[发明专利]一种垂直井井底高强度腔室的建造方法

摘要

一种垂直井井底高强度腔室的建造方法，用于开采海域天然气水合物，包括如下建造步骤：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扩腔；不提钻灌注高压水泥浆形成高强度水泥初桩；高强度水泥初桩钻进；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。本发明采用扩孔灌注桩技术，通过两次扩腔，两次灌注成桩的方式，初桩直径较大，终桩在初桩的基础上进行扩腔灌注，终桩强度高、形状规则，垂直井井底腔室在终桩上建造，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。

主权项

1.一种垂直井井底高强度腔室的建造方法，用于开采海域天然气水合物，其特征在于：包括如下建造步骤：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（1）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，配合布置在翼板上的切削齿，同时作用在所述水合物底板以下地层（M3）上，形成大直径腔室；d、不提钻灌注高压水泥浆形成高强度水泥初桩：扩腔修整完毕后，将所述喷射扩腔钻头（2）下放到腔室底部，向钻头内泵送高强度水泥浆，高强度水泥浆通过喷射扩腔钻头上的喷射孔喷射到腔室内，喷射扩腔钻头边回转向腔室内灌注高强度水泥，边通过搅拌使高强度的水泥浆从下而上将扩腔时护壁的泥浆向孔外替换；待整个腔室灌注满高强度水泥浆后，停止泵送，钻头翼板闭拢，将钻头提出孔外，高强度水泥浆凝固后形成高强度水泥初桩（Ⅰ）；e、高强度水泥初桩钻进：向所述高强度水泥初桩（Ⅰ）中下入硬岩钻进的钻头进行钻孔，钻至距离所述高强度水泥初桩（Ⅰ）桩底一定距离后停止钻进；f、二次扩腔：在所述高强度水泥初桩（Ⅰ）上的钻孔内下入硬岩扩腔钻头（3），自上而下进行二次扩腔，二次扩腔的直径小于高强水泥初桩的直径，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（4），将所述垂直井生产套管（4）下放到钻孔底端，向套管内灌注水泥固井。