CN111350471A - 一种海洋钻探施工用井口稳定装置 - Google Patents

Abstract

一种海洋钻探施工用井口稳定装置，包括吸力锚、导管和导管座，内管上部设有上座环，上座环为上柱下锥孔，导管上部设有外凸的悬挂段，悬挂段下部设有悬挂段外锥台，悬挂段上套装导管座，导管座下部设有导管座内锥面和导管座外锥台，导管座外锥台与上柱下锥孔的内锥面匹配贴合，悬挂段外锥台与导管座内锥面匹配贴合。本发明在吸力锚的内管顶部设置上座环，并且增设导管座，导管经导管座安装在上座环中，导管座与上座环之间及导管与导管座之间均采用锥面配合，辅以导正条的协同作用，保证了导管和井口头与井口吸力锚的同心度，吸力锚安装垂直度偏差控制在1°以内即可保证导管的垂直度偏差控制在1°以内。本发明还具有易于拆装的特点。

Description

一种海洋钻探施工用井口稳定装置

技术领域

本发明涉及一种用于海洋钻探工程的施工装置，特别是海洋钻探施工用井口稳定装置。

背景技术

井口稳定装置在海洋工程中具有广泛的应用，其作用类似刚性短桩，对井口具有支护及基础件的作用。传统的海底钻探井口稳定装置由导管(也称套管)和基盘组成，导管顶部为井口头，根据井口支撑设备重量不同，一般需要几十米至数百米的导管和井口基盘共同支撑井口重量，导管采用喷射钻进方式下入至海底泥面以下，导管需要平台或钻探船提吊一段时间等待地层抱紧导管或采用固井的方式，保证导管与地层连接紧密性，从而产生竖向承载力。传统井口稳定装置存在以下缺陷：1.无法保证井口基盘的水平度和导管的垂直度，从而无法保证井口头的垂直度在1°以内；2.导管喷射和等待导管稳固的时间较长，海上施工作业成本高；3.需要下入较深的导管时，导管成本高，若是打定向井或水平井，垂直段较长导致造斜点在更深的位置，不利于开采浅层油气资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低导管垂直度误差、施工快速、易于施工的海洋钻探施工用井口稳定装置。

本发明为解决上述问题是通过以下述技术方案实现的：

一种海洋钻探施工用井口稳定装置，包括吸力锚和导管，吸力锚包括内管和外管，导管位于内管中，还包括导管座，内管上部设有上座环，上座环为上柱下锥孔，所述导管上部设有外凸的悬挂段，悬挂段下部设有悬挂段外锥台，悬挂段上套装导管座，导管座下部设有导管座内锥面和导管座外锥台，导管座外锥台与上柱下锥孔的内锥面匹配贴合，悬挂段外锥台与导管座内锥面匹配贴合。

上述海洋钻探施工用井口稳定装置，内管的内壁上沿轴向分布数组导正环，各组导正环由均布的数个导正条构成，各导正条的内表面为外凸弧面，各组导正环内径D与导管外径d间隙配合。

上述海洋钻探施工用井口稳定装置，导管座的外壁沿轴向均布数个通流槽。

上述海洋钻探施工用井口稳定装置，所述导管座内孔上部设有环状的内卡槽，导管的悬挂段上设有外卡槽，导管座上的内卡槽与悬挂段的外卡槽位置对应，开口卡环嵌装外卡槽内，开口卡环与内卡槽卡接；各通流槽内设有贯通的螺钉孔，螺钉孔的位置与内卡槽对应。

上述海洋钻探施工用井口稳定装置，吸力锚的上部均布筋板，内管和外管之间由筋板连接，外管顶部由顶板封闭；内管顶部设有过渡喇叭口，过渡喇叭口上沿与顶板焊合，过渡喇叭口下沿与上座环顶部焊合。

上述海洋钻探施工用井口稳定装置，开口卡环开口两侧设有螺纹孔，开口两侧分别安装并紧块，并紧块与开口卡环通过螺栓固定，两个并紧块之间横穿紧固螺栓和螺母，通过紧固螺栓和螺母旋合，开口卡环开口合拢，开口卡环向内收缩。

本发明针对解决现有技术的问题而设计，其主要优点如下：1、增设导管座，同时在内管上部设置安装导管座的上座环，利用上座环与导管座的锥面接触及导管座与导管的锥面接触，起到自动定心的作用，导管与吸力锚同心好，因吸力锚垂直度可以控制在在1°以内，因此导管垂直度偏差也可以控制在1°以内；2、吸力锚的内管内部设置导正环，可进一步保证导管管体与吸力锚内管的同心度；3、导管座与导管通过开口卡环构成固定连接，安装时仅需将开口卡环压缩即可将导管座装入导管悬挂段上，到位后松开开口卡环即可锁定，导管座拆除时可通过再次安装并紧块使开口卡环收缩，或者通过在环形槽周边螺纹孔内拧入螺栓，螺栓压缩开口卡环，导管座即可与导管分离，拆装方便；4、导管座外圆设置通流槽，提供过水通道，保证导管喷射的泥浆可从导管和内管环状间隙上返，并通过凹槽返海底泥面以上，不会出现憋压现象。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大视图；

图3是导管座的结构示意图；

图4是导管座的剖视图；

图5是吸力锚的结构示意图；

图6是导管的结构示意图；

图7是开口卡环的结构示意图；

图8是图7的A-A剖视图。

图中各标号为：1、外管；2、内管，2-1、上座环，2-2、上柱下锥孔，3、筋板，4、过渡喇叭口，5、导管，5-1、导管头，5-2、悬挂段，5-3、外卡槽，5-4、悬挂段外锥台，6、导管座，6-1、导管座外锥台，6-2、通流槽,6-3、顶丝孔，6-4、内卡槽，6-5、导管座内锥面，7、顶板，8、导正条，9、开口卡环，9-1、并紧块，9-2、螺栓，9-3、紧固螺栓，9-4、紧固螺母，9-5、卡环槽。

具体实施方式

参看图1、图5和图6，本发明包括吸力锚和导管5，吸力锚由内管2和外管1构成双层筒体结构，导管位于内管中。吸力锚的上部均布数块筋板3，筋板为梯形板，筋板的上部与顶板焊合，筋板的一侧短边与外管内壁焊合，筋板的一侧长边与内管焊合，以提高吸力锚的稳定性和内外管的连接强度。外管和内管顶部之间的环形区域由顶板7封闭，顶板为锥面，以提高抗压能力，内管顶部设有过渡喇叭口4，过渡喇叭口上沿与顶板焊合，过渡喇叭口下沿与上座环顶部焊合。导管5为管式结构，导管顶部粗径部分为导管头5-1，导管头可继续悬挂小直径套管或井口防喷器等设备。导管上部粗径部分为悬挂段5-2，悬挂段是导管与吸力锚的悬挂连接部位。

参看图2-图6，为解决导管垂直度和导管与吸力锚同心度的问题，本发明设置了导管座6，同时在内管设置了安装导管座的上座环2-1。上座环位于内管上部，上座环为通透的上柱下锥孔2-2。导管座为空心圆柱体，导管座上部设有倒角，导管座下部设有导管座内锥面6-5和导管座外锥台6-1。所述导管上部设有外凸的悬挂段5-2，悬挂段下部设有悬挂段外锥台5-4。导管座套装在悬挂段外，导管座外锥台6-1与上座环的上柱下锥孔2-2的锥面锥度一致，二者匹配贴合；导管的悬挂段外锥台5-4与导管座内锥面6-5锥度一致，二者匹配贴合。上述结构，将导管座与上座环构成锥面连接、导管座与导管间构成锥面连接，从而保证了导管的垂直度和导管与吸力锚的同心度，采用上述结构，吸力锚安装垂直度控制在在1°以内即可保证导管的垂直度可以控制在1°以内。导管座的外壁沿轴向均布数个上下通透的通流槽6-2，通流槽保证导管喷射的泥浆可从导管和内管环状间隙上返，并通过通流槽返海底泥面以上，避免出现憋压现象。

参看图1、图5、图6，本发明在内管的内壁上延轴向分布数组导正环，每组导正环由均布的数个导正条8构成，各导正条的内表面为外凸弧面，各组导正环的内径D与导管外径d之间间隙配合。导向条一方面起到安装导管时导正作用，另一方面可以使套管中下部与内管同心。

参看图2-图6，导管座内孔上部位置设有环状的内卡槽6-4，导管的悬挂段上设有外卡槽5-3，内卡槽、外卡槽位置对应。开口卡环9嵌装在悬挂段的外卡槽内，开口卡环的卡环槽9-5与导管座的内卡槽卡接，通过开口卡环将导管与导管座连接。通过紧块9-1将开口卡环收缩来进行导管座与导管的安装与分离，另外各通流槽内设有贯通的顶丝孔，顶丝孔的位置与内卡槽对应。设置顶丝孔可将顶丝由顶丝孔旋入触压开口卡环，使开口卡环收缩由内卡槽脱出，应急情况通过这种方法实现导管座与导管分离。

参看图7，开口卡环外壁上设有卡环槽9-5，开口卡槽9的开口两侧设有螺纹孔，开口两侧分别安装并紧块9-1，并紧块与开口卡环通过螺栓9-2固定，两个并紧块之间贯穿紧固螺栓9-3，通过紧固螺栓和紧固螺母9-4旋合，开口卡环开口合拢，开口卡环向内收缩。

本发明使用时安装顺序如下：水平放置导管，并通过并紧块将套在悬挂段开口卡环压缩，导管座大口端从导管小头端套入，导管的悬挂段外锥台接触导管座内锥面定心，开口卡环进入内卡槽后松开开口卡环，这样导管与导管座连为一体，即使导管竖起后导管座也不会脱落，导管头受到的压力经导管传递给导管座；导管导管座连为一体后整体插入吸力锚的内管中心，插入过程中导正条组成的扶正环始终保证导管与内管同心，当导管座外锥台与上座环上柱下锥孔的内锥面接触后定心插入完毕，导管座与上座环保持同心，导管座受力通过导管座外锥台传递给上座环，上座环是锚整体中的一部分，因此最终受力传递到吸力锚。

导管座与导管通过开口卡环固定在一起，当需要分离时，可通过并紧块使开口卡环收缩，开口卡环从内卡槽脱出实现导管座与导管分离，应急情况通过并紧块无法收缩开口卡环，可在导管座顶丝孔内拧入顶丝，顶丝触压开口卡环，强制开口卡环从内卡槽脱出，导管座即可与导管分离。

导管通常数十米长，上述过程在海底完成，吸力锚先沉入海底泥面以下，再安装导管。特殊情况导管较短，可在吸力锚下水前提前穿入吸力锚内部并悬挂，将导管、导管座、井口吸力锚一起下放至海底，整体安装在海底泥面以下。

Claims (6)

1.一种海洋钻探施工用井口稳定装置，包括吸力锚和导管(5)，吸力锚包括内管(2)和外管(1)，导管位于内管中，其特征在于：还包括导管座(6)，内管上部设有上座环(2-1)，上座环为上柱下锥孔(2-2)，所述导管上部设有外凸的悬挂段(5-2)，悬挂段下部设有悬挂段外锥台(5-4)，悬挂段上套装导管座(6)，导管座下部设有导管座内锥面(6-5)和导管座外锥台(6-1)，导管座外锥台与上柱下锥孔的内锥面匹配贴合，悬挂段外锥台与导管座内锥面匹配贴合。

2.根据权利要求1所述的海洋钻探施工用井口稳定装置，其特征在于：内管的内壁上沿轴向分布数组导正环，各组导正环由均布的数个导正条(8)构成，各导正条的内表面为外凸弧面，各组导正环内径D与导管外径d间隙配合。

3.根据权利要求2所述的海洋钻探施工用井口稳定装置，其特征在于：导管座的外壁沿轴向均布数个通流槽(6-2)。

4.根据权利要求3所述的海洋钻探施工用井口稳定装置，其特征在于：所述导管座内孔上部设有环状的内卡槽(6-4)，导管的悬挂段上设有外卡槽(5-3)，导管座的内卡槽与悬挂段的外卡槽位置对应，开口卡环(7)嵌装外卡槽内，开口卡环与内卡槽卡接；各通流槽内设有贯通的螺钉孔，螺钉孔的位置与内卡槽对应。

5.根据权利要求4所述的海洋钻探施工用井口稳定装置，其特征在于：吸力锚的上部均布筋板(3)，内管和外管之间由筋板连接，外管顶部由顶板(7)封闭；内管顶部设有过渡喇叭口，过渡喇叭口上沿与顶板焊合，过渡喇叭口下沿与上座环顶部焊合。

6.根据权利要求5所述的海洋钻探施工用井口稳定装置，其特征在于：开口卡环开口两侧设有螺纹孔，开口两侧安装并紧块(9-1)，并紧块与开口卡环通过螺栓(9-2)固定，两个并紧块之间贯穿紧固螺栓(9-3)，紧固螺栓与紧固螺母(9-4)旋合。

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