一种深水丛式井工厂批量钻完井装备及钻完井方法

1.一种深水丛式井工厂批量钻完井方法，所需的深水丛式井工厂批量钻完井装备包括平台系统和水下系统；平台系统包括钻井平台、信号执行机构、电脑终端、钻井液注入泵、钻井液注入管线、振动波接收器；所述的信号执行机构、电脑终端、钻井液注入泵、钻井液注入管线、振动波接收器均位于钻井平台上；所述的电脑终端一端与信号执行机构连接，另一端与钻井液注入泵连接，用于控制接收监测到的数据并发出指令；所述信号执行机构分别通过控制绳和电缆与水下机器人ROV和钻头连接，用于向水下机器人ROV和钻头传达指令；钻井液注入泵出口端与钻井液注入管线连接；所述振动波接收器安装于钻井平台井口隔水管头处；所述的水下系统包括钻杆、隔水管、套管、随钻测量工具MWD、钻头、电缆、水下机器人ROV、控制绳；所述钻杆在泥线以上位于隔水管内，所述钻杆在泥线以下位于套管内，所述钻杆与隔水管或套管间的环空作为钻井液返出通道；所述随钻测量工具MWD位于井底钻杆上钻头后方，用于监测井眼轨迹数据；所述水下机器人ROV用于实时监测钻井和固井返出情况，监测和定位将钻具移位对接情况及水下井口安装；包括步骤如下：(1)确定所钻区块内的深水丛式井工厂井组数量、钻井平台位置、井口分配、井眼轨迹、完井方式参数；步骤(1)中深水丛式井钻完井优化设计步骤为：根据所钻区块的地质资料、产生的效益及费用参数，优化设计所钻区块内的深水丛式井井组数量；根据“水平位移之和最小”标准，优化设计钻井过程中深水钻井平台的位置；以海底井口到靶点在水平投影平面连线和最小为优化指标，优化设计海底井口与靶点的分配，确定海底井口与靶点的对应关系；以井身长度最短为目标，优化设计丛式井井眼轨道；根据下式中的井数优化模型对深水丛式井工厂的井数进行优化设计：ΔC c (n)＝C 1 (n)+C 2 (n)+C 3 (n)-C 4 (n) (1)式中，ΔC c 为深水丛式井经济效益，万元；n为深水丛式井井数，口；C 1 为深水钻井工程产生的经济效益，万元；C 2 为减少深水钻井设备搬安产生的经济效益，万元；C 3 为节省深水油气田投产配套设施及生产维护产生的经济效益，万元；C 4 为钻深水丛式井增加的费用，万元；其中，钻深水丛式井增加的费用取决于定向和斜井段的钻井水平，计算如下式所示：C 4 ＝α·C b +β·L (2)式中，α为考虑井斜角增加的钻井费用增加系数，无因次；C b 为同地区直井钻井成本，万元；β为考虑井眼长度增加而钻斜井费用的增加系数，元/m；L为斜井段长度，m；深水钻井平台位置选择的标准是“水平位移之和最小”，根据下式中的优化模型对深水钻井平台位置进行选择：约束条件为：其最优解为：式中，N w 为靶点数量；N p 为钻井平台数量；a ij 第i个靶点是否隶属于第j个平台，若第i个靶点隶属于第j个平台则a ij ＝1，若不隶属则a ij ＝0；x ti ，y ti 为井口坐标；X pj ，Y pj 为最优解的井口坐标；在海底井口与靶点连线在水平投影平面上不相交或少相交的前提下以水平位移之和最小为优化指标，根据下式中的井口分配模型优化设计深水丛式井井口与靶点的分配，确定海底井口与靶点的对应关系：式中，N为井口匹配靶点的组合数；x it ，y it 为井口坐标；x i ，y i 为靶点坐标；以井身长度最短为优化指标，根据下式中的井眼轨道优化模型优化设计深水丛式井井眼轨道：式中，L为轨道总长度，m；L oa 为稳斜段OA的长度，m；L ab 为造斜段AB的长度，m；L bc 为稳斜段BC的长度，m；α 0 为稳斜段OA的井斜角，°； 和 分别为稳斜段OA所允许的最小和最大井斜角，°；α 1 为稳斜段BC的井斜角，°； 和 分别为稳斜段BC所允许的最小和最大井斜角，°；K为造斜段的井眼曲率，°/30m；D k 为造斜点的垂深，m； 和 为造斜点所允许的最小和最大垂深，m；L bc 为稳斜段BC的长度，m； 和 为稳斜段BC所允许的最小和最大长度，m；x it ，y it 为井口坐标；x i ，y i 为靶点坐标；S为靶点的水平位移，m；针对不同井的储层性质，选择射孔完井、裸眼完井、割缝衬管完井方式之一进行完井；(2)深水丛式井工厂批量钻井；(3)深水丛式井工厂批量完井；批钻完成后，根据设计的不同井的完井方式，对同一类完井方式的井进行批量完井作业。 2.根据权利要求1所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，步骤(2)中，深水丛式井工厂批量钻井的过程为：首先，将预先准备好的导管送到海底，以海水为钻井液，对疏软的海底浅层通过喷射的方式进行导管段的钻井和固井作业，并通过水下机器人ROV来进行实时监测海底钻井返出和固井返出情况；在完成第一口井的喷射下导管钻井和固井作业后封井，然后通过水下机器人ROV来进行精准监测和定位，将钻具移至下一口井继续完成这口井的喷射下导管钻井和固井作业；其次，当完成所有井喷射下导管钻井和固井作业后，将钻具返回到第一口井的位置，下入隔水管并安装水下防喷器，建立钻井平台井口-钻杆-井底-环空-隔水管-井口的钻井液循环通道，再按照上述顺序依次完成所有井表层套管段、中间套管段及油层套管段段次的钻井和固井作业，直至完成所有钻井和固井作业；步骤(2)中，进行导管段的钻井和固井作业时，其中导管井口头露出泥线2m。 3.根据权利要求2所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，步骤(2)中：在进行表层套管段及其以后段次的钻井作业中，通过平台上的振动筛清除返出钻井液中包含的岩屑杂质，当完成当前井当前开次的钻井工作后，保留从井筒环空中返出的钻井液，用于下一口井同开次的钻井作业，导管段钻进时，由海水吸入管线将海水吸入泥浆储罐，进而进入钻井液混合器，通过钻井液注入泵将其作为钻井液经由钻井液注入管线注入钻杆，流经钻头后到达井底将钻头剥离的岩屑经由钻杆和套管之间的环空携带返回海底，随钻测量工具MWD实时监测井眼轨迹数据，水下机器人ROV实时监测钻井和固井返出情况；表层套管段及其以后段次钻进时，泥浆储罐中的钻井液经钻井液混合器混合调制后经由钻井液注入泵通过钻井液注入管线注入钻杆，流经钻头后到达井底将钻头剥离的岩屑依次经由钻杆和套管之间的环空与钻杆和隔水管之间的环空携带返回平台；通过环空含岩屑钻井液排出管线进入振动筛清除岩屑杂质，进而进入泥浆池，然后进入泥浆储罐进行循环利用；当一口井的当前开次钻完后，保存当前开次所用的钻井液，用于后续批钻井中同一开次钻井。 4.根据权利要求3所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，步骤(2)中，深水钻井过程中，利用随钻测量工具MWD实时监测井斜角、方位角、工具面角定向数据和伽马射线、电阻率地层数据及井底钻压、扭矩钻井数据，判断钻井井眼轨迹是否偏离预定设计，即将监测到的井眼轨迹和设计的井眼对比看是否一致，若是发生偏离，则通过电脑终端及时进行调整修正。 5.根据权利要求4所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，步骤(2)中，还通过安装在平台井口的振动波接收器实时监测钻头产生振动波的衰减规律，判断在钻井与已钻井或障碍物间的距离，若是发生偏离或存在钻头前方存在障碍物，则通过电脑终端及时进行调整修正；根据监测到的钻井过程中钻头产生振动波的衰减规律，根据下式计算钻井过程中与已钻井的井间距差值：式中，Δr为所钻井与邻井的井间距差值，m；β为振动波在套管中传播的衰减系数，m -1 ；A为邻井套管头处采集的振动波幅值，mm/s 2 ；ΔL 0 为在钻井的井深差，m；下标0代表在钻井；ΔL i 为邻井的井深差，m；下标i为邻井数，i＝1,2,3……；A第一个下标代表井号，0代表在钻井，1,2,3代表邻井号，即i＝1,2,3……；A第二个下标代表计算幅值所需的不同位置，即0和1代表两个不同位置；A 01 表示在钻井套管中位置1处采集到的振动波幅值；A 00 表示在钻井套管中位置0处采集到的振动波幅值；A i0 表示邻井i套管中位置0处采集到的振动波幅值；A i1 表示邻井i套管中位置1处采集到的振动波幅值。 6.根据权利要求1所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，步骤(3)中，待所有井批钻完成后，在前期完井优化设计的基础上，针对不同井的储层性质，将同类完井方式的井归为一类，采取相应的完井方式依次进行批量完井作业，打通井眼和产层的连接通道，并采取砾石充填+化学防砂的综合防砂措施；最后，将水下井口下入到海底，并通过水下机器人ROV协助对接井口，进而完成水下井口的安装，等待后期的测试作业。 7.根据权利要求1所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，平台系统还包括环空含岩屑钻井液排出管线、振动筛、泥浆池、海水吸入管线、泥浆储罐、钻井液混合器；环空含岩屑钻井液排出管线、振动筛、泥浆池、海水吸入管线、泥浆储罐、钻井液混合器均位于钻井平台上；所述的振动筛入口处与环空含岩屑钻井液排出管线连接，用于清除返出钻井液中的岩屑杂质，所述的振动筛出口与泥浆池连接；所述泥浆储罐入口段分别与泥浆池和海水吸入管线连接，出口端与钻井液混合器连接；所述钻井液注入泵入口端与钻井液混合器连接。 8.根据权利要求1所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，水下系统还包括防喷器，所述防喷器位于泥线处、隔水管与套管的连接口处。 9.根据权利要求1所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，水下系统还包括导管、水泥环，所述水泥环位于套管外侧，所述导管位于水泥环外侧。 10.根据权利要求1所述的深水丛式井工厂批量钻完井方法，其特征在于，随钻测量工具MWD位于井底钻杆上距离钻头8米的位置。