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作者:xiaokcehui2024-2-17 10:07分类: sampler 标签: 大洋钻探 无隔水管泥浆回收技术

根据相关文献的记载,梦想号采用两项自主研发的技术:无隔水管泥浆回收技术和跟管钻进下套管技术。

1、跟管钻进下套管技术

跟管钻进下套管技术就是将传统的钻进和下套管工艺合二为一。

传统下套管技术的作业程序为:首先在海底钻进至设计深度起钻,连接套管,在套管串顶端安装套管悬挂 器,通过套管送入工具将套管串连接到钻杆下部,之后下钻,套管重入钻孔并下到设计位置,启动套管送入工具解锁机构,使套管与钻杆脱开并使套管留在预定位置,最后起钻。

跟管钻进下套管的作业程序为:先将设计长度的套管连接好,然后在套管内部下入一套带有领眼钻头、套管下扩孔器、井底动力钻具的钻具组合(见下图),钻具组合上部与钻铤、套管送入工具、钻杆连接。利用井下动力钻具驱动领眼钻头钻进,套管下扩孔器同步扩孔至设计井径,钻进(扩孔)至套管设计深度后,启动套管送入工具解锁机构,使钻具组合与套管脱开并使套管留在预定位置,起钻,进行后续作业。

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跟管钻进下套管的技术依托更为智能的构件设计节省了从完成钻孔作业到重入钻孔并将套管下到位的时间,避免了在此时间内裸露的钻孔完全依靠孔中的泥浆维持孔壁稳定,出现地层缩径、孔壁坍塌或埋钻、套管柱不能顺利下入到预先钻好的井眼、中途遇阻下不到位的问题。

在IODP367航次中,U1500B钻孔就是采用跟管钻进下套管的技术,套管长度为842m,进入下伏玄武岩150m,终孔深度1529m。

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跟管钻进下套管技术就讲到这里,它不是本文的重点,重点内容是无隔水管泥浆回收技术。

2、无隔水管泥浆回收技术

无隔水管泥浆回收技术是一种高效、安全、环保的深海钻井技术,可以在开路钻井工况下进行泥浆回收循环再利用,不仅安全环保,而且可以简化井身结构,降低钻探风险。“梦想”号配备我国自主研制的400米级无隔水管泥浆循环系统,实现了我国在海洋钻探无隔水管泥浆回收技术研发领域从“0”到“1”的突破。

地球号的特色就是隔水管钻探系统,最大作业水深2500m,而目前隔水管钻探系统最大作业水深也就3000m。由于隔水管太多,船体规模就比较大,运营成本较高,这也是地球号最近几年大部分时间是闲置的原因。

上图是地球号隔水管钻探系统,属于传统隔水管钻探系统。长长的隔水管与钻井隔水管系统底部海底防喷器(BOP)相连接,与钻杆形成密封环空,实现钻井泥浆的循环利用。

上世纪90年代末,小直径高压隔水管钻探系统出现了,与传统隔水管钻探系统不同,它的防喷器位于海水表面,叫水面防喷器SBOP(Surface BOP)。目前高压隔水管钻探系统作业最大水深为2000m,因受自然环境影响较大,需要温和的海洋作业环境。

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无隔水管泥浆闭式循环技术(RMR,riserless mud recovery)由最初的岩屑转移技术(Cutting transport technology,CTS)技术衍化而来, 最早主要应用于浅层井眼的钻进,将堆积在井眼附近的岩屑转移到距井眼较远的位置(见下图)。

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上图泵的动力来自于船上,下图是通过ROV实现的,叫RCTS。

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如果将CTS的喷嘴用回收替代(见下图),那么CTS就变成了RMR了,RMR可保证整个钻探过程中钻探泥浆不会流入海洋中,保护海洋生态环境,同时,泥浆上返后通过平台上泥浆处理装置后继续循环使用。

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自从2003年RMR技术应用以来,世界上诸多公司开始使用无隔水管泥浆闭式循环技术,到目前为止,已经有200多口钻井应用RMR钻井技术,见下表。

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在理论上,只要有更多钻杆和套管,无隔水管泥浆闭式循环技术也可用在更深的深水钻探。但是,水深过大时,泥浆返回软管不能用,海底泵的扬程达不到预期要求。因此,深水RMR技术不仅要将柔性泥浆返回管线更换成钢制泥浆返回管线,而且需要多个泵组。

泥浆泵在平台中部或船舶月池

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泥浆在船尾

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从2014年开始,第二代无隔水管泥浆回收技术(Mud Recovery without Riser,MRR)开始在马来西亚应用。

基本流程

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海底结构

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船上结构

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参考文献

“梦想”号,向着梦想起航_本报记者__高慧丽

大洋勘探船无隔水管泥浆闭式循环钻井系统设计研究_王志伟

大洋钻探船深海钻探作业模式分析_李福建

跟管钻进下套管技术在大洋钻探中的应用_熊亮

https://drillingcontractor.org/new-deepwater-riserless-mud-recovery-system-opens-door-to-deepwater-dual-gradient-drilling-5313

https://www.offshore-mag.com/business-briefs/equipment-engineering/article/16761811/riserless-mud-recovery-moves-into-deepwater

https://www.enhanced-drilling.com/rmr-solution

https://www.ikm.com/products-and-services/

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