CN114687700B - 一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深海浅层油气钻采领域，具体涉及一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置。本发明包括吸力锚顶盖、井口本体、内导管、吸力锚内隔室底板、吸力锚外筒、收集导管、单向阀、加强筋、支撑结构；吸力锚顶盖上设有流通阀门、井口本体、吊环、吸力泵接口、压力表；井口本体下部与内导管连接，吸力锚内隔室底板位于吸力锚内部，中心开有中心孔，上部设有流通孔、收集导管；收集导管下部连接有相匹配的单向阀。本发明增大了吸力锚井口承载能力，井身结构优化空间大，可进行深海浅层钻井可能出现的浅层气井喷、井涌、油气泄露事故后的油气回收处理，减少油气泄露对海洋环境、大气环境的污染，具有环保价值。

Description

一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口 装置

技术领域

本发明属于深海浅层油气钻采领域，具体涉及一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置。

背景技术

天然气水合物作为一种新型、高效、洁净的能源载体，对于解决人类现在所面临的能源耗尽危机具有十分重要的作用。我国针对水合物产量低、经济效益差的问题，提出了水合物、自由气、常规天然气“三气合采”技术，以期充分利用开采装备的使用价值、降低开采经济成本。“三气合采”可能是人类早期实现天然气水合物商业性开发利用的有效途径。然而井下环境复杂多变，危险因素众多，难以完全排除，井涌、井喷、油气泄露等事故还有发生的可能性，发生事故后，气化的天然气向上逃逸，既可能沿着生产管线流动，也可能从井筒外向海底溢出，造成海洋环境及大气环境的污染。

针对天然气水合物埋藏浅，海底浅部地层强度低，井身结构短，极易造成水下井口发生倾斜或下沉等安全问题，我国第二轮水合物试采中运用吸力锚技术提升井口稳定性。深水吸力锚是一种大型圆柱薄壁钢制结构，其底端敞开，顶端封闭并设有排水口。安装时，将其竖直下放至海床，在自重作用下贯入一定深度，然后封闭排水口，在桩内形成密闭环境；随后通过吸力泵抽水，形成内外压差，使吸力锚持续向下沉贯，直至目标贯入深度；最后卸去吸泵，恢复内部压力，完成安装。然而现有的吸力锚结构设计倾向于加强承载力、防止“土塞”效应，未有基于环保目的考虑的事故后油气处理设计问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，该装置可以进行深海浅层油气钻采事故后的油气回收作业。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，包括吸力锚顶盖、井口本体、内导管、吸力锚内隔室底板、吸力锚外筒、收集导管、单向阀、加强筋、支撑结构，吸力锚顶盖上设有流通阀门、井口本体、吊环、吸力泵接口、压力表，井口本体安装于吸力锚顶盖上，下部与内导管连接，吸力锚内隔室底板位于吸力锚内部，与吸力锚顶盖有一定距离，中心开有中心孔，上部设有流通孔、收集导管，收集导管下部连接有相匹配的单向阀，加强筋设置于收集导管与吸力锚内隔室底板连接处下部，支撑结构安装于吸力锚外筒、内导管、收集导管之间中部，单向阀安装于收集导管上时，底部与吸力锚外筒底部平面齐平。

单向阀包括单向阀外壁、垫板、弹簧、自锁装置、阀芯；单向阀外壁上下部宽、中部窄，呈工字圆环状，中部设有环形凹槽，环形凹槽底部内缘设有倒角；垫板嵌于单向阀外壁内，上下卡死，中心开有中心孔，上部开有阀门流通孔；阀芯上部设有圆凹槽，径向开有多个导流孔，下部设有与环形凹槽底部相匹配的倒角；弹簧置于垫板及阀芯圆凹槽之间；自锁装置设置数个于单向阀外壁与阀芯之间，自锁装置两端卡扣一长一短并以一定角度固定，当阀芯上移时下端卡扣翘起，由于阀芯厚度大于上端卡扣长度，当上端卡扣卡死时下端卡扣使得阀芯无法落下，以达到自锁效果。

优选的，所述吸力锚内隔室底板中心孔内插入有与中心孔相匹配的内导管。

优选的，所述收集导管设有四根，沿吸力锚内隔室底板同心1/2半径的圆周向等距布置，一端伸出吸力锚内隔室底板上部一定距离，由加强筋以及支撑结构进行固定。

优选的，所述加强筋共有四组，每组呈十字型设置。

优选的，所述流通孔共有四个，沿吸力锚内隔室底板同心1/2半径的圆周向等距布置。

优选的，所述阀门流通孔共有五个，开于垫板中心位置以及与垫板同心1/2半径的圆周向四个，等距布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)发明与目前的吸力锚井口相比，增大了承载能力、作业安全性高，井身结构优化空间大，与采油树系统匹配高，可重复作业，作业风险管控难度低，可采用工程船作业，降低作业难度，减少作业时间。

(2)本发明可进行深海浅层钻井可能出现的浅层气井喷、井涌、油气泄露事故后的油气回收处理，减少油气泄露对海洋环境、大气环境的污染，具有环保价值。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的剖面示意图；

图3是本发明实施例的底面示意图：

图4是本发明的单向阀结构剖面示意图；

图5是本发明的单向阀俯视示意图；

图6是本发明的单向阀阀芯结构示意图；

图7是本发明的自锁装置示意图。

图中，1吸力锚顶盖、2井口本体、3吸力锚内隔室底板、4吸力锚外筒、5流通阀门、6吊环、7压力表、8吸力泵接口、9支撑结构、21内导管、31收集导管、32加强筋、33单向阀、34流通孔、331单向阀外壁、332垫板、333弹簧、334自锁装置、335阀芯、336阀门流通孔、3351导流孔。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中，需要说明的是，除非有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“中部”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。

如图1-3所示，一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，包括吸力锚顶盖1、井口本体2、内导管21、吸力锚内隔室底板3、吸力锚外筒4、收集导管31、单向阀33、加强筋32、支撑结构9，吸力锚顶盖1上设有流通阀门5、井口本体2、吊环6、一定数量的吸力泵接口8、一定数量的压力表7，井口本体2安装于吸力锚顶盖1上，下部与内导管21连接，吸力锚内隔室底板3位于吸力锚内部，与吸力锚顶盖有一定距离，中心开有中心孔使得内导管21能正常下入，上部设有流通孔34、收集导管31，收集导管31下部连接有相匹配的单向阀33，加强筋32设置于收集导管31与吸力锚内隔室底板3连接处下部，支撑结构9安装于吸力锚外筒4、内导管21、收集导管31之间中部，单向阀33安装于收集导管31上时，底部与吸力锚外筒4底部平面齐平。

具体地，吸力锚内隔室底板3中心孔内插入有与中心孔相匹配的内导管21，内导管21作为钻井工具以及其他工具下放和提升的通道，增强了吸力锚井口的稳定性。

具体地，收集导管21设有四根，沿吸力锚内隔室底板3同心1/2半径的圆周向等距布置，一端伸出吸力锚内隔室底板上部一定距离，以防止吸力锚下放时的土塞效应导致土壤由收集导管上端口落入其内部，并由加强筋以及支撑结构进行固定。收集导管21用于收集发生事故后泄露的油气，收集导管21的设置也极大提升了吸力锚的稳定性。加强筋32共有四组，每组呈十字型设置，用于固定收集导管21。流通孔34共有四个，沿吸力锚内隔室底板3同心1/2半径的圆周向等距布置，保证吸力锚负压沉贯安装阶段吸力锚下部液体向吸力锚内隔室再到流通阀门5的流动。

如图4-6所示，单向阀33包括单向阀外壁331、垫板332、弹簧333、自锁装置334、阀芯335。单向阀外壁上下部宽、中部窄，呈工字圆环状，中部设有环形凹槽，环形凹槽底部内缘设有倒角；垫板332嵌于单向阀外壁331内，上下卡死，中心开有中心孔，上部开有阀门流通孔336；阀芯335上部设有圆凹槽，径向开有多个导流孔3351，下部设有与环形凹槽底部相匹配的倒角；弹簧333置于垫板及阀芯圆凹槽之间；数个自锁装置334设置于单向阀外壁331与阀芯335之间，自锁装置334两端卡扣一长一短并以一定角度固定，当阀芯上移时下端卡扣翘起，由于阀芯厚度大于上端卡扣长度，当上端卡扣卡死时下端卡扣使得阀芯无法落下，以达到自锁效果。优选的，阀门流通孔336共有五个，开于垫板中心位置以及与垫板同心1/2半径的圆周向四个，等距布置。

具体地，吸力锚内隔室底板3将吸力锚为上、下两个空间，上部空间通过流通孔34与下部空间连通，当吸力锚完成自重下入时，流通阀5关闭，一定数量的吸力锚接口8连接外部的提供的吸力泵，如水下机器人(ROV)携带的吸力泵，进行抽吸，从而在吸力锚内部与泥线以上部分空间形成负压，利于吸力锚的继续下入，当吸力锚内隔室底板3接触泥线时吸力锚安装完毕。上提时外接吸力泵打压，使吸力锚内部的压力高于静水压力，完成吸力锚的上提。

具体地，单向阀选取合适强度的弹簧333，使得下入时的土壤阻力以及吸力锚安装完毕后的静水压力小于弹簧333的弹力，单向阀保持关闭状态，当发生井喷、井涌时，打开流通阀5，连接回收管，油气的冲击力大于弹簧333弹力，单向阀33开启。如图7所示，自锁装置334生效，阀芯335在油气冲击力小于弹簧333弹力时也无法落下，油气流通渠道常开，油气经由单向阀33、收集导管31进入吸力锚内隔室，再由流通阀5排出。

一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，单向阀33也可选用电动控制启闭阀门，当吸力锚下入完成时由ROV控制开关打开阀门，作业期间保持阀门的常开状态，从而达到任何时间段都能收集泄露油气。

一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置其尺寸参数可根据所需承载力及所受压力来设计。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：包括吸力锚顶盖、井口本体、内导管、吸力锚内隔室底板、吸力锚外筒、收集导管、单向阀、加强筋、支撑结构；

所述吸力锚顶盖上设有流通阀门、井口本体、吊环、吸力泵接口、压力表；

所述井口本体安装于吸力锚顶盖上，下部与内导管相连；

所述吸力锚内隔室底板位于吸力锚内部，与吸力锚顶盖有一定距离，中心开有中心孔，上部设有流通孔、收集导管；

所述收集导管下部连接有相匹配的单向阀，单向阀包括单向阀外壁、垫板、弹簧、自锁装置、阀芯；

所述加强筋设置于收集导管与吸力锚内隔室底板连接处下部；

所述支撑结构安装于吸力锚外筒、内导管、收集导管之间中部；

所述单向阀安装于收集导管上时，底部与吸力锚外筒底部平面齐平；

当发生井喷、井涌时，单向阀开启，自锁装置生效，阀芯无法落下，油气流通渠道常开，油气经由单向阀、收集导管进入吸力锚内隔室，再由流通阀门排出。

2.根据权利要求1所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述吸力锚内隔室底板中心孔内插入有与中心孔相匹配的内导管。

3.根据权利要求1所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述收集导管设有四根，沿吸力锚内隔室底板同心1/2半径的圆周向等距布置，一端伸出吸力锚内隔室底板上部一定距离，由加强筋以及支撑结构进行固定。

4.根据权利要求3所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述加强筋共有四组，每组呈十字型设置。

5.根据权利要求1所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述流通孔共有四个，沿吸力锚内隔室底板同心1/2半径的圆周向等距布置。

6.根据权利要求1所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述单向阀外壁上下部宽、中部窄，呈工字圆环状，中部设有环形凹槽，环形凹槽底部内缘设有倒角；垫板嵌于单向阀外壁内，上下卡死，中心开有中心孔，上部开有阀门流通孔；阀芯上部设有圆凹槽，径向开有多个导流孔，下部设有与环形凹槽底部相匹配的倒角；弹簧置于垫板及阀芯圆凹槽之间。

7.根据权利要求6所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述自锁装置设置于单向阀外壁与阀芯之间，自锁装置两端卡扣一长一短并以一定角度固定，当阀芯上移时下端卡扣翘起，由于阀芯厚度大于上端卡扣长度，当上端卡扣卡死时下端卡扣使得阀芯无法落下，以达到自锁效果。

8.根据权利要求6所述的一种适合于深海浅层多气合采事故油气回收的吸力锚井口装置，其特征在于：所述阀门流通孔共有五个，开于垫板中心位置以及与垫板同心1/2半径的圆周向四个，等距布置。