CN111894486B - 一种深水钻井表层导管柱送入工具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水钻井表层导管柱送入工具及其使用方法，该工具包括支撑结构、锁紧结构、抽吸结构和打压结构，通过送入工具与低压井口头内部实现锁紧连接，采用液压推杆机构实现送入工具的锁紧环与低压井口头锁紧并用销钉固定，在水下解锁时采用水下机器人对液压推杆机构的活塞缸打压，剪切固定销钉使送入工具锁紧环回弹从而解锁。

Description

一种深水钻井表层导管柱送入工具及其使用方法

技术领域

本发明属于深水油气田开发钻井技术领域，涉及一种深水钻井表层导管柱送入工具及其使用方法。

背景技术

目前我国南海深水油气田勘探作业常用的表层导管安装方法主要有两种，一是钻孔法，二是喷射法。这两种方法在导管柱送入时均采用钻杆连接导管柱顶部的低压井口头送入工具实现导管柱的送入，因此都需要使用钻井平台装置才能实现表层导管柱的送入。

借鉴海洋工程的钢桩打桩方法，可采用打桩方法进行安装深水表层导管，即通过深水打桩锤把导管锤入至设计入泥深度。该方法不需要借助钻井平台装置，利用海上施工船起重设备，采用钢缆连接特殊的低压井口头送入工具实现导管柱的送入。使用该方法时，低压井口头与导管焊接成一个整体的一串导管柱，通过将送入工具与低压井口头的连接，实现把导管柱送入至海底。

目前业内已研制出采用钢缆送导管柱的送入工具，但都存在一些局限，具体如下：

目前这些送入工具中尚未有与常规低压井口头内部锁紧槽配合的送入工具，均采用的特制的外部连接工具与低压井口头配合或特殊的内部连接工具配合特制的低压井口头，无法与常用低压井口头内部锁紧槽配合，若井口外部尺寸或者结构发生变化，则送入工具需要进行定制；

有的送入工具是外置式的，即工具与导管柱的连接是采用可活动圆环卡住，再将导管通过施工船吊车将其吊起并调整至垂直状态，这种工具使得施工船必须要具备两个吊车，限制了施工船的选择。同时，该送入工具规格较大，在海上操作不够方便。

因此，目前已有的采用钢缆送入的导管柱送入工具普通存在如结构特殊、通用性不强，外置式占用空间较大、操作不够便利、使施工船的选择灵活性受到限制或者难以提前预安装等缺点与局限。

目前国内还尚未有类似工具的发明与应用，技术仍处于空白。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种深水钻井表层导管柱送入工具及其使用方法，该方法是通过送入工具与低压井口头内部实现锁紧连接，采用液压推杆机构实现送入工具的锁紧环与低压井口头锁紧并用销钉固定，在水下解锁时采用水下机器人对液压推杆机构的活塞缸打压，剪切固定销钉使送入工具锁紧环回弹从而解锁。

一种深水钻井表层导管柱送入工具，包括支撑结构、锁紧结构、抽吸结构和打压结构；

所述支撑结构包括提升接头、支撑体、底板和分隔板，所述提升接头安装于支撑体的上方，所述底板安装于支撑体的底部，在提升接头、支撑体和底板的内部形成有内腔，所述分隔板安装于内腔内将内腔分隔为位于提升接头内部的上活塞腔和位于支撑体内部的下活塞腔；所述支撑体与底板之间形成有外腔，外腔通过低压井口头上的出水孔与外界水体连通；所述支撑体下端形成有通孔，使下活塞腔与外腔相连通；所述提升接头外壁形成有固定销钉孔、锁紧打压孔和泄压孔；

所述锁紧结构包括液压活塞、推块、锁环推杆、锁环和锁紧状态固定销钉，所述液压活塞贯穿分隔板，上半部分位于上活塞腔内，下半部分位于下活塞腔内并与推块相连接，所述上活塞腔包括内径较小的第一腔体和内径较大的第二腔体，所述液压活塞包括外径第二大的上活塞部、外径最大的中活塞部和外径最小的下活塞部，所述上活塞部与所述第一腔体直径相等，所述中活塞部与第二腔体直径相等，所述中活塞部将液压活塞与第二腔体之间的环空分隔为上部的锁紧液腔和下部的解锁液腔；所述固定销钉孔与第一腔体连通，所述锁紧打压孔和泄压孔与锁紧液腔连通；推块包括外径较大的上推部和外径较小的下推部，未锁紧状态下下推部与锁环推杆接触，锁紧状态下上推部与锁环推杆接触；所述锁环推杆设置于支撑体内，向内一端与推块相接触，向外一端与锁环相连；所述锁紧状态固定销钉用于插入于所述锁紧打压孔对液压活塞进行限位；

所述抽吸结构包括吸口连接接头和吸口管，所述吸口连接接头设置于支撑体上端面，所述吸口管贯穿支撑体和底板；

所述打压结构包括水下机器人快速打压插入头和液压管线，所述水下机器人快速打压插入头设置于支撑体上端面，所述液压管线的一端与所述解锁液腔相连通。

在上述技术方案中，所述提升接头上端设置有吊运环。

在上述技术方案中，所述底板外沿与低压井口头的接触面设置有密封圈。

在上述技术方案中，当液压活塞位于下推极限位置处时，所述固定销钉孔与液压活塞上端面齐平。

在上述技术方案中，所述锁紧打压孔和泄压孔水平相对设置，位于第二腔体的最上端。

在上述技术方案中，所述支撑结构上安装有水平仪。

在上述技术方案中，所述推块上安装有指示杆，指示杆上端贯穿分隔板和提升接头。

一种深水钻井表层导管柱送入工具的使用方法，包括预安装、下沉、负压贯入、解锁和回收，按照下列步骤进行：

(一)预安装：

1、通过手动液压泵向工具的锁紧打压孔打压，流体进入锁紧液腔，使液压活塞向下运动，带动推块向下运动，推块向下运动时外径由小向大过渡，从而推动锁环推杆向外运动，使锁环与低压井口头锁环凹槽相啮合；通过与推块相连接的指示杆确认推块是否下行至锁紧位置；

2、插入锁紧状态固定销钉，固定住液压活塞，防止液压活塞向上运动导致锁环回缩而解锁，确保锁紧，使锁环与低压井口头处于啮合的状态；

3、通过泄压孔对锁紧液腔的流体进行泄压；

4、将导管柱与送入工具送至海上作业现场；

(二)下沉：送入工具的提升接头通过卸扣与吊车的钢丝吊绳相连，连接后施工船的吊车将导管柱置入海水中，导管柱在自重作用下缓慢插入至海底土壤，直到无法继续下沉为止；

(三)负压贯入：水下机器人靠近送入工具，将自带的泵的管线接头与吸口连接接头相连，启动泵开始抽水，使导管柱内部产生负压，从而使导管柱继续下行入泥；导管柱入泥到位后，回收水下机器人泵的管线接头；

(四)解锁：采用水下机器人用液压泵管线接头与水下机器人快速打压插入头相连，向活解锁液压打压孔打压，高压液体通过液压管线流入解锁液腔，液压活塞在高压液体作用下向上运动剪切锁紧状态固定销钉，带着推块向上运动，推块向上运动时外径由大向小过渡，锁环推杆也逐步向内移动，同时锁环也随着锁环推杆逐步回缩，直到锁环推杆移动至极限位置，不再支撑锁环为止，此时锁环靠自身弹性完全回缩，实现解锁；

(五)回收：通过施工船提升吊车钢缆，上提钢缆回收送入工具。

本发明的优点和有益效果为：

1、该发明的送入工具采用的是钢缆与海上施工船的起重设备相连，可实现用钢缆在海上送导管柱。

2、操作方便。在地面锁紧，水下解锁。锁紧时用手动液压泵打压至锁紧位置，再用固定销钉插入固定即可；解锁时用水下机械人对液压推杆机构的活塞缸打压，剪切固定销钉使送入工具锁紧环回弹从而解锁。

3、送入工具与低压井口头内部锁紧，不占用低压井口头外部空间，体积小，可实现地面预接。

4、使导管柱的入水方式不一定采用施工船吊装入水，可在驳船上与施工船工作缆拖拉配合入水。

5、施工船有无吊车均可使用该工具送导管柱。

6、送入工具的适用性强，只要低压井口头的锁紧槽规格不变，则送入工具都能适用。

7、操作方便，采用手动液压泵及水下机械人即可实现锁紧与解锁。

8、导管柱在自重作用下入泥至无法继续入泥后，通过水下机器人的泵连接导管柱吸口，抽导管柱内的水，制造负压，使导管柱能继续入泥。

9、可在送入工具上安装水平仪，即可读出导管柱的倾斜角度。

10、结构简单，维护简便。

附图说明

图1为本发明平面结构示意图。

图2为本发明外观结构示意图。

图3为本发明深水钻井表层导管柱送入工具连接状态示意图(非锁紧状态)。

图4为本发明深水钻井表层导管柱送入工具连接状态示意图(锁紧状态)。

其中：1为提升接头，2为锁环，3为锁环推杆，4为液压活塞，5为锁紧打压孔，6 为锁紧状态固定销钉，7为解锁液压打压孔，8为液压管线，9为水下机器人快速打压插入头，10为指示杆，11为密封圈，12为通孔，13为吸口连接接头，14为吸口管，15为推块，16为解锁液腔，17为泄压孔，18为锁紧液腔，19为低压井口头，20为支撑体， 21为底板，22为分隔板。101为上活塞腔，102为下活塞腔，103为外腔，201为出水孔， 301为吊运环。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

一种深水钻井表层导管柱送入工具，包括支撑结构、锁紧结构、抽吸结构和打压结构；

所述支撑结构包括提升接头1、支撑体20、底板21和分隔板22，所述提升接头安装于支撑体的上方，所述底板安装于支撑体的底部，所述提升接头上端设置有吊运环301，所述底板外沿与低压井口头的接触面设置有密封圈11；支撑结构上安装有水平仪，用于读出导管柱的倾斜角度；

在提升接头、支撑体和底板的内部形成有内腔，所述分隔板安装于内腔内将内腔分隔为位于提升接头内部的上活塞腔101和位于支撑体内部的下活塞腔102；所述支撑体与底板之间形成有外腔103，外腔通过低压井口头上的出水孔201与外界水体连通；所述支撑体下端形成有通孔12，使下活塞腔与外腔相连通；所述提升接头外壁形成有固定销钉孔、锁紧打压孔5和泄压孔17；

所述锁紧结构包括液压活塞4、推块15、锁环推杆3、锁环2和锁紧状态固定销钉6，所述液压活塞贯穿分隔板，上半部分位于上活塞腔内，下半部分位于下活塞腔内并与推块相连接，所述上活塞腔包括内径较小的第一腔体和内径较大的第二腔体，所述液压活塞包括外径第二大的上活塞部、外径第最大的中活塞部和外径最小的下活塞部，所述上活塞部与所述第一腔体直径相等，所述中活塞部与第二腔体直径相等，所述中活塞部将液压活塞与第二腔体之间的环空分隔为上部的锁紧液腔18和下部的解锁液腔16；

所述固定销钉孔与第一腔体连通，所述锁紧状态固定销钉用于插入于所述锁紧打压孔对液压活塞进行限位；当液压活塞位于下推极限位置处时，所述固定销钉孔与液压活塞上端面齐平；

推块包括外径较大的上推部和外径较小的下推部，未锁紧状态下下推部与锁环推杆接触，锁紧状态下上推部与锁环推杆接触；所述推块上安装有指示杆，指示杆上端贯穿分隔板和上接头，用于指示推块(液压活塞)的位置；

所述锁紧打压孔和泄压孔与锁紧液腔连通；所述锁紧打压孔和泄压孔水平相对设置，位于第二腔体的最上端；

所述锁环推杆设置于支撑体内，向内一端与推块相接触，向外一端与锁环相连；

所述抽吸结构包括吸口连接接头13和吸口管14，所述吸口连接接头设置于支撑体上端面，所述吸口管贯穿支撑体和底板；

所述打压结构包括水下机器人快速打压插入头9和液压管线8，所述水下机器人快速打压插入头设置于支撑体上端面，所述液压管线的一端与所述解锁液腔相连通。

一种深水钻井表层导管柱送入工具的使用方法，包括预安装、下沉、负压贯入、解锁和回收，按照下列步骤进行：

(一)预安装：

1、通过手动液压泵向工具的锁紧打压孔打压，流体进入锁紧液腔，使液压活塞向下运动，带动推块向下运动，推块向下运动时外径由小向大过渡，从而推动锁环推杆向外运动，使锁环与低压井口头锁环凹槽相啮合；通过与推块相连接的指示杆确认推块是否下行至锁紧位置；

2、插入锁紧状态固定销钉，固定住液压活塞，防止液压活塞向上运动导致锁环回缩而解锁，确保锁紧，使锁环与低压井口头处于啮合的状态；

3、通过泄压孔对锁紧液腔的流体进行泄压；

4、将导管柱与送入工具送至海上作业现场；

(二)下沉：送入工具的提升接头通过卸扣与吊车的钢丝吊绳相连，连接后施工船的吊车将导管柱置入海水中，导管柱在自重作用下缓慢插入至海底土壤，直到无法继续下沉为止；

(三)负压贯入：水下机器人靠近送入工具，将自带的泵的管线接头与吸口连接接头相连，启动泵开始抽水，使导管柱内部产生负压，从而使导管柱继续下行入泥；导管柱入泥到位后，回收水下机器人泵的管线接头；

(四)解锁：采用水下机器人用液压泵管线接头与水下机器人快速打压插入头相连，向活解锁液压打压孔打压，高压液体通过液压管线流入解锁液腔，液压活塞在高压液体作用下向上运动剪切锁紧状态固定销钉，带着推块向上运动，推块向上运动时外径由大向小过渡，锁环推杆也逐步向内移动，同时锁环也随着锁环推杆逐步回缩，直到锁环推杆移动至极限位置，不再支撑锁环为止，此时锁环靠自身弹性完全回缩，实现解锁；

(五)回收：通过施工船提升吊车钢缆，上提钢缆回收送入工具。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：包括支撑结构、锁紧结构、抽吸结构和打压结构；

所述支撑结构包括提升接头、支撑体、底板和分隔板，所述提升接头安装于支撑体的上方，所述底板安装于支撑体的底部，在提升接头、支撑体和底板的内部形成有内腔，所述分隔板安装于内腔内将内腔分隔为位于提升接头内部的上活塞腔和位于支撑体内部的下活塞腔；所述支撑体与底板之间形成有外腔，外腔通过低压井口头上的出水孔与外界水体连通；所述支撑体下端形成有通孔，使下活塞腔与外腔相连通；所述提升接头外壁形成有固定销钉孔、锁紧打压孔和泄压孔；

所述锁紧结构包括液压活塞、推块、锁环推杆、锁环和锁紧状态固定销钉，所述液压活塞贯穿分隔板，上半部分位于上活塞腔内，下半部分位于下活塞腔内并与推块相连接，所述上活塞腔包括内径较小的第一腔体和内径较大的第二腔体，所述液压活塞包括外径第二大的上活塞部、外径最大的中活塞部和外径最小的下活塞部，所述上活塞部与所述第一腔体直径相等，所述中活塞部与第二腔体直径相等，所述中活塞部将液压活塞与第二腔体之间的环空分隔为上部的锁紧液腔和下部的解锁液腔；所述固定销钉孔与第一腔体连通，所述锁紧打压孔和泄压孔与锁紧液腔连通；推块包括外径较大的上推部和外径较小的下推部；所述锁环推杆设置于支撑体内，向内一端与推块相接触，向外一端与锁环相连；所述锁紧状态固定销钉用于插入于所述锁紧打压孔对液压活塞进行限位；

所述抽吸结构包括吸口连接接头和吸口管，所述吸口连接接头设置于支撑体上端面，所述吸口管贯穿支撑体和底板；

所述打压结构包括水下机器人快速打压插入头和液压管线，所述水下机器人快速打压插入头设置于支撑体上端面，所述液压管线的一端与所述解锁液腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：所述提升接头上端设置有吊运环。

3.根据权利要求1所述的一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：所述底板外沿与低压井口头的接触面设置有密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：当液压活塞位于下推极限位置处时，所述固定销钉孔与液压活塞上端面齐平。

5.根据权利要求1所述的一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：所述锁紧打压孔和泄压孔水平相对设置，位于第二腔体的最上端。

6.根据权利要求1所述的一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：所述支撑结构上安装有水平仪。

7.根据权利要求1所述的一种深水钻井表层导管柱送入工具，其特征在于：所述推块上安装有指示杆，指示杆上端贯穿分隔板和提升接头。

8.一种深水钻井表层导管柱送入工具的使用方法，其特征在于：包括预安装、下沉、负压贯入、解锁和回收，按照下列步骤进行：

(一)预安装：

1、通过手动液压泵向工具的锁紧打压孔打压，流体进入锁紧液腔，使液压活塞向下运动，带动推块向下运动，推块向下运动时外径由小向大过渡，从而推动锁环推杆向外运动，使锁环与低压井口头锁环凹槽相啮合；通过与推块相连接的指示杆确认推块是否下行至锁紧位置；

2、插入锁紧状态固定销钉，固定住液压活塞，防止液压活塞向上运动导致锁环回缩而解锁，确保锁紧，使锁环与低压井口头处于啮合的状态；

3、通过泄压孔对锁紧液腔的流体进行泄压；

4、将导管柱与送入工具送至海上作业现场；

(二)下沉：送入工具的提升接头通过卸扣与吊车的钢丝吊绳相连，连接后施工船的吊车将导管柱置入海水中，导管柱在自重作用下缓慢插入至海底土壤，直到无法继续下沉为止；

(三)负压贯入：水下机器人靠近送入工具，将自带的泵的管线接头与吸口连接接头相连，启动泵开始抽水，使导管柱内部产生负压，从而使导管柱继续下行入泥；导管柱入泥到位后，回收水下机器人泵的管线接头；

(四)解锁：采用水下机器人用液压泵管线接头与水下机器人快速打压插入头相连，向活解锁液压打压孔打压，高压液体通过液压管线流入解锁液腔，液压活塞在高压液体作用下向上运动剪切锁紧状态固定销钉，带着推块向上运动，推块向上运动时外径由大向小过渡，锁环推杆也逐步向内移动，同时锁环也随着锁环推杆逐步回缩，直到锁环推杆移动至极限位置，不再支撑锁环为止，此时锁环靠自身弹性完全回缩，实现解锁；

(五)回收：通过施工船提升吊车钢缆，上提钢缆回收送入工具。

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