CN113323590B - 适用于海底钻机的表层导管下入装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于海底钻机的表层导管下入装置及方法，包括：至少两段表层导管组件，表层导管组件包括表层导管顶板、第一表层导管、第二表层导管和表层导管底板，第一表层导管固定于表层导管顶板的下端面上，第二表层导管固定于表层导管底板的上端面上，第二表层导管的上端设置有卡紧部件，第一表层导管的下端设置有与卡紧部件相适配的锁定部件，第一表层导管环套在第二表层导管的外部，第二表层导管可沿第一表层导管的内壁滑动；钻柱组件，设置于第二表层导管内，钻柱组件包括依次串联的井下动力钻具、钻杆和钻头，表层导管底板上设置容纳钻杆贯穿的钻杆孔。该装置为一趟钻完成导管下入和后续钻进，有效增加表层导管下入深度，提高应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于海底钻机的表层导管下入装置及方法，属于海上钻井技术领域。
背景技术
随着深水油气钻探开发的水深不断增加，目前采用普通深水海洋钻井的方式，在钻井成本、钻井效率、技术难度和安全性等方面都产生了一些问题。为此，学者们提出了一种将高度自动化、模块化的深水钻井系统安置于海底泥线处，即海底钻机的概念。这种钻井系统不需要水面钻井平台，不需要刚性隔水管系统，仅有控制管缆，对水深的适应性更高并且降低了钻井成本。目前该系统多采用裸眼钻井的方式，松软的表层缺少有效的封固手段，容易造成井眼垮塌，从而限制了其钻井深度，影响其应用范围。
发明内容
本发明提供一种适用于海底钻机的表层导管下入装置及方法，能够根据需要下入足够深的表层导管，防止表层井眼垮塌。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种适用于海底钻机的表层导管下入装置，包括如下部件：
至少两段表层导管组件，所述表层导管组件包括表层导管顶板、第一表层导管、第二表层导管和表层导管底板，所述第一表层导管固定于所述表层导管顶板的下端面上，所述第二表层导管固定于所述表层导管底板的上端面上，所述第二表层导管的上端设置有卡紧部件，所述第一表层导管的下端设置有与所述卡紧部件相适配的锁定部件，所述第一表层导管环套在所述第二表层导管的外部，所述第二表层导管可沿所述第一表层导管的内壁滑动；
钻柱组件，设置于所述第二表层导管内，所述钻柱组件包括依次串联的井下动力钻具、钻杆和钻头，所述表层导管底板上设置有容纳所述钻杆贯穿的钻杆孔。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述卡紧部件为卡簧，所述锁定部件为锁定槽，在无外力时，所述第一表层导管与所述第二表层导管通过所述卡簧提供的摩擦力保持相对静止；有外力时，所述第二表层导管沿所述第一表层导管的内壁向下滑动，直至所述卡簧锁定于所述锁定槽，所述第二表层导管安装到位。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述钻杆上设置有第一水下连接部件，所述表层导管底板的上端面上设置有与所述第一水下连接部件相适配的第二水下连接部件。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述第一水下连接部件为水下连接公头，所述第二水下连接部件为水下连接母头，所述水下连接公头上设置有单向轴承和销钉，所述钻杆通过所述销钉与所述单向轴承连接。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述水下连接公头和所述水下连接母头上设置有键槽接头，二者通过所述键槽接头锁定在一起。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述表层导管下入装置还包括吸力泵，所述吸力泵设置于所述表层导管顶板上，所述吸力泵被配置为将所述第一表层导管与所述第二表层导管内的海水被排出，形成负压，同时带出所述第一表层导管与所述第二表层导管内的泥土，以使得所述表层导管组件向下运动。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述表层导管下入装置还包括至少两缆绳，所述缆绳挂在所述表层导管顶板上，通过位于海面上的吊机牵引并下放所述缆绳，所述表层导管下入装置在重力的作用下插入海底。
所述的表层导管下入装置，优选地，所述表层导管底板上设置有溢流孔，所述溢流孔被配置为向泥土流动提供通道。
基于上述表层导管下入装置，本发明还提供该装置的操作方法，包括如下步骤：
通过位于海面上的吊机牵引并下放所述缆绳，所述表层导管下入装置在重力的作用下插入海底，开启所述吸力泵，所述吸力泵将所述第一表层导管与所述第二表层导管内的海水被排出，形成负压，同时带出所述第一表层导管与所述第二表层导管内的泥土，以使得所述表层导管组件向下运动，直至所述表层导管顶板坐落于海底，所述第一表层导管安装到位，静止管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住所述第一表层导管；
安装海底钻机到水下井口上，下放所述钻柱组件，所述水下连接公头和所述水下连接母头对接，开启所述井下动力钻具，所述钻杆带动所述单向轴承和所述钻头正转，在所述钻头喷射和旋转破岩的作用下，所述钻柱组件继续下行，带动所述第二表层导管向下运动，直至所述卡簧锁定于所述锁定槽，所述第二表层导管安装到位，静止管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住所述第二表层导管。
所述的表层导管下入装置的操作方法，优选地，还包括如下步骤：所述钻柱组件反转，所述钻杆剪断所述销钉，所述钻杆与所述水下连接公头脱手，继续下部井段的钻井作业。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明通过吸力的形式下入第一表层导管防止井壁垮塌，并为海底钻机的安装提供稳定支撑；第二或第三、第四表层导管的作用是延长表层导管，稳固表层防止井壁垮塌，本发明将表层导管设计成多段的形式是为适应工作船的甲板长度、吊机起吊高度等有限制，采用该伸出方式可避免该问题。
2、本发明通过喷射和旋转破岩的形式下入后续表层导管，实现钻杆传递旋转扭矩，并与水下连接公头脱离，一趟钻完成导管下入和后续钻进，可有效增加表层导管下入深入，提高海底钻机应用范围。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的表层导管下入装置在安装第一表层导管时的结构示意图；
图2为本发明该实施例提供的表层导管下入装置在安装第二表层导管时的结构示意图；
图3为本发明该实施例提供的表层导管下入装置中表层导管底板的仰视图；
图4为本发明该实施例提供的表层导管下入装置中水下连接公头、水下连接母头对接时的结构示意图；
图5为本发明该实施例提供的表层导管下入装置中水下连接母头以及钻杆的剖视图；
图6为本发明该实施例提供的表层导管下入装置中水下连接公头的剖视图；
图中各标记如下：
1-水下井口；2-吸力泵；3-表层导管顶板；4-第一表层导管，41-锁定槽；5-第二表层导管，51-卡簧；6-水下连接母头；7-表层导管底板，71-钻杆孔，72-溢流孔；8-缆绳；9-井下动力钻具；10-水下连接公头，101-单向轴承，102-销钉；11-钻杆；12-钻头；13-海面；14-海底。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
如图1、2所示，本发明提供一种适用于海底钻机的表层导管下入装置，包括如下部件：
至少两段表层导管组件，表层导管组件包括表层导管顶板3、第一表层导管4、第二表层导管5和表层导管底板7，第一表层导管4固定于表层导管顶板3的下端面上，第二表层导管5固定于表层导管底板7的上端面上，第二表层导管5的上端设置有卡紧部件，第一表层导管4的下端设置有与卡紧部件相适配的锁定部件，第一表层导管4环套在第二表层导管5的外部，第二表层导管5可沿第一表层导管4的内壁滑动；
钻柱组件，设置于第二表层导管5内，钻柱组件包括依次串联的井下动力钻具9、钻杆11和钻头12，表层导管底板7上设置有容纳钻杆11贯穿的钻杆孔71。
在本发明一个优选的实施方案中，卡紧部件为卡簧51，锁定部件为锁定槽41，在无外力时，第一表层导管4与第二表层导管5通过卡簧51提供的摩擦力保持相对静止；有外力时，第二表层导管5沿第一表层导管4的内壁向下滑动，直至卡簧51锁定于锁定槽41，第二表层导管5安装到位。
在本发明一个优选的实施方案中，钻杆11上设置有第一水下连接部件，表层导管底板7的上端面上设置有与第一水下连接部件相适配的第二水下连接部件。
在本发明一个优选的实施方案中，如图1、4、5、6所示，第一水下连接部件为水下连接公头10，第二水下连接部件为水下连接母头6，水下连接公头10上设置有单向轴承101和销钉102，钻杆11通过销钉102与单向轴承101连接。
在本发明一个优选的实施方案中，如图4、5、6所示，水下连接公头10和水下连接母头6上设置有键槽接头，二者通过键槽接头锁定在一起。
在本发明一个优选的实施方案中，如图1、2所示，表层导管下入装置还包括吸力泵2，吸力泵2设置于表层导管顶板3上，吸力泵2被配置为将第一表层导管4与第二表层导管5内的海水被排出，形成负压，同时带出第一表层导管4与第二表层导管5内的泥土，以使得表层导管组件向下运动。
在本发明一个优选的实施方案中，如图1所示，表层导管下入装置还包括至少两缆绳8，缆绳8挂在表层导管顶板3上，通过位于海面上的吊机牵引并下放缆绳8，表层导管下入装置在重力的作用下插入海底。
在本发明一个优选的实施方案中，如图3所示，表层导管底板7上设置有溢流孔72，溢流孔72被配置为向泥土流动提供通道。
基于上述表层导管下入装置，本发明还提供该装置的操作方法，如图1、2所示，包括如下步骤：
通过位于海面上的吊机牵引并下放缆绳8，表层导管下入装置在重力的作用下插入海底，开启吸力泵2，吸力泵2将第一表层导管4与第二表层导管5内的海水被排出，形成负压，同时带出第一表层导管4与第二表层导管5内的泥土，以使得表层导管组件向下运动，直至表层导管顶板3坐落于海底，第一表层导管4安装到位，静止管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住第一表层导管4；
安装海底钻机到水下井口1上，下放钻柱组件，水下连接公头10和水下连接母头6对接，开启井下动力钻具9，钻杆11带动单向轴承101和钻头12正转，在钻头12喷射和旋转破岩的作用下，钻柱组件继续下行，带动第二表层导管5向下运动，直至卡簧51锁定于锁定槽41，第二表层导管5安装到位，静止管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住第二表层导管5。
上述表层导管下入装置的操作方法，还包括如下步骤：钻柱组件反转，钻杆11剪断销钉102，钻杆11与水下连接公头10脱手，继续下部井段的钻井作业。
本发明通过吸力的形式下入第一表层导管4，以防止井壁垮塌，并为海底钻机的安装提供稳定支撑；第二或第三、第四表层导管甚至多段导管的作用是为了延长表层导管，稳固表层防止井壁垮塌，本发明将表层导管设计成多段的形式是为适应工作船的甲板长度、吊机起吊高度等有限制，采用该伸出方式可避免该问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种适用于海底钻机的表层导管下入装置，其特征在于，包括如下部件：
至少两段表层导管组件，所述表层导管组件包括表层导管顶板(3)、第一表层导管(4)、第二表层导管(5)和表层导管底板(7)，所述第一表层导管(4)固定于所述表层导管顶板(3)的下端面上，所述第二表层导管(5)固定于所述表层导管底板(7)的上端面上，所述第二表层导管(5)的上端设置有卡紧部件，所述第一表层导管(4)的下端设置有与所述卡紧部件相适配的锁定部件，所述第一表层导管(4)环套在所述第二表层导管(5)的外部，所述第二表层导管(5)可沿所述第一表层导管(4)的内壁滑动；
钻柱组件，设置于所述第二表层导管(5)内，所述钻柱组件包括依次串联的井下动力钻具(9)、钻杆(11)和钻头(12)，所述表层导管底板(7)上设置有容纳所述钻杆(11)贯穿的钻杆孔(71)；
所述卡紧部件为卡簧(51)，所述锁定部件为锁定槽(41)，在无外力时，所述第一表层导管(4)与所述第二表层导管(5)通过所述卡簧(51)提供的摩擦力保持相对静止；有外力时，所述第二表层导管(5)沿所述第一表层导管(4)的内壁向下滑动，直至所述卡簧(51)锁定于所述锁定槽(41)，所述第二表层导管(5)安装到位；
所述钻杆(11)上设置有第一水下连接部件，所述表层导管底板(7)的上端面上设置有与所述第一水下连接部件相适配的第二水下连接部件；
所述第一水下连接部件为水下连接公头(10)，所述第二水下连接部件为水下连接母头(6)，所述水下连接公头(10)上设置有单向轴承(101)和销钉(102)，所述钻杆(11)通过所述销钉(102)与所述单向轴承(101)连接。
2.根据权利要求1所述的表层导管下入装置，其特征在于，所述水下连接公头(10)和所述水下连接母头(6)上设置有键槽接头，二者通过所述键槽接头锁定在一起。
3.根据权利要求2所述的表层导管下入装置，其特征在于，所述表层导管下入装置还包括吸力泵(2)，所述吸力泵(2)设置于所述表层导管顶板(3)上，所述吸力泵(2)被配置为将所述第一表层导管(4)与所述第二表层导管(5)内的海水被排出，形成负压，同时带出所述第一表层导管(4)与所述第二表层导管(5)内的泥土，以使得所述表层导管组件向下运动。
4.根据权利要求3所述的表层导管下入装置，其特征在于，所述表层导管下入装置还包括至少两缆绳(8)，所述缆绳(8)挂在所述表层导管顶板(3)上，通过位于海面上的吊机牵引并下放所述缆绳(8)，所述表层导管下入装置在重力的作用下插入海底。
5.根据权利要求4所述的表层导管下入装置，其特征在于，所述表层导管底板(7)上设置有溢流孔(72)，所述溢流孔(72)被配置为向泥土流动提供通道。
6.一种如权利要求5所述的表层导管下入装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过位于海面上的吊机牵引并下放所述缆绳(8)，所述表层导管下入装置在重力的作用下插入海底，开启所述吸力泵(2)，所述吸力泵(2)将所述第一表层导管(4)与所述第二表层导管(5)内的海水被排出，形成负压，同时带出所述第一表层导管(4)与所述第二表层导管(5)内的泥土，以使得所述表层导管组件向下运动，直至所述表层导管顶板(3)坐落于海底，所述第一表层导管(4)安装到位，静止管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住所述第一表层导管(4)；
安装海底钻机到水下井口(1)上，下放所述钻柱组件，所述水下连接公头(10)和所述水下连接母头(6)对接，开启所述井下动力钻具(9)，所述钻杆(11)带动所述单向轴承(101)和所述钻头(12)正转，在所述钻头(12)喷射和旋转破岩的作用下，所述钻柱组件继续下行，带动所述第二表层导管(5)向下运动，直至所述卡簧(51)锁定于所述锁定槽(41)，所述第二表层导管(5)安装到位，静止管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住所述第二表层导管(5)。
7.根据权利要求6所述的表层导管下入装置的操作方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述钻柱组件反转，所述钻杆(11)剪断所述销钉(102)，所述钻杆(11)与所述水下连接公头(10)脱手，继续下部井段的钻井作业。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113323590A (zh) | 2021-08-31 |
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