CN113003456A - 一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，包括：气动绞车，其固定在主甲板上，用于脐带缆的一次输送；所述气动绞车包括：第一底座，其可拆卸的固定在主甲板上；第一转轴，其固定在第一底座上；第一动力端，其与第一转轴相连接；滚筒，其固定在第一转轴上，且滚筒能够相对第一底座转动；气动滑轮，其固定在钻台上，用于接收脐带缆且对其进行二次输送；所述气动滑轮包括：第二底座，其固定在钻台上；第二转轴，其固定在第二底座上；第二动力端，其与第二转轴相连接；输送滑轮，其可拆卸的固定在第二转轴上。本发明还公开一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，根据不同的井控制不同的下入深度以及坐封圈数，精确度更高。

Description

一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮及其控制方法

技术领域

本发明涉及海上油气勘探开发技术领域，更具体的是，本发明涉及一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮及其控制方法。

背景技术

水下树安全系统是深水油气测试系统中最典型和最关键的设备之一，主要用于半潜式平台的地层测试作业，或者井筒排液替喷、水下维修及其它修井作业。工作时水下树随管柱下入到水下防喷器内部，经过多次调节，使悬挂器与防喷器组完全密封，防止井内高压油气喷出。

在紧急情况下，可以实现快速断开测试管柱，实现钻井平台快速撤离。现场人员将操作地面控制面板，通过脐带缆完成该操作。

地层测试需要通过封隔器坐封，以封隔井下管柱与井眼之间的环形空间，并隔绝产层，以控制产液，保护套管的井下工具。常用的是RTTS封隔器，需要在井口旋转6～9圈才能完成坐封，如果在旋转坐封时脐带缆与管柱一起旋转，容易损伤脐带缆，甚至扭断。

目前的做法是采用插入式封隔器，替代RTTS封隔器，避免管柱旋转，但是采用插入式封隔器具有很多缺陷，主要包括：第一、地层测试属于小概率作业，服务商一般不在国内备货，插入式封隔器需要从国外临时进口，存在着设备档期无法满足作业要求的情况，从而造成测试计划出现重大调整，导致项目费用会增加；第二、插入式封隔器只能使用一次，属于消耗品，其服务价格高于RTTS封隔器；第三、插入式封隔器在坐封之前，需要额外下钻一次，以安装密封筒，而半潜式钻井平台综合日费(含各类服务商)高达数百万，这意味着增加了约100万的费用。

发明内容

本发明的一个目的是设计开发了一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，通过气动绞车和气动滑轮的结合对脐带缆进行两次输送，并且通过可拆卸的输送滑轮实现管柱和封隔器的坐封，提高了作业效率和灵活性。

本发明的另一个目的是设计开发了一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，对于不同的井控制不同的管柱下井深度和坐封圈数，精确度更高，提高了封隔器的适用性。

本发明提供的技术方案为：

一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，包括：

气动绞车，其固定在主甲板上，用于脐带缆的一次输送；以及

其中，所述气动绞车包括：

第一底座，其可拆卸的固定在所述主甲板上；

第一转轴，其可拆卸的固定在所述第一底座上；

第一动力端，其与所述第一转轴相连接；

滚筒，其固定在所述第一转轴上，且所述滚筒能够相对所述第一底座转动；

气动滑轮，其固定在钻台上，用于接收所述脐带缆且对所述脐带缆进行二次输送；

所述气动滑轮包括：

第二底座，其固定在所述钻台上；

第二转轴，其可拆卸的固定在所述第二底座上；

第二动力端，其与所述第二转轴相连接；

输送滑轮，其可拆卸的固定在所述第二转轴上，且所述输送滑轮能够相对所述第二底座转动。

优选的是，所述气动绞车还包括：

框架，其设置在所述滚筒的外侧，且所述框架可拆卸的固定在所述第一底座上；

第一支架，其固定在所述第一底座上；

第一连接座，其可拆卸的固定在所述第一支架上；

其中，所述第一转轴可拆卸的固定在所述第一连接座上。

优选的是，所述气动滑轮还包括：

第二支架，其固定在所述第二底座上；

第二连接座，其可拆卸的固定在所述第二支架上；

其中，所述第二转轴可拆卸的固定在所述第二连接座上。

优选的是，所述气动绞车还包括：

限制滑轮，其设置在所述框架的内部，且所述限制滑轮设置在所述第一底座上靠近所述滚筒的一侧。

优选的是，所述气动绞车还包括：

阻挡板，其对称设置在所述滚筒的两侧，且所述阻挡板的直径大于所述滚筒的直径。

一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，使用用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，包括如下步骤：

步骤1、使所述气动绞车和气动滑轮处于工作状态；

步骤2、启动所述气动绞车和气动滑轮，使所述脐带缆与管柱同时入井；

步骤3、所述管柱下入到目标井深后停止下入，所述气动绞车和气动滑轮继续工作使所述脐带缆在所述气动滑轮上盘绕目标圈数；

步骤4、关闭所述气动绞车和气动滑轮，将所述输送滑轮拆卸后穿过所述管柱；

步骤5、按照目标圈数共同旋转所述管柱和输送滑轮完成坐封。

优选的是，所述工作状态为：

所述气动绞车固定于所述主甲板上，所述气动滑轮垂直固定于所述钻台，将液压和压缩空气管线与所述气动绞车和气动滑轮相连接。

优选的是，所述气动绞车和气动滑轮的转速与所述管柱入井的速度相同。

优选的是，所述目标井深满足：

式中，L_w为目标井深，ξ为井深调节系数，R₀为管柱外径，r_w为井径，r_u为脐带缆直径，V_S为管柱入井速度，t_p为管柱入井时间，R_z为管柱内径，P_i为管柱内流体压力，P₀为管柱外流体压力。

优选的是，所述目标圈数满足：

式中，Q为目标圈数，χ为圈数调节系数，ρ₀为管柱外流体密度，M为管柱单位长度的重量，F₁为管柱所受有效轴向力，F₂为输送滑轮下截面所受的实际轴向力，T₀为管柱中的平均温度，T₁为环境温度；

其中，所述管柱所受有效轴向力满足：

F₁＝F_a+P_iA_i-P₀A₀；

式中，F_a为任一井深管柱横截面的实际轴向力，A_i为管柱内圆截面面积，A₀为管柱外圆截面面积。

本发明所述的有益效果为：

(1)本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，减少脐带缆下入作业所需的人数，同时避免以人力拖拽的形式整理脐带缆。

(2)本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，根据作业水深的不同，可节约钻台占用时间10～16小时。

(3)本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，提高了RTTS封隔器的适用性，降低了作业成本，避免了因为插入式封隔器无法到位，导致作业延期或者取消等情况

(4)本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，提高了作业灵活性，在气动设备失效的情况下，脐带缆绞车的新设计方案可以更方便的可采用手动操作。

(5)本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，对于不同的井控制不同的管柱下井深度和坐封圈数，精确度更高，提高了封隔器的适用性。

附图说明

图1为本发明所述用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的结构示意图。

图2为本发明所述气动绞车的结构示意图。

图3为本发明所述气动滑轮的结构示意图。

图4为本发明所述用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的坐封结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，包括：气动绞车110、气动滑轮120、脐带缆210、主甲板220、钻台230和管柱240，其中，所述气动绞车110固定在主甲板220上，用于脐带缆210的一次输送；以及气动滑轮120固定在钻台230上，用于接收所述脐带缆210且对所述脐带缆210进行二次输送，协助完成脐带缆210下入过程，减少人力。将经过二次输送后的脐带缆210与管柱240固定在一起，所述脐带缆210通过气动绞车110输送到气动滑轮120，以“前输后送”的模式将脐带缆210输送向钻台，再由管柱240带着脐带缆210同时入井。

如图2所示，所述气动绞车110包括：第一底座111、第一支架112、两个第一螺栓113、第一连接座114、第一转轴115、滚筒116、框架117、限制滑轮118和第一动力端(图中未示出)，其中，所述第一底座111可拆卸的固定在所述主甲板220上；第一支架112固定在所述第一底座111上；第一连接座114可拆卸的固定在所述第一支架112上；在本实施例中，通过两个第一螺栓113将所述第一连接座114和第一支架112均固定在所述第一底座111上，所述第一转轴115可拆卸的固定在所述第一连接座114上，第一动力端与所述第一转轴115相连接，用于带动所述第一转轴115转动；滚筒116固定在所述第一转轴115上，且所述滚筒116能够相对所述第一底座111转动；在所述滚筒116的两端对称设置有两个阻挡板，且所述阻挡板的直径大于所述滚筒116的直径；框架117设置在所述滚筒116的外侧，且所述框架117可拆卸的固定在所述第一底座111上，用于保护所述滚筒116；限制滑轮118设置在所述框架117的内部，且所述限制滑轮118设置在所述第一底座111上靠近所述滚筒116的一侧，用于防止脐带缆在运动过程中被损伤。

如图3所示，所述气动滑轮120包括：第二底座121、第二支架122、两个第二螺栓123、第二连接座124、第二转轴125、输送滑轮126和第二动力端，其中，所述第二底座121固定在所述钻台230上；第二支架122固定在所述第二底座121上；第二连接座124可拆卸的固定在所述第二支架122上；在本实施例中，通过两个第二螺栓123将所述第二连接座124和第二支架122固定在所述第二底座121上；第二转轴125可拆卸的固定在所述第二连接座124上，第二动力端与所述第二转轴125相连接，用于带动所述第二转轴125转动；输送滑轮126可拆卸的固定在所述第二转轴125上。

本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的工作流程为：将所述气动绞车110固定在主甲板220上，气动滑轮120垂直放置于钻台230上，脐带缆210通过气动缆车110输送到钻台上，位于钻台230上的气动滑轮120按照管柱240入井的速度，向井下输送脐带缆210，脐带缆210与管柱240带着同时入井。

本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，利用气动绞车将脐带缆输送到钻台，同时依靠调整气动滑轮的位置，顺利实现脐带缆与管柱同步旋转，以满足封隔器坐封的要求，最终实现RTTS封隔器与水下树在半潜式平台配合作业的目的。

本发明还提供一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，使用所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，包括如下步骤：

步骤1、使所述气动绞车和气动滑轮处于工作状态；

其中，所述工作状态为：

所述气动绞车固定于所述主甲板上，所述气动滑轮垂直固定于所述钻台，将液压和压缩空气管线与所述气动绞车和气动滑轮相连接。

步骤2、启动所述气动绞车和气动滑轮，使所述脐带缆与管柱同时入井；

其中，所述气动绞车和气动滑轮的转速与所述管柱入井的速度相同。

步骤3、所述管柱下入到目标井深后停止下入，所述气动绞车和气动滑轮继续工作使所述脐带缆在所述气动滑轮上盘绕目标圈数；

其中，所述目标井深满足：

式中，L_w为目标井深，ξ为井深调节系数，R₀为管柱外径，r_w为井径，r_u为脐带缆直径，V_S为管柱入井速度，t_p为管柱入井时间，R_z为管柱内径，P_i为管柱内流体压力，P₀为管柱外流体压力。

所述目标圈数满足：

式中，Q为目标圈数，χ为圈数调节系数，ρ₀为管柱外流体密度，M为管柱单位长度的重量，F₁为管柱所受有效轴向力，F₂为输送滑轮下截面所受的实际轴向力，T₀为管柱中的平均温度，T₁为环境温度；

其中，所述管柱所受有效轴向力满足：

F₁＝F_a+P_iA_i-P₀A₀；

式中，F_a为任一井深管柱横截面的实际轴向力，A_i为管柱内圆截面面积，A₀为管柱外圆截面面积。

步骤4、如图4所示，关闭所述气动绞车和气动滑轮，将所述输送滑轮拆卸后套在所述管柱上；

步骤5、按照目标圈数共同旋转所述管柱和输送滑轮完成坐封。

在本实施例中，所述目标圈数为6-9圈。

本发明所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，对于不同的井控制不同的管柱下井深度和坐封圈数，精确度更高，提高了封隔器的适用性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，其特征在于，包括：

气动绞车，其固定在主甲板上，用于脐带缆的一次输送；以及

其中，所述气动绞车包括：

第一底座，其可拆卸的固定在所述主甲板上；

第一转轴，其可拆卸的固定在所述第一底座上；

第一动力端，其与所述第一转轴相连接；

滚筒，其固定在所述第一转轴上，且所述滚筒能够相对所述第一底座转动；

气动滑轮，其固定在钻台上，用于接收所述脐带缆且对所述脐带缆进行二次输送；

所述气动滑轮包括：

第二底座，其固定在所述钻台上；

第二转轴，其可拆卸的固定在所述第二底座上；

第二动力端，其与所述第二转轴相连接；

输送滑轮，其可拆卸的固定在所述第二转轴上，且所述输送滑轮能够相对所述第二底座转动。

2.如权利要求1所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，其特征在于，所述气动绞车还包括：

框架，其设置在所述滚筒的外侧，且所述框架可拆卸的固定在所述第一底座上；

第一支架，其固定在所述第一底座上；

第一连接座，其可拆卸的固定在所述第一支架上；

其中，所述第一转轴可拆卸的固定在所述第一连接座上。

3.如权利要求2所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，其特征在于，所述气动滑轮还包括：

第二支架，其固定在所述第二底座上；

第二连接座，其可拆卸的固定在所述第二支架上；

其中，所述第二转轴可拆卸的固定在所述第二连接座上。

4.如权利要求3所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，其特征在于，所述气动绞车还包括：

限制滑轮，其设置在所述框架的内部，且所述限制滑轮设置在所述第一底座上靠近所述滚筒的一侧。

5.如权利要求4所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，其特征在于，所述气动绞车还包括：

阻挡板，其对称设置在所述滚筒的两侧，且所述阻挡板的直径大于所述滚筒的直径。

6.一种用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，使用如权利要求1-5所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、使所述气动绞车和气动滑轮处于工作状态；

步骤2、启动所述气动绞车和气动滑轮，使所述脐带缆与管柱同时入井；

步骤3、所述管柱下入到目标井深后停止下入，所述气动绞车和气动滑轮继续工作使所述脐带缆在所述气动滑轮上盘绕目标圈数；

步骤4、关闭所述气动绞车和气动滑轮，将所述输送滑轮拆卸后穿过所述管柱；

步骤5、按照目标圈数共同旋转所述管柱和输送滑轮完成坐封。

7.如权利要求6所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，其特征在于，所述工作状态为：

所述气动绞车固定于所述主甲板上，所述气动滑轮垂直固定于所述钻台，将液压和压缩空气管线与所述气动绞车和气动滑轮相连接。

8.如权利要求7所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，其特征在于，所述气动绞车和气动滑轮的转速与所述管柱入井的速度相同。

9.如权利要求8所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，其特征在于，所述目标井深满足：

式中，L_w为目标井深，ξ为井深调节系数，R₀为管柱外径，r_w为井径，r_u为脐带缆直径，V_S为管柱入井速度，t_p为管柱入井时间，R_z为管柱内径，P_i为管柱内流体压力，P₀为管柱外流体压力。

10.如权利要求9所述的用于海上测试的水下树脐带缆新型滑轮的控制方法，其特征在于，所述目标圈数满足：

式中，Q为目标圈数，χ为圈数调节系数，ρ₀为管柱外流体密度，M为管柱单位长度的重量，F₁为管柱所受有效轴向力，F₂为输送滑轮下截面所受的实际轴向力，T₀为管柱中的平均温度，T₁为环境温度；

其中，所述管柱所受有效轴向力满足：

F₁＝F_a+P_iA_i-P₀A₀；

式中，F_a为任一井深管柱横截面的实际轴向力，A_i为管柱内圆截面面积，A₀为管柱外圆截面面积。

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