CN107630681B - 天然气水合物开发深水海床完井系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：包括机架，在所述机架的底部设置用于与海底井口基盘连接的底部连接组件；在所述机架上设置有用于存放套管的转鼓式套管仓；在所述机架上设置与所述转鼓式套管仓呈间隔布置的立柱；在所述机架的顶部设置提升装置，在位于所述提升装置正下方的所述机架上设置套管旋扣装置；在所述立柱上布置有用于从所述转鼓式套管仓中取出套管并将所述套管送至所述套管旋扣装置上方的套管夹持器。

Description

天然气水合物开发深水海床完井系统

技术领域

本发明涉及一种海床完井系统，尤其是一种天然气水合物开发深水海床完井系统。

背景技术

深水天然气水合物开发可以借鉴深水天然气开发的建井流程和工艺措施，采用降压法开采，但一般情况下会致使总体开发成本过高，难以实现大规模工业生产。其中，采用深水钻机钻水合物开采井，并通过隔水管下套管完井的常规做法是建井成本过高的原因之一。事实上，尽管水深较深，但天然气水合物的埋深却比常规天然气浅很多，一般井深仅在300米左右，若动员可钻探1万米井深的深水钻井平台，携带超高压防喷器，构建从海床到海面的整套隔水管，天然气水合物开采井的建设成本自然难以降低。

结合海洋天然气水合物矿藏所在位置水深大而储层埋深浅的特点，若能针对地设计出海床钻井机和海床完井机，并构建相应的建井流程和工艺措施，就有望大幅度降低深水天然气水合物开发的综合成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种有利于降低深水天然气水合物开发成本的天然气水合物开发深水海床完井系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：包括机架，在所述机架的底部设置用于与海底井口基盘连接的底部连接组件；在所述机架上设置有用于存放套管的转鼓式套管仓；在所述机架上设置与所述转鼓式套管仓呈间隔布置的立柱；在所述机架的顶部设置提升装置，在位于所述提升装置正下方的所述机架上设置套管旋扣装置；在所述立柱上布置有用于从所述转鼓式套管仓中取出套管并将所述套管送至所述套管旋扣装置上方的套管夹持器。

所述底部连接组件包括水下连接器和喇叭口定位桩，所述喇叭口定位桩为两个且布置在所述机架底部的一对角线上，所述水下连接器为两个且布置在机架底部的另一对角线上。

所述提升装置包括设置在所述机架顶部的提升机和连接在所述提升机输出端的套管连接器。

所述转鼓式套管仓包括架体，在所述架体上由上至下间隔布置多个带有一缺口的包围圆环，各所述包围圆环的缺口上下对齐；在所述架体的底部设置旋转驱动装置，所述旋转驱动装置的输出端与用于带动套管旋转的旋转架固定连接。

所述套管夹持器包括设置在所述立柱上的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构的输出端与一平移驱动机构固定连接，所述平移驱动机构的输出端连接有抓取机构；所述抓取机构包括固定架、与所述固定架紧固连接的固定爪以及与所述固定爪铰接的活动爪，所述活动爪的外侧与液压缸的一端铰接，所述液压缸的另一端与所述固定架铰接。

所述固定架与所述平移驱动机构的输出端之间为铰接，所述平移驱动机构的输出端与第二液压缸的一端铰接，所述第二液压缸的另一端与所述固定架铰接。

所述抓取机构还包括两个防脱落组件，所述防脱落组件分别位于所述固定爪的上、下两侧；每一所述防脱落组件包括平行四边形连杆机构和用于驱动所述平行四边形连杆机构向所述固定爪所在方向伸出及收回的第三液压缸，所述第三液压缸连接在所述平行四边形连杆机构与所述固定架之间；在所述平行四边形连杆机构的伸缩端设置有压块。

所述套管旋扣装置包括冲扣钳和布置在所述冲扣钳上方的旋扣器。

所述冲扣钳包括枢轴块，在所述枢轴块的两端分别铰接有第四液压缸，两所述第四液压缸的输出端连接在冲扣钳壳体的两侧；所述枢轴块通过固定块与所述夹紧钳壳体固定连接，所述夹紧钳壳体位于所述冲扣钳壳体的下方，所述夹紧钳壳体通过设置在其两侧的接口支架与所述机架固定连接；在所述夹紧钳壳体和冲扣钳壳体上分别设置有用于容置套管的开口槽；在所述夹紧钳壳体和冲扣钳壳体上分别设置三个第五液压缸，每一所述第五液压缸的输出端均指向开口槽，在所述第五液压缸的输出端上套设钳头。

所述旋扣器包括架体、双向液压缸、起落架、固定板、马达和旋转摩轮；所述双向液压缸的两个输出端均与一副所述起落架的一端铰接，所述起落架的中部与设置在所述架体上的臂旋转轴铰接，所述起落架的另一端与所述固定板铰接；所述固定板的一端与所述架体滑动且转动地连接；所述马达设置在所述固定板上，在所述马达的输出端设置所述旋转摩轮。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明能够实现套管的自动上扣的操作，具体地，在转鼓式套管仓中存放待进行上扣作业的套管，并且旋转架在旋转驱动装置的驱动下始终旋转，套管夹持器上的平移驱动机构驱动抓取机构将旋转至包围圆环处的套管抓出；然后在旋转驱动机构的驱动下绕立柱旋转，将套管送至套管旋装置的上方；之后，提升机下放套管连接器并与套管锁紧，然后抓取机构松开套管；紧接着，提升机将套管下放至其下端落到套管旋装置中，套管在套管旋装置的作用下进行上扣作业。2、本发明所设置的冲扣钳除了用于在上扣过程中固定下部套管的作用，其还能够用于实现慢速大扭矩的冲扣和紧扣过程，具体地，冲扣钳壳体可由两个液压缸推力产生的扭矩实现与夹紧钳壳体之间的相对扭转，冲扣时，冲扣钳壳体上的三个液压缸夹紧上部套管，夹紧钳壳体上的三个液压缸夹紧下部套管，驱动两个液压缸从而产生扭矩，使得冲扣钳壳体上的三个液压缸带动上部套管围绕钳口中心相对旋转，从而完成冲扣动作。3、本发明的抓取机构还包括两个防脱落组件，每一防脱落组件包括平行四边形连杆机构和用于驱动平行四边形连杆机构向固定爪所在方向伸出及收回的液压缸，当抓取机构夹持住套管后，在其将套管运送到上钻部位的过程中，套管与固定爪、活动爪之间可能发生相对滑移，因此，可以通过液压缸驱动平行四边形连杆机构伸出，从而驱动压块压紧套管，通过增大摩擦力以确保运动过程中套管不会脱落。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明机架底部的结构示意图；

图3是本发明提升机输出端与套管连接器的结构示意图；

图4是本发明转鼓式套管仓的结构示意图；

图5是本发明套管夹持器的结构示意图；

图6是本发明套管夹持器在另一视角下的结构示意图；

图7是本发明套管旋扣装置的结构示意图；

图8是本发明冲扣钳的结构示意图；

图9是本发明旋扣器的结构示意图。

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所示，本发明提出了一种天然气水合物开发深水海床完井系统，该系统包括机架1，在机架1的底部设置用于与海底井口基盘连接的底部连接组件2。在机架1上设置有用于存放套管3的转鼓式套管仓4。在机架1上设置与转鼓式套管仓4呈间隔布置的立柱5，在立柱5上布置有套管夹持器6。在机架1的顶部设置提升装置7，在位于提升装置7正下方的机架1上设置套管旋扣装置8。其中，套管夹持器6用于从转鼓式套管仓4中取出套管并将套管送至套管旋扣装置8的上方。

如图2所示，底部连接组件2包括水下连接器21和喇叭口定位桩22，其中，喇叭口定位桩22为两个且布置在机架1底部的一对角线上，水下连接器21为两个且布置在机架1底部的另一对角线上。连接器插头21为现有产品，其由公插头和母插头构成，其中，母插头固定设置在机架1的底部，公插头固定设置在海底井口基盘上。当本发明完井系统坐放安装时，先通过两喇叭口定位桩22完成完井系统与海底井口基盘的对中，同时将公、母插头也对中。待公插头与母插头连接后，通过液压系统推动母插头的卡爪收缩完成公、母插头的锁紧。反之，解锁时，液压推动母插头卡爪张开，完成公、母插头的解锁。

如图3所示，提升装置7包括设置在机架1顶部的提升机71和连接在提升机71输出端的套管连接器72，其中，套管连接器72为现有产品，其在液压系统提供的动力下能够锁紧套管3的一端，或者从套管3上解锁。

如图4所示，转鼓式套管仓4包括架体41，在架体41上由上至下间隔布置多个带有一缺口的包围圆环42，各包围圆环42的缺口上下对齐。在架体41的底部设置旋转驱动装置43，旋转驱动装置43的输出端与旋转架44固定连接，旋转架44用于带动套管3旋转。

如图5、图6所示，套管夹持器6包括设置在立柱5上的旋转驱动机构61，旋转驱动机构61的输出端与一平移驱动机构62固定连接，平移驱动机构62的输出端连接有抓取机构63。抓取机构63包括固定架631、与固定架631紧固连接的固定爪632和与固定爪632铰接的活动爪633，活动爪633的外侧与液压缸634的一端铰接，液压缸634的另一端与固定架631铰接。通过液压缸634的伸长及收缩可以控制活动爪633的开合，从而实现对套管3的夹持以及松开。

如图7～9所示，套管旋扣装置8包括冲扣钳81和布置在冲扣钳81上方的旋扣器82。其中，冲扣钳81包括枢轴块811，在枢轴块811的两端分别铰接有液压缸812，两液压缸812的输出端连接在冲扣钳壳体813的两侧。枢轴块811通过固定块814与夹紧钳壳体815固定连接，夹紧钳壳体815位于冲扣钳壳体813的下方，夹紧钳壳体815通过设置在其两侧的接口支架816与机架1固定连接。在夹紧钳壳体815和冲扣钳壳体813上分别设置有用于容置套管3的开口槽。在夹紧钳壳体815和冲扣钳壳体813上分别设置三个液压缸817，每一液压缸817的输出端均指向开口槽，在液压缸817的输出端上套设钳头(图中未示出)。旋扣器82包括架体821、双向液压缸822、起落架823、固定板824、马达825和旋转摩轮826。其中，双向液压缸822的两个输出端均与一副起落架823的一端铰接，起落架823的中部与设置在架体821上的臂旋转轴828铰接，起落架823的另一端与固定板824铰接。固定板824的一端与架体821滑动且转动地连接。马达825设置在固定板824上，在马达825的输出端设置旋转摩轮826。

本发明的工作原理如下：在转鼓式套管仓4中存放待进行上扣作业的套管3，并且旋转架44在旋转驱动装置43的驱动下始终旋转。套管夹持器6上的平移驱动机构62驱动抓取机构63将旋转至包围圆环42处的套管3抓出，然后在旋转驱动机构61的驱动下绕立柱5旋转，将套管3送至套管旋装置8的上方。之后，提升机71下放套管连接器72并与套管锁紧，然后抓取机构63松开套管。紧接着，提升机71将套管下放至其下端落到套管旋装置8中，套管在套管旋装置8的作用下进行上扣作业。其中，冲扣钳81可实现对下部套管的固定，旋扣器82则可以实现驱动上部套管3旋转，从而实现两根套管3的上扣作业。具体地，双向液压缸822推动起落架823绕着臂旋转轴828进行旋转，实现旋转摩轮826对套管3的接触与夹持；马达825提供动力带动摩轮826进行旋转，实现套管的上扣工作。

冲扣钳81除了用于在上述过程中固定下部套管3的作用，其还能够用于实现慢速大扭矩的冲扣和紧扣过程。冲扣钳壳体813可由两个液压缸812推力产生的扭矩实现与夹紧钳壳体815之间的相对扭转。冲扣时，冲扣钳壳体813上的三个液压缸817夹紧上部套管3，夹紧钳壳体815上的三个液压缸817夹紧下部套管3，驱动两个液压缸812从而产生扭矩，使得冲扣钳壳体813上的三个液压缸817带动上部套管3围绕钳口中心相对旋转，从而完成冲扣动作。

进一步地，如图1所示，本发明还包括水泥浆罐9和泥浆缓冲罐10，其用于下入套管后提供固井用的水泥。

进一步地，如图4所示，旋转架44包括与旋转驱动装置43的输出端固定连接的轴441，在轴441上间隔设置多个拨片442，拨片442为周向设置有多个圆弧凹槽的圆片，各拨片442上的圆弧凹槽上下对齐，共同形成容纳套管的空间。

进一步地，如图5所示，固定架631与平移驱动机构62的输出端之间为铰接，平移驱动机构62的输出端与液压缸635的一端铰接，液压缸635的另一端与固定架631铰接。通过液压缸635的伸长及收缩可以对固定架631的倾斜角度进行调节，从而使得抓取机构63在抓取套管时能够与所抓取的套管完全贴合。

进一步地，抓取机构63还包括两个防脱落组件，防脱落组件分别位于固定爪632的上、下两侧。每一防脱落组件包括平行四边形连杆机构636和用于驱动平行四边形连杆机构636向固定爪632所在方向伸出及收回的液压缸637，液压缸637连接在平行四边形连杆机构636与固定架631之间。在平行四边形连杆机构636的伸缩端设置有压块638。当抓取机构63夹持住套管3后，在其将套管3运送到上钻部位的过程中，套管与固定爪632、活动爪633之间可能发生相对滑移，因此，可以通过液压缸637驱动平行四边形连杆机构636伸出，从而驱动压块638压紧套管3，通过增大摩擦力以确保运动过程中套管3不会脱落。

进一步地，如图7所示，在固定板824的外侧设置有挡泥板828。

进一步地，旋转驱动装置43采用螺线摆动液压缸。

进一步地，转鼓式套管仓4的数量为两个，分别用于储放不同等级和直径的套管。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：包括机架，在所述机架的底部设置用于与海底井口基盘连接的底部连接组件；在所述机架上设置有用于存放套管的转鼓式套管仓；在所述机架上设置与所述转鼓式套管仓呈间隔布置的立柱；在所述机架的顶部设置提升装置，在位于所述提升装置正下方的所述机架上设置套管旋扣装置；在所述立柱上布置有用于从所述转鼓式套管仓中取出套管并将所述套管送至所述套管旋扣装置上方的套管夹持器；

所述套管旋扣装置包括冲扣钳和布置在所述冲扣钳上方的旋扣器，所述冲扣钳包括枢轴块，在所述枢轴块的两端分别铰接有第四液压缸，两所述第四液压缸的输出端连接在冲扣钳壳体的两侧；所述枢轴块通过固定块与夹紧钳壳体固定连接，所述夹紧钳壳体位于所述冲扣钳壳体的下方，所述夹紧钳壳体通过设置在其两侧的接口支架与所述机架固定连接；在所述夹紧钳壳体和冲扣钳壳体上分别设置有用于容置套管的开口槽；在所述夹紧钳壳体和冲扣钳壳体上分别设置三个第五液压缸，每一所述第五液压缸的输出端均指向开口槽，在所述第五液压缸的输出端上套设钳头；

所述旋扣器包括架体、双向液压缸、起落架、固定板、马达和旋转摩轮；所述双向液压缸的两个输出端均与一副所述起落架的一端铰接，所述起落架的中部与设置在所述架体上的臂旋转轴铰接，所述起落架的另一端与所述固定板铰接；所述固定板的一端与所述架体滑动且转动地连接；所述马达设置在所述固定板上，在所述马达的输出端设置所述旋转摩轮。

2.如权利要求1所述的天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：所述底部连接组件包括水下连接器和喇叭口定位桩，所述喇叭口定位桩为两个且布置在所述机架底部的一对角线上，所述水下连接器为两个且布置在机架底部的另一对角线上。

3.如权利要求1所述的天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：所述提升装置包括设置在所述机架顶部的提升机和连接在所述提升机输出端的套管连接器。

4.如权利要求1所述的天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：所述转鼓式套管仓包括架体，在所述架体上由上至下间隔布置多个带有一缺口的包围圆环，各所述包围圆环的缺口上下对齐；在所述架体的底部设置旋转驱动装置，所述旋转驱动装置的输出端与用于带动套管旋转的旋转架固定连接。

5.如权利要求1所述的天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：所述套管夹持器包括设置在所述立柱上的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构的输出端与一平移驱动机构固定连接，所述平移驱动机构的输出端连接有抓取机构；所述抓取机构包括固定架、与所述固定架紧固连接的固定爪以及与所述固定爪铰接的活动爪，所述活动爪的外侧与液压缸的一端铰接，所述液压缸的另一端与所述固定架铰接。

6.如权利要求5所述的天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：所述固定架与所述平移驱动机构的输出端之间为铰接，所述平移驱动机构的输出端与第二液压缸的一端铰接，所述第二液压缸的另一端与所述固定架铰接。

7.如权利要求5所述的天然气水合物开发深水海床完井系统，其特征在于：所述抓取机构还包括两个防脱落组件，所述防脱落组件分别位于所述固定爪的上、下两侧；每一所述防脱落组件包括平行四边形连杆机构和用于驱动所述平行四边形连杆机构向所述固定爪所在方向伸出及收回的第三液压缸，所述第三液压缸连接在所述平行四边形连杆机构与所述固定架之间；在所述平行四边形连杆机构的伸缩端设置有压块。

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