[发明专利]海底泥面锚定型深水导管结构及其水下安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及深水油气钻井技术领域，特别涉及一种海底泥面锚定型深水导管结构及其水下安装方法。

背景技术

在海洋工程油气钻井行业中，喷射下入导管技术在实施时由于能达到节约钻井作业的时间，并能达到降低钻井的风险和成本的效果，因此成为一项广泛应用的技术。进一步的，针对深水区域的油气田开发而专门设计了一种深水喷射导管吸入技术，其是在喷射钻井和泥浆马达应用的基础上发展起来的新工艺。该技术在实施时将钻头和泥浆马达通过导管下入专门工具与导管一起组成喷射下入管柱串，简称钻柱。其中，钻头的主要作用是破碎导管管鞋前的泥土，后续再通过钻柱泵入泥浆把岩屑从导管内壁与钻柱之环形空间携带出井底后直接排入海床。在下入过程中，导管在其自重和整个钻柱等的重力作用下随钻头钻出的领眼下沉并挤压周围地层直至设计深度。当下入至设计深度后，经过一定的“等待时间”，导管与地层粘土之间建立了胶结应力，并随时间增长而加固，从而确保导管被“悬住”而不下沉。

深水钻井平台的日费高昂，平均高达50～200万美元/天，因此，优化海上施工工艺、节约钻井平台占用时间是深水钻井始终追求的目标。现有工艺技术条件下，将导管管柱全部下入之后，上述胶结应力恢复的“等待时间”约为6～12小时。该胶结应力恢复的“等待时间”，使得整个深水导管的下入过程中，下入效率低下、占用钻台时间长，导管下入成本高昂。

发明内容

筒型基础最早是在20世纪60年代提出，80年代初才开始在工程中获得实现，后续由于其经济性、有效性、可靠性及结构的工程技术优越性在此之后得到迅速发展。目前，筒型基础已是应用最为广泛的一种锚泊、系泊基础，广泛应用于导管架平台基础、半潜式平台基础、深水水下生产系统基础等中。

在结构上，筒型基础一般为顶端封闭、下端敞开的倒置筒状或倒置杯状的钢制结构。按照施工安装方法分类，筒型基础的海上贯入施工安装方法主要有压入法和吸入法两种形式。

其中，压入法施工过程主要靠在筒型基础上施加一定的压入载荷，随着筒型基础内的水逐渐排出而将整个筒型基础侧壁嵌入海底土体中，然后封闭排水口静置后完成施工过程。

吸入法施工是利用负压原理，首先吊放筒型基础至海底并依靠自重使土体下缘嵌入土体中；当筒内形成封闭状态后，借助设置在顶端筒盖上的潜水泵向外抽水，并使同一时间内抽出的水量超过自底部渗入筒内的水量，造成筒型基础内部压力降低。当由筒型基础的内、外压差形成的压入作用力作用在上筒盖后，且该垂直向下的压力超过海底泥土对筒型基础侧壁阻力时，筒型基础即被不断的压入海底土体中。当筒盖地面与海底泥面接触而使垂向方向达到力学平衡时筒型基础贯入工作结束。

此外，海底的土体并非都为松软的土体，特别是深水海底的土体大部分为较为坚硬的不易钻入的土体，利用现有的压入法或吸入阀借助筒型基础进行下入作业时，也无法顺利实现管柱的下入。

本发明的目的是提供一种海底泥面锚定型深水导管结构及其水下安装方法，能够省去胶结应力恢复的“等待时间”，缩短下入长度，大大提高了钻井时效，节约了施工工艺成本，特别是针对土体坚硬的深水海底，能够实现顺利下入。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种海底泥面锚定型深水导管结构，包括：

导管柱，所述导管柱的上端为井口头，所述导管柱的下端设置有导管鞋；

筒型基础，所述筒型基础整体呈中空的筒体，所述筒体具有顶壁和围设在所述顶壁上的侧壁，所述顶壁上设置有用于穿设所述导管柱的开孔；所述侧壁上设置有螺旋翼板，所述筒体上还设置有排水阀和悬吊件，其中，所述排水阀与所述筒体内部相连通，能将所述筒体内部的水排出；

所述导管柱与所述筒型基础之间设置有用于限制导管柱相对所述筒型基础轴向移动和周向转动的限位机构。

在一个优选的实施方式中，所述筒型基础具有相对的顶端和底端，其中所述顶端为设置有顶壁的一端，所述筒型基础的顶端与所述导管柱配合的位置设置有导管导向机构。

在一个优选的实施方式中，所述导管导向机构包括呈中空的倒圆锥段，所述倒圆锥段位于所述顶端以上。

在一个优选的实施方式中，所述导管导向机构还包括与所述中空的倒圆锥段相贯通的中空的圆柱段。

在一个优选的实施方式中，所述限位机构为卡簧锁紧机构，其包括：

在所述导管本体的外壁上形成的上安装凸台和下安装凸台；