度井筒套管组件；
45.‑
使用钻井船上的起重机或绞盘降低井筒套管组件；
46.‑
将井筒套管组件刺入低压壳体中并使其下入到由绳支撑的井眼中；
47.‑
将井筒套管组件的高压壳体闩锁并锁定到低压壳体中；
48.‑
通过将水泥从钻井船泵送穿过软管、进入侧入口接头、穿过hph下入工具并且沿着注水泥装置向下并离开注水泥装置，来将井筒套管粘固在适当位置；
49.‑
释放hph下入工具；以及
50.‑
通过使用钻井船上的起重装置连同升降接头、侧入口接头和注水泥装置一起拉出井眼。
51.在该方法中，井筒套管组件可以是包括高压壳体和表面套管的表面套管组件或包括低压壳体和外部导体管线的导体组件。
52.在本发明所述的使用钻井船安装表层套管的方法中，返回的水泥通过表层套管的止回阀沿着表层套管组件的外部返回，并且最后返回的水泥通过低压壳体中的端口离开。
53.本发明还描述了一种用于使用钻井船建立井筒基础并钻出井眼的系统，该系统包括：
54.‑
海底节点，该海底节点包括低压壳体并且被构造成预安装在海床上；
55.‑
底孔组件，该底孔组件包括钻头、钻探马达、方钻杆衬套适配器、非旋转柱、侧入口接头和升降接头并且被构造成使用钻井船上的起重装置从钻井船提升并降低到海中；其中底孔组件被构造成设置到具有低压壳体的海底节点中；
56.‑
锁定机构，该锁定机构被构造成将方钻杆衬套适配器锁定和解锁到以下中的一者：低压壳体、抽吸锚定件和高压壳体；以及
57.‑
泵，该泵被构造成泵送流体穿过软管进入侧入口接头中并且沿着非旋转柱向下，以便驱动钻探马达，从而钻出井眼的期望深度。
58.在该系统中，泵可被构造成布置在钻井船上或海床上。锁定机构可被构造成由rov操作。
59.在用于使用钻井船建立井筒基础并钻探井眼的上述系统中，该系统还可包括蜂巢式补偿设备，该蜂巢式补偿设备被布置在钻井船上并且被构造成与钻井船上的起重机配合以便调节钻头上的配重。
60.本发明还描述了一种用于使用钻井船来安装表层套管的系统，该系统包括：
61.‑
表层套管组件，该表层套管组件包括高压壳体、表层套管、hph下入工具、注水泥装置、hph侧入口接头和hph升降接头，其中表层套管组件被构造成从钻井船调度，然后降低在钻井船上的起重机的绳上，并且还被构造成刺入具有低压壳体的海底节点，并且下入到绳上的井眼中；以及
62.‑
软管，该软管来自钻井船并且连接到表层套管组件的侧入口接头；
63.其中表层套管组件的高压壳体被构造成锁定到低压壳体中；
64.其中注水泥装置被构造成通过泵将表层套管粘固在井眼中的适当位置，该泵被构造成将水泥从钻井船泵送穿过软管、进入侧入口接头并穿过hph下入工具；并且
65.其中hph下入工具被构造成被释放并且通过使用钻井船上的起重机的绳连同升降接头、侧入口接头和注水泥装置一起被拉出井眼。
66.本发明的这些方面和其他方面通过参考附图以举例的方式是显而易见的并且将进一步阐明，其中：
67.图1至图5示出了根据本发明的井孔钻探方法。
68.图6至图10举例说明了根据本发明的套管下入和粘固方法。
69.提供了用于钻探方法的海底节点1。海底节点1形成用于钻探设备的外保护套管，并且将提供用于将钻探设备和/或井筒基础锚定到海床的装置。海底节点1通常与井口组件一起完成，该井口组件包括外部井筒壳体或低压壳体(lph)2和内井筒壳体或高压壳体(未示出)。外部井筒壳体2可设置有外部导体管线32。海底节点1可在钻井完成之前或之后与井口组件一起完成。
70.海底节点1在单独的操作中预安装在海床12上。完成具有低压壳体(lph)2的海底节点1通常在任何其他近海操作之前在陆上完成，而高压壳体(未示出)在钻出井筒的第一节段之后安装。
71.可以在没有bop的情况下钻出井筒的第一节段。然而，当井筒接近高压地下结构时，必须在海底节点1上安装bop。
72.首先用钻井船18而不用bop钻出井筒20的一部分，这将通过限制钻井的钻机时间来降低每个井筒的成本并且简化该第一钻井部分的结构要求。然后，钻机可以到达并直接在预安装的井口处安装bop。这也是一种安全的方法，因为钻井船18不需要位于井筒中心的正上方并且在释出浅层气的情况下可容易地避开。
73.图1：
74.根据本发明的陆上预组装钻探组件包括底孔组件(bha)5。该bha 5通常可包括具有稳定件的钻头、钻探马达(其可为但不限于例如钻探马达6)、方钻杆衬套适配器3、非旋转或非圆形柱或管7(其可为但不限于例如一件方钻杆柱)、具有转环的侧入口接头8以及升降接头9。
75.钻探组件被提升到海中并且在钻井船起重机19的线缆11上降低到海底节点1和lph 2中。在这种情况下，线缆11可以是线缆、绳、绳索或链。
76.bha 5降低到海底节点1中，并且方钻杆衬套适配器3锁定到海底节点1。并且更具体地，方钻杆衬套适配器3的扭矩键与海底节点1对准，然后使用锁定机构4将方钻杆衬套适配器3锁定到低压壳体或井筒壳体2。当方钻杆衬套适配器3被锁定到海底节点1和底孔组件5时，防止了底孔组件5旋转移动或侧向移动，但允许其竖直移动。
77.锁定机构4可以是可远程操作或被构造成由rov操作的任何锁定装置。锁定机构4将方钻杆衬套3锁定到海底节点1或井筒壳体2。
78.图2a至图2b：
79.当放下钻探组件配重时，流体被泵送穿过软管10进入侧入口接头8，沿方钻杆衬套或非旋转钻柱7向下，以便驱动使钻头自旋的钻探马达6。流体可由钻井船18或海床上的流体贮存器提供。可从钻井船18上的高容量泵(未示出)以液压方式驱动bha 5的钻头(图2a)。
80.可使用用于钻屑移除的泵24来循环流体。该泵可定位在海床12上，如图2b所示。
81.软管10可为但不限于例如黑鹰软管、盘管或任何柔性软管。流体可为任何钻井液。
82.在底孔组件(bha)5与地下的海床12之间形成的反作用力将被方钻杆衬套适配器3吸收并经由低压壳体(lph)2传递到海底节点1。
83.在具有或不具有钻屑清理泵系统24的情况下，返回的钻屑通过lph 2上的水泥返回端口逸出。
84.图3：
85.一旦达到总深度，将使用钻井船18上的起重机构19的线缆11拉回钻探组件。起重机构可为起重机或绞盘。
86.当钻探马达6到达方钻杆衬套适配器3或任何其他抓扣装置(如果使用的话)时，将通过打开锁定机构4来解锁方钻杆衬套适配器3。
87.图4：
88.当方钻杆衬套适配器3未固定时，整个钻探组件将被向上拉动。在图4中，方钻杆衬套适配器3附接到底孔组件5。当锁定机构4被解锁时，从海底节点1或井筒壳体2释放方钻杆衬套适配器3。
89.然而，在另一个实施方案中，方钻杆衬套适配器3可为海底节点组件的一部分。在该实施方案中，当锁定机构4解锁时，方钻杆衬套适配器3将保持在海床上，而底孔组件升高到钻井船。
90.图5：
91.然后通过向后拉动线缆11将整个钻探组件拉至水面，从而使钻探的井孔/井眼20准备好使表层套管组件下入。
92.图6：
93.表层套管组件通常在陆上制备成一个单元，并且包括：高压壳体(hph)13和具有止回阀22的表层套管21、hph下入工具15、注水泥装置14、具有转环的侧入口接头16以及升降接头17。
94.钻井船18的软管10连接到侧入口接头16。
95.整个表层套管组件从钻井船18调度并且降低在钻井船起重机19的绳11上。
96.图7a至图7b：
97.表层套管组件刺入lph 2中并且下入到绳11上的孔20中。最后，hph 13闩锁并锁定到lph 2中。
98.在下入步骤下，海水或其他合适的流体在井孔20中的循环可使用钻井船18上的泵(图7a)，沿着软管10向下，穿过侧入口接头16并穿过hph下入工具15来完成。
99.另选地，海床上的泵24可用于使海水或合适的流体循环通过井孔20(图7b)。
100.图8：
101.通过将水泥从钻井船18泵送穿过软管10、进入侧入口接头16、穿过hph下入工具15并且沿着注水泥装置14向下，将表层套管21粘固在适当位置。
102.返回的水泥通过止回阀22沿着表层套管组件的外部返回，并且最后返回的水泥通过lph 2中的端口流出。
103.图9：
104.hph下入工具15被释放，然后使用钻井船的起重机绳11连同升降接头17、侧入口接头16和注水泥装置14一起被拉出孔20。
105.图10：
106.井筒20被留在海床12上，准备好让浮式钻井单元将bop闩锁到hph或井口13上。
107.最后，钻井船18可移动到下一个待钻的井筒。
108.从井筒20中取出完整的底孔组件5不是强制性的。在一些情况下，底孔组件的部分或全部舍弃在井筒中。在这些情况下，切开底孔组件5与钻井船18之间的线缆11，并且钻井
船可准备钻探新井筒和/或移动到新位置。
109.在一些情况下，如果需要长于钻井船18可处理的方钻杆衬套，则必须制造特殊的方钻杆衬套。因此，单独的管节段或长度可在钻井船18处或钻井船上连接在一起，例如在将所有这些管节段或长度下入到海中时。对于约50米的孔，可行的是可以使用一体式管，如前所述。
110.根据长度，表层套管可被部署为一个组件，如果不是一个组件，则可在钻井船18上构成一个组件，然后下入到海中，类似于钻机上所做的那样。
111.钻头上的配重可通过钻井船18上的蜂巢式补偿起重机来调节。这意味着起重机19可在其上具有一些蜂巢式补偿设备。
112.总的柱配重应被构造成给予钻头足够的重量，以便能够执行和/或完成操作。
113.如果柱不是很长，则整个柱可在陆上构成并通过起重机19直接从钻井船18的后平台部署。
114.如果需要较深的孔，则可由钻井船月池中的接头构建柱。因此，一些处理设备应由海底施工承包商提供。
115.在不脱离以下专利权利要求书所限定的本发明范围的前提下，本发明的其他修改、更改和变型对本领域的技术人员而言将是显而易见的。