CN112943132A - 一种新型多井口防土塞吸力锚及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型多井口防土塞吸力锚及其安装方法，属于深水钻井和海洋工程技术领域。吸力锚包括外筒和密封板，其中，外筒为一端开口的中空圆柱体，外筒封闭端均匀设置井口，井口内设置井筒，外筒开口端活动连接圆形密封板，井筒密封贯穿密封板。本发明通过设置密封板避免安装过程中出现土塞影响吸力锚下沉，提高吸力锚稳定性，同时提高吸力锚的抗拔、抗扭和竖向承载能力，避免发生转动和竖向平移。

Description

一种新型多井口防土塞吸力锚及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种新型多井口防土塞吸力锚及其安装方法，属于深水钻井和海洋工程技术领域。
背景技术
吸力锚一般为上端封闭，下端开口的圆筒形结构，顶板上留有排水口连接抽水设备，吸力锚贯沉过程中，首先利用自重沉入海床的一定深度，形成封闭环境，然后利用顶部抽水泵抽水使得锚体内外形成压力差，在内外压力差的作用下锚体继续下沉，直至沉入指定深度。
在深水钻采作业中，井口的稳定性直接关系到作业的效率和质量，对于深水浅层钻采作业通常采用多井口吸力锚来增强井口的稳定性，多井口吸力锚可以实现下一次锚钻多口井，大大提高钻井效率、节约经济成本。
现有的多井口吸力锚筒体内部空间与海床直接接触，沉锚过程中,当筒内外水压差和渗流力较大时,锚筒内土体容易发生塑性破坏,导致泥面隆起,并在沉锚后期提前与锚顶板接触,阻碍吸力锚的继续下沉,造成沉锚达不到设计深度，土塞的存在,使得吸力锚稳定性大大降低，对钻井作业以及采油作业的安全产生严重威胁。并且现有的多井口吸力锚由于其圆筒形的结构特点，导致抗拔和抗扭能力差，竖向承载能力弱，在较强不稳定海流的作用下易发生转动和竖向平移，严重危及钻采作业施工的安全。
中国专利文件CN210127842U公开了一种应用于深水浅层钻井工程中的吸力锚，包括吸力锚外筒，所述吸力锚外筒的顶部设置有顶板，所述顶板的中心开设有中心孔，所述顶板的底部连接有引导管，所述引导管与所述中心孔同心设置，所述中心孔内插入有吸力锚内筒，所述吸力锚内筒内安装有可预弯的预制导管，所述顶板上设置有至少一个用于连接吸力泵的吸力泵接口和用于检测吸力锚垂直程度的水平仪。该装置提高了井口稳定性，但并不能解决吸力锚安装中的土塞问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种新型多井口防土塞吸力锚，避免安装过程中出现土塞影响吸力锚下沉，提高吸力锚稳定性，同时提高吸力锚的抗拔、抗扭和竖向承载能力，避免发生转动和竖向平移。
本发明还提供上述新型多井口防土塞吸力锚的安装方法。
本发明的技术方案如下：
一种新型多井口防土塞吸力锚，包括外筒和密封板，其中，外筒为一端开口的中空圆柱体，外筒封闭端均匀设置井口，井口内设置井筒，外筒开口端活动连接圆形密封板，井筒密封贯穿密封板。
优选的，密封板下侧固定连接肋板，肋板上均匀活动设置裙边。
进一步优选的，肋板呈扇形设置，避免影响井筒安装。
优选的，裙边为长方形板，裙边下侧活动连接至肋板，吸力锚自重下沉至设定深度后，向上拉升一段距离，裙边展开，使肋板与海底土体之间摩擦力增大，进而增加吸力锚与海床土体之间的摩擦力和抗扭力，增强了吸力锚的竖向承载力和抗扭能力。
优选的，密封板上套装滑动连接环，密封板通过滑动连接环与外筒滑动连接。
优选的，外筒开口端设置约束环，约束环内径小于密封板直径，通过设置约束环避免密封板从外筒内滑落。
优选的，约束环上侧的外筒上设置开槽，开槽内设置销钉，销钉与约束环之间的相对高度与密封板厚度相同，通过销钉与约束环配合对密封板进行限位，防止吸力锚自重沉锚过程中密封板与外筒发生相对滑动。
优选的，外筒封闭端设置排水口和通气阀，排水口连接抽水泵。
上述新型多井口防土塞吸力锚的安装方法，操作步骤如下：
(1)灌水下沉
安装船通过吊臂下放吸力锚，在浮力作用下吸力锚漂浮于海平面，从排水口向外筒内部灌水，使吸力锚完全没入海平面；
(2)吊装下沉
在安装船吊机的作用下，通过缆绳下放吸力锚，使吸力锚匀速沉达海床平面；
(3)自重沉锚
在吸力锚底部肋板到达海床平面后，缓慢减小吊机拉力，使吸力锚在重力作用下沉入海床，直至肋板下沉至指定深度，然后吊机上拉吸力锚一段距离，使得肋板上的附着裙边完全展开；
(4)负压沉锚
打开抽水泵抽取外筒内部水，在抽水泵、排水口和通气阀的作用下，外筒内外部形成压力差，在压力作用下，销钉被压入外筒内，解除外筒和密封板之间的滑动约束，外筒不断下沉直至完全沉入指定深度，至此完成井筒的海底安装。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过设置密封板避免安装过程中出现土塞影响吸力锚下沉，提高吸力锚稳定性，同时提高吸力锚的抗拔、抗扭和竖向承载能力，避免发生转动和竖向平移。
2、本发明通过设置肋板和裙边提高抗扭能力和竖向承载力，提高吸力锚在恶劣环境下的稳定性，从而大大提高井筒的稳定性，使钻采作业更加安全高效。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的密封板结构示意图；
图4为本发明的肋板结构示意图；
图5为本发明的裙边展开结构示意图；
图6为本发明的销钉安装结构示意图；
图7为本发明的安装过程示意图；
其中：1、外筒；2、井口；3、密封板；4、肋板；5、滑动连接环；6、排水口；7、通气阀；8、裙边；9、销钉；10、约束环。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图1-7所示，本实施例提供一种新型多井口防土塞吸力锚，包括外筒1和密封板3，其中，外筒1为一端开口的中空圆柱体，外筒1封闭端均匀设置井口2，井口2内设置井筒，外筒1开口端活动连接圆形密封板3，井筒密封贯穿密封板3。
密封板3下侧固定连接肋板4，肋板4上均匀活动设置裙边8。
密封板3上套装滑动连接环5，密封板3通过滑动连接环5与外筒1滑动连接。密封板通过滑动连接环与外筒滑动连接的方式与汽车发动机中气缸内壁和活塞外壁之间的密封可滑动式连接方式的原理相同。
外筒1开口端设置约束环10，约束环10内径小于密封板直径，通过设置约束环避免密封板从外筒内滑落。
约束环10上侧的外筒1上设置开槽，开槽内设置销钉9，销钉9与约束环10之间的相对高度与密封板3厚度相同，通过销钉与约束环配合对密封板进行限位，防止吸力锚自重沉锚过程中密封板与外筒发生相对滑动。
外筒1封闭端设置排水口6和通气阀7，排水口连接抽水泵。
上述新型多井口防土塞吸力锚的安装方法，操作步骤如下：
(1)灌水下沉
安装船通过吊臂下放吸力锚，在浮力作用下吸力锚漂浮于海平面，从排水口向外筒内部灌水，使吸力锚完全没入海平面；
(2)吊装下沉
在安装船吊机的作用下，通过缆绳下放吸力锚，使吸力锚匀速沉达海床平面；
(3)自重沉锚
在吸力锚底部肋板到达海床平面后，缓慢减小吊机拉力，使吸力锚在重力作用下沉入海床，直至肋板下沉至指定深度，然后吊机上拉吸力锚一段距离，使得肋板上的附着裙边完全展开；
(4)负压沉锚
打开抽水泵抽取外筒内部水，在抽水泵、排水口和通气阀的作用下，外筒内外部形成压力差，在压力作用下，销钉被压入外筒内，解除外筒和密封板之间的滑动约束，外筒不断下沉直至完全沉入指定深度，至此完成井筒的海底安装。整个安装过程如图7所示。
实施例2：
一种新型多井口防土塞吸力锚，结构如实施例1所述，不同之处在于，肋板4呈扇形设置，避免影响井筒安装。
裙边8为长方形板，裙边下侧活动连接至肋板，吸力锚自重下沉至设定深度后，向上拉升一段距离，裙边展开，使肋板与海底土体之间摩擦力增大，进而增加吸力锚与海床土体之间的摩擦力和抗扭力，增强了吸力锚的竖向承载力和抗扭能力。

Claims (9)

1.一种新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，包括外筒和密封板，其中，外筒为一端开口的中空圆柱体，外筒封闭端均匀设置井口，井口内设置井筒，外筒开口端活动连接圆形密封板，井筒密封贯穿密封板。
2.如权利要求1所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，密封板下侧固定连接肋板，肋板上均匀活动设置裙边。
3.如权利要求2所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，肋板呈扇形设置。
4.如权利要求2所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，裙边为长方形板，裙边下侧活动连接至肋板。
5.如权利要求2所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，密封板上套装滑动连接环，密封板通过滑动连接环与外筒滑动连接。
6.如权利要求5所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，外筒开口端设置约束环，约束环内径小于密封板直径。
7.如权利要求6所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，约束环上侧的外筒上设置开槽，开槽内设置销钉，销钉与约束环之间的相对高度与密封板厚度相同。
8.如权利要求7所述的新型多井口防土塞吸力锚，其特征在于，外筒封闭端设置排水口和通气阀，排水口连接抽水泵。
9.一种如权利要求8所述的新型多井口防土塞吸力锚的安装方法，其特征在于，操作步骤如下：
(1)灌水下沉
安装船通过吊臂下放吸力锚，在浮力作用下吸力锚漂浮于海平面，从排水口向外筒内部灌水，使吸力锚完全没入海平面；
(2)吊装下沉
在安装船吊机的作用下，通过缆绳下放吸力锚，使吸力锚匀速沉达海床平面；
(3)自重沉锚
在吸力锚底部肋板到达海床平面后，缓慢减小吊机拉力，使吸力锚在重力作用下沉入海床，直至肋板下沉至指定深度，然后吊机上拉吸力锚一段距离，使得肋板上的附着裙边完全展开；
(4)负压沉锚
打开抽水泵抽取外筒内部水，在抽水泵、排水口和通气阀的作用下，外筒内外部形成压力差，在压力作用下，销钉被压入外筒内，解除外筒和密封板之间的滑动约束，外筒不断下沉直至完全沉入指定深度，至此完成井筒的海底安装。
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