CN109356527B - 一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法 - Google Patents

Abstract

一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法，即采用定向钻穿越回拖技术实现海底管道的登陆；其施工流程为：定向钻设备安装调试→从陆地向海中钻导向孔→钻通岩石层→钻头从入土点拔回→正推逐级扩孔→钻头从海底出土→抽回钻头→覆盖层(粘土层和淤泥层)正推扩孔→扩孔钻头上铺管船→卸钻头，连接管道→管道在铺管船预制，开始回拖→回拖完成，进行相关检测。采用本发明的定向钻穿越回拖技术进行海底管道的登陆，可有效解决常规海底管道登陆方式的施工难度、能对原有设施和环境进行有效保护，大大减少施工作业量，明显缩短施工周期，降低整个工程项目的施工成本。

Description

一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法

技术领域

本发明涉及海洋石油工程领域，尤其是一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法。

背景技术

海底管道是指海上设施之间以及海上设施与陆地终端之间起到介质运输作用的管道。海底管道常规登陆方式为：对登陆段海底管道进行预开挖、拖拉和回填保护，其技术背景技术状况和存在如下问题：

1、登陆段的近岸端地貌复杂和海况较为恶劣(风级高和回头浪大)，将会给登陆段海底管道的预挖沟作业带来很大的难度。

2、离已有海底管缆等设施较近，且需对该已有海底管缆等设施后保护进行移除作业，对该已有海底管缆等设施的安全性存在一定施工风险。

3、海底管道的预挖沟作业、已有海底管缆等设施后保护移除作业和回填保护作业等总工程作业量大，投入施工资源大，将会大大增加整个工程项目的实施成本；且施工周期长，将会影响后续整个项目的施工完成计划。

4、海底管道的预挖沟作业、已有海底管缆等设施后保护移除作业和回填保护作业等将会破坏已有的相关设施和原有环境等，且破坏性较大。

最接近的检索结果如下：

国家知识产权局公开了公开号为CN108412424A的专利文献，一种定向钻回拖施工中防止钻杆回弹的工装，其特征在于：包括锚固机构和格挡机构，所述锚固机构包括钢筒混凝土桩，所述钢筒混凝土桩外壁固设有第一吊耳，所述格挡机构包括套筒和挡块，所述套筒套装于待作业钻杆上，所述套筒外壁固设有第二吊耳，所述挡块位于所述套筒与待作业钻杆之间，以限位所述待作业钻杆，所述第一吊耳和第二吊耳之间通过钢丝绳连接。

又如国家知识产权局公开了公开号为CN101786496B的专利文献，一种深水定向钻孔及钢缆回拖装置，其特征在于：包括：外壳、至少一个底座、若干个立柱、框盖、螺旋锚、储泥机构、测量控制机构、液压机构、吹除机构和钻机机构，所述钻机机构包括：盘卷钻杆、绞车、电滑环、钻向钻角调整器、钻杆推拉机、钻头和探测器，其中，盘卷钻杆盘卷设置在绞车上，绞车固定在底座上，电滑环设置在绞车上，液压机构和电滑环相连，盘卷钻杆和浓泥浆泵相连，钻向钻角调整器和测量控制机构相连，钻向钻角调整器设置在底座上，钻杆推拉机分别与盘卷钻杆和钻向钻角调整器相连，钻头设置在外壳外，钻头上设有探测器，探测器和测量控制机构相连；储泥机构和底座相连，立柱固定设置在底座的端部，框盖设置在立柱的顶端，外壳包覆于底座和框盖之间，螺旋锚依附在立柱上，液压机构、钻机机构、测量控制机构和吹除机构都设置在底座上，测量控制机构分别与钻机机构和液压机构相连以传输信号，液压机构分别与储泥机构、吹除机构和钻机机构相连，钻机机构和储泥机构相连。

经过专利检索，没有检索到与本发明类似的关于海底管道定向钻回拖方面的技术内容。

发明内容

采用常规的海底管道登陆方式将面临：施工难度较大、对原有设施和环境破坏性大，施工作业量大和施工周期长，将大大增加整个工程项目的施工成本。

为了有效解决上述问题，本发明提供了一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法，其特征在于：采用定向钻由陆地向海中，穿越海底岩石层和覆盖层后，在钻孔中进行管道回拖，实现海底管道由海上到陆地的登陆；其施工流程为：安装调试定向钻设备→从陆地向海中钻导向孔→钻通岩石层→钻头从陆地入土点拔回→采用正推方式逐级扩孔→钻头从海底出土→抽回钻头→覆盖层(粘土层和淤泥层)采用正推方式扩孔→扩孔钻头连接上铺管船→卸钻头，连接管道→管道在铺管船预制，开始回拖→回拖完成后进行检测。

进一步地，从陆地向海中钻导向孔，其导向孔精度采用磁靶定位结合GPS双重定位技术进行控制。

进一步地，钻通岩石层→钻头从入土点拔回，采用的是岩石层与海底覆盖层分段施工技术，即将扩孔分两个阶段进行，一是岩石段扩孔，二是覆盖层扩孔。

进一步地，正推逐级扩孔，采用的是大直径动力扩孔器正推扩孔技术。

进一步地，管道在铺管船预制，开始回拖到回拖完成的过程是由定向钻与海上铺管船一起配合拖拉管道完成的。

本发明的有益效果是：降低了海底管道登陆方式的施工难度，对原有设施和环境进行了有效保护。大大减少了施工作业量，明显缩短了施工周期，降低整个工程项目的施工成本。

附图说明

图1是采用定向钻穿越回拖技术进行海底管道登陆的施工流程；

图2布置地面信标系统；

图3GPS钻头跟踪测量仪；

图4岩石段正推扩孔示意图；

图5粘土段正推扩孔示意图；

图6定向钻与海上铺管船配合拖拉管道登陆示意图；

图7回拖时钻具局部连接方式示意图。

图中：1、GPS信号；2、GPS钻头跟踪测量仪；3、钻头；4、海水；5、陆地；6、陆地钻机；7、钻杆；8、海管；9、铺管船。

具体实施方式

参照图1，采用定向钻由陆地向海中，穿越海底岩石层和覆盖层后，在钻孔中进行管道回拖，实现海底管道由海上到陆地的登陆；其施工流程为：安装调试定向钻设备→从陆地向海中钻导向孔→钻通岩石层→钻头从陆地入土点拔回→采用正推方式逐级扩孔→钻头从海底出土→抽回钻头→覆盖层(粘土层和淤泥层)采用正推方式扩孔→扩孔钻头连接上铺管船→卸钻头，连接管道→管道在铺管船预制，开始回拖→回拖完成后进行检测。

1、导向孔精度控制——磁靶定位结合GPS双重定位技术

为了确保定向钻施工按照设计路由曲线进行和精度满足技术要求。导向孔精度控制主要技术要求如下：

1)精确测量放线；

2)做好穿越中心线的磁方位角测量；

3)布置地面信标系统在地面布置人工磁场辅助进行测量(如图2)；

4)钻头定位辅助，采用GPS钻头跟踪测量仪辅助测量(如图3)；

5)保证控向仪器精度；

6)精心施工，导向孔严格按设计曲线钻进；

7)严格按照施工规范的要求施工，确保每根钻杆的操作符合设计所规定的曲率半径范围；

8)连接无磁钻挺、造斜短节、钻头时，确保造斜短节的工具面与钻头射流钻进的中心线一致，使测量的工具面值更接近实际工具面值，有助于控向工程师控制钻进方向；

9)控向系统采用高精度的数学模型；

10)在导向孔钻进过程中，当发现导向孔发生偏移，进行二次纠偏时，采用水平方向上的“C型造斜”钻导向孔至出土点，尽量避免“S型造斜”。

2、泥浆配比技术

为了避免钻屑携带不干净，钻杆被粘卡，使钻杆扭矩增大，推力或拉力增加，回拖时增大对海底管道防腐层破坏等问题；确保穿越工程安全顺利进行。根据穿越地层地质条件，应在泥浆实验室试配并确定不同的泥浆配方，在施工过程中，应根据地质情况和钻进工艺，即在导向孔阶段、扩孔阶段和洗孔、回拖阶段，选择调整泥浆的配方和泥浆性能，推荐泥浆性能见表1和表2。

表1泥浆动塑比、滤失量返浆携砂量表

表2泥浆粘度表

3、大直径动力扩孔器正推扩孔技术

动力扩孔器工作原理是利用泥浆马达输出的动力带动切削盘高速旋转，从而达到切削岩石的目的，且提高了扩孔效率。由于动力扩孔器的高速平稳运转使得孔洞内壁非常光滑，有效的降低了回拖时管道防腐层的破损风险。例如海底管道外径为Φ610mm，按扩孔直径大于海底管道外径的1.5倍考虑，本次扩孔为逐级扩孔，参照表3。

表3管道扩孔级数、级差

4、岩石层与海底覆盖层分段施工技术

穿越工程土质层一般分为岩石层和覆盖层(粘土层和淤泥层)；由于岩石段扩孔时间长，为了防止出土侧覆盖层的塌孔或缩孔，将扩孔分两个阶段进行，一是岩石段扩孔，二是覆盖层扩孔。所以，按照岩石层和覆盖层进行分段施工流程如下：

1)首先由陆地向海钻进入土侧岩石层。钻穿岩石层后，将钻头拔回，然后进行岩石段扩孔。岩石段扩孔采用正推扩孔工艺；钻具安装动力扩孔器进行施工，如图,4。

2)剩余出土侧覆盖层的导向孔钻进等待岩石段扩孔完成以后再进行。导向钻进完成、钻头在海底出土后，由海上磁靶定位系统和潜水员联合确认钻头位置后，将钻头从入土点抽回，更换为粘土段正推扩孔器，开始粘土段的正推扩孔。粘土段扩孔器推荐采用筒板式扩孔器，如图5。

5、定向钻与海上铺管船配合拖拉管道登陆技术

海底管道回拖采取在铺管船预制、由陆地钻机牵引回拖的方式，管线预制与回拖交叉进行，即预制一段、回拖一段；如图6；时刻关注海底管道在回拖过程中定向钻机回拖力和铺管船张紧器张力数值，是否在设计要求内容，且数值变化是否平稳，确保回拖作业连续，尽量减少管线在孔内完全静止的时间；回拖时钻具连接方式：钻机→钻杆→加重钻杆→回拖扩孔器→旋转接头→U形环→工作管线(铺管船)，如图7。

海底管道回拖完成后，为了防止回拖管线受到海底管道铺管船施工的影响，采用抱卡抱住回拖后的管体，同时采用钢丝绳将抱卡连接在钻机基础上，防止海底管道施工作业拖拉已安装就位的回拖管道。待海底管道铺设一段距离，钻机回拖力测试显示回拖管道不再受到海底管道施工的影响，即可拆除抱卡、钻机基础，进行陆地连接段的施工。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种在海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法，其特征在于：采用定向钻由陆地向海中，穿越海底岩石层和覆盖层后，在钻孔中进行管道回拖，实现海底管道由海上到陆地的登陆；其施工流程为：安装调试定向钻设备→从陆地向海中钻导向孔→钻通岩石层→钻头从陆地入土点拔回→采用正推方式逐级扩孔→钻头从海底出土→抽回钻头→覆盖层采用正推方式扩孔→扩孔钻头连接上铺管船→卸钻头，连接管道→管道在铺管船预制，开始回拖→回拖完成后进行检测，覆盖层包括粘土层和淤泥层；

从陆地向海中钻导向孔，其导向孔精度采用磁靶定位结合GPS双重定位进行控制；

钻通岩石层→钻头从入土点拔回，采用的是岩石层与海底覆盖层分段施工，即将扩孔分两个阶段进行，一是岩石段扩孔，二是覆盖层扩孔；

正推逐级扩孔，采用的是大直径动力扩孔器正推扩孔。

2.根据权利要求1所述的海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法，其特征在于：管道在铺管船预制，开始回拖到回拖完成的过程是由定向钻与海上铺管船一起配合拖拉管道完成的。

3.根据权利要求1所述的海洋石油工程施工过程中海底管道的登陆方法，其特征在于：采用定向钻由陆地向海中，穿越海底岩石层和覆盖层后，在钻孔中进行管道回拖，实现海底管道由海上到陆地的登陆；其施工流程为：安装调试定向钻设备→从陆地向海中钻导向孔→钻通岩石层→钻头从陆地入土点拔回→采用正推方式逐级扩孔→钻头从海底出土→抽回钻头→覆盖层采用正推方式扩孔→扩孔钻头连接上铺管船→卸钻头，连接管道→管道在铺管船预制，开始回拖→回拖完成后进行检测；

1）导向孔精度控制——磁靶定位结合GPS双重定位技术；

为了确保定向钻施工按照设计曲线进行，且精度满足技术要求；导向孔精度控制主要技术要求如下：

①精确测量放线；

②做好穿越中心线的磁方位角测量；

③布置地面信标系统，在地面布置人工磁场辅助进行测量；

④钻头定位辅助，采用GPS钻头跟踪测量仪辅助测量；

⑤保证控向仪器精度；

⑥精心施工，导向孔严格按设计曲线钻进；

⑦严格按照施工规范的要求施工，确保每根钻杆的操作符合设计所规定的曲率半径范围；

⑧连接无磁钻铤、造斜短节、钻头时，确保造斜短节的工具面与钻头射流钻进的中心线一致，使测量的工具面值更接近实际工具面值，有助于控向工程师控制钻进方向；

⑨控向系统采用高精度的数学模型；

⑩在导向孔钻进过程中，当发现导向孔发生偏移，进行二次纠偏时，采用水平方向上的“C型造斜”钻导向孔至出土点，尽量避免“S型造斜”；

2）泥浆配比技术；

为了避免钻屑携带不干净，钻杆被粘卡，使钻杆扭矩增大，推力或拉力增加，回拖时增大对海底管道防腐层破坏问题；确保穿越工程安全顺利进行；根据穿越地层地质条件，应在泥浆实验室试配并确定不同的泥浆配方，在施工过程中，应根据地质情况和钻进工艺，即在导向孔阶段、扩孔阶段和洗孔、回拖阶段，选择调整泥浆的配方和泥浆性能；

3）大直径动力扩孔器正推扩孔技术；

动力扩孔器工作原理是利用泥浆马达输出的动力带动切削盘高速旋转，从而达到切削岩石的目的，且提高了扩孔效率；由于动力扩孔器的高速平稳运转使得孔洞内壁非常光滑，有效的降低了回拖时管道防腐层的破损风险；海底管道外径为Φ610mm，扩孔直径大于海底管道外径的1.5倍，扩孔为逐级扩孔；

4）岩石层与海底覆盖层分段施工技术；

穿越工程土质层分为岩石层和覆盖层；由于岩石段扩孔时间长，为了防止出土侧覆盖层的塌孔或缩孔，将扩孔分两个阶段进行，一是岩石段扩孔，二是覆盖层扩孔；所以，按照岩石层和覆盖层进行分段施工流程如下：

①首先由陆地向海钻进入土侧岩石层；钻穿岩石层后，将钻头拔回，然后进行岩石段扩孔；岩石段扩孔采用正推扩孔工艺；钻具安装动力扩孔器进行施工；

②剩余出土侧覆盖层的导向孔钻进等待岩石段扩孔完成以后再进行；导向钻进完成、钻头在海底出土后，由海上磁靶定位系统和潜水员联合确认钻头位置后，将钻头从入土点抽回，更换为粘土段正推扩孔器，开始粘土段的正推扩孔；粘土段正推扩孔器推荐采用筒板式扩孔器；

5）定向钻与海上铺管船配合拖拉管道登陆技术；

海底管道回拖采取在铺管船预制、由陆地钻机牵引回拖的方式，管线预制与回拖交叉进行，即预制一段、回拖一段；时刻关注海底管道在回拖过程中定向钻机回拖力和铺管船张紧器张力数值，是否在设计要求内，且数值变化是否平稳，确保回拖作业连续，尽量减少管线在孔内完全静止的时间；回拖时钻具连接方式：钻机→钻杆→加重钻杆→回拖扩孔器→旋转接头→U形环→工作管线；

海底管道回拖完成后，为了防止回拖管线受到海底管道铺管船施工的影响，采用抱卡抱住回拖后的管体，同时采用钢丝绳将抱卡连接在钻机基础上，防止海底管道施工作业拖拉已安装就位的回拖管道；待海底管道铺设一段距离，钻机回拖力测试显示回拖管道不再受到海底管道施工的影响，即可拆除抱卡、钻机基础，进行陆地连接段的施工。

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