CN103158837B - 一种用于无隔水管海底泥浆举升钻井的海底锚泊定位装置 - Google Patents

Abstract

一种用于无隔水管海底泥浆举升钻井系统泥浆返回管线的海底锚泊定位装置，其中包括下入工具、快速断脱吊钩、拉索、导引套、锚筒、锚芯等。下入海底时下入工具抓持导引套上端凸缘，下入到预定深度时，下入工具的钩爪张开释放导引套。工作时，锚芯可在锚筒内上下滑移用以补偿平台的升沉运动。锚筒底端的结构可平衡锚芯滑移运动时锚筒内与海底的压力。快速断脱吊钩可在钻井完毕或紧急撤离时实现泥浆返回管线与海底锚泊定位装置的快速脱离。该装置锚筒与锚芯均采用模块化设计，可根据需要将多段连接一起使用。该装置能够实现海底设备的水平定位，相比于常规锚泊方案成本较低、作业方便。

Description

一种用于无隔水管海底泥浆举升钻井的海底锚泊定位装置

技术领域

本发明涉及海洋装备浮体锚泊机械领域，尤其涉及一种无隔水管钻井海底泥浆举升的泥浆返回管线海底锚泊，可实现海底水平定位，适合于实现作业装备在海底与其他装备或场所之间保持定位。

背景技术

无隔水管泥浆举升钻井技术是双梯度钻井技术的一个实现方案，可有效解决深水表层钻井难题。该技术不使用隔水管，钻杆与海水直接接触，依靠海底泵控制实现吸入模块内腔容纳的井眼返回泥浆与海水的封隔，并将井眼返回含岩屑泥浆通过泥浆返回管线举升到平台进行处理并再利用。作为泥浆返回平台的唯一通道，为钻井安全考虑，泥浆返回管线的海底定位尤为重要。

无隔水管泥浆举升钻井技术对泥浆返回管线底端定位提出的要求：1)泥浆返回管线底端与井口之间需保持一定距离，防止系统工作过程中管线与钻杆及井口装置接触碰撞；2)能够提供垂直方向的位移实现平台随波浪起伏的升沉补偿；3)能够克服海底复杂环境的影响，比如泥沙堵塞等；4)紧急情况下能够实现泥浆返回管线与海底的快速脱离。

目前常用的深水锚泊定位多使用重力锚或吸力锚方案，本发明在成本及作业方面具有较大优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可适用于深水环境，可实现海底定位、快速撤离及便于下放安装的锚泊定位装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：海底锚泊定位装置的主要组成部分有下入装置组件、快速断脱吊钩组件、导引套、锚筒、锚芯、拉索等。

下入装置组件专门设计用于下放泥浆返回管线时夹持导引套，支撑锚筒及锚芯等部件的重量，并在锚筒刺入海底预定深度后能释放导引套，而后依靠拉索与锚芯相连接。下入装置组件的上部与泥浆返回管线底端连接。

快速断脱吊钩组件主要用于紧急撤离井场情况下的泥浆返回管线与锚芯脱离，借助于ROV实现扳动吊钩手柄使吊钩与拉索分离。

导引套主要用于在锚泊定位装置下放海底过程中容纳拉索及快速断脱吊钩等部件，在系统工作时导引锚芯上下移动以进行平台升沉运动补偿。

锚筒前端锥形结构利于下放时刺入海底预定深度，锚芯在其内部空腔可上下滑移。锚筒结构上采用分段制造连接而成。

锚芯分段制造，各段依靠螺纹结构连接。其上开有轴向凹槽防止泥沙堵塞锚筒与锚芯的间隙。锚芯与锚筒接触顶部有聚四氟乙烯密封材料，可对锚筒内腔与海水之间实现封隔。密封型式采用分段环形密封。

拉索采用高强度柔性材料制造，用于连接下拉工具和锚芯。

本发明与现有深海锚泊定位设备相比具有以下优点：1、便于下放，借助于泥浆返回管线的下放即可完成；2、海底刺入性良好，借助于本身重力及泥浆返回管线施加到导引套上端的压力刺入海底泥线下预定深度；3、可实现泥浆返回管线对平台升沉运动的补偿；4、成本相对于其他常用的锚泊方案较低；5、对水深的适应性好，理论上不受水深限制；6、借助于回收工具可实现回收。

本发明不仅可用于泥浆返回管线底端的海底锚泊定位，也可用于其他需海底水平定位及升沉补偿的海洋装备。

附图说明

图1(a)为本发明装置下入状态的结构示意图。

图1(b)为本发明装置工作状态的结构示意图。

图2(a)为本发明下入装置组件在下入状态的结构示意图。

图2(b)为本发明下入装置组件在工作状态的结构示意图。

图3(a)为下入和工作状态时的快速断脱装置结构示意图。

图3(b)为紧急断脱状态时的快速断脱装置结构示意图。

图4为锚筒底端平衡锚筒内与海水压力的结构示意图。

图中主要标号说明：

图中，1、下入装置组件；2、快速断脱吊钩组件；3、拉索；4、导引套；5、锚芯；6、密封环；7、锚筒；8、锚尖；9、拉杆；10、芯轴；11、滑套；12、连杆；13、钩臂；14、压力平衡管路；15、压杆。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照图1(a)为海底锚泊定位装置下入状态的一实施例结构示意图，该装置下入时，下入装置组件1的顶部与泥浆返回管线底端相连接，下入装置组件1的四个钩爪抓紧导引套4顶部凸缘，借助于安装于锚筒7底端的锚尖8刺入海底预定深度。

参照图1(b)、图2(a)所示，锚泊定位装置下入到预定深度后，下入装置组件1的滑套11抵住引导套4顶端凸缘，当继续下放时，锚筒7在海底土壤力的作用下位置不变，滑套11不动，而下入装置组件1中的芯轴10在本身重力及泥浆返回管线重力作用下继续下移，带动连杆12使钩臂13张开，使下入装置组件1处于图2(b)状态，安装在锚芯5中的托销在弹簧力作用下伸出抵住滑套11。此时依靠平台大钩等装置上提泥浆返回管线，使下入装置组件1脱离导引套4，当上提到预定距离时，此时拉索3从导引套4中拉出，系统进入工作状态。

参照图3(a)所示，当钻井完毕或需要紧急撤离时，依靠海底ROV的机械手臂扳动拉杆9，使快速断脱吊钩组件2的压杆15松开使其处于图3(b)所示状态，而后ROV推动拉索3可使拉索3与泥浆返回管线底端脱离。系统正常工作情况下，锚芯5可在锚筒7内滑移，以补偿平台的升沉运动。锚芯5与锚筒7之间采用密封环6，防止海底泥沙过多进入锚芯5与锚筒7之间间隙，锚芯5顶端段开有适当数量的凹槽，用以容纳进入的少量泥沙，锚芯5的下部几段开有轴向凹槽，可使进入的泥沙等滑入锚筒底端空间。

参照图4所示，为了平衡锚芯5上下滑移时锚筒7内与海底环境的压力，锚筒7底端(7a为锚筒底端段的结构示意)设置有压力平衡管路14，该管路底端与锚筒7内部相通，顶端高于泥线，与海水相通，且顶端安装有过滤装置，可防止海底泥沙进入到管路中。

Claims (2)

1.一种用于深水无隔水管海底泥浆举升钻井系统的泥浆返回管线海底锚泊定位装置，其特征在于：包括下入装置组件、快速断脱吊钩组件、拉索、导引套、锚芯、密封环、锚筒、锚尖和压力平衡管路；

所述快速断脱吊钩组件包括拉杆和压杆，所述下入装置组件包括钩臂、连杆、滑套、芯轴和四个钩爪，所述下入装置组件的四个钩爪抓紧导引套顶部凸缘，使用所述下入装置组件和所述锚尖实现所述海底锚泊定位装置的下放并刺入海底预定深度，所述下入装置组件顶部与泥浆返回管线底端相连接，所述下入装置组件的滑套抵住导引套顶端凸缘，当继续下放时，锚筒位置不变滑套不动，所述下入装置组件中的芯轴继续下放，带动连杆使钩臂张开；所述下入装置组件与锚筒实现分离；

借助于所述锚芯与所述锚筒之间的自由滑移实现平台升沉运动的补偿，且满足海底密封要求；

借助于ROV使用所述快速断脱吊钩组件实现泥浆返回管线与所述海底锚泊定位装置的快速脱离；

所述锚芯与所述锚筒之间采用密封环，防止海底泥沙过多进入所述锚芯与所述锚筒之间的间隙，所述锚芯顶端段开有的凹槽，用以容纳进入的少量海底泥沙，所述锚芯的下部几段开有轴向凹槽，可使进入的海底泥沙滑入所述锚筒底端空间；

所述锚筒底端设置有压力平衡管路，所述压力平衡管路底端与所述锚筒内部相通，所述压力平衡管路顶端高于泥线，与海水相通，且所述压力平衡管路的顶端安装有过滤装置，防止海底泥沙进入到所述压力平衡管路中。

2.根据权利要求1所述一种用于深水无隔水管海底泥浆举升钻井系统的泥浆返回管线海底锚泊定位装置，其特征在于：所述密封环为所述锚芯与所述锚筒顶部之间使用的嵌于所述锚筒上的聚四氟乙烯密封环。