[发明专利]实现无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深水钻井设备，特别是关于一种实现无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入系统及方法。

背景技术

随着陆地和浅海油气储量的减少及其开采难度的增大，深水区域逐渐成为世界油气勘探的热点。而传统海洋钻井技术由于受到水深、地层等因素的制约，难以满足深水钻井的需要。

在常规深水钻井中，钻井船和井口通过隔水管连接。但是当水深超过500米时，采用传统隔水管钻井方法将会存在许多难以克服的问题：1)深水钻井时，需要大直径隔水管连接钻井船和井口，需要更多的泥浆填充隔水管和钻杆之间环空，这就需要更高级别的钻井船承载隔水管和泥浆。2)深水钻井中，大尺寸隔水管除承受更大的自身载荷外，还要承受复杂的外部环境载荷，需要使用更高成本的浮力和补偿装置辅助隔水管作业，增加隔水管成本。3)深水钻井用隔水管具有较大长度，在恶劣天气中回收困难，增加作业风险。4)深水钻井中，地层破裂压力和孔隙压力之间压力窗口狭窄，泥浆可调范围小，需要下更多套管柱维持井眼稳定。5)某些区域的地质状况要求在钻探顶部井眼时使用昂贵的水基或合成泥浆，如果将井眼环空返回的钻井液直接排放到海底，不仅浪费钻井液而且污染环境。6)在某些区域，环境法规不允许将井眼环空返回的钻井液排放到海底。因此，需要一种新的钻井装置或方法，既能实现不使用隔水管又能将井眼环空返回的泥浆回收到海面钻井船循环使用，即满足无隔水管泥浆回收钻井的目的。

目前，在国外主要存在如下方法或装置来实现无隔水管或泥浆回收钻井：专利US.6745851提出了一种回收和处理钻探顶部井眼用泥浆的方法和系统。但是该方法和系统只是用于顶部井眼钻探，即安装海底防喷器组及在钻井船和井口之间连接隔水管之前使用，只能回收钻探顶部井眼时的钻井液。专利N0.20035172介绍了一种清除和过滤顶部井眼钻井液的方法，同样只能回收顶部井眼返回钻井液。专利US.4149603提出了一种水下钻井系统和方法，其主要思想是：不再使用传统海洋隔水管，在海底防喷器组顶部安装泥浆池装置。使用海底泥浆举升泵抽吸泥浆池中的返回泥浆，通过返回管线返回到海面。但是该方法和系统是在安装海底防喷器组之后使用，不能返回顶部井眼钻井泥浆。专利EP.0290250提出了一种深水钻井方法和装置。其主要思想是：利用海底离心泵和返回管线将钻井泥浆返回到海面。但该系统同样是在安装海底防喷器组后使用，不能返回顶部井眼钻探时的钻井液。上述各种专利中提到的泥浆回收技术都不能应用于全部井眼段钻探作业中，而且除专利NO.20035172外，其余专利中提到的技术没用在实际应用中应用或体现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作简单，并且可以实现全部井眼段无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入装置，返回钻井用钻井液。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种实现无隔水管泥浆回收钻井的海底泥浆吸入系统，其特征在于：它包括海底泥浆吸入装置，所述海底泥浆吸入装置包括一外壳体，所述外壳体下端连接海底井口头，所述外壳体下部侧壁上向外延伸设置有侧面出口，所述侧面出口的侧壁上设置有钻井液压力监控系统；所述侧面出口通过海底钻井液输送管线连接海底泥浆举升泵的入口，所述海底泥浆举升泵的出口通过钻井液返回管线连接海面钻井船上的钻井液处理设备；所述外壳体内设置有用于海面钻井船上的钻杆下端穿过的通孔。

所述海底泥浆吸入装置的所述外壳体的上部为两级漏斗段，下部为直筒段；所述外壳体内密封设置有旋转总成，所述旋转总成将所述外壳体下部与所述外壳体上部隔离，所述外壳体下部连接海底防喷器组上端，所述海底防喷器组下端连接海底井口头。

所述旋转总成包括外筒体、内筒体和冷却液输送装置；所述外筒体呈漏斗形密封设置在所述外壳体的二级漏斗段和下部直筒段；所述内筒体通过若干间隔设置的轴承转动设置在外筒体内，所述内筒体与外筒体之间的上、下端分别设置有轴承定位装置，两所述轴承定位装置内侧分别设置有轴承密封装置；所述内筒体的上、下端对称设置有胶芯固板，所述两胶芯固板上设置有用于密封所述钻杆的密封胶芯；所述冷却液输送装置包括分别设置在上、下端所述轴承密封装置上的环形流道，冷却液注入流道，冷却液输出流道，以及平行相对设置在所述外筒体上的两竖向流道；所述冷却液注入流道一端连通上部的所述环形流道，另一端穿出所述外筒体和外壳体连接冷却液源；所述冷却液输出流道设置在所述冷却液注入流道下方的所述外筒体上，且穿出所述外壳体；其中一所述竖向流道的上、下两端分别连通所述冷却液输出流道和下部的所述环形流道，另一所述竖向流道的上、下两端分别连通上部的所述环形流道和下部的所述环形流道。