CN101109269A - 一种基于近水面脱离的深水钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：它包括一与钻井平台连接的隔水管，所述隔水管的中间设置一上柔性接头，所述隔水管穿过一浮力舱与一防喷器连接，所述浮力舱上端通过一脱离装置与所述隔水管连接，所述防喷器的下方设置一压载舱，所述防喷器与所述压载舱之间为一上部井口，一连接有扶正器的应力接头，其上端深入所述压载舱内与所述上部井口连接，其下端连接一高压隔水管，所述高压隔水管外部设置有浮力块，高压隔水管的底端依次连接下柔性接头、下部井口、导管和套管，所述导管和套管固定于海底，在所述防喷器的周向与钻井平台月池开口的下部之间有至少连接有三根扶正绳。本发明适用性强、性能稳定、方便隔水管脱离，可以广泛用于深水钻井中。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋石油钻井装置，特别是关于一种基于近水面脱离的深水钻井装置。
背景技术
深水钻井装置概括起来有三种，包括将防喷器(BOP)设置在海底泥线处的常规钻井装置、将防喷器设置在水中的钻井装置和将防喷器设置在水上的钻井装置。
常规钻井装置将防喷器放置于海底，钻井船和海底井口用隔水管连接。随着水深的增加，常规水下设置防喷器的钻井方式面临着很大的挑战。一方面，随着水深的增加，需要更长的隔水管和钻杆，由此将耗费更多的泥浆、更高压力等级的设备，隔水管与防喷器的重量和尺寸也大大增加，所以必须具有足够的甲板负荷和甲板空间以便储存所需的隔水管、钻杆、套管以及其它散料等，以满足钻井施工的要求，于是就要具有更大的作业设备，以满足设备移运的需要。另一方面，水深增加，深水恶劣的作业环境加剧，使得起下隔水管、套管和钻杆会耗费很长时间，特别是在遇到台风等紧急情况下，隔水管的脱离更加困难，这样将导致钻井非生产时间增多，对设备的可靠性要求提高，使深水钻井平台呈现出大型化的趋势，包括甲板可变载荷、平台主尺度、载重量、物资储存能力等各项指标都向大型发展，这样一方面使得钻井作业的费用大幅度增加，也给深水钻井作业带来了很大的风险。
为了克服常规水下设置防喷器的深水钻井装置的缺点，近年来发展了一种将防喷器设置在水上的表面防喷器系统(SBOP)。水上设置防喷器的钻井装置包括水面防喷器、高压隔水管、水下断开系统(SID)以及用于这些组件的控制系统等。水上设置防喷器的钻井装置其主要优点是，可使用小的轻的隔水管，使便宜的第三代钻井船能够进入深水，从而大大降低深水作业的费用。但是水上设置防喷器的钻井装置也有自身的缺点，由于防喷器在水面以上，与钻井船不能分开，因此造成在紧急情况下隔水管脱离困难，使用时受到海况和地质条件的限制较大，只能在海况条件比较好，地层情况比较清楚的井位使用。
另外，挪威ADTH公司提出了一种人工海底钻井系统(ABS系统)，是将一个直径为20米、高10米的浮筒安装于水下250米处，井口与防喷器安置在浮筒上，浮筒下部与回接管(外径22寸)连接。这样可方便撤离，能降低对钻井船的要求，在辅助作业船的协助下，可以使便宜的第三代钻井船进入深水。但是这种ABS系统存在以下缺点：1、由于受系统受力状态的影响，ABS系统不能承受太大的流速，浮筒安装于水下较深(250米～300米)，不但对系统的要求很高，而且作业也不方便。2、由于浮筒本身的重量较大(达379.1吨)，还需要承受防喷器以及下部回接管的所有重量，这就需要提供足够的浮力，因此使得浮筒的尺寸很大(直径近20米，高10米)。3、由于浮筒的尺寸很大，因此安装作业非常费时，制造的费用也高，使用的水深也受到限制，最大水深为1500米。4、由于防喷器直接坐于浮筒上，而防喷器重量很大，这样使得浮筒与防喷器组成的系统重心偏高，系统的稳性不好，因此对系统的安全及作业等都带来了很大的负面影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种稳定性好，适用性强、费用低廉、可用于较深海域的基于近水面脱离的深水钻井装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：它包括一与钻井平台连接的隔水管，所述隔水管的中间设置一上柔性接头，所述隔水管穿过一浮力舱与一防喷器连接，所述浮力舱上端通过一脱离装置与所述隔水管连接，所述防喷器座于一上部井口，所述上部井口下方为一压载舱，一设置有扶正器的应力接头上端深入所述压载舱内与所述上部井口连接，所述应力接头下端连接一高压隔水管，所述高压隔水管外部设置有浮力块，高压隔水管的底端依次连接下柔性接头、下部井口、导管和套管，所述导管和套管固定于海底，在所述防喷器的周向与钻井平台月池开口的下部之间有至少连接有三根扶正绳。
所述浮力舱为一个细长圆柱形的密闭金属桶，沿其中心轴线具有一纵向贯穿所述浮力舱的中心轴孔，所述浮力舱的内部具有若干个密闭的舱室。
所述压载舱为一个椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿所述压载舱的中心轴孔，所述压载舱的内部具有若干个密闭的舱室。
所述防喷器位于水面以下80～100m处。
所述高压隔水管的外径为16”。
在所述下柔性接头和下部井口之间设置有一所述紧急关断装置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将防喷器安装在距水面以下80～100m的位置，这样可方便水下作业，降低对设备的浮力要求。2、本发明在防喷器的周向与钻井平台之间设置了至少三根(一般采用四根)扶正绳作为限位装置，扶正绳不但可以减少浮力系统及防喷器的横向位移，改善系统的力学性能，提高系统的适应性，增加作业窗口，而且在钻井系统起下作业时，扶正绳还可以辅助压载舱起下作业。3、本发明将已有技术的一个浮力筒，分成设置在防喷器上、下的两个浮力筒，即浮力舱和压载舱，因此不但可以有效地降低包括浮力舱、防喷器和压载舱在内的整个系统的重心，提高系统的稳定性和适应性，而且可以实现减小上、下浮筒的尺寸和突破水深限制的功效。4、本发明根据上部井口与高压隔水管的连接处是系统中最薄弱环节的特点，设置了一应力接头，从而有效地改善了本发明的力学性能，减少了系统的最大应力，提高了整个系统的适用性。5、本发明采用外径为16”的小直径高压隔水管，并在高压隔水管的外部增加套设其上的浮力块，因此可以减小下浮筒提升其下部高压隔水管所需要的浮力，为突破水深的限制起到很大的作用。本发明具有适用性强、性能良好、费用低廉、水下作业方便等优点，既可以克服表面防喷器系统(SBOP)存在的隔水管脱离困难的问题，又能克服了人工海底钻井系统(ABS)存在的诸多缺点，本发明可以广泛用于各种深水钻井过程中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明应力接头连接示意图
图3是本发明浮力舱结构示意图
图4是本发明压载舱外形结构示意图
图5是本发明压载舱内部结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括一与钻井平台1相连接的常规隔水管2，隔水管2中间设置一上柔性接头3，隔水管2穿过一浮力舱4，与一防喷器5连接，防喷器5安装在距水面A以下80～100m处，浮力舱4上端设置有一与隔水管2脱离装置6，在防喷器5的下方设置一压载舱7，一上部井口8位于防喷器5与压载舱7之间并坐挂于压载舱7中心轴孔内。一应力接头9的上端深入压载舱7中心轴孔内与上部井口8连接，应力接头9与压载舱7中心轴孔壁之间设置有扶正器10。应力接头9的下端连接一高压隔水管11，高压隔水管11的外部套设有一浮力块12，高压隔水管11的底端按常规方法顺序连接下柔性接头13、紧急关断装置14(可选用或不用)、下部井口15、导管16和套管17，导管16和套管17都固定于海底。将四根扶正绳18底端分别连接在防喷器5的周向，将四根扶正绳18的顶端分别连接在钻井平台1月池开口19的下部，四根扶正绳18组成一限位装置，扶正绳18的数量还可以是三根、五根或六根等。扶正绳18可以减少浮力系统(即浮力舱4和压载舱7)及防喷器5的横向位移，改善系统的力学性能，提高系统的适应性，增加作业窗口。在钻井作业时，扶正绳18除用于系统的横向定位，还可以在系统起下作业时辅助压载舱7的起下作业。
上述实施例中，上柔性接头3、隔水管2、脱离装置6与常规深水钻井装置相同，脱离装置6的作用是在需要时可通过脱离装置6将隔水管2与下部的装置脱离开。下柔性接头13和下部井口15均为常规深水钻井装置所采用的部件，设置在泥线附近的紧急关断装置14，可以增加紧急情况下本发明系统的安全性。紧急关断装置14可根据实际需要从市场选购。根据具体情况，本发明也可以不设置紧急关断装置14。
上述实施例中，应力接头9的具体型号需要根据具体的海况条件选用，根据相关的计算分析表明，应力接头9所处位置是整个装置的薄弱环节，本发明在此处添加应力接头9可减少系统的最大应力，改善本发明的力学性能，提高其适用性。
如图3所示，上述实施例中，浮力舱4可以是一个细长圆柱形的密闭金属桶41，其中心轴线具有一纵向贯穿浮力舱4的中心轴孔42，中心轴孔42可供钻井装置的常规隔水管2穿过；浮力舱4内分隔为若干个相互密闭的舱室43，如果有个别舱室43发生破损，浮力舱4仍能够提供足够的浮力，浮力舱4提供的浮力，主要承担防喷器5的重量。
如图4、5所示，上述实施例中，压载舱7是一个椭圆形的密闭金属球体71，其中心轴线具有一纵向贯穿压载舱7的中心轴孔72，钻井装置的上部井口8可坐挂于中心轴孔72的上口内，应力接头9上端可从中心轴孔72的下口深入该中心轴孔72内与上部井口8连接；压载舱7内分隔为若干个相互密闭的舱室73，当其中有一个舱室73破损时，压载舱7仍能够提供足够的浮力。压载舱7内装有一套常规压载系统(图中未示出)，其通过脐带缆与钻井平台9的控制系统相连，以控制压载舱7进行压载作业。压载舱7提供的浮力主要承担钻井装置中上部井口8的重量和部分高压隔水管11的重量，另外压载舱7还提供与高压隔水管11的接口。
上述实施例中，浮力舱4和压载舱7的浮力与防喷器5的重量等相协调，使得浮力舱4、防喷器5及压载舱7的重心最低，稳定性最好，进而扩展本发明的作业窗口。高压隔水管11采用外径16”的小直径高压隔水管，可以减少对本发明装置浮力系统的要求，在高压隔水管11的外部加设浮力块12，其直径较小，这样也可方便的从浮力舱4和压载舱7中通过。由于外径16”的高压隔水管11的规格较小，同时设置有浮力块11，所以可以减小浮力系统对其下部的高压隔水管11的提升力。
本发明装置在安装过程中，首先利用扶正绳18在钻井平台1月池口19将压载舱7悬挂起来，然后顺序将上部井口8，应力接头9、高压隔水管11、浮力块12、下柔性接头13、紧急关断装置14等下入水下，再通过放松扶正绳18将压载舱7及下部装置一起下放到水下预定位置(海面A以下80～100米深度的位置)，与下部井口15、导管16、套管17等连接，然后通过隔水管2将脱离装置6、浮力舱4、防喷器5一起下入水下，并使防喷器5经上部井口8坐落于压载舱7，然后连接上柔性接头3等，完成系统的安装，开始钻井作业。
本发明装置在使用过程中，如遇到台风等紧急情况时，可以紧急脱离作业。需要脱离时，本发明装置可从脱离装置6处实施脱离，取出隔水管2。同时也可以关断泥线处B的紧急关断装置14。
Claims (10)
1.一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：它包括一与钻井平台连接的隔水管，所述隔水管的中间设置一上柔性接头，所述隔水管穿过一浮力舱与一防喷器连接，所述浮力舱上端通过一脱离装置与所述隔水管连接，所述防喷器座于一上部井口，所述上部井口下方为一压载舱，一设置有扶正器的应力接头上端深入所述压载舱内与所述上部井口连接，所述应力接头下端连接一高压隔水管，所述高压隔水管外部设置有浮力块，高压隔水管的底端依次连接下柔性接头、下部井口、导管和套管，所述导管和套管固定于海底，在所述防喷器的周向与钻井平台月池开口的下部之间有至少连接有三根扶正绳。
2.如权利要求1所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：所述浮力舱为一个细长圆柱形的密闭金属桶，沿其中心轴线具有一纵向贯穿所述浮力舱的中心轴孔，所述浮力舱的内部具有若干个密闭的舱室。
3.如权利要求1所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：所述压载舱为一个椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿所述压载舱的中心轴孔，所述压载舱的内部具有若干个密闭的舱室。
4.如权利要求2所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：所述压载舱为一个椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿所述压载舱的中心轴孔，所述压载舱的内部具有若干个密闭的舱室。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：所述防喷器位于水面以下80～100m处。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：所述高压隔水管的外径为16”。
7.如权利要求5所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：所述高压隔水管的外径是16”。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：在所述下柔性接头和下部井口之间设置有一所述紧急关断装置。
9.如权利要求5所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：在所述下柔性接头和下部井口之间设置有一所述紧急关断装置。
10.如权利要求6所述的一种基于近水面脱离的深水钻井装置，其特征在于：在所述下柔性接头和下部井口之间设置有一所述紧急关断装置。
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Legal Events
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |