[发明专利]一种垂直井大直径腔室的建造方法

摘要

一种垂直井大直径腔室的建造方法，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；水合物底板以下地层钻进；水合物底板以下地层第一次扩腔；高压旋喷形成水泥砂浆初桩；水泥砂浆初桩钻进；二次扩腔；腔室清渣；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，先通过喷射扩孔在水合物底板以下地层扩出一个腔体，再通过高压喷射灌浆技术进行旋喷灌注，形成了一个直径更大的水泥砂浆初桩，在水泥砂浆初桩的基础上继续进行扩腔灌注，形成扩孔灌注桩，在扩孔灌注桩上进行垂直井腔室的建造，腔室周围的地层强度高，满足多井组水平井向垂直井汇聚采气的要求。

主权项

1.一种垂直井大直径腔室的建造方法，用于开采海域天然气水合物，其特征在于：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（M1）与水合物地层（M2）上部的交界处，下入表层固井套管（1），所述表层固井套管（1）下入到位后，向井内灌注混凝土进行固井；b、水合物底板以下地层钻进：表层固井套管固井完毕后，自表层固井套管内下入钻具进行钻孔，直至钻进到水合物底板以下地层（M3）要求的深度；c、水合物底板以下地层第一次扩腔：向已在水合物底板以下地层钻进的孔内下入大直径的喷射扩腔钻头（2），所述喷射扩腔钻头（2）下放到水合物底板以下地层预计的扩腔位置后，向所述喷射扩腔钻头（2）内部泵送较粘稠的泥浆，泥浆通过喷射扩腔钻头翼板上的喷射孔喷出，喷射周围土体，配合布置在翼板上的切削齿辅助切削，同时作用在所述水合物底板以下地层（M3）上，泥浆携带沉渣排出孔外，形成大直径腔室；d、高压旋喷形成水泥砂浆初桩：第一次扩腔完毕后，将扩腔钻头提出孔外，将扩张式旋喷钻头（3）下入到腔底，所述扩张式旋喷钻头（3）到位后向其内部高压泵送较低标号的水泥浆，进行旋转喷射，高压水泥浆破坏周围土体并与之充分混合，形成直径比第一次扩腔的腔体直径更大的水泥砂浆初桩（Ⅰ），初桩强度较水合物底板以下地层强度高；e、水泥砂浆初桩钻进：水泥砂浆初桩凝固后，下入硬岩钻进的钻头进行钻孔，钻至距离所述水泥砂浆初桩（Ⅰ）底部一定距离后停止钻进；f、二次扩腔：在水泥砂浆初桩的钻孔内下入硬岩扩腔钻头（4），自上而下进行二次扩腔，二次扩腔的直径小于水泥砂浆初桩的直径，扩腔深度与钻孔深度相同；g、腔室清渣：二次扩腔利用清洁的海水作为钻井液，扩腔过程中部分钻渣随海水逐渐排出孔外，腔体内剩余的钻渣通过反循环的方式进行清渣；h、扩腔检测：扩腔完毕后下入腔体检测仪器，检测腔体直径和高度是否满足设计要求，如满足要求则进行后续固井，如不满足要求则需下入扩腔钻具重新扩腔，直至检测合格；i、固井充填：腔体检测合格后，向二次扩腔内填充固化材料进行固井，形成高强度终桩（Ⅱ）；j、完成垂直井井底腔室建设：二次扩腔固化完毕后，在已固化的高强度终桩（Ⅱ）上钻孔，钻至设计深度后，下入垂直井生产套管（5），将所述垂直井生产套管（5）下放到钻孔底端，向套管内灌注水泥固井。