海洋天然气水合物开采井固井系统及固井方法与流程

本发明涉及油气田，尤其涉及一种海洋天然气水合物开采井固井系统及固井方法。

背景技术：

1、当前海域天然气水合物开采技术基本与海洋油气田开采技术相似，都是通过钻井建立气流通道，并通过注水泥固井以封固套管与地层间的环空，从而封隔不同压力层系，增加井筒安全屏障，进而提高井筒完整性，防止油气通过水泥环与地层胶结面逸出，引发安全与环境事故。

2、但是常规的海洋油气固井技术存在以下两个问题：1.在固井过程中，水泥水化放热导致天然气水合物储层段水合物受热分解，使分解气在水泥环与地层胶结面聚集，产生气窜通道，从而破坏井筒完整性；2.在采用无隔水管钻井方法进行钻井时，钻井液在井眼中返出后直接排至周围海水中，增加了钻井成本，同时对海洋环境造成了严重的污染。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种海洋天然气水合物开采井固井系统及固井方法，能够降低固井成本、保护海洋环境，同时还能提高固井质量。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、海洋天然气水合物开采井固井系统，包括：

4、套管，所述套管设置在井眼中，所述套管与井壁之间形成固井环空；

5、钻杆，所述钻杆的一端设置在钻井船上，所述钻杆用于向所述井眼中注入工作液和水泥浆；

6、回收设备，所述回收设备包括吸入模块、回流管线以及举升泵，所述吸入模块设置在井口上，所述钻杆穿过所述吸入模块伸入所述套管中，所述钻杆与所述套管之间形成换热环空，所述钻杆上位于所述吸入模块上方设置有注水短节，所述注水短节的侧壁上开设有可启闭的进水口，所述钻杆的底端能够可选择地与所述固井环空和所述换热环空连通；所述吸入模块用于容置所述固井环空和所述换热环空中上返的流体，所述回流管线的一端与所述吸入模块连接，所述回流管线的另一端与所述钻井船上的处理设备连接，所述举升泵设置在所述回流管线上；

7、所述钻杆具有固井位置和换热位置，在所述固井位置，所述钻杆的底端与所述固井环空连通，所述进水口关闭，所述工作液或所述水泥浆依次流过通过所述钻杆、所述固井环空上返至所述吸入模块中；在所述换热位置，所述钻杆的底端与所述换热环空连通，所述注水短节位于所述进水口的上方处形成封隔结构，以将所述钻杆内部分隔为上部腔和与所述进水口连通的下部腔，所述进水口打开，所述举升泵通过所述换热环空在所述下部腔中产生负压。

8、作为优选地，所述注水短节的内壁上设置有可沿轴向移动的套筒，当所述钻杆位于所述固井位置时，所述套筒的外壁封堵在所述进水口上；当所述钻杆位于所述换热位置时，所述套筒向下滑动远离所述进水口。

9、作为优选地，所述注水短节的内壁上设置有用于承载憋压球的球座，所述套筒沿所述注水短节的轴向与所述球座贴靠地设置在所述球座的下方；

10、所述球座能够在外力作用下沿轴向向下移动挤压所述套筒，以使所述套筒向下滑动以打开所述进水口。

11、作为优选地，所述注水短节的内壁上设置有止挡块，当所述钻杆位于所述换热位置时，所述套筒沿轴向抵靠在所述止挡块上。

12、作为优选地，所述套管的底端设置有用于使流体单向通过的单流浮箍；

13、当所述钻杆位于所述固井位置时，所述钻杆与所述单流浮箍连接，所述单流浮箍开启；当所述钻杆位于所述换热位置时，所述钻杆脱离所述单流浮箍，所述单流浮箍关闭。

14、海洋天然气水合物开采井固井方法，使用上述的海洋天然气水合物开采井固井系统，包括以下步骤：

15、s1、将所述钻杆移动至固井位置，启动所述举升泵并向所述钻杆中注入所述工作液进行循环洗井；

16、s2、停止注入所述工作液，向所述钻杆中依次注入隔离液和水泥浆，并使用顶替液将所述水泥浆顶替至所述固井环空中的设计高度；

17、s3、将所述钻杆移动至所述换热位置并开启所述进水口，所述举升泵在所述下部腔中产生负压，使海水通过所述进水口流入所述下部腔中，之后所述海水通过所述换热环腔上返至所述吸入模块中，并通过所述回流管线流出，直至所述水泥浆凝固。

18、作为优选地，步骤s1中向所述钻杆中注入所述工作液进行循环洗井包括：

19、向所述钻杆中注入完井液，并在所述钻杆、所述固井环空以及所述回流管线之间循环所述完井液；

20、向所述钻杆中注入前置液，并在所述钻杆、所述固井环空以及所述回流管线之间循环所述前置液。

21、作为优选地，所述完井液中添加有天然气水合物分解抑制剂。

22、作为优选地，所述前置液中添加有阻热颗粒，所述阻热颗粒能够吸附在所述井壁上。

23、作为优选地，所述水泥浆中添加有吸热相变材料。

24、本发明的有益效果在于：

25、本发明提供的海洋天然气水合物开采井固井系统，钻杆与套管之间具有固井环空，井口设置有用于容置上返流体的吸入模块，吸入模块通过回流管线与钻井船上的处理设备连接；当钻杆位于固井位置时，钻杆的底端与固井环空连通，此时注水短节上的进水口关闭，工作液或水泥浆注入到钻杆并流入至固井环空中进行固井作业，由于吸入模块能够容置固井过程中从固井环空中上返的工作液或水泥浆，并通过举升泵将吸入模块中暂存的工作液或水泥浆输送至钻井船上的处理设备，待对工作液或水泥浆进行处理后可再次通过钻杆注入至固井环空中，从而实现了工作液与水泥浆的循环利用，减少了工作液与水泥浆的用量，进而降低了固井成本；此外，由于回收设备能够将上返出井口的工作液和水泥浆进行回收，防止固井用的工作液和水泥浆直接排放至海水中，能够有效避免对海洋环境造成污染；当钻杆位于换热位置时，钻杆的底端与换热环空连通，此时进水口打开，由于举升泵在下部腔中产生负压，因此钻杆外的低温海水能够在内外压差的作用下通过进水口流入钻杆的下部腔中，并由下往上流过换热环空后进入吸入模块中，之后通过回流管线流至钻井船或排放到海水中，从而进行低温海水在钻杆和换热环空中的循环流动，使得低温海水通过套管的侧壁与固井环空中的水泥浆进行持续地对流换热，将水泥浆水化过程中产生的大部分热量带走，确保在固井过程中天然气水合物不会受热分解而产生气窜通道，保证了开采井井筒的完整性、提高了固井质量。

26、使用该海洋天然气水合物开采井固井方法，向钻杆与套管之间的换热环空中注入低温海水，固井环空中的水泥浆在凝固过程中会与低温海水通过套管进行热交换，低温海水能够将水泥浆水化过程中产生的大部分热量带走，确保在固井过程中天然气水合物不会受热分解而产生气窜通道，保证了开采井井筒的完整性；此外，由于设置有回收设备，在进行固井的时候，回收设备能够将工作液和水泥浆进行不断的循环注入，避免直接排放进海水中，减少了工作液和水泥浆的用量，同时保护了海洋环境。

技术特征：

1.海洋天然气水合物开采井固井系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海洋天然气水合物开采井固井系统，其特征在于，所述注水短节的内壁上设置有可沿轴向移动的套筒(22)，当所述钻杆(2)位于所述固井位置时，所述套筒(22)的外壁封堵在所述进水口(21)上；当所述钻杆(2)位于所述换热位置时，所述套筒(22)向下滑动远离所述进水口(21)。

3.根据权利要求2所述的海洋天然气水合物开采井固井系统，其特征在于，所述注水短节的内壁上设置有用于承载憋压球(200)的球座(23)，所述套筒(22)沿所述注水短节的轴向与所述球座(23)贴靠地设置在所述球座(23)的下方；

4.根据权利要求3所述的海洋天然气水合物开采井固井系统，其特征在于，所述注水短节的内壁上设置有止挡块(26)，当所述钻杆(2)位于所述换热位置时，所述套筒(22)沿轴向抵靠在所述止挡块(26)上。

5.根据权利要求1所述的海洋天然气水合物开采井固井系统，其特征在于，所述套管(1)的底端设置有用于使流体单向通过的单流浮箍；

6.海洋天然气水合物开采井固井方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项所述的海洋天然气水合物开采井固井系统，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的海洋天然气水合物开采井固井方法，其特征在于，步骤s1中向所述钻杆(2)中注入所述工作液进行循环洗井包括：

8.根据权利要求7所述的海洋天然气水合物开采井固井方法，其特征在于，所述完井液中添加有天然气水合物分解抑制剂。

9.根据权利要求7所述的海洋天然气水合物开采井固井方法，其特征在于，所述前置液中添加有阻热颗粒，所述阻热颗粒能够吸附在所述井壁上。

10.根据权利要求6所述的海洋天然气水合物开采井固井方法，其特征在于，所述水泥浆中添加有吸热相变材料。

技术总结本发明属于油气田技术领域，公开了一种海洋天然气水合物开采井固井系统及固井方法。该海洋天然气水合物开采井固井系统包括套管、钻杆以及回收设备，套管设置在井眼中，套管与井壁之间形成固井环空；钻杆用于向井眼中注入工作液和水泥浆；回收设备包括吸入模块、回流管线以及举升泵，吸入模块设置在井口上，钻杆穿过吸入模块伸入套管中，钻杆与套管之间形成换热环空，钻杆上位于吸入模块上方设置有注水短节，注水短节的侧壁上开设有可启闭的进水口；吸入模块用于容置固井环空和换热环空中上返的流体。该海洋天然气水合物开采井固井系统能够降低固井成本、保护海洋环境，同时还能提高固井质量。技术研发人员：李彬,曾静,谢文卫,于浩雨,黄芳飞,李星辰,于彦江,申凯翔,李丽霞受保护的技术使用者：广州海洋地质调查局技术研发日：技术公布日：2024/6/30