[发明专利]一种新型海底连续管钻机及钻井方法

权利要求书

1.一种新型海底连续管钻机，其特征在于，包括：控制基站(1)、管缆系统(2)、集中阀座(3)、固控系统(4)、集成平台(5)、连续管系统(6)、动力钻具(7)和井口装置(8)；

所述控制基站(1)位于海面驳船，通过脐带缆(21)向海底装备提供气、电动力及控制信号。

所述管缆系统(2)的脐带缆(21)连接集中阀座(3)，经阀座分路后连接各执行和控制机构，其中固控缆(23)为固控系统(4)提供动力及信号；供浆管线(24)为滚筒(61)供给钻井液，钻井液经连续管(64)进入动力钻具(7)；钻井液返至井口装置(8)后，经回浆管线(22)返回固控系统(4)；

所述集中阀座(3)为密封结构，用于管缆系统(2)为各执行机构和控制机构分线，并实时监测其密封性能。

所述固控系统(4)存储有钻井液和水泥，为整体密封系统，内含泥浆罐、泥浆泵、振动筛、除砂器、输送机等钻井液净化装备，用于储存净化钻井液并处理岩屑；钻井液不需驳船储存和脐带缆输送，仅在海底即可完成储存与净化，使驳船和脐带缆结构以及钻井工艺流程大为简化；

所述集成平台(5)包括浮箱(51)、行走装置(52)和固定装置(53)，承载并固定集中阀座(3)、连续管系统(6)；集成平台(5)通过浮箱(51)充放气控制浮沉，通过行走装置(52)多向螺旋桨定向潜航，通过固定装置(53)螺旋锥与海底紧固，集成平台移动不再受海底软泥层限制；浮箱(51)全密封，由脐带缆提供浮沉控制气源，并实时监测密封性能。

所述连续管系统(6)包括滚筒(61)、井架(62)、注入头(63)和连续管(64)，均安装于集成平台(5)，滚筒(61)存储和释放连续管，设钻井液接口；井架(62)安装于井口上方，固定并驱动注入头(63)上下移动，以便回收动力钻具(7)；

所述动力钻具(7)包括钻头(71)、永磁电机(72)和锁定装置(73)，永磁电机(72)一端通过锁定装置(73)与连续管(64)连接，另一端直驱钻头(71)钻进作业。作业完成，锁定装置(73)解锁，永磁电机(72)和钻头(71)可用绳索打捞回收，可循环使用。

所述井口装置(8)包含防喷器与井口基座，用于控压和钻井液导流。

2.根据权利要求1所述的海底连续管钻机，其特征在于，所述集成平台(5)设有浮箱(51)、行走装置(52)和固定装置(53)。通过浮箱(51)充放气上浮下沉，通过行走装置(52)定向潜航，通过固定装置(53)与海底紧固。浮箱(51)全密封，由脐带缆提供气源，并实时监测密封性能。

3.根据权利要求1或2所述的海底连续管钻机，其特征在于，所述连续管系统(6)包括滚筒(61)、井架(62)、注入头(63)和连续管(64)，滚筒(61)用于存储和释放连续管；井架(62)安装于井口上方，用于固定注入头(63)，并回收动力钻具(7)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的海底连续管钻机，其特征在于，所述集成平台(6)和连续管系统(7)均采用电驱动，由压缩空气提供浮力。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海底连续管钻机，其特征在于，所述动力钻具(7)包括钻头(71)、永磁电机(72)和锁定装置(73)，永磁电机(72)一端通过锁定装置(73)与连续管(64)连接，另一端直驱钻头(71)进行钻进作业。作业完成后，锁定装置(73)解锁，永磁电机(72)和钻头(71)可采用绳索投捞回收，实现循环使用。

6.根据权利要求5所述的海底连续管钻机，其特征在于，所述永磁电机(72)输出端直驱钻头(71)钻进，在锁定装置(73)解锁后可回收。

7.根据权利要求1-6任一项所述的海底连续管钻机，其特征在于，所述集中阀座(3)和固控系统(4)均置于密闭防水箱中。固控系统(4)存储有钻井液和水泥，钻井液不需驳船储存和脐带缆输送，仅在海底即可完成储存与净化，使驳船和脐带缆结构以及钻井工艺流程大为简化。

8.一种新型海底连续管钻机钻井方法，其特征在于，包括以下步骤：

驳船装载控制基站(1)并运输集成平台(5)和固控系统(4)至指定海域。其中集中阀座(3)、连续管系统(6)、动力钻具(7)和井口装置(8)固定于集成平台(5)；管缆系统(2)固定于固控系统(4)。

驳船将集成平台(5)和固控系统(4)下放至海底，控制基站(1)控制浮箱(51)通过充放气调节浮沉，集成平台(5)移动不再受海底软泥层限制，控制行走装置(52)移动至指定位置，控制固定装置(53)与海底紧固；控制下放井口装置(8)至预钻井口并连接管缆系统(2)。

控制基站(1)控制固控系统(4)启动，进行钻井液循环准备工作；控制永磁电机(72)直驱钻头(71)旋转，控制滚筒(761)和注入头(63)作业，使连续管(64)带动动力钻具(8)注入井口，进行钻进作业；

控制基站(1)控制固控系统(4)完成钻井液净化，钻井液不需从海底返至海面驳船(1)，钻井岩屑经分离后储存在固控系统(4)内；钻井作业完成后，固控系统(4)输送固井水泥完成固井作业。

钻进过程采用一趟钻技术，期间不需下套管、换钻头；锁定装置(83)解锁后，永磁电机(72)和钻头(71)可采用绳索投捞回收，实现循环使用；钻进作业完成后，连续管(64)存留海底地层用作套管使用。