CN113123311A - 一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置及其作业方法 - Google Patents

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刘和兴
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郭家
吴勇
陈玉山
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Abstract

本发明公开了一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置及其作业方法，该装置包括桩腿桁架、桩靴、箱体、摩擦轮和电动马达、导向管、数据采集处理系统、电缆、探杆和探头；本发明改变了原状土承载力分析模式，按照桩靴下土层最符合实际压载条件进行预测，提高了穿刺预测准确率，保证了钻井平台安全；插桩压载作业过程中实时作业与参数分析，有利于作业者与现场监督决策；静力触探仪与桁架桩腿有机结合，节省了海上CPT作业时间。

Description

一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置及其作业方法
技术领域
本发明属于海上自升式钻井平台就位技术领域，具体来说涉及一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置及其作业方法。
背景技术
中国近海80％以上的油田开发都是通过自升式钻井平台完成的，自升式钻井平台通过初就位和精就位，实现与生产平台对接，然后推出悬臂梁进行钻井作业。自升式钻井平台在海上油田进行插桩就位作业时，由于插桩位置地层条件为硬土层下面有一软土层——俗称“鸡蛋壳地层”，往往会发生穿刺，造成平台受损、作业进度受阻，严重情况下甚至发生船体倾覆和人员伤亡的风险。
地层穿刺风险评价目前是通过海上工程地质勘察作业，然后根据钻孔取样参数进行插桩计算来完成的。而实际插桩时，由于桩靴排开土及对下部地层压实与挤压的影响，导致地层情况发生了改变，因此无法判断实际插桩过程中是否会发生穿刺，另一方面，如果发生穿刺，穿刺的深度很难预估。
由于鸡蛋壳地层的不可预见性，增加了海上钻井平台插桩风险，需要一种新的穿刺风险评价方法来指导现场插桩作业，提高插桩安全，并对存在的穿刺风险进行监测与预警。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置及其作业方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，包括桩腿桁架、桩靴、箱体、摩擦轮和电动马达、导向管、数据采集处理系统、电缆、探杆和探头；
所述桩靴设置于桩腿桁架的下端，所述桩腿桁架上设置箱体，箱体内设置有电动马达和受电动马达驱动的摩擦轮；
所述桩靴内形成有沿垂直方向贯通的孔道，所述导向管下半部分设置于所述孔道内、上半部分向上延伸连接于所述箱体下端面与箱体内部连通；
所述探杆上端由所述箱体上端面穿出、其上部夹持于所述摩擦轮之间并受其作用可上下移动、其余部分设置于所述导向管内并延伸至导向管底部、其下端连接探头；所述电缆上端与数据采集处理系统相连、中段设置于所述探杆内、下端连接探头。
在上述技术方案中，所述摩擦轮的数量为2，并排设置，以相反的方向转动，在电动马达的驱动下，提升或下压探杆。
在上述技术方案中，所述探杆和探头内置有静力触探仪。
在上述技术方案中，所述探头内部有锥端阻力、压力感应器等地层数据测量感应装置。
在上述技术方案中，所述桩靴底部形成有与所述孔道相连通的探头槽，所述探头槽用于在未作业时容纳探头。
在上述技术方案中，所述探头槽下部设置有受电机驱动可开启关闭的盖板。
在上述技术方案中，所述导向管与所述桩靴的孔道无缝焊接，防止插桩回填土和海水进入。
一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置的作业方法，如下所述：
一、钻井平台升船压桩，桩靴开始入泥，在到达插桩深度时停止插桩；桁架桩腿内置静力触探仪的探杆和探头在电动摩擦轮推动下，穿过桩靴导向管，插入桩靴以下地层；在桩靴以下下行一段距离后，根据探头传输的实时数据分析，决定是否继续加深；钻井平台地质工程师实时分析，给出穿刺风险评估与是否穿刺判断。
二、静力触探探头不工作时，探头座落在桩靴底部的探头槽内，通过静力触探仪实时分析真实压载环境下鸡蛋壳地层是否存在以及鸡蛋壳地层的穿刺风险，保证钻井平台插桩稳性与安全，从而保护海上自升式钻井平台设施安全。
在上述技术方案中，所述插桩深度为桩靴底深度距离预测穿刺深度3～5米。
本发明的优点和有益效果为：
1、改变原状土承载力分析模式，按照桩靴下土层最符合实际压载条件进行预测，提高了穿刺预测准确率，保证了钻井平台安全。
2、插桩压载作业过程中实时作业与参数分析，有利于作业者与现场监督决策。
3、静力触探仪与桁架桩腿有机结合，节省了海上CPT作业时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图主视图。
图2为图1摩擦轮部分放大图。
图3为图1探头部分放大图。
图4为本发明的结构示意图俯视图。
图5为图4部分放大图。
图中：1、摩擦轮；2、电动马达；3、箱体；4、电缆；5、导向管；6、探杆；7、圆锥头；8、电缆插头；9探头；10、探头槽；11、数据采集处理系统；12、桩腿桁架；13、桩靴。
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
一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，包括桩腿桁架12、桩靴13、箱体3、摩擦轮1和电动马达2、导向管5、数据采集处理系统11、电缆4、探杆6和探头9；
所述桩靴设置于桩腿桁架的下端，所述桩腿桁架上设置箱体，箱体内设置有电动马达和摩擦轮；所述摩擦轮的数量为2，并排设置，以相反的方向转动，在电动马达的驱动下，提升或下压探杆。
所述桩靴内形成有沿垂直方向贯通的孔道，所述导向管下半部分设置于所述孔道内、上半部分向上延伸连接于所述箱体下端面与箱体内部连通；所述导向管与所述桩靴的孔道无缝焊接，防止插桩回填土和海水进入。
所述探杆上端由所述箱体上端面穿出、其上部夹持于所述摩擦轮之间并受其作用可上下移动、其余部分设置于所述导向管内并延伸至导向管底部、其下端连接探头；所述探杆和探头内置有静力触探仪。所述探头内部有锥端阻力、压力感应器等地层数据测量感应装置。
所述电缆上端与数据采集处理系统相连、中段设置于所述探杆内、下端连接探头。
所述桩靴底部形成有与所述孔道相连通的探头槽10，所述探头槽用于在未作业时容纳探头。所述探头槽下部设置有受电机驱动可开启关闭的盖板。
工作原理或者结构原理：海上自升式钻井平台插桩压载时，首先根据地质参数分析是否为鸡蛋壳地层来决定是否启动鸡蛋壳地层穿刺监测与预警结构。钻井平台升船压桩，桩靴开始入泥；在插桩深度即桩靴底深度距离预测穿刺深度3～5米时，停止插桩；桁架桩腿内置静力触探仪的探杆和探头在电动摩擦轮推动下，穿过桩靴导向管与导向孔，插入桩靴以下地层；至少在桩靴以下下行5米，根据探头传输的实时数据分析，决定是否加深至10米；钻井平台地质工程师实时分析，给出穿刺风险评估与是否穿刺判断；静力触探探头不工作时，探头座落在导向孔开关的凹槽内。
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 (9)

1.一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：包括桩腿桁架、桩靴、箱体、摩擦轮和电动马达、导向管、数据采集处理系统、电缆、探杆和探头；
所述桩靴设置于桩腿桁架的下端，所述桩腿桁架上设置箱体，箱体内设置有电动马达和受电动马达驱动的摩擦轮；
所述桩靴内形成有沿垂直方向贯通的孔道，所述导向管下半部分设置于所述孔道内、上半部分向上延伸连接于所述箱体下端面与箱体内部连通；
所述探杆上端由所述箱体上端面穿出、其上部夹持于所述摩擦轮之间并受其作用可上下移动、其余部分设置于所述导向管内并延伸至导向管底部、其下端连接探头；所述电缆上端与数据采集处理系统相连、中段设置于所述探杆内、下端连接探头。
2.根据权利要求1所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：所述摩擦轮的数量为2，并排设置，以相反的方向转动，在电动马达的驱动下，提升或下压探杆。
3.根据权利要求1所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：所述探杆和探头内置有静力触探仪。
4.根据权利要求1所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：所述探头内部有地层数据测量感应装置。
5.根据权利要求1所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：所述桩靴底部形成有与所述孔道相连通的探头槽，用于在未作业时容纳探头。
6.根据权利要求5所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：所述探头槽下部设置有受电机驱动可开启关闭的盖板。
7.根据权利要求1所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置，其特征在于：所述导向管与所述桩靴的孔道无缝焊接。
8.一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置的作业方法，其特征在于，如下所述：
一、钻井平台升船压桩，桩靴开始入泥，在到达插桩深度时停止插桩；桁架桩腿内置静力触探仪的探杆和探头在电动摩擦轮推动下，穿过桩靴导向管，插入桩靴以下地层；在桩靴以下下行一段距离后，根据探头传输的实时数据分析，决定是否继续加深；钻井平台地质工程师实时分析，给出穿刺风险评估与是否穿刺判断；
二、静力触探探头不工作时，探头座落在桩靴底部的探头槽内，通过静力触探仪实时分析真实压载环境下鸡蛋壳地层是否存在以及鸡蛋壳地层的穿刺风险。
9.根据权利要求8所述的一种鸡蛋壳地层穿刺监测与预警装置的作业方法，其特征在于：所述插桩深度为桩靴底深度距离预测穿刺深度3～5米。
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