具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1所示，本发明涉及的双层连续管双梯度钻井系统，包括：深水钻井平台1，设置在海水层表面；双层连续管2，由弯折的内管和外管套设而成，双层连续管2的上端连接深水钻井平台1，下端穿过海水层和浅部泥层并伸入水合物层；表层导管3，设置于浅部泥层中，且套设在双层连续管2外；井下举升泵4，设置于双层连续管2的下端；流道转换接头5，与双层连续管2的下端连接；井下工具组合6，与流道转换接头5连接；钻头7，与井下工具组合6连接。

本发明基于双层连续管双梯度钻井系统的井筒流动控制方法，包括如下步骤：

1)使钻井液通过深水钻井平台的钻井泵由双层连续管环空进入井下举升泵中，经流道转换接头后进入双层连续管的内管，经井下工具组合的内管后通过钻头水眼进入井底，并在进入井底的过程中形成压力平衡；其中，井下工具组合的马达通过钻井液水力驱动，将水力能转化为机械能为井下举升泵和钻头旋转提供动力；

钻井液从平台泵入井底流动过程中压力平衡关系式如下：

p_b＝p_sp+ρgh-Vp_a-Vp_tp-Vp_bit (1)

式中，p_b为井底压力；p_sp为立管压力；ρ为钻井液密度；h为井眼垂深；Vp_a为双层管的环空压耗；Vp_tp为井下工具组合的内腔压耗；Vp_bit为钻头压耗。

2)钻井液从返回孔进入井下工具组合的环空，经流道转换接头进入双层连续管的内管，通过井下举升泵返回平台，并在返回的过程中形成压力平衡。

钻井液从井底上返至平台流动过程中压力平衡关系式如下：

p_b＝p_s+ρgh-Vp_p-Vp_ta-Vp_pump (2)

式中，p_b为井底压力；p_s为井口压力；ρ为钻井液密度；h为井眼垂深；Vp_p为双层管的管内压耗；Vp_ta为井下工具组合的环空压耗；Vp_pump为井下举升泵提供的压力能。

井底当量循环密度为：

式中，ρ为井底当量循环密度；p_s为井口压力；ρ为钻井液密度；h为井眼垂深；Vp_p为双层管的管内压耗；Vp_ta为井下工具组合的环空压耗；Vp_pump为井下举升泵提供的压力能。

在双层连续管双梯度钻井循环过程中，通过井下举升泵提供的压力能，降低钻井液返回平台井底所需的压力，从而有效降低了井底的当量循环密度，使井底压力在地层安全密度窗口之内，达到了双梯度的效果，可有效解决深水疏松浅层水合物钻井的漏失问题。

双层连续管双梯度钻井井筒压力分布如图2所示，举升泵提供的压力能越大，则井底压力降低幅度越大，井底当量循环密度越低。井下举升泵的动力由井下马达提供，增大钻井液排量可增加井下马达的输出功率，从而增加井下举升泵为返回钻井液提供的动力。同时，随着排量的增大钻井液返回平台的沿程压耗也会增大。因此，需要结合井身结构和钻具尺寸等参数优化水力参数，为井底压力的控制提供依据。

双层连续管双梯度钻井工艺分为两个阶段，首先在钻进模式下钻至目标井深，然后切换至清洗模式，在储层段来回拖动管柱清洗井筒及近井地带的水合物，通过举升系统返回至平台。两种工作模式的作业流程如下：

(1)井眼钻进模式：在海面将钻井液从双层连续管的环空泵送到井下，经流道转换接头进入井下工具串组合的内管，通过钻井液的水动力驱动井下马达，经钻头水眼进入地层环空，从返回孔进入井下工具串组合的环空，再经流道转换接头进入双层连续管的内管，通过井下举升泵返回至地面，井下工具组合内的流动过程如图3所示。

(2)井眼清洗模式：通过地面打压切换井下工具流道，打开井下工具与地层环空连通的水眼，开启双层连续管双梯度钻井系统的井眼清洁模式，通过起出和下放双层连续管清洗井底环空聚集的矿物颗粒，井眼和双层连续管之间的环空中没有钻井液循环，井下工具组合内的流动过程如图4所示。

在作业过程中，可以通过井筒压力监测和井筒清洁情况，根据作业需要实施地面泵打压在两种模式间自由切换，直至完成作业任务，起出双层管柱并回收井下工具组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。