CN115478798B - 基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，包括：多锚管井口支撑装置，其具有多个锚管；多个动力锚，各个动力锚可回收地设于各自对应的所述锚管内，所述动力锚用于为所述多锚管井口支撑装置的贯入安装提供动力。该井口支撑装置能够使得该多锚管井口支撑装置克服阻力顺利贯入海底泥层，另外动力锚在安装完成后可完整的进行回收再利用，具有安装效率快，经济效益高，安全环保等优势，多锚管结合的方式可有效提高整体承载性能并可一次性提供多个井孔，可为钻井作业提高效率并提供更多的选择性，采用压电式传感器进行开关控制，采用电池进行供电，避免了深水供电困难的问题，螺旋桨的推力提高安装效率和安装到位成功率。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，更具体地，涉及一种基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置。
背景技术
天然气水合物是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值。开采水合物也成为各国研究的重点和热点，未来对天然气水合物的开发和利用成为必然的趋势。国内外对于海洋水合物试采普遍利用常规深水钻井技术，但海洋水合物普遍埋深较浅，通常100m-300m，严重影响井身结构的下深设计，开发过程中井口失稳风险尤为突出。
现有井口支撑装置例如井口基盘等仅在泥面处进行支撑，由于支撑接触面较小，不能为泥面以下区间提供有效支撑，因此支撑效果较差，易造成应力集中产生井口疲劳破坏等问题。再如，现有井口支撑装置如吸力锚式井口支撑装备，往往一个吸力锚仅提供一个井孔，经济效益和工程效率较低。因此，亟须开发井口支撑装备和技术来缩短海洋水合物钻采井身结构，提升井口承载性能，为我国海洋水合物试采及未来商业化开采提供装备支持。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种动力锚可完整回收利用、贯入安装高效并可一次性提供多个井孔基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，以解决现有技术中存在的问题。
根据本发明提供一种基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，该基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置包括：
多锚管井口支撑装置，其具有多个锚管；
多个动力锚，各个动力锚可回收地设于各自对应的所述锚管内，所述动力锚用于为所述多锚管井口支撑装置的贯入安装提供动力。
优选地，所述动力锚包括外筒和驱动系统，所述驱动系统设于所述外筒；
其中，所述驱动系统用于驱动所述动力锚朝向下方钻入待贯入层。
优选地，所述驱动系统包括动力单元，以及与所述动力单元电性连接的控制单元；
其中，所述控制单元用于感应所述动力锚是否下触至待贯入层，并在感应到所述动力锚下触至待贯入层时控制所述动力单元开启。
优选地，所述动力单元包括螺旋桨、驱动马达和电池，
所述驱动马达与所述螺旋桨传动连接，所述驱动马达与电池电性连接。
优选地，所述外筒的第一端端头上设有钻入尖端，第二端端头上设有挡环，
其中，所述挡环用于将所述动力锚卡挡于对应的所述锚管上，所述螺旋桨外伸出所述外筒。
优选地，所述控制单元包括压电传感器和控制开关，
其中，所述压电传感器与所述控制开关电性连接，所述控制开关设于所述压电传感器与所述控制单元之间的连接导线上，所述动力锚经所述压电传感器感应是否下触至待贯入层。
优选地，当所述压电传感器感应到所述动力锚下触至待贯入层时，所述控制开关接通，控制所述动力单元动作。
优选地，所述多锚管井口支撑装置包括中心锚管和多个外围锚管，
其中，多个所述外围锚管围设于所述中心锚管的外周上，多个所述外围锚管分别与所述中心锚管连接。
优选地，多个所述外围锚管之间经外肋板连接，各个所述外围锚管与所述中心锚管之间经内肋板连接。
优选地，多锚管井口支撑装置设有水平检测仪，用于实时采集所述多锚管井口支撑装置的水平度信号。
本发明提供的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，实现了如下有益技术效果：
(1)利用动力锚贯入安装多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，能够使得该多锚管井口支撑装置克服阻力顺利贯入海底泥层，另外动力锚在安装完成后可完整的进行回收再利用，具有安装效率快，经济效益高，安全环保等优势；
(2)多锚管结合的方式可有效提高整体承载性能并可一次性提供多个井孔，可为钻井作业提高效率并提供更多的选择性；
(3)动力锚设计有自带电源的自动感应螺旋桨动力系统，采用压电式传感器进行开关控制，采用电池进行供电，避免了深水供电困难的问题，螺旋桨的推力进一步的提高安装效率和安装到位成功率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出了根据本发明实施例的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置的立体结构示意图。
图2示出了根据本发明实施例的多锚管井口支撑装置的立体结构示意图。
图3示出了根据本发明实施例的动力锚的结构示意图。
图4示出了根据本发明实施例的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置的贯入到位且未回收动力锚状态的示意图。
图5示出了根据本发明实施例的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置的安装完毕状态(多锚管井口支撑装置已贯入，并且动力锚已回收)的示意图。
图中：多锚管井口支撑装置1、锚管11、连接架12、内部连接板121、外围连接板122、内肋板131、外肋板132、动力锚2、外筒21、钻入尖端211、挡环212、第一分隔板213、第二分隔板214、吊环215、驱动系统22、螺旋桨221、驱动马达222、电池223、压电传感器224、控制开关225、供电导线226、感应导线227、水平检测仪3、吊耳4、海底泥面A。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
如图1至图5所示，本发明提供一种基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，该基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置包括多锚管井口支撑装置1和多个动力锚2。多锚管井口支撑装置1，其具有多个锚管11；多个动力锚2，各个动力锚2可回收地设于各自对应的锚管11内，动力锚2用于为多锚管井口支撑装置1的贯入安装提供动力。
参考图2，多锚管井口支撑装置1包括中心锚管和多个外围锚管，其中，多个外围锚管围设于中心锚管的外周上，多个外围锚管分别与中心锚管连接。多个外围锚管之间经外肋板132连接，各个外围锚管与中心锚管之间经内肋板131连接。
该实施例中，多锚管井口支撑装置1具有一个中心锚管和三个外围锚管，三个外围锚管的第二端，即上端分别与中心锚管的第二端之间经内部连接板121连接，三个外围锚管各自的第二端分别经外围连接板122连接，内部连接板121和外围连接板122连接形成连接架12，连接架12形成多个锚管11之间的连接主架体，内肋板131和外肋板132形成多个锚管11之间的加强架体。多锚管井口支撑装置1的第一端，即下端为贯入端，多锚管井口支撑装置1经其第一端贯入待贯入层中，该处所指的待贯入层为多锚管井口支撑装置1需要贯入并实现支撑的介质层，该实施例中具体可为海底泥面层。
多锚管井口支撑装置1的连接架12上设有水平检测仪3以及吊耳4，其中，水平检测仪3用于实时采集多锚管井口支撑装置1的水平度信号。该实施例中，水平检测仪3共均匀分布有三个。
参考图3，动力锚2包括外筒21和驱动系统22，驱动系统22设于外筒21；其中，驱动系统22用于驱动动力锚2朝向下方钻入待贯入层。
外筒21的第一端端头上设有钻入尖端211，第二端端头上设有挡环212，其中，挡环212用于将动力锚2卡挡于对应的锚管11上。该实施例中，钻入尖端211为圆锥形，以便于更好的下钻入贯入层中，挡环212的直径大于外筒21其他部分的直径，并且挡环212的外周壁上还有吊环215，以便于动力锚2的起吊。外筒21内设有第一分隔板213和第二分隔板214，第一分隔板213和第二分隔板214彼此平行且间隔预设距离设置，其中，第一分隔板213朝向外筒21的第一端设置，即靠近钻入尖端211设置，第二分隔板214朝向外筒21的第二端设置，即靠近挡环212设置，第一分隔板213和第二分隔板214将外筒21的内腔分隔成三个仓室，自外筒21的第一端到第二端分别为第一仓室、第二仓室和第三仓室。
驱动系统22包括动力单元，以及与动力单元电性连接的控制单元；其中，控制单元用于感应动力锚2是否下触至待贯入层，并在感应到动力锚2下触至待贯入层时控制动力单元开启。动力单元包括螺旋桨221、驱动马达222和电池223，驱动马达222与螺旋桨221传动连接，驱动马达222和电池223电性连接。控制单元包括压电传感器224和控制开关225，其中，压电传感器224与控制开关225电性连接，控制开关225设于压电传感器224与控制单元之间的连接导线上，动力锚2经压电传感器224感应是否下触至待贯入层。当压电传感器224感应到动力锚2下触至待贯入层时，控制开关225接通，控制动力单元动作。
具体地，螺旋桨221的转轴与外筒21同轴设置，螺旋桨221朝向外筒21的挡环212的方向外伸出外筒21，驱动马达222位于第三仓室内并安装于第二分隔板214上，螺旋桨221的转轴与驱动马达222的转轴连接，电池223位于第二仓室内并安装于第一分隔板213上，驱动马达222与电池223之间经供电导线226连接，压电传感器224和控制开关225位于第一仓室内，其中，压电传感器224的感应探头外伸出外筒21的第一端，即外伸出钻入尖端211，用于对贯入层进行感应，压电传感器224与电池223之间经感应导线227连接，在感应导线227上设有控制开关225，当压电传感器224感应到动力锚2下触至待贯入层时，控制开关225被触发接通，控制电池223对驱动马达222供电，使得驱动马达222带动螺旋桨221转动。反之，控制开关225断开，电池223与驱动马达222之间供电关闭，驱动马达222不动作。
该实施例中，供电导线226穿过第二分隔板214，感应导线227穿过第一分隔板213，在穿过位置密封设置，从而防止海水以及杂质进入第二仓室，来对电池223进行保护。
该实施例中的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置的使用方法可参考如下：
1、首先将多个动力锚2分别插设于多锚管井口支撑装置1的锚管11中，并使得各个动力锚2的挡环212卡挡于各个锚管11的第二端，各个动力锚2的钻入尖端211外漏出各个锚管11的第一端，从而组装形成基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置；
2、将基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置通过吊具下方至海水中，下放过程中使得该支撑装置尽量保持在水平姿态，在到达海底泥面A上部时，根据水平监测仪的信息反馈调整支撑装置达到水平状态，进而继续下放，当动力锚2第一端的压电传感接触到海底贯入层后产生联动信号使得控制开关225接通，进而电池223开始为驱动马达222供电带动螺旋桨221高速转动，为支撑装置提供额外的推力，从而使得支撑装置克服阻力贯入海底泥层中，在支撑装置贯入过程中应时刻观察水平监测仪的信息反馈，若贯入安装发生偏移，通过吊具对该支撑装置的水平度进行调整，贯入安装到位后，通过水下机器人连接吊具和动力锚2的吊环215，将各个动力锚2进行回收。
本申请中的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，实现了如下有益技术效果：
(1)利用动力锚2贯入安装多锚管11海洋水合物钻采井口支撑装置，能够使得该多锚管井口支撑装置1克服阻力顺利贯入海底泥层，另外动力锚2在安装完成后可完整的进行回收再利用，具有安装效率快，经济效益高，安全环保等优势；
(2)多锚管11结合的方式可有效提高整体承载性能并可一次性提供多个井孔，可为钻井作业提高效率并提供更多的选择性；
(3)动力锚2设计有自带电源的自动感应螺旋桨221动力系统，采用压电式传感器进行开关控制，采用电池223进行供电，避免了深水供电困难的问题，螺旋桨221的推力进一步的提高安装效率和安装到位成功率。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，其特征在于，包括：
多锚管井口支撑装置，其具有多个锚管；
多个动力锚，各个动力锚可回收地设于各自对应的所述锚管内，所述动力锚用于为所述多锚管井口支撑装置的贯入安装提供动力；
所述动力锚包括外筒和驱动系统，所述驱动系统设于所述外筒；
其中，所述驱动系统用于驱动所述动力锚朝向下方钻入待贯入层；
所述驱动系统包括动力单元，以及与所述动力单元电性连接的控制单元；
其中，所述控制单元用于感应所述动力锚是否下触至待贯入层，并在感应到所述动力锚下触至待贯入层时控制所述动力单元开启；
所述动力单元包括螺旋桨、驱动马达和电池，
所述驱动马达与所述螺旋桨传动连接，所述驱动马达与电池电性连接；
所述外筒的第一端端头上设有钻入尖端，第二端端头上设有挡环，各个动力锚的钻入尖端外漏出各个锚管的第一端；
其中，所述挡环用于将所述动力锚卡挡于对应的所述锚管上，所述螺旋桨外伸出所述外筒；
所述控制单元包括压电传感器和控制开关，
其中，所述压电传感器与所述控制开关电性连接，所述控制开关设于所述压电传感器与所述控制单元之间的连接导线上，所述动力锚经所述压电传感器感应是否下触至待贯入层；
当所述压电传感器感应到所述动力锚下触至待贯入层时，所述控制开关接通，控制所述动力单元动作；外筒内设有第一分隔板和第二分隔板，第一分隔板和第二分隔板彼此平行且间隔预设距离设置，其中，第一分隔板朝向外筒的第一端设置，第二分隔板朝向外筒的第二端设置，第一分隔板和第二分隔板将外筒的内腔分隔成三个仓室，自外筒的第一端到第二端分别为第一仓室、第二仓室和第三仓室；
螺旋桨的转轴与外筒同轴设置，螺旋桨朝向外筒的挡环的方向外伸出外筒，驱动马达位于第三仓室内并安装于第二分隔板上，螺旋桨的转轴与驱动马达的转轴连接，电池位于第二仓室内并安装于第一分隔板上，驱动马达与电池之间经供电导线连接，压电传感器和控制开关位于第一仓室内，其中，压电传感器的感应探头外伸出外筒的第一端，用于对贯入层进行感应，压电传感器与电池之间经感应导线连接，在感应导线上设有控制开关，当压电传感器感应到动力锚下触至待贯入层时，控制开关被触发接通，控制电池对驱动马达供电，使得驱动马达带动螺旋桨转动。
2.根据权利要求1所述的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，其特征在于，所述多锚管井口支撑装置包括中心锚管和多个外围锚管，
其中，多个所述外围锚管围设于所述中心锚管的外周上，多个所述外围锚管分别与所述中心锚管连接。
3.根据权利要求2所述的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，其特征在于，多个所述外围锚管之间经外肋板连接，各个所述外围锚管与所述中心锚管之间经内肋板连接。
4.根据权利要求2或3所述的基于动力锚贯入的多锚管海洋水合物钻采井口支撑装置，其特征在于，多锚管井口支撑装置设有水平检测仪，用于实时采集所述多锚管井口支撑装置的水平度信号。
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