CN113914803A - 一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，包括：具有动力定位系统的钻探船；钻具系统，包括外套管、内套管、钻杆和浪涌补偿器；外套管钻进系统，包括安装在塔架上的游车、安装在游车上的顶驱以及安装在顶驱上的液压吊卡；内套管及钻杆钻进系统，包括立轴式钻机和绞车；泥浆循环系统，包括安装在甲板上的泥浆回收池、泥浆过滤器、泥浆池和泥浆泵。本发明的钻探取芯装置，具有钻探效率高、取芯率高，设备简单，可靠性高，成本低等优点，不仅适用于一般沉积岩地层浅钻，而且适用于难取芯地层，如礁灰岩地层，砂土层。
Description
技术领域
本发明涉及海洋钻探技术领域，具体涉及一种船舶动力定位，双钻进驱动头，并具外套管井口浪涌补偿，套管钻进升沉补偿的海洋浅钻钻探取芯装置。
背景技术
海上取芯钻探工作不同于陆地钻探，风浪大，海底底层复杂，取芯困难，通常需要采取套管护壁。目前，国内针对陆地取芯钻探技术已较为成熟，但对于水上钻探尤其是海洋的取芯钻探技术尚不成熟，尚未见安全适用的深水钻探水上工作平台及安全可靠的深水套管扶正及套管顶部相对于工作平台的防位移系统装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备稳定钻进取芯的海洋钻探取芯装置，使之适用于海底难钻进地层的钻探取芯。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，包括：
具有动力定位系统的钻探船，钻探船的甲板上设置有月池和塔架，月池顶部设置有月池盖，月池盖中心设置有气动卡瓦，月池中还悬挂有可升降的海底基盘；
钻具系统，包括外套管、内套管、钻杆和浪涌补偿器；浪涌补偿器用于连接外套管，防止外套管冲撞井口设备；
外套管钻进系统，包括安装在塔架上的游车、安装在游车上的顶驱以及安装在顶驱上的液压吊卡；顶驱用于提供外套管旋转动力，游车可上下移动，用于提供纵向进给，实现外套管钻进，液压吊卡，用于捉取外套管，并辅助外套管上扣；
内套管及钻杆钻进系统，包括立轴式钻机和绞车；立轴式钻机活动安装在月池旁，用于提供内套管和钻杆的钻进动力，绞车安装在甲板上，用于起吊内套管和钻杆，绞车配套有牵引头，立轴式钻机的钻机导轨上配套有配重，通过配重与绞车的配合，调节内套管、钻杆的钻进压力；
泥浆循环系统，包括安装在甲板上的泥浆回收池、泥浆过滤器、泥浆池和泥浆泵；内套管通过管道与泥浆回收池相连，泥浆回收池通过管道与泥浆过滤器相连，泥浆过滤器通过管道与泥浆池相连，泥浆池通过管道与泥浆泵相连，泥浆泵通过管道与钻杆相连，构成泥浆循环回路。
作为优选，所述外套管为
套管。
作为优选，所述内套管为外径116mm套管。
作为优选，所述钻杆为外径97mm钻杆。
作为优选，所述气动卡瓦为气动活塞连接的楔形块，打开可以使外套管上下活动，关闭可以夹持外套管，限制外套管向下运动。
作为优选，所述海底基盘为H型钢焊接而成的空间塔型钢架，工作时下放海底，用于井口定位和外套管钻进导向，外套管停止钻进时，夹紧外套管。
作为优选，所述泥浆循环系统采用正循环方式，泥浆泵入钻杆内孔，通过内孔到达钻进层位，携带岩屑，从钻杆与内套管之间的间隙流出。
作为优选，所述泥浆泵为往复式泥浆泵。
作为优选，所述泥浆为黄原胶泥浆，用于带走岩屑，润滑钻杆，防止塌孔。
作为优选，所述绞车为起重电动绞车。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、钻探船使用动力定位系统，适用于任何深度海上取芯作业。
2、使用三层套管钻进，有效保护钻孔，防止了钻井事故的发生，钻进稳定可靠。
3、泥浆采用黄原胶为原料，无毒无害，并且建立了泥浆循环，绿色环保。
4、实际采样钻进效率高，取芯率高，难钻进地层和复杂地层均能实现高效取芯。
5、带有浪涌补偿，防止海浪和潮汐引起套管冲撞井口设备，提高作业的安全性。
6、装置简单可靠，可操作性强。
附图说明
图1是本发明的钻探取芯装置的结构示意图；
图2是本发明的钻头处泥浆循环示意图；
图3是本发明的浪涌补偿安装示意图；
附图标记说明：1-游车；2-顶驱；3-液压吊卡；4-滑轮；5-绞车；6-立轴式钻机；7-钻探船；8-月池盖；9-气动卡瓦；10-月池；11-岩层；12-海底基盘；13-套管及钻具；14-泥浆回收接头；15-泥浆回收池；16-泥浆过滤器；17-泥浆池；18-泥浆泵；19-钻机导轨；20-配重；21-牵引头；22-钢丝绳；201-钻杆；202-内套管；203-外套管；301-浪涌补偿器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，本实施例的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，主要包括钻探船7和设置在钻探船7上的钻具系统、外套管钻进系统、内套管及钻杆钻进系统和泥浆循环系统。
钻探船7包含动力定位系统，开启动力定位能使井口位置定位于指定坐标。钻探船7的甲板上设置有月池10和塔架(图中未示出)，月池10顶部设置有月池盖8，月池盖8中心设置有气动卡瓦9，月池10中还悬挂有可升降的海底基盘12。
气动卡瓦9为气动活塞连接的楔形块，打开可以使外套管上下活动，关闭可以夹持外套管，限制外套管向下运动。
海底基盘12可商购获得，主要以高强度H型钢为主件的焊接空间塔型钢架，各个部分通过耐海水腐蚀的螺栓和轴销连接，并安装海底摄像、液压钳等工具，用于井口定位、套管钻进导向等。工作时下放海底，约束外套管旋转钻进，外套管停止钻进时，夹紧外套管，同时还可辅助内套管、钻杆的钻进。
钻具系统可参考图2和图3所示，采用三层套管结构，包括外套管203、内套管202、钻杆201和浪涌补偿器301。外套管203采用
套管，内径121.44mm。内套管202采用外径116mm套管。钻杆采用外径97mm钻杆。外套管203、内套管202、钻杆201均为多根，可通过拼接实现不同深度的钻探取样。浪涌补偿器301可商购获得，具有伸缩功能，用于连接外套管203，具体的，连接最上层外套管与第二层外套管，当钻进取样时，气动卡瓦9夹紧外套管203，浪涌补偿器301能防止下方的外套管203冲撞井口设备。
外套管钻进系统主要包括游车1、顶驱2和液压吊卡3。顶驱2安装在游车1上，采用液压驱动，为外套管203提供旋转钻进动力。游车1安装在钻探船7的塔架上，位于月池10的正上方，可上下移动，用于提供纵向进给，实现外套管203钻进。液压吊卡3安装在顶驱2的吊环上，用于捉取外套管203，并辅助外套管203上扣，实现外套管203的对接。
内套管及钻杆钻进系统主要包括立轴式钻机6和绞车5。立轴式钻机6用于提供内套管202和钻杆201的钻进动力，可商购获得，活动安装在月池10旁，可通过油缸推动，在外套管钻进时远离月池10，在内套管及钻杆钻进时，靠近月池10。绞车5采用起重电动绞车，安装在甲板上，配套有滑轮4、牵引头21和钢丝绳22，钢丝绳22绕过滑轮4连接绞车5和牵引头21，用于起吊内套管201和钻杆201，进行对接安装。同时，立轴式钻机6的钻机导轨19上配套有配重20，通过与绞车5的配合，调节内套管201、钻杆201的钻进压力。
泥浆循环系统主要包括安装在甲板上的泥浆回收池15、泥浆过滤器16、泥浆池17和泥浆泵18。内套管202通过泥浆回收接头14、管道与泥浆回收池15相连，泥浆回收池15通过管道与泥浆过滤器16相连，泥浆过滤器16通过管道与泥浆池17相连，泥浆池17通过管道与泥浆泵18相连，泥浆泵通过管道、旋转接头与钻杆201的内孔相连，构成泥浆循环回路。如图2所示，泥浆泵18从泥浆池17泵出泥浆，通过旋转接头进入钻杆201，泥浆经过钻头从内套管202返浆，返回的泥浆经泥浆回收接头14收集到泥浆回收池15，再经泥浆过滤器16过滤后，进入泥浆池17，实现泥浆循环。优选的，泥浆可采用黄原胶泥浆，用于带走岩屑，润滑钻杆，防止塌孔。
综上，本发明的海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置是一种整体工作于海上的钻探设备。配备动力定位系统，可将船舶定位于设定的经纬坐标。海底基盘能支持钻孔重入，并稳定钻杆。井口套管浪涌补偿在套管钻进时能传递扭矩和钻压，取样钻进时，浪涌补偿能在一定范围内补偿因涨潮、落潮或浪涌引起的水深变化，防止套管冲撞设备，保证井口作业安全。双驱动头实现三层套管钻进，有效保护了井壁，使得钻进取样取芯率高，取芯质量好。与普通的钻探船相比，本发明具有钻探效率高、取芯率高，设备简单，可靠性高，成本低等优点，不仅适用于一般沉积岩地层浅钻，而且适用于难取芯地层，如礁灰岩地层，砂土层等。
下面结合附图对本发明海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置的工作过程进行详细说明：
(1)钻探船7航行到指定站位，开启动力定位，使井口稳定于指定取样位置。
(2)立轴式钻机6初始位置位于月池10右侧，海底基盘12位于月池10内，游车1、顶驱2和液压吊卡3位于最上端，配重20限位于钻机导轨19的最上端。
(3)气动卡瓦9打开，液压吊卡3夹持带钻头的
外套管203，送入气动卡瓦9，夹紧，继续用液压吊卡3夹持
外套管203，并对准气动卡瓦9夹持的
外套管203，拧紧上扣，重复步骤连接多根
外套管203，使
外套管203穿过气动卡瓦8、月池10和海底基盘12，直至钻头接近海底，连接浪涌补偿器301，然后继续连接
外套管203直至钻头到达海底。
(4)下放海底基盘12至海底。
(5)顶驱2连接
外套管203，启动顶驱2钻进，钻进一定深度后，提拉
外套管203，使得浪涌补偿器301处于中位，然后关闭气动卡瓦9夹紧
外套管203，脱开
外套管203和顶驱2的连接，并提升顶驱2，留下
外套管203作为第一层护壁套管。
(6)牵引头21连接带钻头116mm内套管202，启动绞车5，绞车5牵引钢丝绳22经过滑轮4带动牵引头21和116mm内套管202，送入
外套管203内，用卡钳将116mm内套管202卡于
外套管203管口，继续牵引116mm内套管202到上一根116mm内套管202接口处，上扣连接，重复步骤连接多根116mm内套管202至钻头到达海底。
(7)立轴式钻机6通过油缸推动，向左移动到井口位置，并连接上116mm内套管202；配重20连接牵引头21，解除配重20的限位，启动钻进，116mm内套管202开始旋转，通过绞车5和配重20调节钻进压力，钻进一定进尺后，停止钻进，松开116mm内套管202和立轴式钻机6的连接，留下116mm内套管202作为第二层套管，配重20回到钻机导轨19最上端后，脱开配重20和牵引头21的连接，立轴式钻机6回到初始位置。
(8)牵引头21连接带钻头97mm钻杆201，启动绞车5牵引钢丝绳22经过滑轮4带动牵引头21和97mm钻杆201，送入116mm内套管202内，用卡钳将97mm钻杆201夹持于116mm内套管202管口，继续牵引97mm钻杆201到上一根97mm钻杆201接口处，上扣连接，重复步骤连接多根97mm钻杆201至钻头到达海底。
(9)立轴式钻机6通过油缸推动，向左移动到井口位置，并连接上97mm钻杆201，配重20连接牵引头21，解除配重20的限位，启动钻进，97mm钻杆201开始旋转，通过绞车5和配重20调节钻进压力，钻进一定进尺后，结束第一回次，提钻取芯，将97mm钻杆201取芯钻头内的岩芯样品取出，切割，编录，封样。
(10)开始新的回次，重新连接97mm钻杆201到海底，连接立轴式钻机6，启动泥浆泵18，泥浆从泥浆池17抽到97mm钻杆201内，输送到97mm钻杆201的钻头处，带走钻孔内部岩屑，并从116mm内套管202中返回，带岩屑的泥浆经过泥浆回收接头14返回到泥浆回收池15，并经过泥浆过滤器16的过滤将泥浆返回到泥浆池17实现泥浆循环，启动立轴式钻机6扫孔，扫孔到达取样层位后，关闭泥浆泵18，开始钻进采样，钻进一定进尺后，结束回次，提钻取芯，将97mm钻杆201取芯钻头内的岩芯样品取出，切割，编录，封样。
(11)重复步骤(10)进行连续取样。
(12)当97mm钻杆201超出第二层的116mm内套管202距离太长，并察觉返浆困难、有塌孔风险时，将116mm内套管202再钻进一定深度，然后再重复步骤(10)取样。
(13)当第二层的116mm内套管202超出第一层的
外套管203距离太长，难以继续深入钻进时，将
外套管203再钻进一定深度，然后再钻进116mm内套管202。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：包括：
具有动力定位系统的钻探船，钻探船的甲板上设置有月池和塔架，月池顶部设置有月池盖，月池盖中心设置有气动卡瓦，月池中还悬挂有可升降的海底基盘；
钻具系统，包括外套管、内套管、钻杆和浪涌补偿器；浪涌补偿器用于连接外套管，防止外套管冲撞井口设备；
外套管钻进系统，包括安装在塔架上的游车、安装在游车上的顶驱以及安装在顶驱上的液压吊卡；顶驱用于提供外套管旋转动力，游车可上下移动，用于提供纵向进给，实现外套管钻进，液压吊卡，用于捉取外套管，并辅助外套管上扣；
内套管及钻杆钻进系统，包括立轴式钻机和绞车；立轴式钻机活动安装在月池旁，用于提供内套管和钻杆的钻进动力，绞车安装在甲板上，用于起吊内套管和钻杆，绞车配套有牵引头，立轴式钻机的钻机导轨上配套有配重，通过配重与绞车的配合，调节内套管、钻杆的钻进压力；
泥浆循环系统，包括安装在甲板上的泥浆回收池、泥浆过滤器、泥浆池和泥浆泵；内套管通过管道与泥浆回收池相连，泥浆回收池通过管道与泥浆过滤器相连，泥浆过滤器通过管道与泥浆池相连，泥浆池通过管道与泥浆泵相连，泥浆泵通过管道与钻杆相连，构成泥浆循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述外套管为
套管。
3.根据权利要求2所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述内套管为外径116mm套管。
4.根据权利要求3所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述钻杆为外径97mm钻杆。
5.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述气动卡瓦为气动活塞连接的楔形块，打开可以使外套管上下活动，关闭可以夹持外套管，限制外套管向下运动。
6.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述海底基盘为H型钢焊接而成的空间塔型钢架，工作时下放海底，用于井口定位和外套管钻进导向，外套管停止钻进时，夹紧外套管。
7.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述泥浆循环系统采用正循环方式，泥浆泵入钻杆内孔，通过内孔到达钻进层位，携带岩屑，从钻杆与内套管之间的间隙流出。
8.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述泥浆泵为往复式泥浆泵。
9.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述泥浆为黄原胶泥浆，用于带走岩屑，润滑钻杆，防止塌孔。
10.根据权利要求1所述的一种海上套管浪涌补偿双驱动三层套管钻探取芯装置，其特征在于：所述绞车为起重电动绞车。
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