CN109538122B - 深水下导管装置及*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种深水下导管装置及***，该装置能伸入导管中，导管的内壁设有限位结构；该装置包括：能量传递部件；能量传递部件能被限位结构限位，能量传递部件具有上表面和下表面；设置于能量传递部件上表面的振动机构；振动机构包括容纳腔、以及在容纳腔中沿上下往复运动的重锤；重锤将容纳腔密封分隔形成第一腔室和位于第一腔室上方的第二腔室；第一腔室和第二腔室能够输入输出液体；振动机构通过能量传递部件能将振动的能量传递至导管，以带动导管向下移动。本申请提供的深水下导管装置及***，操作简单，可用于水深1000～2000米作业，采用内部能量传递法进行作业，对地层危害小，利于进一步的石油开发。
Description
技术领域
本发明涉及海洋石油钻井技术领域，特别涉及一种深水下导管装置及***。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，原油需求量日益增加，我国原油对外依存度居高不下，已严重超过国家能源安全警戒线并拉响能源安全警报，急需提升油气自给能力。陆地油气产量趋于稳定，海洋油气是未来我国重要的油气接替区，其***油气储量超过300亿吨，70％在深水区域。
现常采用深水喷射方法下导管钻井实现深水区域油气的开采。深水喷射方法利用喷射方式将导管下到位。即利用水射流和导管串的重力，边喷射开孔边下导管，同时在喷射管柱中下入动力钻具组合以提高安全性和作业效率。导管下至预定井深后，静止导管串，利用地层的粘附力和摩擦力稳固住导管。然后解脱送入工具并起出导管内的钻具，完成导管的安装。
然而，深水喷射方法存在以下问题：
1、深水喷射法所用工具复杂，对配合使用的船舶要求较高；
2、深水喷射法适用于水深1000米以内，无法满足更深处的钻井需求；
3、深水喷射法利用水射流作业，易破坏地层，增加钻探难度，不利于进一步的石油开发；
4、深水喷射法需要固井，增加了作业环节和时间；
5、当海底土强度较高时，极易出现深水表层导管喷射下入不到位的情况；
6、由于喷射会出现摆动，当井槽间距过小且摆动幅度过大时，容易出现井槽“窜槽”。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本申请的目的是提供一种深水下导管装置，以能够至少解决以上问题之一。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
一种深水下导管装置，其能伸入所述导管中，所述导管的内壁设有限位结构；所述深水下导管装置包括：
能量传递部件；所述能量传递部件能被所述限位结构限位，所述能量传递部件具有上表面和下表面；
设置于所述能量传递部件上表面的振动机构；所述振动机构包括容纳腔、以及在所述容纳腔中沿上下往复运动的重锤；所述重锤将所述容纳腔密封分隔形成第一腔室和位于所述第一腔室上方的第二腔室；所述第一腔室和所述第二腔室能够输入输出液体；所述振动机构通过所述能量传递部件能将振动的能量传递至所述导管，以带动所述导管向下移动。
作为一种优选的实施方式，所述第一腔室和所述第二腔室通过液压管连通液压机构；所述液压机构通过所述液压管使液体从所述第一腔室和所述第二腔室输入输出。
作为一种优选的实施方式，所述振动机构包括具有容纳腔的容纳筒，所述容纳筒的上端具有顶板，所述容纳筒的下端具有底板；所述能量传递部件能承接所述底板。
作为一种优选的实施方式，所述能量传递部件上设有多个沿上下方向将其贯通的通孔；所述通孔内设有单向阀，所述单向阀能使岩屑沿从下向上的方向通过所述通孔。
作为一种优选的实施方式，所述能量传递部件的下表面固定设有导向件，所述导向件下端具有用于导向的锥形结构；所述导向件上设有用于喷射冲击水的喷射孔。
作为一种优选的实施方式，所述能量传递部件设有沿上下方向将其贯通的过水孔，所述过水孔和所述喷射孔相连通。
作为一种优选的实施方式，所述深水下导管装置还包括和所述振动机构连接的钻杆、和所述导管连接的送入工具，所述送入工具和所述钻杆固定连接。
作为一种优选的实施方式，所述深水下导管装置还包括和所述钻杆连接的减震器，所述减震器设于所述送入工具的上方。
一种深水下导管***，包括：
如上任一实施方式所述的深水下导管装置；
第一导管，所述第一导管的内壁设有限位结构，所述能量传递部件能被所述限位结构限位；所述第一导管的下端设有尖部，所述尖部顶点靠近所述第一导管的外壁。
作为一种优选的实施方式，所述深水下导管***还包括多个第二导管；所述第二导管能通过卡簧式接头和所述第一导管连接；所述第二导管之间能通过卡簧式接头连接。
有益效果：
本申请实施方式的深水下导管装置及***，通过振动机构将能量传递给导管，实现导管的入泥。操作简单，可用于水深1000～2000米作业，采用内部能量传递法进行作业，对地层危害小，利于进一步的石油开发。
实践证明，本申请实施方式的深水下导管装置与现有技术相比，具有如下益效果：
(1)所需工具简单，对船舶配置要求低；
(2)通过液压管道连接钻井船和深水下导管装置，可在船上通过控制液压实现能量的传递，使导管到达预定地层，通过调节液压管道的长短，可用于水深1000～2000米作业，填补常规钻井空白；
(3)采用内部能量传递法进行作业，对地层危害小，利于进一步的石油开发；
(4)利用重锤冲击成孔的同时，将导管固定在所冲击形成的孔中，无需固井，减少作业环节和时间，节约固井费用；
(5)可以根据地层结构调节振动机构的能量，使导管达到预定地层，下入到位；
(6)振动机构仅产生竖直向下的力，不会出现摆动情况，因此即使井槽间距过小，也不会出现井槽“窜槽”。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例中的深水下导管装置及***的结构示意图；
图2为本申请一个实施例中的能量传递部件的结构示意图；
图3为图1中A处放大图；
图4为图1中B处放大图。
附图标记说明：
1、第一导管；2、泥线；3、钻杆；4、送入工具；5、振动机构；6、重锤；61、第一腔室；62、第二腔室；7、容纳筒；8、能量传递部件；9、限位结构；10、导向件；11、喷射孔；12、岩屑；13、减震器；14、尖部；81、通孔；82、过水孔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图4。本申请实施方式中提供一种深水下导管装置，其能伸入所述导管中，所述导管的内壁设有限位结构9。所述深水下导管装置可以包括能量传递部件8和振动机构5。
其中，所述能量传递部件8能被所述限位结构9限位，所述能量传递部件8具有上表面和下表面。所述振动机构5设置于所述能量传递部件8的上表面。所述振动机构5包括容纳腔、以及在所述容纳腔中沿上下往复运动的重锤6。所述重锤6将所述容纳腔密封分隔形成第一腔室61和位于所述第一腔室61上方的第二腔室62。所述第一腔室61和所述第二腔室62能够输入输出液体。所述振动机构5通过所述能量传递部件8能将振动的能量传递至所述导管，以带动所述导管向下移动。
振动机构5可以通过多种方式产生能量，本申请实施方式不作特别的限定。可以通过向第一腔室61输入液体、从第二腔室62输出液体以使重锤6上升到预定高度后快速释放重锤6，利用重锤6自由落体产生能量。也可以通过向第一腔室61输入液体、从第二腔室62输出液体以使重锤6上升到预定高度后，再以预定的加速度从第一腔室61输出液体、向第二腔室62输入液体，使重锤6以预定加速度下移以产生能量。同时也可将二者结合，既利用重锤6自由落体产生的能量，又利用重锤6加速度下移产生的能量。
重锤6产生的冲击力可以牵引导管，带动导管向下运动，从而使导管入泥且最终到达预定深度。
需要说明的是，可以根据不同的地层结构调整振动机构5的规格、重锤6的振动频率，以满足导管到达预定地层所需要的能量，因此本申请实施方式对振动机构5的具体规格不作限制。例如，可以将重锤6的质量设计为200吨以上，优选的，重锤6质量为200～300吨，重锤6上下移动的距离即容纳腔的竖直长度设计为2～3米，以提供足够的能量使导管入泥。
本申请实施方式的深水下导管装置，通过振动机构5将能量传递给导管，实现导管的入泥。所述深水下导管装置操作简单，与现有技术相比，具有如下益效果：
(1)所需工具简单，对船舶配置要求低。本申请实施方式的深水下导管装置可直接借用张力腿平台自带的模块钻机的提升和下放功能，其中批量开发的张力腿平台是深海油气勘探开发的重要装备；
(2)通过液压管道连接钻井船和深水下导管装置，可在船上通过控制液压实现能量的传递，使导管到达预定地层，通过调节液压管道的长短，可用于水深1000～2000米作业，填补常规钻井空白；
(3)采用内部能量传递法进行作业，对地层危害小，利于进一步的石油开发；
(4)利用重锤冲击成孔的同时，将导管固定在所冲击形成的孔中，无需固井，减少作业环节和时间，节约固井费用；
(5)可以根据地层结构调节振动机构的能量，使导管达到预定地层，下入到位；
(6)振动机构仅产生竖直向下的力，不会出现摆动情况，因此即使井槽间距过小，也不会出现井槽“窜槽”。
在本实施方式中，所述第一腔室61和所述第二腔室62通过液压管连通液压机构；所述液压机构通过所述液压管使液体从所述第一腔室61和所述第二腔室62输入输出。采用液压机构驱动振动机构5，具体是通过液压管将振动机构5和钻井船连接，在钻井船上可以通过控制液压机构以驱动振动机构5工作。具体的，可以通过液压管向第一腔室61输入液体、从第二腔室62输出液体以使重锤6上升到预定高度后快速释放重锤6，利用重锤6自由落体产生能量，同时以预定的加速度通过液压管从第一腔室61输出液体、向第二腔室62输入液体，使重锤6以预定加速度下移以产生能量。
在本实施方式中，所述振动机构5包括具有容纳腔的容纳筒7，所述容纳筒7的上端具有顶板，所述容纳筒7的下端具有底板，重锤6可以在顶板和底板之间上下移动。所述能量传递部件8能承接所述底板，重锤6产生的能量传递给容纳筒7，容纳筒7通过其底板将能量传递给能量传递部件8，最终传递给导管，以使导管入泥。本申请对重锤6和容纳筒7的形状不做限定，可以是圆柱形、方柱形等，其中可以根据地层结构调节振动机构5的能量，即振动机构5可以更换不同规格的重锤6、容纳筒7，以提供足够的能量，使导管入泥。
在本实施方式中，所述能量传递部件8上设有多个沿上下方向将其贯通的通孔81，以使岩屑12能够通过通孔81向上移动。
具体的，通孔81内设有单向阀，所述单向阀能使岩屑12沿从下向上的方向通过所述通孔81，如此可以实现岩屑12的收集，避免下导管过程中产生的岩屑12对海洋造成污染。
在本实施方式中，所述能量传递部件8的下表面固定设有导向件10。所述导向件10下端可以具有用于导向的锥形结构。所述导向件10上可以设有用于喷射冲击水的喷射孔11，所述喷射孔11喷射的冲击水具有高压，冲击地层以减小导管的入泥阻力。
具体的，如图2所示，所述能量传递部件8设有沿上下方向将其贯通的过水孔82，所述过水孔82和所述喷射孔11相连通，所述冲击水通过所述过水孔82进入所述导向件10。过水孔82的大小明显小于用于通过岩屑12的通孔81，这是因为通孔81较大可以保证岩屑12顺利通过，不产生堵塞，过水孔82较小可以进一步提高冲击水的流速，使冲击水获得更好的冲击效果。
在本实施方式中，所述能量传递部件8优选为铁砧座，以实现动能的传递。
在本实施方式中，所述深水下导管装置还包括和所述振动机构5连接的钻杆3、和所述导管连接的送入工具4，所述送入工具4和所述钻杆3固定连接。钻杆3内部可设有输送冲击水的软管，使冲击水能够通过能量传递部件8的过水孔82进入导向件10，通过导向件10上的喷射孔11喷射岩屑12，减小导管的入泥阻力。具体的，钻杆3分别和送入工具4、振动机构5采用螺纹连接。送入工具4和导管可以通过快速接头形式连接，正转送入工具4可实现其和导管的连接，可在钻井船上连接好送入工具4和导管；当导管下入到位后，反转送入工具4，可实现其和导管的分离。在另一种可行的实施方式中，送入工具4和导管通过长螺纹连接，以保证能量传递部件8和导管的限位结构9充分接触。
在本实施方式中，所述振动机构5内部设有供钻杆3穿过的空间,即振动机构5的容纳筒7是空心的，重锤6上设置上下贯通的通孔,钻杆3活动穿设在重锤6的通孔中，以实现重锤6沿钻杆3上下滑动。对于振动机构5和钻杆3的具体连接方式本申请实施方式不作限定，可以是螺纹连接、焊接等。在本实施方式中,容纳筒7和钻杆3采用螺纹连接的方式。
具体的，所述深水下导管装置还包括和所述钻杆3连接的减震器13，所述减震器13设于所述送入工具4的上方。减震器13可以采用螺纹连接的方式安装在钻杆3上，以回收重锤6下移后产生的多余的振动。
本申请实施方式还提供一种深水下导管***，包括:如上任一实施方式所述的深水下导管装置,以及第一导管1。所述第一导管1的内壁设有限位结构9，所述能量传递部件8能被所述限位结构9限位。本申请实施方式对限位结构9不作特别的限定，其可以是焊接在第一导管1内壁的凸起部，具体的，可以是如图3所示的具有一水平面的三角结构。该水平面用于放置能量传递部件8。
具体的，所述第一导管1的下端设有尖部14，如图4所示，所述尖部14顶点靠近所述第一导管1的外壁，便于岩屑12向第一导管1的内腔流动，并对第一导管1的下入起导向作用。
在本申请实施方式中，所述深水下导管***还包括多个第二导管；所述第二导管能通过卡簧式接头和所述第一导管1连接；所述第二导管之间能通过卡簧式接头连接。具体的，当所述第一导管1入泥后，所述送入工具4和所述第一导管1的上端分离，所述送入工具4和所述第二导管的上端连接，使所述第二导管入泥。本申请实施方式对第一导管1和第二导管的连接方式不做特别的限定，具体的，所述第一导管1的上端和所述第二导管的下端可以通过卡簧式接头连接，实现快速方便的连接。本申请实施方式对第二导管的个数不做限定，以实际应用时的需求为准。需要注意的是，第一个第二导管与第一导管1连接，其余的第二导管均和前一下入的第二导管连接。
在一个具体的使用场景中，使用如图1所示的深水下导管装置进行深水下导管作业，具体操作步骤如下：
1、参照图1将深水下导管装置和第一导管1连接为整体；
2、通过浮式钻井船，将深水下导管装置送入深水海底泥线2处；
3、通过装置自重将第一导管1压入泥线2，直到自重入泥停止；
4、启动振动机构5，液压驱动重锤6上移，上移到容纳筒7的顶部后，下落到底部，将自由落体的能量传递给容纳筒7，并由容纳筒7将能量传递给能量传递部件8，能量传递部件8通过第一导管1内部的限位结构，将能量传递给第一导管1，从而推动第一导管1入泥；
5、振动机构5工作的同时启动导向件10，通过钻杆3提供冲击水，通过喷射孔11喷射岩屑12，减小第一导管1的入泥阻力；
6、第一导管1入泥完成后，反转钻杆3将送入工具4与第一导管1脱开，提升钻杆3到钻井船，通过送入工具4连接第二导管，并调整钻杆3的长度；
7、将送入工具4连接的第二导管，送至第一导管1处，并连接第一导管1的上端和所述第二导管的下端，重复上述步骤4、5、6，实现第一导管1及第二导管的下入；
8、到达预定地层后，通过回收工具，回收导管内腔的岩屑12，完成作业。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
Claims (5)
1.一种深水下导管装置，其能伸入所述导管中，所述导管的内壁设有限位结构；其特征在于，所述深水下导管装置包括：
能量传递部件；所述能量传递部件能被所述限位结构限位，所述能量传递部件具有上表面和下表面；所述能量传递部件上设有多个沿上下方向将其贯通的通孔；所述通孔内设有单向阀，所述单向阀能使岩屑沿从下向上的方向通过所述通孔；所述能量传递部件的下表面固定设有导向件，所述导向件下端具有用于导向的锥形结构；所述导向件上设有用于喷射冲击水的喷射孔；所述能量传递部件设有沿上下方向将其贯通的过水孔，所述过水孔和所述喷射孔相连通；
设置于所述能量传递部件上表面的振动机构；所述振动机构包括容纳腔、以及在所述容纳腔中沿上下往复运动的重锤；所述重锤将所述容纳腔密封分隔形成第一腔室和位于所述第一腔室上方的第二腔室；所述第一腔室和所述第二腔室通过液压管连通液压机构；所述液压机构通过所述液压管使液体从所述第一腔室和所述第二腔室输入输出；通过向所述第一腔室输入液体、从所述第二腔室输出液体以使所述重锤上升到预定高度后，再以预定的加速度从所述第一腔室输出液体、向所述第二腔室输入液体，使所述重锤以预定加速度下移以产生能量；所述振动机构通过所述能量传递部件能将振动的能量传递至所述导管，以带动所述导管向下移动；
和所述振动机构连接的钻杆、和所述导管连接的送入工具，所述送入工具和所述钻杆固定连接；所述振动机构内部设有供所述钻杆穿过的空间，所述重锤上设置上下贯通的通孔，所述钻杆活动穿设在所述重锤的通孔中。
2.根据权利要求1所述的深水下导管装置，其特征在于，所述振动机构包括具有容纳腔的容纳筒，所述容纳筒的上端具有顶板，所述容纳筒的下端具有底板；所述能量传递部件能承接所述底板。
3.根据权利要求1所述的深水下导管装置，其特征在于，还包括和所述钻杆连接的减震器，所述减震器设于所述送入工具的上方。
4.一种深水下导管***，其特征在于，包括：
如权利要求1至3中任意一项所述的深水下导管装置；
第一导管，所述第一导管的内壁设有限位结构，所述能量传递部件能被所述限位结构限位；所述第一导管的下端设有尖部，所述尖部顶点靠近所述第一导管的外壁。
5.根据权利要求4所述的深水下导管***，其特征在于，还包括多个第二导管；所述第二导管能通过卡簧式接头和所述第一导管连接；所述第二导管之间能通过卡簧式接头连接。
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