CN101109277B - 一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：它包括一设置在水面以下80～100米的钻井水中防喷器，一连接在防喷器之上的浮力舱，浮力舱内分隔为若干个相互密闭的舱室，连接钻井平台的常规隔水管穿过浮力舱中心，并通过常规脱离装置与浮力舱上端连接；一连接在防喷器之下的压载舱，压载舱中心通过一应力接头的上端连接钻井装置的上部井口，应力接头的下端连接一高压隔水管，高压隔水管的周向套设有一浮力块，压载舱内分隔为若干个相互密闭的舱室，压载舱内装有一套常规压载系统，并通过脐带缆连接钻井平台的控制系统。本发明可以减低防喷器的浮力装置在整个钻井系统的重心，具有适用性强、性能良好、费用低廉等优点，它可以广泛用于各种深水钻井过程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下钻井浮力装置，特别是关于一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置。
背景技术
深水钻井装置概括起来有三种，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和将防喷器设置在水上的装置。
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。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钻井装置(SBOP系统)。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。
另外，挪威ADTH公司提出的人工海底钻井系统(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)，这样对系统的要求很高，另外作业也不方便。
(2)浮筒的尺寸很大，浮筒的安装作业非常费时，制造的费用也高。
(3)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)，这样其使用的水深受到限制，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适用于防喷器位于近水面的钻井系统中，性能良好的用于深水钻井水中防喷器的浮力装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：它包括一设置在水面以下80～100米的钻井水中防喷器，一连接在所述防喷器之上的浮力舱，所述浮力舱内分隔为若干个相互密闭的舱室，连接钻井平台的常规隔水管穿过所述浮力舱中心，并通过常规脱离装置与所述浮力舱上端连接；一连接在所述防喷器之下的压载舱，所述压载舱中心通过一应力接头的上端连接钻井装置的上部井口，所述应力接头的下端连接一高压隔水管，所述高压隔水管的周向套设有一浮力块，所述压载舱内分隔为若干个相互密闭的舱室，所述压载舱内装有一套常规压载系统，并通过脐带缆连接所述钻井平台的控制系统。
所述浮力舱为圆柱形的密闭金属桶，其中心轴线具有一纵向贯穿供所述普通隔水管穿过的中心轴孔，沿所述浮力舱纵向分割所述密闭舱室。
所述压载舱为椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿供所述应力接头伸入的中心轴孔，沿所述压载舱径向分割所述密闭舱室，所述压载舱上设置有进出水口。
所述压载舱为椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿供所述应力接头伸入的中心轴孔，沿所述压载舱径向分割所述密闭舱室。
所述高压隔水管的外径16”。
所述压载舱的周向设置有至少一个螺旋推进器。
所述螺旋推进器为导管螺旋桨和Z型导管螺旋桨中的一种。
所述螺旋推进器的数量为两个。
所述压载舱的周向连接有至少三根扶正绳的底端，所述扶正绳的顶端分别连接在所述钻井平台的月池开口的下部。
所述扶正绳的数量为四根。
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。2、本发明设置了一个上浮筒和一个下浮筒器相结合的结构方式，通过浮力舱提供的浮力承担承载防喷器的重量，通过压载舱提供的浮力承担钻井装置中上部井口的重量和部分高压隔水管的重量，另外压载舱还提供与高压隔水管的接口，两个浮力筒分别作用，相互配合，以较小的体积，较低的重心和重量，实现较高的浮力要求。3、本发明的浮力舱和压载舱内都设置了多个密封舱，一旦有个别舱体意外破损，浮力舱和压载舱都还可以继续承载重量。4、由于本发明在高压隔水管的外部设置了浮力块，同时还在高压隔水管上布置了浮力块，不但可以减小浮力系统的尺寸，还可以方便安装时的水下作业操作，减低对安装的要求，减小压载舱提升其下部高压隔水管所需的力，进一步突破水深的限制。本发明具有适用性强、性能良好、费用低廉等优点，它可以广泛用于各种深水钻井过程中。
附图说明
图1是本发明使用状态结构示意图
图2是本发明浮力舱结构示意图
图3是本发明压载舱外部结构示意图
图4是本发明压载舱的内部结构示意图
图5是本发明压载舱连接示意图
图6是本发明使用状态的另一实施例结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细地描述。
如图1、图2所示，本发明包括一设置在水面以下80～100米的防喷器1，一连接在防喷器1顶部作为上浮筒的浮力舱2，一连接在防喷器1底部作为下浮筒的压载舱3，一连接在压载舱3底部的高压隔水管4和一设置在高压隔水管4外部的浮力块5。作为上、下浮筒的浮力舱2和压载舱3可以有效地减低防喷器1在整个钻井装置中的重心，从而使整个钻井装置的稳定性和适应性得到提高，扩展钻井系统的作业窗口，同时可以达到减小整个浮力系统的尺寸和突破水深限制的目的。浮力舱2提供的浮力，主要承担防喷器1的重量，压载舱3提供的浮力主要承担钻井装置中上部井口6的重量和部分高压隔水管4的重量，另外压载舱3还提供与高压隔水管4的接口。浮力舱2和压载舱3具体的浮力大小可以根据实际的海况条件进行设计，并使浮力舱2和压载舱3的浮力与防喷器1的重量等相协调。
如图2所示，本发明的浮力舱2可以是一个细长圆柱形的密闭金属桶21，其中心轴线具有一纵向贯穿浮力舱2的中心轴孔22，中心轴孔22可供钻井装置的常规隔水管6穿过，隔水管6通过一常规的脱离装置7与浮力舱2连接，在紧急情况下，将隔水管6与浮力舱2及以下装置分离。浮力舱2内分隔为若干个相互密闭的舱室23，如果有个别舱室23发生破损，浮力舱2仍能够提供足够的浮力，浮力舱2提供的浮力，主要承担防喷器1的重量。在本实施例中，细长柱形的浮力舱2长度为50米，直径约为3米。
如图3、图4、图5所示，本发明的压载舱3是一个椭圆形的密闭金属球体31， 其中心轴线具有一纵向贯穿压载舱3的中心轴孔32，钻井装置的上部井口8坐挂于中心轴孔32的上口，一应力接头9上端与上部井口8连接，应力接头9的下端穿过中心轴孔32后，连接下方的高压隔水管4，应力接头9与中心轴孔32之间设置有扶正器10。压载舱3内分隔为若干个相互密闭的舱室33，压载舱3上设置有进出水口。当其中有一个舱室33破损时，压载舱3仍能够提供足够的浮力。压载舱3内装有一套常规压载系统(图中未示出)，其通过脐带缆34与钻井平台13的控制系统相连，以控制压载舱3进行压载作业。压载舱3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4的重量，在本实施例中，压载舱3的直径约为6米，高5米。
上述实施例中，浮力舱2和压载舱3的浮力应与防喷器1的重量相协调，使得浮力舱2、防喷器1及压载舱3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4采用外径16”的小直径高压隔水管，可以减少对本发明浮力系统的要求，在高压隔水管4的外部加设浮力块5，其直径较小，这样也可方便的从浮力舱2和压载舱3中通过。由于外径16”的高压隔水管4的规格较小，同时设置有浮力块5，所以可以减小浮力系统对其下部的高压隔水管4的提升力。
如图1所示，本发明为了减少浮力系统及防喷器1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，在压载舱3的周向设置了两个螺旋推进器11，推进器11也可以是一个或两个以上，一般使用两个比较简单又稳定。一旦浮力系统及防喷器1发生横向位移，通过推进器11产生一个反方向的推力，使防喷器1回复到初始位置。推进器11可以是普通的导管螺旋桨和Z型导管螺旋桨等现有产品，Z型导管螺旋桨是一种舵桨合一的特种推进器，该推进器的特点是：退航推力与进航推力基本相同，操纵系统通过蜗杆机构带动连接导管和桨毂的竖轴在水平方向做360度旋转，只要将螺旋桨向左右转动，产生侧向推力，就可起到舵的作用，进退转换迅速，操纵性能好。
如图6所示，本发明为了减少浮力系统(即浮力舱2和压载舱3)及防喷器1的横向位移，还可以采取另一种技术方案，即将四根扶正绳12底端分别连接在防喷器1的周向，将四根扶正绳12的顶端分别连接在钻井平台13月池开口的下部，四根扶正绳12组成一限位装置，扶正绳12的数量还可以是三根、五根或六根等。扶正绳12可以减少浮力舱2和压载舱3及防喷器1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12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3的起下作业。
Claims (10)
1.一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：它包括一设置在水面以下80～100米的钻井水中防喷器，一连接在所述防喷器之上的浮力舱，所述浮力舱内分隔为若干个相互密闭的舱室，连接钻井平台的常规隔水管穿过所述浮力舱中心，并通过脱离装置与所述浮力舱上端连接；一连接在所述防喷器之下的压载舱，所述压载舱中心通过一应力接头的上端连接钻井装置的上部井口，所述应力接头的下端连接一高压隔水管，所述高压隔水管的周向套设有一浮力块，所述压载舱内分隔为若干个相互密闭的舱室，所述压载舱内装有一套压载系统，并通过脐带缆连接所述钻井平台的控制系统，所述压载舱的周向连接有至少三根扶正绳的底端，所述扶正绳的顶端分别连接在所述钻井平台的月池开口的下部。
2.如权利要求1所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述浮力舱为圆柱形的密闭金属桶，其中心轴线具有一纵向贯穿供所述常规隔水管穿过的中心轴孔，沿所述浮力舱纵向分割所述密闭舱室。
3.如权利要求1所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述压载舱为椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿供所述应力接头伸入的中心轴孔，沿所述压载舱径向分割所述密闭舱室，所述压载舱上设置有进出水口。
4.如权利要求2所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述压载舱为椭圆形的密闭金属球体，其中心轴线具有一纵向贯穿供所述应力接头伸入的中心轴孔，沿所述压载舱径向分割所述密闭舱室。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述高压隔水管的外径16″。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述压载舱的周向设置有至少一个螺旋推进器。
7.如权利要求5所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述压载舱的周向设置有至少一个螺旋推进器。
8.如权利要求6所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述螺旋推进器为普通导管螺旋桨和Z型导管螺旋桨中的一种。
9.如权利要求7所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述螺旋推进器为普通导管螺旋桨和Z型导管螺旋桨中的一种。
10.如权利要求6所述的一种用于深水钻井水中防喷器的浮力装置，其特征在于：所述螺旋推进器的数量为两个。
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