一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置的製作方法
2023-05-03 09:46:26 2
專利名稱：一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海洋石油鑽井裝置，特別是關於一種基於近水面脫離的 深水鑽井裝置。
技術背景深水鑽井裝置概括起來有三種，包括將防噴器(BOP)設置在海底泥線處的常 規鑽井裝置、將防噴器設置在水中的鑽井裝置和將防噴器設置在水上的鑽井裝置。常規鑽井裝置將防噴器放置於海底，鑽井船和海底井口用隔水管連接。隨著 水深的增加，常規水下設置防噴器的鑽井方式面臨著很大的挑戰。 一方面，隨著 水深的增加，需要更長的隔水管和鑽杆，由此將耗費更多的泥漿、更高壓力等級 的設備，隔水管與防噴器的重量和尺寸也大大增加，所以必須具有足夠的甲板負 荷和甲板空間以便儲存所需的隔水管、鑽杆、套管以及其它散料等，以滿足鑽井 施工的要求，於是就要具有更大的作業設備，以滿足設備移運的需要。另一方面， 水深增加，深水惡劣的作業環境加劇，使得起下隔水管、套管和鑽杆會耗費很長 時間，特別是在遇到颱風等緊急情況下，隔水管的脫離更加困難，這樣將導致鑽 井非生產時間增多，對設備的可靠性要求提高，使深水鑽井平臺呈現出大型化的 趨勢，包括甲板可變載荷、平臺主尺度、載重量、物資儲存能力等各項指標都向 大型發展，這樣一方面使得鑽井作業的費用大幅度增加，也給深水鑽井作業帶來 了很大的風險。為了克服常規水下設置防噴器的深水鑽井裝置的缺點，近年來發展了一種將 防噴器設置在水上的表面防噴器系統(SB0P)。水上設置防噴器的鑽井裝置包括 水面防噴器、高壓隔水管、水下斷開系統(SID)以及用於這些組件的控制系統等。 水上設置防噴器的鑽井裝置其主要優點是，可使用小的輕的隔水管，使便宜的第三 代鑽井船能夠進入深水，從而大大降低深水作業的費用。但是水上設置防噴器的 鑽井裝置也有自身的缺點，由於防噴器在水面以上，與鑽井船不能分開，因此造 成在緊急情況下隔水管脫離困難，使用時受到海況和地質條件的限制較大，只能 在海況條件比較好，地層情況比較清楚的井位使用。另外，挪威ADTH公司提出了一種人工海底鑽井系統(ABS系統)，是將一個直 徑為20米、高10米的浮筒安裝於水下250米處，井口與防噴器安置在浮筒上，浮筒 下部與回接管(外徑22寸)連接。這樣可方便撤離，能降低對鑽井船的要求，在輔助作業船的協助下，可以使便宜的第三代鑽井船進入深水。但是這種ABS系統存 在以下缺點1、由於受系統受力狀態的影響，ABS系統不能承受太大的流速，浮筒安裝於水下較深(250米 300米)，不但對系統的要求很高，而且作業也不方 便。2、由於浮筒本身的重量較大(達379. l噸)，還需要承受防噴器以及下部回 接管的所有重量，這就需要提供足夠的浮力，因此使得浮筒的尺寸很大(直徑近 20米，高10米)。3、由於浮筒的尺寸很大，因此安裝作業非常費時，製造的費用 也高，使用的水深也受到限制，最大水深為1500米。4、由於防噴器直接坐於浮筒 上，而防噴器重量很大，這樣使得浮筒與防噴器組成的系統重心偏高，系統的穩 性不好，因此對系統的安全及作業等都帶來了很大的負面影響。 發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種穩定性好，適用性強、費用低 廉、可用於較深海域的基於近水面脫離的深水鑽井裝置。為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案 一種基於近水面脫離的深 水鑽井裝置，其特徵在於它包括一與鑽井平臺連接的隔水管，所述隔水管的中 間設置一上柔性接頭，所述隔水管穿過一浮力艙與一防噴器連接，所述浮力艙上 端通過一脫離裝置與所述隔水管連接，所述防噴器座於一上部井口，所述上部井 口下方為一壓載艙， 一設置有扶正器的應力接頭上端深入所述壓載艙內與所述上 部井口連接，所述應力接頭下端連接一高壓隔水管，所述高壓隔水管外部設置有 浮力塊，高壓隔水管的底端依次連接下柔性接頭、下部井口、導管和套管，所述 導管和套管固定於海底，在所述防噴器的周向與鑽井平臺月池開口的下部之間有 至少連接有三根扶正繩。所述浮力艙為一個細長圓柱形的密閉金屬桶，沿其中心軸線具有一縱向貫穿 所述浮力艙的中心軸孔，所述浮力艙的內部具有若干個密閉的艙室。所述壓載艙為一個橢圓形的密閉金屬球體，其中心軸線具有一縱向貫穿所述 壓載艙的中心軸孔，所述壓載艙的內部具有若干個密閉的艙室。所述防噴器位於水面以下80 100ra處。 所述高壓隔水管的外徑為16"。在所述下柔性接頭和下部井口之間設置有一所述緊急關斷裝置。 本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本實用新型將防噴 器安裝在距水面以下80 100m的位置，這樣可方便水下作業，降低對設備的浮力 要求。2、本實用新型在防噴器的周向與鑽井平臺之間設置了至少三根(一般採用 四根)扶正繩作為限位裝置，扶正繩不但可以減少浮力系統及防噴器的橫向位移，改善系統的力學性能，提高系統的適應性，增加作業窗口，而且在鑽井系統起下 作業時，扶正繩還可以輔助壓載艙起下作業。3、本實用新型將已有技術的一個浮 力筒，分成設置在防噴器上、下的兩個浮力筒，即浮力艙和壓載艙，因此不但可 以有效地降低包括浮力艙、防噴器和壓載艙在內的整個系統的重心，提高系統的 穩定性和適應性，而且可以實現減小上、下浮筒的尺寸和突破水深限制的功效。4、 本實用新型根據上部井口與高壓隔水管的連接處是系統中最薄弱環節的特點，設 置了一應力接頭，從而有效地改善了本實用新型的力學性能，減少了系統的最大 應力，提高了整個系統的適用性。5、本實用新型採用外徑為16"的小直徑高壓隔 水管，並在高壓隔水管的外部增加套設其上的浮力塊，因此可以減小下浮筒提升 其下部高壓隔水管所需要的浮力，為突破水深的限制起到很大的作用。本實用新 型具有適用性強、性能良好、費用低廉、水下作業方便等優點，既可以克服表面防噴器系統(SB0P)存在的隔水管脫離困難的問題，又能克服了人工海底鑽井系 統(ABS)存在的諸多缺點，本實用新型可以廣泛用於各種深水鑽井過程中。
圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是本實用新型應力接頭連接示意圖圖3是本實用新型浮力艙結構示意圖圖4是本實用新型壓載艙外形結構示意圖圖5是本實用新型壓載艙內部結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型進行詳細的描述。 如圖1、圖2所示，本實用新型包括一與鑽井平臺1相連接的常規隔水管2， 隔水管2中間設置一上柔性接頭3，隔水管2穿過一浮力艙4，與一防噴器5連接， 防噴器5安裝在距水面A以下S0 100m處，浮力艙4上端設置有一與隔水管2脫 離裝置6，在防噴器5的下方設置一壓載艙7， 一上部井口 8位於防噴器5與壓載 艙7之間並坐掛於壓載艙7中心軸孔內。 一應力接頭9的上端深入壓載艙7中心 軸孔內與上部井口 8連接，應力接頭9與壓載艙7中心軸孔壁之間設置有扶正器 10。應力接頭9的下端連接一高壓隔水管11，高壓隔水管11的外部套設有一浮力 塊12，高壓隔水管11的底端按常規方法順序連接下柔性接頭13、緊急關斷裝置 14(可選用或不用)、下部井口15、導管16和套管17，導管16和套管17都固定 於海底。將四根扶正繩18底端分別連接在防噴器5的周向，將四根扶正繩18的 頂端分別連接在鑽井平臺1月池開口 19的下部，四根扶正繩18組成一限位裝置，扶正繩18的數量還可以是三根、五根或六根等。扶正繩18可以減少浮力系統(即浮力艙4和壓載艙7)及防噴器5的橫向位移，改善系統的力學性能，提高系統的 適應性，增加作業窗口。在鑽井作業時，扶正繩18除用於系統的橫向定位，還可 以在系統起下作業時輔助壓載艙7的起下作業。上述實施例中，上柔性接頭3、隔水管2、脫離裝置6與常規深水鑽井裝置相 同，脫離裝置6的作用是在需要時可通過脫離裝置6將隔水管2與下部的裝置脫 離開。下柔性接頭13和下部井口 15均為常規深水鑽井裝置所採用的部件，設置 在泥線附近的緊急關斷裝置14，可以增加緊急情況下本實用新型系統的安全性。 緊急關斷裝置14可根據實際需要從市場選購。根據具體情況，本實用新型也可以 不設置緊急關斷裝置14。上述實施例中，應力接頭9的具體型號需要根據具體的海況條件選用，根據 相關的計算分析表明，應力接頭9所處位置是整個裝置的薄弱環節，本實用新型 在此處添加應力接頭9可減少系統的最大應力，改善本實用新型的力學性能，提 高其適用性。如圖3所示，上述實施例中，浮力艙4可以是一個細長圓柱形的密閉金屬桶 41，其中心軸線具有一縱向貫穿浮力艙4的中心軸孔42，中心軸孔42可供鑽井裝 置的常規隔水管2穿過；浮力艙4內分隔為若干個相互密閉的艙室43，如果有個 別艙室43發生破損，浮力艙4仍能夠提供足夠的浮力，浮力艙4提供的浮力，主 要承擔防噴器5的重量。如圖4、 5所示，上述實施例中，壓載艙7是一個橢圓形的密閉金屬球體71， 其中心軸線具有一縱向貫穿壓載艙7的中心軸孔72，鑽井裝置的上部井口 8可坐 掛於中心軸孔72的上口內，應力接頭9上端可從中心軸孔72的下口深入該中心 軸孔72內與上部井口 8連接；壓載艙7內分隔為若干個相互密閉的艙室73，當其 中有一個艙室73破損時，壓載艙7仍能夠提供足夠的浮力。壓載艙7內裝有一套 常規壓載系統(圖中未示出)，其通過臍帶纜與鑽井平臺9的控制系統相連，以控 制壓載艙7進行壓載作業。壓載艙7提供的浮力主要承擔鑽井裝置中上部井口 8 的重量和部分高壓隔水管11的重量，另外壓載艙7還提供與高壓隔水管11的接 □。上述實施例中，浮力艙4和壓載艙7的浮力與防噴器5的重量等相協調，使 得浮力艙4、防噴器5及壓載艙7的重心最低，穩定性最好，進而擴展本實用新型 的作業窗口。高壓隔水管11採用外徑16"的小直徑高壓隔水管，可以減少對本實 用新型裝置浮力系統的要求，在高壓隔水管11的外部加設浮力塊12，其直徑較小，這樣也可方便的從浮力艙4和壓載艙7中通過。由於外徑16"的高壓隔水管11 的規格較小，同時設置有浮力塊11，所以可以減小浮力系統對其下部的高壓隔水 管ll的提升力。本實用新型裝置在安裝過程中，首先利用扶正繩18在鑽井平臺1月池口 19 將壓載艙7懸掛起來，然後順序將上部井口 8，應力接頭9、高壓隔水管ll、浮力 塊12、下柔性接頭13、緊急關斷裝置14等下入水下，再通過放鬆扶正繩18將壓 載艙7及下部裝置一起下放到水下預定位置(海面A以下80 100米深度的位置)， 與下部井口 15、導管16、套管17等連接，然後通過隔水管2將脫離裝置6、浮力 艙4、防噴器5—起下入水下，並使防噴器5經上部井口 8坐落於壓載艙7，然後 連接上柔性接頭3等，完成系統的安裝，開始鑽井作業。本實用新型裝置在使用過程中，如遇到颱風等緊急情況時，可以緊急脫離作 業。需要脫離時，本實用新型裝置可從脫離裝置6處實施脫離，取出隔水管2。同 時也可以關斷泥線處B的緊急關斷裝置14。
權利要求1、一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於它包括一與鑽井平臺連接的隔水管，所述隔水管的中間設置一上柔性接頭，所述隔水管穿過一浮力艙與一防噴器連接，所述浮力艙上端通過一脫離裝置與所述隔水管連接，所述防噴器座於一上部井口，所述上部井口下方為一壓載艙，一設置有扶正器的應力接頭上端深入所述壓載艙內與所述上部井口連接，所述應力接頭下端連接一高壓隔水管，所述高壓隔水管外部設置有浮力塊，高壓隔水管的底端依次連接下柔性接頭、下部井口、導管和套管，所述導管和套管固定於海底，在所述防噴器的周向與鑽井平臺月池開口的下部之間有至少連接有三根扶正繩。
2、 如權利要求l所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於-所述浮力艙為一個細長圓柱形的密閉金屬桶，沿其中心軸線具有一縱向貫穿所述 浮力艙的中心軸孔，所述浮力艙的內部具有若干個密閉的艙室。
3、 如權利要求l所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於 所述壓載艙為一個橢圓形的密閉金屬球體，其中心軸線具有一縱向貫穿所述壓載 艙的中心軸孔，所述壓載艙的內部具有若干個密閉的艙室。
4、 如權利要求2所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於 所述壓載艙為一個橢圓形的密閉金屬球體，其中心軸線具有一縱向貫穿所述壓載 艙的中心軸孔，所述壓載艙的內部具有若干個密閉的艙室。
5、 如權利要求1或2或3或4所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置， 其特徵在於所述防噴器位於水面以下80 100m處。
6、 如權利要求1或2或3或4所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置， 其特徵在於所述高壓隔水管的外徑為16"。
7、 如權利要求5所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於 所述高壓隔水管的外徑是16"。
8、 如權利要求1或2或3或4所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置， 其特徵在於在所述下柔性接頭和下部井口之間設置有一所述緊急關斷裝置。
9、 如權利要求5所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於在所述下柔性接頭和下部井口之間設置有一所述緊急關斷裝置。
10、 如權利要求6所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於:在所述下柔性接頭和下部井口之間設置有一所述緊急關斷裝置。
11、 如權利要求7所述的一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於:在所述下柔性接頭和下部井口之間設置有一所述緊急關斷裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種基於近水面脫離的深水鑽井裝置，其特徵在於它包括一與鑽井平臺連接的隔水管，所述隔水管的中間設置一上柔性接頭，所述隔水管穿過一浮力艙與一防噴器連接，所述浮力艙上端通過一脫離裝置與所述隔水管連接，所述防噴器的下方設置一壓載艙，所述防噴器與所述壓載艙之間為一上部井口，一連接有扶正器的應力接頭，其上端深入所述壓載艙內與所述上部井口連接，其下端連接一高壓隔水管，所述高壓隔水管外部設置有浮力塊，高壓隔水管的底端依次連接下柔性接頭、下部井口、導管和套管，所述導管和套管固定於海底，在所述防噴器的周向與鑽井平臺月池開口的下部之間有至少連接有三根扶正繩。本實用新型適用性強、性能穩定、方便隔水管脫離，可以廣泛用於深水鑽井中。
文檔編號E21B33/03GK201121487SQ20072017292
公開日2008年9月24日 申請日期2007年9月3日 優先權日2007年9月3日
發明者偉 姜, 蔣世全, 許亮斌 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心