[发明专利]水下油井发生井喷后的浮油处理方法及实现该方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及水下油井发生井喷后的浮油处理方法，而且还涉及实现该方法的装置。井喷一般对于采油而言，是指在压力控制系统失效后无法控制的原油、天然气或二者混合物从井中的泄漏。当发生井喷事故时，地层流体开始涌入钻井孔，上升至井筒（annulus）并/或流入钻探管中，这种现象通常被称作井涌。如果井未关闭（shut in，关闭防喷器阀门的一般术语），当流体到达表层时，井涌则会迅速升级为井喷。特别是当流体为在上升至钻井孔时可以迅速扩散的瓦斯时，流体的有效重量会进一步减少并将流体的扩散速度加速至接近音速。在井喷过程中，通常会点燃瓦斯及其他烃类，由此产生极难熄灭的爆炸和熊熊烈火。井喷可以对钻探设备造成极大的破坏，会造成井队人员的受伤或死亡事故，而且如果溢出了烃类，会对自然环境产生巨大的破坏。在防喷器被发明之前，在钻井作业过程中经常会发生井喷，而井喷被称为喷油井。有时，井喷会强烈到无法从表层直接将其控制起来，特别是当涌流区存在无法在井喷过程中完全耗尽的大量能源时。在这种情况下，为了将加重压井液导入到一定深度，可通过钻出其他井（被称为减压井）来贯穿发生井喷的井或油气囊（pocket）。与从该术语（减压井）字面推断的意思相反，这类井通常并非利用多个来自于井喷区域的排出口来帮助减轻压力。

背景技术

“地下井喷”是在钻井孔开口部中来自于高压区的流体失控地流向低压区的一种特殊情况。这些流体一般升至钻井孔以上流向较浅的地层（一般在最后一个套管鞋附近）。这些地层受到泥浆柱静水压力（hydrostatic mud head）加上在最初井涌时施加的套管压力的总体作用而断裂。尽管钻井工地本身并无外漏，但地下井喷是很难被控制住的。但如果任其发展，最后流体会找到路径流向其附近其他位置的表层（可能毁坏（cratering）钻井设施），或者向其他区域加压，为钻取后面的井时制造麻烦。

2010年4月20日，在墨西哥湾新奥尔良东南部135海里（250公里）的海域内发生了一起非常严重的井喷。这是一起非常特殊的案例，因为井喷发生在海洋的极深处，原油从大约5000英尺或1500米深处的钻井孔（孔洞）中渗出。据估算，每天大约有10000000升或10000立方米原油从地下或该钻井孔周围破损的钻探管中涌入海洋，从而导致了引人注目的整个大片区域内的环境灾难。

目前并不存在成熟且经过验证的能够阻止如此大范围漏油的可用技术，而且阻止这种失控原油流动的障碍物是非常庞大的，因为泄漏位于海平面下1500米的钻井孔。作为原油来源的油层位于海平面下大约18000英尺或5500米，即位于地下钻井孔下方大约13000英尺或4000米处。在侧方往下钻设减压井，以使其到达泄漏的油井管。在泄漏位置打开油井管，并向油井管内抽入大量泥浆以利用抽入材料的重量堵住该油井管。但是，往下钻设减压井需要耗费大量时间。而且，即便泥浆能够到达泄漏油管，泥浆也无法阻止通过油管周围裂缝和裂纹产生并升至井筒的泄漏或者由地下爆炸引起的地层自然龟裂而造成的泄漏。

另一种方案是在泄漏点上覆盖穹顶状钢制或加强型混凝土制壳体，并抽空泄漏点，由此在壳体外侧产生一较大压力，以将壳体适当固定。在此之后，连续将流入的原油抽至水面。但是，地下流和地下波会为这一方案带来严重的问题，而且由于低温造成的阀门的冻结也会带来严重的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供能够成功处理钻井孔原油泄漏和井管原油泄漏的方法，以阻止原油向水中泄漏并防止出现环境污染的毁灭性后果。本发明的另一目的在于传授一种能够在深海即海洋深处的钻井孔上实现本发明方法的装置。

下文将以最近于墨西哥湾发生的严重井喷为例，介绍依据权利要求1的方法和依据权利要求5的装置。该方法包括多个实施步骤而且能够保证成功处理上述严重问题，并最终可完全阻止原油向水中泄漏。

每天泄漏10000立方米原油，粗略地计算相当于每小时泄漏375吨或每秒泄漏104公斤原油。这是需要处理的近似质量流量。但本方法有能力处理实际更大的原油流量。在墨西哥湾的这一事故中，原油的初始温度大约为80°，且来自于海平面下深度大约18000英尺或5500米的海底。在这一深度下，会产生大约550巴或作用更大的巨大静水压力。在这一事故中明显存在多处泄漏—其中一处在倒塌的油井管处—而其他处原油泄漏则出现在钻井孔中，在该钻井孔中原油从多条裂缝中漏出。