CN112145095A - 一种带有回接功能的应急解脱装置及方法 - Google Patents

一种带有回接功能的应急解脱装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有回接功能的应急解脱装置及方法。所述应急解脱封井装置包括应急解脱接头、动力***和封井接头；所述应急解脱接头包括应急解脱公头和应急接头母头，所述应急解脱公头通过上部动力管线与所述动力***连接，所述封井接头通过下部动力管线与所述动力***连接；在应急解脱情况下，向上过提上部修井隔水管，使所述应急解脱公头和所述应急解脱母头脱离，当所述上部动力管线与所述动力***断开时，通过所述下部动力管线为所述封井接头提供动力液，触发封井动作。本发明既可以用于常规钻井作业船，也可以用于工程船上，适应性强，作业灵活方便，可以广泛应用于采用水下井口开发模式的深水油气田的修井作业。

Description

一种带有回接功能的应急解脱装置及方法
技术领域
本发明涉及一种带有回接功能的应急解脱装置及方法，属于海上油气田水下井口模式的修井技术领域。
背景技术
对于采用水下井口模式开发的油气井，在修井过程中一般需要采用修井隔水管建立浮式钻井作业船与水下井口的循环通道。由于浮式钻井作业船在台风、内波流等紧急情况下存在定位失效的风险，导致钻井作业船偏离安全作业范围，进而发生修井隔水管折断或水下井口损坏等严重事故，因此需要在修井管串中设置应急解脱装置，实现修井隔水管与井口的应急解脱，以确保修井隔水管、水下井口等设备及作业人员的安全。常规的应急解脱装置通常采用远程控制的方式，涉及的配套设备包括控制盒、控制管缆、管缆滚筒等，触发应急解脱功能时，需要从浮式钻井作业船通过控制管缆传递控制信号给应急解脱的执行机构，启动相关的解脱动作。这种方式虽然可以有效的实现解脱功能，但是控制逻辑以及涉及的设备复杂，对钻井作业船的承载能力、甲板空间要求较高，而且加大了解脱后回接的作业量，作业效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种简易的带有回接功能的应急解脱装置，结构简单，不需要安装控制盒、控制管缆、管缆滚筒等常规解脱回接装置所涉及的控制设备，通过修井隔水管向上过提，触发与应急解脱装置集成在一起的动力***启动解脱、封井动作，配合所设计的定位装置及水下机器人实现修井管柱回接。
本发明所提供的带有回接功能的应急解脱装置，包括应急解脱头、动力***和封井接头；
所述应急解脱头包括应急解脱公头和应急解脱母头，所述应急解脱公头固定于连接作业船的上部修井隔水管上，所述应急解脱母头固定于连接水下井口的下部修井隔水管上，当所述应急解脱公头与所述应急解脱母头配合时，实现所述上部修井隔水管和所述下部修井隔水管的内部连通，且所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间密封设置，当上提所述上部修井隔水管时，所述密封设置起到密封井眼(所述上部修井隔水管和所述下部修井隔水管)和延时的作用，保证所述封井接头有足够的时间完成封井；
所述应急解脱公头的下端口处设有一承留阀，当所述应急解脱公头与所述应急解脱母头配合时，所述承留阀在所述下部修井隔水管的顶推作用下打开；当所述应急解脱公头与所述应急解脱母头脱离时，所述承留阀闭合以封闭所述上部修井隔水管；
所述应急解脱公头通过上部动力管线与所述动力***连接；
所述封井接头通过下部动力管线与所述动力***连接；
在应急解脱情况下，向上过提所述上部修井隔水管，使所述应急解脱公头和所述应急解脱母头脱离，当所述上部动力管线与所述动力***断开时，通过所述下部动力管线为所述封井接头提供动力液，触发封井动作。
上述的带有回接功能的应急解脱装置中，所述承留阀优选为挡板阀，具有封闭修井隔水管的功能，当作业船与水下井口解脱时，即所述应急解脱公头与所述应急解脱母头完全脱离时，可保证留存于所述上部修井隔水管的井内流体无法溢出，保护海洋环境。
上述的带有回接功能的应急解脱装置中，所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间的密封设置结构如下：
固定于所述下部修井管的外周壁上的若干刚性圈，所述刚性圈外包覆有弹性密封材料，当所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管配合时，所述弹性密封材料在所述应急解脱公头的挤压下产生形变，从而实现所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间的密封。
上述的带有回接功能的应急解脱装置中，优选所述弹性密封材料沿所述刚性圈的周向或轴向布置。
上述的带有回接功能的应急解脱装置中，所述应急解脱公头和所述应急解脱母头通过剪切销钉固定；
所述剪切销钉设有把手；
所述剪切销钉与所述应急解脱母头之间设有间距，方便水下机器人抓取。
上述的带有回接功能的应急解脱装置中，所述应急解脱公头和所述应急解脱母头通过定位公头和定位母头的配合实现定位；
所述定位公头设于所述应急解脱公头上，所述定位母头设于所述应急解脱母头上。
上述的带有回接功能的应急解脱装置中，所述封井接头的主要作用是，在应急解脱情况下剪切内部管柱、密封井筒，实现封井，以确保井筒内的油气不会在应急解脱连接器解脱后溢出井筒污染海洋环境。
使用本发明带有回接功能的应急解脱装置时，可按照下述步骤进行：
通过所述带有回接功能的应急解脱装置连接水下井口和修井隔水管；
当发生应急解脱的工况时，向上过提所述上部修井隔水管，在提升力的作用下，所述应急解脱公头与所述应急解脱母头开始脱离，当所述上部动力管线与所述动力***断开时，通过所述下部动力管线为所述封井接头提供动力液，触发封井动作。
即在所述上部动力管线与所述下部动力管线之间设置有导通的阀门，当所述上部动力管线与该阀门断开后，所述下部动力管线自动贯通。
当所述应急解脱公头和所述应急解脱母头没有完全脱离时，所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间的刚性圈起到密封井眼和延时的作用，保证所述封井接头有足够的时间完成封井，井内流体无法溢出，保护海洋环境。
当所述应急解脱公头脱离所述刚性圈时，所述封井接头已经完成封井，所述承留阀关闭，保证留存于所述上部修井隔水管的井内流体无法溢出，保护海洋环境；
继续回收所述应急解脱公头，实现应急解脱功能。
回接所述带有回接功能的应急解脱装置时，下放水下机器人，利用所述水下机器人取出残留于所述应急解脱母头上的连接装置(即剪断后残留的剪切销钉)。
可按照下述步骤回接所述带有回接功能的应急解脱装置：
下放所述应急解脱公头，所述下部修井隔水管(刚性圈)顶开所述承留阀，使所述上部修井隔水管和所述下部修井隔水管的内部连通；
继续下放所述应急解脱公头，使所述应急解脱公头与所述应急解脱母头配合，并固定；
使用所述水下机器人将所述上部动力管线与所述动力***连接(即使阀门复位)；
使用所述水下机器人向所述动力***补充能量至初始值。
本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：
1、本发明将应急解脱、封井的动力传递设备集成在水下，不需要采用常规的控制管缆、滚筒等设备，降低了对钻井作业船的承载能力和甲板空间的要求。
2、本发明既可以用于常规钻井作业船，也可以用于工程船上，适应性强，作业灵活方便，可以广泛应用于采用水下井口开发模式的深水油气田的修井作业。
附图说明
图1是本发明应急解脱装置处于连接状态时的结构示意图。
图2是本发明应急解脱装置处于断开状态时的结构示意图。
图3是本发明应急解脱装置回接时的结构示意图。
图中各标记如下：
1应急解脱接头、2动力***、3封井接头、4修井隔水管、5井口连接器、6水下机器人，101应急解脱公头、102应急解脱母头、103刚性圈、104承留阀、105剪切销钉、106定位公头、107定位母头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供的带有回接功能的应急解脱装置，包括：修井隔水管4、应急解脱接头1、动力***2、封井接头3、井口连接器5。
其中，应急解脱接头1包括应急解脱公头101和应急接头母头102，应急解脱公头101固定于连接作业船的上部修井隔水管上，应急解脱母头102固定于连接水下井口的下部修井隔水管上，当应急解脱公头101与应急解脱母头102配合时，实现上部修井隔水管和下部修井隔水管的内部连通，且应急解脱公头101与下部修井隔水管之间通过沿下部修井隔水管的外周壁的轴向方向设置的3个刚性圈103密封，刚性圈103外包覆有弹性密封材料(图中未示)，沿刚性圈103的轴向间隔设置，当应急解脱公头101与下部修井隔水管配合时，弹性密封材料在应急解脱公头101的挤压下产生形变，从而实现应急解脱公头101与下部修井隔水管之间的密封，所以刚性圈103能够起到密封井眼和延时的作用，保证封井接头有足够的时间完成封井。
应急解脱公头101的底部设置有承留阀104，具体为挡板阀，当应急解脱公头101与应急解脱母头103配合时，承留阀104在下部修井隔水管的顶推作业下打开，当作业船与水下井口解脱时，即应急解脱公头101与应急解脱母头102完全脱离时，承留阀104闭合，可保证留存于上部修井隔水管的井内流体无法溢出，保护海洋环境。
应急解脱公头101和应急解脱母头102通过定位公头106和定位母头107实现定位，其中，定位公头106设于应急解脱公头101上，定位母头107设于应急解脱母头102上。应急解脱公头101设置有固定的上部动力管线201，上部动力管线201与动力***2相连。封井接头3设置有下部动力管线202，下部动力管线202与动力***2相连。
应急解脱公头101和应急接头母头102由均布于***的4个剪切销钉105固定在一起，剪切销钉105设计有握把式外形，与应急解脱母头102之前留有距离，方便水下机器人6抓取。
本发明应急解脱装置中，动力***2的主要作用是：在应急解脱情况下，当上部动力管线201与动力***2断开时，实现联动，通过下部动力管线202为封井接头3提供动力液。
本发明应急解脱装置中，封井接头3的主要作用是：在应急解脱情况下剪切内部管柱、密封井筒，实现封井，以确保井筒内的油气不会在应急解脱连接器解脱后溢出井筒污染海洋环境。
当发生应急解脱的工况，如图2所示，通过向上过提修井隔水管4(与作业船连接的上部管段)，剪断剪切销钉105，应急解脱公头101与应急解脱母头102开始脱离，上部动力管线201与动力***2断开，引导动力液进入封井接头3，触发封井动作。
应急解脱公头101继续向上运动，此时刚性圈103起到密封井眼和延时的作用，保证封井接头3有足够的时间完成封井，井内流体无法溢出，保护海洋环境。
当应急解脱公头101脱离刚性圈103时，封井接头3已经完成封井，承留阀104关闭，保证留存于上部修井隔水管4的井内流体无法溢出，保护海洋环境。继续回收应急解脱公头101，实现应急解脱功能。
如图3所示，当需要回接时，移动工作船至应急解脱母头102上方；下放水下机器人6，利用水下机器人取出残留于应急解脱母头102上的剪切销钉。
下放应急解脱公头101，刚性圈103顶开承留阀104，修井隔水管4的内部连通。
继续下放应急解脱公头101，依靠定位公头106与定位母头107，两者实现定位；使用水下机器人6重新安装剪切销钉105，两者实现重新固定。
将上部动力管线201与动力***2连接，通过水下机器人6向动力***2补充能量至初始值。
继续修井作业。

Claims (10)

1.一种带有回接功能的应急解脱装置，包括应急解脱头、动力***和封井接头；
所述应急解脱头包括应急解脱公头和应急解脱母头，所述应急解脱公头固定于连接作业船的上部修井隔水管上，所述应急解脱母头固定于连接水下井口的下部修井隔水管上，当所述应急解脱公头与所述应急解脱母头配合时，实现所述上部修井隔水管和所述下部修井隔水管的内部连通，且所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间密封设置，当上提所述上部修井隔水管时，所述密封设置起到密封井眼和延时的作用；
所述应急解脱公头的下端口处设有一承留阀，当所述应急解脱公头与所述应急解脱母头配合时，所述承留阀在所述下部修井隔水管的顶推作用下打开；当述应急解脱公头与所述应急解脱母头脱离时，所述承留阀闭合以封闭所述上部修井隔水管；
所述应急解脱公头通过上部动力管线与所述动力***连接；
所述封井接头通过下部动力管线与所述动力***连接；
在应急解脱情况下，向上过提所述上部修井隔水管，使所述应急解脱公头和所述应急解脱母头脱离，当所述上部动力管线与所述动力***断开时，通过所述下部动力管线为所述封井接头提供动力液，触发封井动作。
2.根据权利要求1所述的带有回接功能的应急解脱装置，其特征在于：所述承留阀为挡板阀。
3.根据权利要求1或2所述的带有回接功能的应急解脱装置，其特征在于：所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间的密封设置结构如下：
固定于所述下部修井管的外周壁上的若干刚性圈，所述刚性圈外包覆有弹性密封材料，当所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管配合时，所述弹性密封材料在所述应急解脱公头的挤压下产生形变，从而实现所述应急解脱公头与所述下部修井隔水管之间的密封。
4.根据权利要求3所述的带有回接功能的应急解脱装置，其特征在于
所述弹性密封材料沿所述刚性圈的周向或轴向布置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的带有回接功能的应急解脱装置，其特征在于：所述应急解脱公头和所述应急解脱母头通过剪切销钉固定。
6.根据权利要求5所述的带有回接功能的应急解脱装置，其特征在于：所述剪切销钉设有把手；
所述剪切销钉与所述应急解脱母头之间设有间距。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的带有回接功能的应急解脱装置，其特征在于：所述应急解脱公头和所述应急解脱母头通过定位公头和定位母头的配合实现定位；
所述定位公头设于所述应急解脱公头上，所述定位母头设于所述应急解脱母头上。
8.一种水下井口应急解脱封井方法，包括如下步骤：
通过权利要求1-7中任一项所述带有回接功能的应急解脱装置连接水下井口和修井隔水管；
当发生应急解脱的工况时，向上过提所述上部修井隔水管，在提升力的作用下，所述应急解脱公头与所述应急解脱母头开始脱离，当所述上部动力管线与所述动力***断开时，通过所述下部动力管线为所述封井接头提供动力液，触发封井动作。
9.根据权利要求8所述的水下井口应急解脱封井方法，其特征在于：回接所述带有回接功能的应急解脱装置时，下放水下机器人，利用所述水下机器人取出残留于所述应急解脱母头上的连接装置。
10.根据权利要求9所述的水下井口应急解脱封井方法，其特征在于：按照下述步骤回接所述带有回接功能的应急解脱装置：
下放所述应急解脱公头，所述下部修井隔水管顶开所述承留阀，使所述上部修井隔水管与所述下部修井隔水管的内部连通；
继续下放所述应急解脱公头，使所述应急解脱公头与所述应急解脱母头配合，并固定；
使用所述水下机器人将所述上部动力管线与所述动力***连接；
使用所述水下机器人向所述动力***补充能量至初始值。
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