[发明专利]一种垂直井井底腔室的建造方法

说明书

一种垂直井井底腔室的建造方法，用于开采海域天然气水合物，建造按如下步骤进行：水合物上覆地层钻进；水合物地层钻进；高压旋喷注浆形成旋喷水泥混合桩；形成扩腔；扩腔检测；固井充填；完成垂直井井底腔室建设。本发明将高压喷射灌浆技术和扩孔灌注桩技术联合使用，通过高压喷射灌浆技术中的旋转喷射技术形成旋喷混合水泥桩，桩强度较原来地层高，然后再旋喷混合水泥桩的基础上，采用扩孔灌注桩技术建造一个直径较旋喷混合水泥桩小、形状规则、强度高的扩孔灌注桩，在扩孔灌注桩上进行垂直井井底腔室的建造，腔室周围的地层强度高，可以满足多井组水平井向垂直井汇聚采气的要求。

技术领域

本发明涉及海洋天然气水合物能源开发应用领域，尤其涉及一种海域天然气水合物垂直井井底腔室的建造方法。

背景技术

2016年南海神狐海域天然气水合物试采尽管已经取得了巨大成功，但受直井可控储层面积的限制，日产气量和持续稳产时间还远远不够，距离水合物的产业化开采还有相当长的距离，将水平井钻井技术和多井组连通汇聚开采技术运用到先导试验区水合物试采是必然的趋势。当前全球海域天然气水合物试采方案采用的均是直井降压法试采技术，即将直井钻进至水合物储层，采用降压法进行水合物试采。实践证明：有的试采6天产气12万立方米，影响储层范围只有10米左右。而有的在试采过程中，采用直井试采连续生产60天，产气30万立方米。随着时间的推移，垂直开采水合物产气量在短期内快速减少，暴露出垂直井控矿面积小而无法实现稳产的弊端。

天然气水合物开采应实现产业化开采，这样亟需开发高效关键技术来支撑产业化的进展。多井连通汇聚开采技术通过钻多口定向水平井与一口垂直井连通形成四通八达的“井工厂”采气模式，实现大幅增产，为海域水合物的产业化开采提供了重要增产稳产方法。高强度大直径垂直井井底腔室是实现多井组联通的关键环节，垂直井井底腔室的建造质量直接影响到整个连通汇聚开采的成败，其主要体现在垂直井井底腔室的形状是否规则、固井充填是否完整、直径与高度是否满足连通汇聚开采的要求等多面。

若想在软弱地层内建设形状规则、结构稳定的腔室，需要预先对地层进行加固，形成一个直径大于预构建腔室的高强度桩体。目前工程上常用的在软弱地层孔底建造高强度桩体的方式主要有两种：一种是采用高压喷射灌浆技术，该技术是通过在地层中的钻孔内下入喷射管，用高速射流（水、浆液或空气）直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏、扰动后的土石料与同时灌注的水泥浆或其它浆液发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹，至凝结硬化，从而构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的桩体；一种是采用孔底扩腔的方式，通过扩腔钻具在孔底扩出一个直径较大的腔体，然后通过向内部灌注固化充填体的方式建造高强度桩体。对于在海域中进行的钻采，由于海底地层松软，若想得到形状规格、强度高且稳定的腔体，必须预先建造一个强度由中心向周边逐渐递减的桩体，强度的逐渐递减对于桩体的稳定性起至关重要的作用，若直接采用扩孔灌注桩的形式，则扩腔内的强度高，突然过渡到海底松软的地层，不利于腔室的稳定；高压喷射灌浆技术所成的桩体由于地层的不均匀所成的桩体形状也不规则。因此单独的高压喷射灌浆技术和扩孔灌注桩技术建造腔室，均不能满足海域天然气水合物垂直井井底腔室的建造。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种垂直井井底腔室的建造方法，将高压喷射灌浆技术和扩孔灌注桩技术联合使用，通过高压喷射灌浆技术中的旋转喷射技术形成旋喷混合水泥桩，桩强度较原来地层高，然后再旋喷混合水泥桩的基础上，采用扩孔灌注桩技术建造一个直径较旋喷混合水泥桩小、形状规则、强度高的扩孔灌注桩，在扩孔灌注桩上进行垂直井井底腔室的建造，腔室周围的地层强度高，可以满足多井组水平井向垂直井汇聚采气的要求。

本发明所述的技术问题是以如下技术方案解决的：

一种垂直井井底腔室的建造方法，用于开采海域天然气水合物，建造按如下步骤进行：

a、水合物上覆地层钻进：下入钻具，自海底向下钻进，钻进至水合物上覆地层与水合物地层上部的交界处，然后下入表层固井套管，所述表层固井套管下入到位后，向井内灌注混凝土进行固井；