钻孔重返系统主要用于深水科学钻探，在钻具重入井口时起导向作用，该系统目前主要用于“决心”号大洋钻探船，执行大洋科学勘探系列计划。返孔锥是钻孔重返系统的重要组成部分，形似喇叭口，通过特殊工具固定在导管上，返孔锥顶部出露泥面约3 ~4 m，实现井口的导向功能，便于进行后期的钻井作业。据了解，国内正在建造相应的深水科学钻探船，需建立类似的钻孔重返系统。通过对“决心”号上使用的返孔锥结构及下入工艺进行分析，认为该钻孔重返系统工艺相对复杂，时效较低，这里对此系统进行了深入探讨并提出了改进措施，为国内即将进行的深水科学钻探船钻孔重返系统建造提供了建议。

1 “决心”号使用的钻孔重返系统介绍

“决心”号大洋钻探船始建于1978年，主要用于深水石油勘探，在1985年经过改装供海洋科学钻探使用。该船使用的钻孔重返系统采用的是分离式结构，该套系统主要由返孔锥、送入工具和水下电视等组成^[1]，技术成熟但整体工艺相对落后，作业程序及步骤较多，影响作业时效。该套系统是在导管喷射钻进完毕后，在井口将半开的返孔锥套在钻具上固定焊接，下送至返孔锥底座锁定，钻柱重入井口时，在水下电视的监控下，顺着返孔锥喇叭口导入井口，进行后续的作业。

2 现有钻孔重返系统作业程序及特点分析 2.1 钻孔重返系统施工作业程序

大洋科学钻探船抵达预定海域后，通过声呐扫描及水下电视寻找相对平整的海底区域，目标井位确定后，起出水下电视，进行后续的地质钻探任务。科学钻探整体过程中，一般会避开油气层段或存在地质灾害的位置，不用下入水下防喷器，采用敞开式水下井口进行常规的取心及钻进作业。其主要的作业程序为：

(1) 导管喷射钻进作业

① 钻台组合导管喷射作业相关的工具

导管喷射组合主要由内外两部分管串组成。内管钻进管串为：牙轮钻头+动力马达+钻铤+扶正器+钻铤+送入工具+钻杆；外部导管串为：导管串+扩孔器+返孔锥底座。内外两个管串通过送入工具进行连接(图 1)，钻头相对外部导管串出露10~20 cm，一般情况下，较大的钻头尺寸具有较高的喷射成功率。

② 导管喷射钻进

导管喷射组合下至泥面后，通过其自身的重量穿透软的泥线地层，完成吃入实验后，开泵通过马达带动钻头旋转，结合射流及导管自身的重量，形成井眼。导管喷射到位后，一般静置3~ 5 h，待土壤的剪切强度及表皮摩阻恢复至设计值后，进行后续解锁作业。

(2) 返孔锥下入作业

导管喷射作业完成后，在月池区将半开的返孔锥进行固定并焊接成整体(图 2)，然后顺着钻杆下放至泥线位置并坐至返孔锥底座。

(3) 返孔锥固定及内管柱解脱回收作业

返孔锥顺利坐入返孔锥底座后，反转钻杆，通过送入工具，带动扩孔器收缩，直径变小，从外部固定返孔锥(图 3)；同时送入工具与扩孔器解锁，内管柱完成解脱作业，起出内管柱，返孔锥则被固定在海底泥线以上(图 4)，实现后续再入孔作业导引功能。

(4) 再入孔作业

组合科学钻探用取心钻具并下至返孔锥以上的适当位置后，在月池区安放水下电视(图 5)，顺着钻柱并将其吊放至钻头以上位置，在水下电视的监视下，移船位将钻头对准返孔锥，下放钻具(图 6)，钻具入孔后起出水下电视，即可进行后续钻进作业。

2.2 系统技术缺陷分析

现有钻孔重返系统在“决心”号大洋钻探船已使用一段时间，技术成熟可靠，其采用分体式结构，操作工艺相对简单，能够满足一般的科学钻探作业需求。但存在一定的缺陷：

(1) 返孔锥焊接下入与导管喷射钻进是两个相互独立的程序，需单独占用井口，耗费较长的作业时间；

(2) 返孔锥在导管喷射到位后，再顺着钻具下放至底座，反转钻杆固定，由于水下作业的不可预见性，存在一定的操作风险；

(3) 该系统采用水下电视引导钻具入孔，视野角度受限，同时安装期间占用井口，耗费时间；

(4) 该系统具有叠加返孔锥的功能，依靠返孔锥下部小尺寸长导管稳定井口，但无法进行固定(或固定不稳固)。

3 钻孔重返系统的工艺改进分析及技术措施

根据对现有钻孔重返系统的技术特点分析，结合深水石油勘探表层导管作业的特点^[2-3]，提出以下改进方法，以提高钻孔重返系统作业的可靠性、高效性及多次叠加能力。

3.1 采用导管喷射钻进及返孔锥一体化作业

对原有的返孔锥进行改进，采用整体式的返孔锥，内部加工一个台阶，便于坐导管头并固定。同时采用深水钻探成熟的导管送入工具，与导管头进行连接。其主要的技术措施为：

(1) 月池区安放好一体化的返孔锥；

(2) 钻台组合导管及内部钻进管串，内部钻进管串为：牙轮钻头+动力马达+钻铤+扶正器+钻铤+送入工具+钻杆，导管串为：导管+导管头；

(3) 下送导管串至月池区，组装返孔锥及导管头并用螺栓固定，螺栓在导管头四周每90°位置布置一个，共四个，螺栓直径为16 mm(图 7)；

(4) 返孔锥随导管一起喷射到位，导管喷射钻进时，ROV(水下机器人)全程海底监控，确认返孔锥出露泥线高度(图 8)。

3.2 正转解锁内部钻进管串，确保作业的安全性

采用深水石油钻探行业常用的导管送入工具，该系统可通过反转心轴锁定，正转解锁。作业时在井口通过反转心轴将送入工具与导管头通过锁块进行连接，使内外管串形成一个整体；待导管喷射钻进完毕，静置，土壤强度恢复后，正转钻具，带动送入工具心轴旋转，收回锁块，内部钻进管串与导管串完成解脱，即可起出钻具。正转钻具可避免现有系统反转钻具脱扣的操作风险。

3.3 采用ROV监控再入孔作业

ROV即水下机器人^[4]，其配备视频监视系统，使用电缆与母船进行通讯，可对水下作业进行实时观察，ROV的下入及起出有自身的独立系统执行，不需要占用井口。在导管喷射钻进及再入孔作业时，可事先下入ROV，在井口附近等待，观察喷射作业工况或引导钻具入孔，不必像现有的钻孔重返系统需要占用井口，顺着钻具下入水下电视才能进行水下观察。

3.4 提高叠加返孔锥及下套管作业能力

采用半潜式平台常用的水下井口头，在需要叠加返孔锥或下入套管情况下，可将返孔锥与井口头进行连接固定，在ROV的监视下，导入导管头，采用卡簧将井口头与导管头进行固定。这种井口头下部也可连接套管串，便于在后期井眼出现复杂情况时下入套管稳固井壁(图 9)。后续还可在井口头内部悬挂多种尺寸的套管及多次叠加返孔锥，下套管及叠加返孔锥既可一起进行，也可以单独作业，以满足各种复杂井况的需要。

3.5 可回收并重复利用导管头、井口头及返孔锥

该套系统可借助弃井钻具组合进行切割回收，以便重复利用^[5]。在返孔锥少于2个的情况下，可下入割刀组合，在泥线附近一次性切割导管及下一层套管(图 10)。若井口头内部还悬挂有套管，则先期下入对应的割刀组合将该层套管切割回收。

4 结论与建议

根据对现有及改进后的钻孔重返系统作业对比分析，可得到以下结论：

(1) 改进后的返孔锥与导管喷射钻进可进行一体化作业，避免了现有系统返孔锥月池焊接及下放单独占用井口，节约了时间。

(2) 新系统送入工具采用正转解锁的作业方式，防止现有系统反转钻具解锁出现操作失误、钻具脱扣的潜在风险。

(3) 采用石油行业普遍使用的水下监视系统ROV，能独立监视指导水下作业及清理井口岩屑，而非受限的水下电视，可提高作业效率。

(4) 新系统扩展性能得到大幅提高，可叠加多个返孔锥及下入多层套管，提高了应对复杂井况的能力。

(5) 由导管头、井口头及返孔锥组成的改进后的钻孔重返系统可回收重复利用，达到了降本增效的目的。