CN115059418A - 一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘及其工作方法，涉及深水钻井设备技术领域，该基盘包括通过框架固定连接的顶部框架平台和底部框架平台，顶部框架平台上设置有滑轮组件和重返井口，下方固定设置有吸入模块，吸入模块与旋转弯头连接，旋转弯头上端与泥浆上返管线连接，吸入模块底部与穿设于底座上的导管连通；底部框架平台上设置有与检测模块信号连接的水下控制舱，水下控制舱外接有脐带缆；检测模块包括设置于吸入模块内的浊度传感器、设置于顶部框架平台上的摄像头和设置于底部框架平台上的深度计、高度计、压力传感器。基于上述基盘的工作方法，无需ROV进行水下操作，通过水下控制舱远程操控水下工况，降低了成本。

Description

一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘及其工作方法

技术领域

本发明涉及深水钻井设备技术领域，特别是涉及一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘及其工作方法。

背景技术

海洋钻探是获取海底地层信息最直接的方法，也是海洋资源勘查最主要的手段之一。目前海洋钻探主要分为开路钻井和隔水管钻井两类，开路钻井时，泥浆不实现循环，而是直接排入大海，其缺点是泥浆消耗量巨大，不仅会导致高昂的钻井成本，还会造成对海洋环境的污染；隔水管钻井是通过下入隔水管将海底井口与钻井平台相连，建立泥浆循环通道，其缺点是隔水管造价昂贵，并且易受海浪洋流等因素影响，作业过程中风险较大。

为了解决上述开路钻井和隔水管钻井存在的问题，无隔水管泥浆闭路循环钻井技术作为一种新兴海洋钻探技术被研发，其核心内容是在开路钻井基础上，下放小直径管线连接井口与钻井平台，建立泥浆上返通道，并通过海底举升泵将泥浆从海底井口举升至钻井平台。虽然从理论上讲，无隔水管泥浆闭路循环钻井技术结合了开路钻井技术与隔水管钻井技术的优点，解决了污染海洋环境及作业风险大的问题，但是现有的无隔水管钻井泥浆回收技术案例都是通过ROV进行水下操作，来控制管线及监控水下工况，成本高，使用不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘及其工作方法，以解决上述现有技术存在的问题，无需ROV进行水下操作，通过水下控制舱远程操控水下工况，降低了成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，包括通过框架固定连接的顶部框架平台和底部框架平台，所述顶部框架平台上设置有滑轮组件，所述滑轮组件连接有基盘钢缆，所述顶部框架平台中心位置处设置有重返井口，所述重返井口下方固定设置有吸入模块，所述吸入模块通过举升泵与活动设置于所述顶部框架平台上的旋转弯头连接，所述旋转弯头上端与泥浆上返管线连接，所述吸入模块底部与穿设于所述底座上的导管连通，导管对于保持海底基盘稳定有重要作用，此外还能起到钻孔内部表层套管的作用；所述底部框架平台上固定设置有与检测模块信号连接的水下控制舱，所述水下控制舱外接有脐带缆；所述检测模块包括设置于所述吸入模块内的浊度传感器、设置于所述顶部框架平台上的摄像头和设置于所述底部框架平台上的深度计、高度计、压力传感器，摄像头位置处安装有水下灯，可以为摄像头提供更为清晰的水下视觉环境，水下控制舱分布在吸入模块出浆口对侧，其内部有光端机等元器件，可实现对举升泵、阀门、摄像头、水下灯等设备的控制。本发明中集成了无隔水管钻井泥浆回收工艺所需的吸入模块、泥浆举升泵、水下控制舱以及深海摄像头等电子元器件，并预留泥浆上返管线接口，使其在不使用ROV的情况下实现无隔水管泥浆回收钻井工艺，极大节约经济成本、提高时效。

可选的，所述顶部框架平台包括顶盖，所述底部框架平台包括底座，所述顶盖和底座上分别设置有镂空平面，所述顶盖的竖直投影位于所述底座的竖直投影内，所述框架包括立柱，所述顶盖和底座之间通过多个所述立柱固定连接。

可选的，所述滑轮组件包括竖直设置于所述顶盖两个对角位置处的承重滑轮，两个所述承重滑轮之间的一个边角位置处水平设置有转向滑轮，所述基盘钢缆依次穿过任意一个所述承重滑轮、转向滑轮和另一个承重滑轮后与基盘钢缆绞车连接。

可选的，所述转向滑轮外侧固定设置有三个限位套，穿过所述转向滑轮的基盘钢缆位于所述转向滑轮和所述限位套之间。

可选的，所述重返井口为顶部开口大于底部开口的锥形结构，所述重返井口固定设置于所述顶盖中心位置处。

可选的，所述吸入模块包括内部中空且顶部开口的筒体，所述筒体底部连通有内部中空的锥体，所述锥体固定设置于所述底座上，且所述锥体底部与穿设于所述底座上的导管连通，导管下部为斜面，便于进入海底地层；所述锥体侧壁上开设有出浆口，所述出浆口通过阀门与所述举升泵连通；所述浊度传感器通过传感器支架固定设置于所述筒体内壁上。

可选的，所述举升泵包括吸浆口和排浆口，所述吸浆口连接有吸浆管，所述排浆口连接有排浆管；所述出浆口通过电动三通阀门分别与两个对称布置的所述举升泵的吸浆管相连，两个所述举升泵的排浆管通过电动三通阀门与伸缩排浆管相连，电动三通阀门能够分别控制两个举升泵的通断，从而两个举升泵为一用一备设计，可通过电动三通阀门切换，所述伸缩排浆管与所述旋转弯头底部连接；所述举升泵外接有动力缆。

可选的，所述底座上端的两侧边对称分布有配重机构，用于调整基盘中心与平衡，位于所述配重机构之间的所述底座侧边上对称分布有多个悬挂耳板，所述悬挂耳板通过别针卡簧销与所述底座固定连接，通过悬挂耳板可将基盘固定在钻采船月池区。

本发明还提供一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘工作方法，包括如下步骤：

在甲板连接好泥浆上返管线、脐带缆、动力缆，并操作基盘钢缆绞车使基盘钢缆穿过三个滑轮并回到基盘钢缆绞车；

通电检测各设备运转情况，使钻头、钻杆从基盘中心穿过并下放至海底，协同操作泥浆上返管线绞车、脐带缆绞车、动力缆绞车、基盘钢缆绞车，沿钻杆同步下放基盘及管线至海底，使导管在基盘自重下插入海底软泥层；

再次通电检测各设备运转情况，无异常后开钻，吸入模块内部的浊度传感器感知到泥浆变化，当泥浆液位到达警戒线附近时，甲板控制系统通过脐带缆向水下控制舱下发指令，控制泥浆举升泵工作，开始从吸入模块吸出泥浆，并通过排浆管泵入泥浆上返管线，带有井底岩屑的泥浆通过泥浆上返管线到达甲板固控系统处理、净化，并通过泥浆泵再次进入钻杆，开始循环，实现泥浆的循环回收利用。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明在常规海底钻井基盘集成了无隔水管钻井泥浆回收工艺所需的吸入模块、泥浆举升泵、水下控制舱、深海摄像头等电子元器件，并预留泥浆上返管线接口，使其可以满足无隔水管泥浆回收钻井工艺。与无隔水管泥浆回收钻井工艺相比，本发明可不使用ROV连接、脱开相关电缆及上返管线，不通过ROV来实现控制系统、监控海底工况等，极大节约经济成本、提高时效。设计预留两套泥浆举升泵，一用一备，并通过电动三通阀门与吸入模块吸浆口连接，可快速实现两套举升泵的切换，特殊情况两套举升泵可以并车使用。基盘底部设计有一定长度导管，可插入海底松软地层，既可为钻头、钻杆钻进时提供导向扶正功能，又可以起到桩基的作用，保证海底基盘稳定、不侧翻。在框架顶部设计有180°旋转弯头作为预留泥浆上返管线接口，旋转弯头上部连接泥浆上返管线，下部连接可伸缩排浆管，泥浆上返管线为软管，会随洋流波动，旋转弯头可以180°旋转，防止上返管线大角度弯折，伸缩管可以上下伸缩，对上返管线的上下浮动起到一定的补偿作用。基盘内有压力补偿器为举升泵及管线平衡压力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘主视图；

图2为本发明用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘俯视图；

图3为本发明用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘去除顶盖后的俯视图；

图4为本发明本发明用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘工作时下放过程中的流程示意图；

附图标记说明：1-承重滑轮，2-转向滑轮，3-限位套，4-顶盖，5-立柱，6-底座，7-筒体，8-导管，9-吸浆管，10-第一排浆管，11-第二排浆管，12-伸缩排浆管，13-踏板，14-配重机构，15-浊度传感器，16-水下控制舱安装座，17-悬挂耳板，18-基盘钢缆，19-脐带缆，20-动力缆，21-月池盖，22-甲板，23-泥面，24-泥浆上返管线，25-重返井口，26-旋转弯头，27-第一举升泵，28-第二举升泵，29-摄像头，30-深度计，31-高度计，32-压力传感器，33-电动三通阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术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。

本发明的目的是提供一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘及其工作方法，以解决上述现有技术存在的问题，无需ROV进行水下操作，通过水下控制舱远程操控水下工况，降低了成本。

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。

本发明提供一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，如图1、图2、图3所示，包括通过框架固定连接的顶部框架平台和底部框架平台，顶部框架平台包括顶盖4，底部框架平台包括底座6，顶盖4和底座6上分别设置有镂空平面，顶盖平面安装有踏板13，顶盖4的竖直投影位于底座6的竖直投影内，框架包括立柱5，顶盖4和底座6之间通过四个立柱5固定连接，底座6上端的两侧边对称分布有配重机构14，用于调整基盘中心与平衡，位于配重机构14之间的底座6侧边上对称分布有多个悬挂耳板17，悬挂耳板17通过别针卡簧销与底座6固定连接，通过悬挂耳板17可将基盘固定在钻采船月池区；顶盖4上设置有滑轮组件，滑轮组件连接有基盘钢缆18，顶盖4中心位置处设置有重返井口25，重返井口25下方固定设置有吸入模块，吸入模块通过举升泵与活动设置于顶盖4上的旋转弯头26连接，举升泵包括吸浆口和排浆口，吸浆口连接有吸浆管9，排浆口连接有排浆管；出浆口通过电动三通阀门分别与两个对称布置的举升泵的吸浆管9相连，两个举升泵分别为第一举升泵27和第二举升泵28，第一举升泵27的第一排浆管10和第二举升泵28的第二排浆管11通过电动三通阀门33与伸缩排浆管12相连，伸缩排浆管12与旋转弯头26底部连接；举升泵外接有动力缆20；旋转弯头26采用180°旋转弯头，其设置于基盘4顶部转向滑轮2对角处，作为预留泥浆上返管线接口，旋转弯头26上部连接泥浆上返管线24，下部连接伸缩排浆管12，泥浆上返管线24为软管，会随洋流波动，旋转弯头26可以180°旋转，防止上返管线大角度弯折，可伸缩排浆管可以上下伸缩，对上返管线的上下浮动起到一定的补偿作用，基盘通过基盘钢缆18控制起升和下放，通过脐带缆19向水下控制舱供电和传输指令，水下控制舱通过水下控制舱安装座16固定设置于底座6上，通过泥浆上返管线24向甲板22输送泥浆，通过动力缆20向举升泵提供电力；检测模块包括设置于吸入模块内的浊度传感器15、设置于顶部框架平台上的摄像头29和设置于底部框架平台上的深度计30、高度计31、压力传感器32，摄像头29位置处安装有水下灯，可以为摄像头29提供更为清晰的水下视觉环境，水下控制舱分布在吸入模块出浆口对侧，其内部有光端机等元器件，可实现对举升泵、阀门、摄像头29、水下灯等设备的控制。

具体的，滑轮组件包括竖直设置于顶盖4两个对角位置处的承重滑轮1，两个承重滑轮1之间的一个边角位置处水平设置有转向滑轮2，基盘钢缆18依次穿过任意一个承重滑轮1、转向滑轮2和另一个承重滑轮1后与基盘钢缆绞车连接，基盘钢缆18通过三个滑轮，控制基盘的下放与起升。转向滑轮2外侧固定设置有三个限位套3，穿过转向滑轮2的基盘钢缆18位于转向滑轮2和限位套3之间。

进一步优选的，重返井口25为顶部开口大于底部开口的锥形结构，重返井口25固定设置于顶盖4中心位置处，钻探作业时，有时需要提钻将井内的钻杆和钻头提出井外，当需要再次下入钻杆和钻头时，由于海底井口与钻探船甲板面相距甚远，钻头往往难以准确进入原井口，基盘上的重返井口25呈锥状，使得“表面积”加大，钻头更容易落在重入井口的内锥面上，从而沿锥面滑向钻孔并进入。

吸入模块包括内部中空且顶部开口的筒体7，筒体7与顶盖4留有一定距离，筒体7底部连通有内部中空的锥体，锥体固定设置于底座6上，且锥体底部与穿设于底座6上的导管8连通，导管8下部为斜面，便于进入海底地层的泥面23；锥体侧壁上开设有出浆口，出浆口通过阀门与举升泵连通；浊度传感器15通过传感器支架固定设置于筒体7内壁上。浊度传感器15用于感知泥浆液位变化；水下灯、摄像头29等置于基盘顶部上、下表面或基盘底部上表面适宜位置，用于观察吸入模块内部情况、各设备情况、水下基盘周围情况；深度计、高度计、压力传感器置于底部上表面，用于反应基盘空间位置。

本发明还提供一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘工作方法，如图4所示，包括如下步骤：

在甲板22连接好泥浆上返管线24、脐带缆19、动力缆20，打开月池区的月池盖21，并操作基盘钢缆绞车使基盘钢缆18穿过三个滑轮并回到基盘钢缆绞车。通电检测各设备运转情况。使钻头、钻杆从基盘中心穿过并下放至海底，并钻进一定深度。协同操作泥浆上返管线绞车、脐带缆绞车、动力缆绞车、基盘钢缆绞车，沿钻杆同步下放基盘及管线至海底，使导管在基盘自重下插入海底软泥层。再次通电检测各设备运转情况，无异常后开钻。泥浆通过钻杆、钻头进入钻孔内，沿钻杆与井壁之间的环空上返至海底井口附近，再通过导管8进入到吸入模块内部，吸入模块内部的传感器感知到泥浆液位变化(摄像头可以辅助观察泥浆液位)，当泥浆液位到达警戒线附近时，甲板控制系统通过脐带缆19向水下控制舱下发指令，控制泥浆举升泵工作，开始从吸入模块吸出泥浆，并通过排浆管泵入泥浆上返管线24，带有井底岩屑的泥浆通过泥浆上返管线24到达甲板固控系统处理、净化，并通过泥浆泵再次进入钻杆，开始循环，实现泥浆的循环回收利用。

正常钻进时，通过甲板控制系统控制泥浆举升泵功率，使得泥浆上返量与泥浆举升泵举升量大体相等，维持平衡状态，吸入模块内部泥浆液位基本保持不变。如果钻遇漏失地层，泥浆漏失严重，吸入模块内部传感器感应到泥浆液位明显降低，甲板控制系统将泥浆举升泵功率调低，使得泥浆上返量与泥浆举升泵举升量维持平衡状态。如果泥浆泵泵入量过大，泥浆上返量大，超过警戒线，甲板控制系统将泥浆举升泵功率调高，加大举升泵的举升量，使得泥浆上返量与泥浆举升泵举升量再次平衡。

通过控制基盘上两个电动三通阀门33可以选择使用任意一个泥浆举升泵，特殊情况两套举升泵可以并车使用。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：包括通过框架固定连接的顶部框架平台和底部框架平台，所述顶部框架平台上设置有滑轮组件，所述滑轮组件连接有基盘钢缆，所述顶部框架平台中心位置处设置有重返井口，所述重返井口下方固定设置有吸入模块，所述吸入模块通过举升泵与活动设置于所述顶部框架平台上的旋转弯头连接，所述旋转弯头上端与泥浆上返管线连接，所述吸入模块底部与穿设于所述底座上的导管连通；所述底部框架平台上固定设置有与检测模块信号连接的水下控制舱，所述水下控制舱外接有脐带缆；所述检测模块包括设置于所述吸入模块内的浊度传感器、设置于所述顶部框架平台上的摄像头和设置于所述底部框架平台上的深度计、高度计、压力传感器。

2.根据权利要求1所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述顶部框架平台包括顶盖，所述底部框架平台包括底座，所述顶盖和底座上分别设置有镂空平面，所述顶盖的竖直投影位于所述底座的竖直投影内，所述框架包括立柱，所述顶盖和底座之间通过多个所述立柱固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述滑轮组件包括竖直设置于所述顶盖两个对角位置处的承重滑轮，两个所述承重滑轮之间的一个边角位置处水平设置有转向滑轮，所述基盘钢缆依次穿过任意一个所述承重滑轮、转向滑轮和另一个承重滑轮后与基盘钢缆绞车连接。

4.根据权利要求3所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述转向滑轮外侧固定设置有三个限位套，穿过所述转向滑轮的基盘钢缆位于所述转向滑轮和所述限位套之间。

5.根据权利要求2所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述重返井口为顶部开口大于底部开口的锥形结构，所述重返井口固定设置于所述顶盖中心位置处。

6.根据权利要求2所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述吸入模块包括内部中空且顶部开口的筒体，所述筒体底部连通有内部中空的锥体，所述锥体固定设置于所述底座上，且所述锥体底部与穿设于所述底座上的导管连通，所述导管下部为斜面结构；所述锥体侧壁上开设有出浆口，所述出浆口通过阀门与所述举升泵连通；所述浊度传感器通过传感器支架固定设置于所述筒体内壁上。

7.根据权利要求6所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述举升泵包括吸浆口和排浆口，所述吸浆口连接有吸浆管，所述排浆口连接有排浆管；所述出浆口通过电动三通阀门分别与两个对称布置的所述举升泵的吸浆管相连，所述电动三通阀门能够分别控制两个所述举升泵的通断，两个所述举升泵的排浆管通过电动三通阀门与伸缩排浆管相连，所述伸缩排浆管与所述旋转弯头底部连接；所述举升泵外接有动力缆。

8.根据权利要求2所述的用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘，其特征在于：所述底座上端的两侧边对称分布有配重机构，位于所述配重机构之间的所述底座侧边上对称分布有多个悬挂耳板，所述悬挂耳板通过别针卡簧销与所述底座固定连接。

9.一种用于无隔水管钻井泥浆回收的海底基盘工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

在甲板连接好泥浆上返管线、脐带缆、动力缆，并操作基盘钢缆绞车使基盘钢缆穿过三个滑轮并回到基盘钢缆绞车；

通电检测各设备运转情况，使钻头、钻杆从基盘中心穿过并下放至海底，协同操作泥浆上返管线绞车、脐带缆绞车、动力缆绞车、基盘钢缆绞车，沿钻杆同步下放基盘及管线至海底，使导管在基盘自重下插入海底软泥层；

再次通电检测各设备运转情况，无异常后开钻，吸入模块内部的浊度传感器感知到泥浆变化，当泥浆液位到达警戒线附近时，甲板控制系统通过脐带缆向水下控制舱下发指令，控制泥浆举升泵工作，开始从吸入模块吸出泥浆，并通过排浆管泵入泥浆上返管线，带有井底岩屑的泥浆通过泥浆上返管线到达甲板固控系统处理、净化，并通过泥浆泵再次进入钻杆，开始循环，实现泥浆的循环回收利用。

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