CN110541418A - 一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法。所述自锁嵌套式深水钻井表层导管由吸力桩顶盖、吸力桩筒体、防土塞肋板、下肋板、外导管、中导管、内导管、导管塞、锤杆导向架、导管固定装置组成基本结构。本发明结合吸力锚技术与水下打桩技术设计自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法，可由工作船实现表层导管的批量安装，作业效率高，具有明显的技术和经济优势，筒型基础与嵌套式导管结构型式可极大提升导管承载能力并有效解决深水钻井易发生浅层地质灾害的难题，尤其适合于深水天然气水合物钻采。

Description

一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法，属于深水钻井器材及技术领域。

背景技术

目前国内深水表层建井主要采用喷射法下入导管,但该技术作业方式单一，对地质要求高，承载力小，需要静置恢复时间，作业安全系数低；浅层地质灾害应对能力差，作业控制要求高；需要多层套管依次下放提供额外承载力，作业效率低，对钻井平台要求高。

吸力锚作为海上浮动式平台的基础之一，一般为上端封闭、下端开口的圆筒形结构，顶板留有排水孔连接抽水设备。吸力锚沉贯过程中，首先利用自重沉入海床一定深度，形成筒内封闭环境，随后利用抽水设备抽出筒内海水，在筒内外压差作用下继续下沉，直至贯入设定深度为止，具有造价低、设计简单、安装工艺先进、适用范围广、可重复使用等优势。同时，深水钻井表层导管水下打桩锤入技术已在美国墨西哥湾、巴西坎普斯深水盆地和加拿大东海域等多个海上油气区块得到了成功应用。应用实践表明，该技术能有效提高表层导管安装时效，尤其是在导管批量安装施工中效果更明显。导管安装到位后，稳定性能良好，未出现下沉或井口失稳现象，满足了海上钻井作业的安全性要求。本发明借鉴结合上述技术提供一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法，可有效解决目前喷射下入导管存在的部分问题。

发明内容

本发明提供一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法，可由工程船实现表层导管的批量安装，具有明显的技术和经济优势，筒型基础与嵌套式导管结构型式可极大提升导管承载能力并有效解决深水钻井易发生浅层地质灾害难题，尤其适合于深水天然气水合物钻采。

本发明提供一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法，包括吸力桩顶盖、吸力桩筒体、防土塞肋板、下肋板、外导管、中导管、内导管、导管塞、锤杆导向架、导管固定装置；吸力桩顶盖设有通流阀门、吸力泵接口、压力表、牛眼、方形孔；外导管与吸力桩顶盖连接，位于吸力桩筒体中间，中导管位于外导管与内导管中间，内导管位于中导管内部；防土塞肋板安装于吸力桩筒体与外导管之间顶部，下肋板安装于吸力桩筒体与外导管之间中下部；所述吸力桩筒体呈中空的圆筒型，其顶端与吸力桩顶盖连接；所述导管固定装置在自锁嵌套式深水钻井导管入水到达海底泥面之前固定中导管、内导管。

所述外导管内壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨下端存在一段无导轨区域用于安装一号挡环，所述一号挡环外周具有等跨距半圆柱形凹槽，外导管下端具有外导管导向环；

所述中导管外壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨与所述外导管导向环间隙配合，所述中导管内壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨下端存在一段无导轨区域用于安装二号挡环，所述二号挡环外周具有等跨距半圆柱形凹槽，所述中导管上端具有中导管限位块，所述中导管限位块外周具有等跨距半圆柱形凹槽，所述凹槽与所述外导管内壁导轨间隙配合，所述中导管下端具有中导管导向环；

所述内导管外壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨尺寸与中导管导向环内环凹槽尺寸匹配，所述内导管外壁导轨与所述中导管导向环间隙配合，所述内导管上端具有内导管限位块，所述内导管限位块外周具有等跨距半圆柱形凹槽，所述凹槽与所述中导管内壁导轨间隙配合，所述内导管下端安装导管塞，所述导管塞可从内导管内拆除；

所述自锁嵌套式深水钻井表层导管到达海底泥面之前，内导管全部位于中导管内，中导管全部位于外导管内，导管组合底部由导管固定装置固定。

所述自锁嵌套式深水钻井表层导管安装完毕状态：内导管限位块位于中导管底部，二号挡环位于中导管内壁无导轨区域；中导管限位块位于外导管底部，一号挡环位于外导管内壁无导轨区域；导管塞拆除。

一种上述所述自锁嵌套式深水钻井表层导管安装方法，它包括以下步骤：

S1、将所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过吊装设备吊装入水；

S2、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管到达海底泥面调整水平度，将导管固定装置拆除；

S3、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过自重贯入，到达初始入泥深度，关闭通流阀门；

S4、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过水下机器人搭载吸力泵连接吸力泵接口开始抽水，使自锁嵌套式深水钻井表层导管负压贯入到达设计深度；

S5、液压打桩锤下部安装与内导管尺寸匹配的打桩杆，上部连接升沉补偿装置，由工程船吊装入水，通过锤杆导向架安装打桩杆于内导管限位块上部，由水下机器人携带电缆为液压打桩锤供电开始打桩下入内导管，所述内导管下入到位后，吊起液压打桩锤，安装二号挡环；

S6、液压打桩锤下部安装与中导管尺寸匹配的打桩杆，上部连接升沉补偿装置，由工程船吊装入水，通过锤杆导向架安装打桩杆于中导管限位块上部，由水下机器人携带电缆为液压打桩锤供电开始打桩下入中导管，所述中导管下入到位后，吊起液压打桩锤，安装一号挡环，拆除回收导管塞。

本发明具有以下优点：

1、本发明与目前国内采用最多的喷射法下入导管相比可较好的解决当前喷射建井面临的部分问题，浅层地质适应性强，作业安全性高，承载力大，与井口及采油树匹配性高，作业风险控制难度低。

2、本发明可由工作船实现表层导管的批量安装，具有明显的技术和经济优势，筒型基础与嵌套式导管结构型式可极大提升导管承载能力并有效解决深水钻井易发生浅层地质灾害难题，尤其适合于深水天然气水合物钻采。

附图说明

图1是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的结构示意图。

图2是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的吸力桩顶盖结构示意图。

图3是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的外导管结构示意图。

图4是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的中导管结构示意图。

图5是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的内导管结构示意图。

图6是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的安装完毕状态结构示意图。

图7是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的水下打桩状态示意图。

图8是本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法的安装步骤流程图。

图中，1、锤杆导向架；2、通流阀门；3、防土塞肋板；4、吸力桩顶盖；5、吸力桩筒体；6、下肋板；7、外导管；8、中导管；9、内导管；10、导管塞；11、一号挡环；12、二号挡环；13、方形孔；14、压力表；15、吸力泵接口；16、牛眼；17、工程船；18、电缆；19、水下机器人；20、液压打桩锤；21、升沉补偿装置；22、打桩杆；23、海面；24、海底泥面；25、内导管限位块；26、中导管限位块；27、中导管导向环；28、外导管导向环；29、吊耳；30、导管固定装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1及图2所示，本发明提供一种自锁嵌套式深水钻井表层导管及其安装方法，包括吸力桩顶盖4、吸力桩筒体5、防土塞肋板3、下肋板6、外导管7、中导管8、内导管9、导管塞10、锤杆导向架1、导管固定装置30；所述吸力桩顶盖设有通流阀门2、吸力泵接口15、压力表14、牛眼16、方形孔13；所述外导管7与吸力桩顶盖4连接，位于吸力桩筒体5中间，所述中导管8位于外导管7与内导管9中间，所述内导管9位于中导管8内部；所述防土塞肋板3安装于吸力桩筒体5与外导管7之间顶部，所述下肋板6安装于吸力桩筒体5与外导管7之间中下部；所述吸力桩筒体5呈中空的圆筒型，其顶端与吸力桩顶盖连接；所述导管固定装置30在自锁嵌套式深水钻井表层导管入水到达海底泥面24之前固定中导管8、内导管9。

如图3至图5所示，在本实施方式中，所述外导管7内壁具有等跨距八条半圆柱型导轨，所述导轨下端存在一段无导轨区域用于安装一号挡环11，外导管下端具有外导管导向环28。

所述中导管8外壁具有等跨距八条半圆柱型导轨，所述导轨尺寸与外导管导向环28内环凹槽尺寸匹配，所述中导管8内壁具有等跨距八条半圆柱型导轨，所述导轨下端存在一段无导轨区域用于安装二号挡环12，所述中导管8上端具有中导管限位块26，所述中导管限位块26外周具有八道圆柱形凹槽，所述中导管8下端具有中导管导向环27。

所述内导管9外壁具有等跨距八条半圆柱型导轨，所述导轨尺寸与中导管导向环27内环凹槽尺寸匹配，内导管9上端具有内导管限位块25，所述内导管限位块25外周具有八道圆柱形凹槽，所述凹槽尺寸与中导管8内壁导轨尺寸匹配，内导管9下端安装导管塞10，所述导管塞10可从内导管9内拆除。

在一个具体实施方式中，所述吸力桩筒体5直径：6米，吸力桩筒体5高度：12米，外导管7直径：48in，外导管7长度：15米，中导管8直径：42in，中导管8长度：15米，内导管9直径：36in，内导管7长度：15米。具体尺寸可根据土壤特性及所需承载力设计决定；内导管9通常只有30in或36in两种尺寸，中导管8、外导管7依据内导管9尺寸设计。

如图6至图8所示，在具体安装本发明一种自锁嵌套式深水钻井表层导管时，其安装方法包括以下步骤：

S1、将所述自锁嵌套式深水钻井表层导管打开通流阀门2，通过吊装设备吊装入水；

S2、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管到达海底泥面调整水平度，由水下机器人19将导管固定装置30拆除；

S3、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过自重贯入，到达初始入泥深度，关闭通流阀门2；

S4、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过水下机器人19搭载吸力泵连接吸力泵接口15开始抽水，使自锁嵌套式深水钻井表层导管负压贯入到达设计深度；

S5、所述液压打桩锤20下部安装与内导管9尺寸匹配的打桩杆22，上部连接升沉补偿装置21，由工程船17吊装入水，通过锤杆导向架1安装打桩杆22于内导管限位块25上部，由水下机器人19携带电缆18为液压打桩锤20供电开始打桩下入内导管9，所述内导管9下入到位后，吊起液压打桩锤20，安装二号挡环12；

S6、所述液压打桩锤20下部安装与中导管8尺寸匹配的打桩杆22，上部连接升沉补偿装置21，由工程船17吊装入水，通过锤杆导向架1安装打桩杆22于中导管限位块26上部，由水下机器人19携带电缆18为液压打桩锤20供电开始打桩下入中导管9，所述中导管9下入到位后，吊起液压打桩锤20，安装一号挡环11，拆除导管塞10。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：包括吸力桩顶盖、吸力桩筒体、防土塞肋板、下肋板、外导管、中导管、内导管、导管塞、锤杆导向架、导管固定装置、一号挡环、二号挡环；

所述吸力桩顶盖设有通流阀门、吸力泵接口、压力表、牛眼、方形孔；

所述锤杆导向架安装于所述吸力桩顶盖之上；

所述外导管与所述吸力桩顶盖连接，位于所述吸力桩筒体中间，所述中导管位于外导管与内导管中间，所述内导管位于中导管内部；

所述防土塞肋板安装于所述吸力桩筒体与所述外导管之间顶部，所述下肋板安装于吸力桩筒体与外导管之间中下部；

所述吸力桩筒体呈中空的圆筒型，其顶端与吸力桩顶盖连接；

所述外导管、中导管、内导管下端具有导管固定装置。

2.如权利要求1所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：所述外导管内壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨下端存在一段无导轨区域，外导管下端具有外导管导向环。

3.如权利要求1所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：所述中导管外壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨尺寸与外导管导向环内环凹槽尺寸匹配，所述中导管内壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述中导管内壁下端存在一段无导轨区域，中导管上端具有中导管限位块，所述中导管限位块外周具有等跨距半圆柱形凹槽，所述中导管下端具有中导管导向环。

4.如权利要求1所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：所述内导管外壁具有等跨距半圆柱型导轨，所述导轨尺寸与中导管导向环内环凹槽尺寸匹配，所述内导管上端具有中导管限位块，所述内导管限位块外周具有等跨距半圆柱形凹槽，所述凹槽尺寸与所述中导管内壁导轨尺寸匹配，所述内导管下端安装所述导管塞。

5.如权利要求2所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：所述外导管导向环与所述中导管外壁导轨间隙配合；所述外导管安装到位状态时，所述外导管内壁下端无导轨区域安装一号挡环。

6.如权利要求3所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：所述中导管限位块与所述外导管内壁导轨间隙配合，所述中导管导向环与所述内导管外壁导轨间隙配合，所述中导管安装到位状态时，所述中导管内壁下端无导轨区域安装二号挡环。

7.如权利要求4所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管，其特征在于：所述内导管限位块与所述中导管内壁导轨间隙配合。

8.一种如权利要求1所述的自锁嵌套式深水钻井表层导管的安装方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1、将所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过吊装设备吊装入水；

S2、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管到达海底泥面调整水平度，将导管固定装置拆除；

S3、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过自重贯入，到达初始入泥深度，关闭通流阀门；

S4、所述自锁嵌套式深水钻井表层导管通过水下机器人搭载吸力泵连接吸力泵接口开始抽水，使自锁嵌套式深水钻井表层导管负压贯入到达设计深度；

S5、所述液压打桩锤下部安装与内导管尺寸匹配的打桩杆，上部连接升沉补偿装置，由工程船吊装入水，通过锤杆导向架安装打桩杆于内导管限位块上部，由水下机器人携带电缆为液压打桩锤供电开始打桩下入内导管，所述内导管下入到位后，吊起液压打桩锤，安装二号挡环；

S6、所述液压打桩锤下部安装与中导管尺寸匹配的打桩杆，上部连接升沉补偿装置，由工程船吊装入水，通过锤杆导向架安装打桩杆于中导管限位块上部，由水下机器人携带电缆为液压打桩锤供电开始打桩下入中导管，所述中导管下入到位后，吊起液压打桩锤，安装一号挡环，拆除导管塞。