CN111456688B

CN111456688B - 一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台

Info

Publication number: CN111456688B
Application number: CN202010272150.3A
Authority: CN
Inventors: 刘康; 陈国明; 秦源康
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: CN111456688A

Abstract

本发明公开了一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，涉及水下开采用的井口支撑连接装置技术领域。它包括支架主体、安装在支架主体上的传感调平模块、安装在支架主体四周的吊耳、安装在支架主体上的管路单元、至少3个相同的吸力锚管；所述的吸力锚管外壁在竖直方向上设置有A滑槽；所述吸力锚管通过A滑槽与支架主体上的抱箍支架与滑动连接；所述的抱箍支架上安装有A电磁锁舌；所述的吸力锚管的外壁在竖直方向设置有与A电磁锁舌卡扣配合的A齿槽。本发明吸力锚管贯入过程更加稳定、更加有利于调平，放置到位后支撑更加稳固，可应对复杂地质参数特征的浅层土环境。

Description

一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台

技术领域

本发明涉及水下开采用的井口支撑连接装置技术领域。

背景技术

目前，对于深水钻井工程，国内常采用喷射下入表层导管的技术来维持井口的稳定，喷射法安装导管，需采用送入钻柱将按照设计长度连接好的导管柱送入海底泥面，随着送入钻柱的喷射钻井到导管设计入泥深度，完成导管的安装作业，之后送入钻柱与导管解脱，继续表层钻井，表层完钻后，起钻下入表层套管，并实施套管固井作业。该技术需要多次起下钻，作业时效低，经济成本高，井口承载力主要依靠表层导管提供，导管安装入泥过浅，对井口支撑力不够，易出现井口下沉事故。针对喷射法钻井在浅层资源开发时的不稳定性。

吸力式基础被认为是深水工程中应用最具潜力的基础形式之一，近几年在海洋工程中也得到越来越多的应用。吸力式基础一般为上端封闭、下端开口的圆筒形结构，沉贯过程中，首先利用自重沉入海床一定深度，形成筒内封闭环境，随后利用抽水设备抽出筒内海水，在筒内外压差作用下继续下沉，直至贯入设定深度为止。近年来，在单筒吸力锚应用增多的情况下，多筒吸力锚结构凭借比单筒吸力锚稳定性更强的特点也出现在人们视野中，但是固定式多筒吸力锚结构在安装时对地质要求较高，需进行地质勘探判断是否满足安装要求，若海底平整度较差将导致安装倾斜度过大，需重新安装，造成大量经济损失，同时，固定式多筒吸力锚结构在安装回收时相对于单筒吸力锚要繁琐，因此，如何设计一种地层适应性强、安装回收效率高的多筒吸力锚结构是目前待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其具有较强的地形适应能力，可以降低前期勘探工作量；并且其放置到位后支撑更加稳固。

本发明采用的技术方案是：一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，包括支架单元、吸力锚管单元；支架单元包括支架主体、安装在支架主体上的传感调平模块、安装在支架主体四周的吊耳、安装在支架主体上的管路单元；每个吊耳均通过吊索与外部动力装置连接；所述外部动力装置的控制端与传感调平模块构成反馈；吸力锚管单元包括至少3个相同的吸力锚管；所述的吸力锚管均匀分布安装在支架主体的四周；所述的吸力锚管外壁在竖直方向上设置有A滑槽；所述吸力锚管通过A滑槽与支架主体上的抱箍支架与滑动连接；所述的抱箍支架上安装有A电磁锁舌；所述的吸力锚管的外壁在竖直方向设置有与A电磁锁舌卡扣配合的A齿槽；所述的吸力锚管为倒扣桶状结构；管路单元包括干路管、将每个吸力锚管与对应的干路管连通的支路管；所述的干路管与外界液压泵连通。

进一步，一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，所述的吸力锚管的下端部管壁内侧同心设置有环形隔离腔；所述环形隔离腔的内壁上部设置有泥水分离窗。

进一步，一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，所述的吸力锚管的上端部管壁内侧滑动连接有随动支撑板；所述的随动支撑板的中部安装有A电磁开关阀；随动支撑板通过B滑块与吸力锚管管壁B齿槽滑动连接；所述的B滑块上安装有与B齿槽卡扣配合的B电磁锁舌。

进一步，一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，所述的环形隔离腔的上部，吸力锚管的管壁上安装有B电磁开关阀。

进一步，一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，支架主体上，安装有导向管套，所述的导向管道的上端口有扩口锥面。

本发明与水下井口支撑装置相比，一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台的技术效果是：

1、每个吸力锚管的自重，在相同的负压压差下，每个吸力锚管受到的重力与向下的压力是相同的，而每个吸力锚管对应位置的海底土壤的承载能力是不一样的，就会造成每个吸力锚管贯入的深度不同。在传统做法中，均是通过提前对海底土壤进行平整度探测，硬度探测等，以确保每个吸力锚管对应的土壤差异较小，防止吸力锚管下放过程中因为贯入深度不同，造成支撑平台整体倾斜。为了保持支撑平台整体的角度，而调控每个吸力锚管的压差，防止倾斜。但这样会造成一个现象：支撑平台平整的情况下，每个吸力锚管提供的支撑力却不同。当支撑平台工作载重时，可能就会造成某个或者多个吸力锚管沉降，发生倾斜。

本发明的不同点在于，先用外部绳索，控制支撑平台处于水平状态；然后在相同的压差下，各个吸力锚管各自到达一定深度。虽然每个吸力锚管的贯入深度不同，但最终的承载力却相同。每个吸力锚管放置到位后，再通过A电磁锁舌锁定吸力锚管与支架主体，将绳索动力撤回，支撑平台保持水平姿态。在工作承重时，由于每个吸力锚管得到的支撑力相同，所以不容易发生倾斜。这样既能减少支撑平台整体对地形的依赖，还能在承重时受力更加稳定均匀。

2、在吸力锚管贯入泥土的过程中，部分泥土会不断压入环形隔离腔，泥土进入环形隔离腔后，水分从泥水分离窗中挤出，内部泥土随着贯入深度的加大，泥土的含水量降低，密实性提高。最终，环形隔离腔下端部形成一个高密实性的环形的拦阻区域，该拦阻区域可以防止吸入锚管内外环境导通。环形隔离腔可以防止吸力锚管负压贯入时，过量泥土从外侧进入吸力锚管，导致土塞。

3、吸力锚管贯入预定深度，进入工作状态后，随着井口下入的管道增多，其承重越来越大，吸力锚管的支撑性在于侧壁与海底泥土的摩擦力，以及处于密封状态下的内部水压（吸力锚管贯入时采用负压贯入，到达预定深度后，停止负压，保持内外压差相同）支撑。当吸力锚管的承载重量加大时，其内部水压会升高，如果吸力锚管内外导通导致内部压力泄漏，则可能出现吸力锚管沉降。本技术方案中，随动支撑板在吸力锚管下放的过程中，B电磁锁舌保持回收状态，A电磁开关阀保持开启状态；在泥土的推动下，随动支撑板上移，并且支撑性差的泥水混合物由电磁开关阀处流走。当吸力锚管下放到位时，A电磁开关阀和B 电磁锁舌关闭，此时，随动支撑板相当于吸力锚管的内底面，其直接压在泥土上，可以提供更强的支撑力。当回收吸力锚管时，A电磁开关阀打开即可泄压泄流。

4、吸力锚管上的B电磁开关阀可以在整体支撑平台放置、提升时提高工作效率。在支撑平台提升时，可以往吸力锚管内压入空气，将水从B电磁开关阀中排出，利用气液浮力差降低提升力。在吸力锚管贯入到达预定深度时，B电磁开关阀导通可以迅速消除内外压差。

5、导向管套可以为后期的导管放入提供一定的支撑和导向，有助于降低导管的对轴难度。

附图说明

图1为本发明的沉放前的示意图；

图2为本发明沉放前另一个视角的示意图；

图3为本发明沉放后的示意图；

图4为环形隔离腔以及随动支撑板的局部示意图；

图中，1、支架主体；2、传感调平模块；3、吊耳；4、吸力锚管；5、A滑槽；6、A电磁锁舌；7、A齿槽；8、干路管；9、支路管；10、环形隔离腔；11、泥水分离窗；12、随动支撑板；13、A电磁开关阀；14、B滑块；15、B齿槽；16、B电磁锁舌；17、B电磁开关阀；18、导向管套；19、扩口锥面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1图3所示，一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其包括支架单元、吸力锚管单元；支架单元包括支架主体1、安装在支架主体1上的传感调平模块2、安装在支架主体四周的吊耳3、安装在支架主体1上的管路单元；每个吊耳3均通过吊索与外部动力装置连接；所述外部动力装置的控制端与传感调平模块2构成反馈；

吸力锚管单元包括至少3个相同的吸力锚管4；所述的吸力锚管4均匀分布安装在支架主体1的四周；所述的吸力锚管4外壁在竖直方向上设置有A滑槽5；所述吸力锚管通过A滑槽与支架主体上的抱箍支架滑动连接；所述的抱箍支架上安装有A电磁锁舌6；所述的吸力锚管4的外壁在竖直方向设置有与A电磁锁舌6卡扣配合的A齿槽7；吸力锚管4为倒扣桶状结构；管路单元包括干路管8、将每个吸力锚管4与对应的干路管8连通的支路管9；所述的干路管8与外界液压泵连通；吸力锚管4的下端部管壁内侧同心设置有环形隔离腔10；所述环形隔离腔10的内壁上部设置有泥水分离窗11；一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其特征在于所述的吸力锚管4的上端部管壁内侧滑动连接有随动支撑板12；所述的随动支撑板12的中部安装有A电磁开关阀13；随动支撑板12通过B滑块14与吸力锚管4管壁的B齿槽15滑动连接；所述的B滑块14上安装有与B齿槽15卡扣配合的B电磁锁舌16；环形隔离腔10的上部，吸力锚管4的管壁上安装有B电磁开关阀17；支架主体1上，安装有导向管套18，所述的导向管套18的上端口有扩口锥面19。

如图3所示，先用外部绳索，控制支撑平台处于水平状态；然后在相同的压差下，各个吸力锚管4各自到达一定深度。虽然每个吸力锚管4的贯入深度不同，但最终的承载力却相同。每个吸力锚管4放置到位后，再通过A电磁锁舌6锁定吸力锚管4与支架主体1，将绳索动力撤回，支撑平台保持水平姿态。在工作承重时，由于每个吸力锚管4得到的支撑力相同，所以不容易发生倾斜。

本技术方案，出于对海底地形的适应性，所以选用支架主体1与吸力锚管4滑动式连接，先对支架主体1进行吊挂定位，保持稳定的水平姿态。所以，就要求支撑平台（一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台简称为支撑平台）的承运设备，具有稳定的吊装机械（采用吊臂吊装），为了为吊装机械提供调平姿态反馈，故本实施例中的支架主体1上，装有调平传感模块2，用于为吊装机械提供实时姿态反馈。

环形隔离腔10，随着吸力锚管4的下沉，内部泥水在压力下不断在泥水分离窗11分离，环形隔离腔10内的泥土含水量逐渐下降，硬度提升，流动性降低，其最终会延伸整个环形隔离腔以及环形隔离腔下方的泥土，这样最终在吸力锚管4的内侧、外侧以及下方一定深度形成一道防止泥水流动的密实基础。在下放吸力锚管4以及吸力锚管4工作载重时，防止吸力锚管4内外流动导通至关重要。下放过程，内外流动会加重土塞；工作载重会导致内压外泄，支撑平台沉降或倾斜；本技术方案中构建的防止泥水流动的环形基础，可以防止或缓解上述两种情况。

Claims

1.一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其特征在于：包括支架单元、吸力锚管单元；

所述的支架单元包括支架主体（1）、安装在支架主体（1）上的传感调平模块（2）、安装在支架主体四周的吊耳（3）、安装在支架主体（1）上的管路单元；每个吊耳（3）均通过吊索与外部动力装置连接；所述外部动力装置的控制端与传感调平模块（2）构成反馈；

所述的吸力锚管单元包括至少3个相同的吸力锚管（4）；所述的吸力锚管（4）均匀分布安装在支架主体（1）的四周；所述的吸力锚管（4）外壁在竖直方向上设置有A滑槽（5）；所述吸力锚管通过A滑槽与支架主体上的抱箍支架滑动连接；所述的抱箍支架上安装有A电磁锁舌（6）；所述的吸力锚管（4）的外壁在竖直方向设置有与A电磁锁舌（6）卡扣配合的A齿槽（7）；所述的吸力锚管（4）为倒扣桶状结构；

所述的管路单元包括干路管（8）、将每个吸力锚管（4）与对应的干路管（8）连通的支路管（9）；所述的干路管（8）与外界液压泵连通。

2.根据权利要求1所述的一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其特征在于所述的吸力锚管（4）的下端部管壁内侧同心设置有环形隔离腔（10）；所述环形隔离腔（10）的内壁上部设置有泥水分离窗（11）。

3.根据权利要求2所述的一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其特征在于所述的吸力锚管（4）的上端部管壁内侧滑动连接有随动支撑板（12）；所述的随动支撑板（12）的中部安装有A电磁开关阀（13）；随动支撑板（12）通过B滑块（14）与吸力锚管（4）管壁的B齿槽（15）滑动连接；所述的B滑块（14）上安装有与B齿槽（15）卡扣配合的B电磁锁舌（16）。

4.根据权利要求3所述的一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其特征在于：所述的环形隔离腔（10）的上部，吸力锚管（4）的管壁上安装有B电磁开关阀（17）。

5.根据权利要求4所述的一种适合于海洋水合物开采的多锚管自适应井口支撑平台，其特征在于：支架主体（1）上，安装有导向管套（18），所述的导向管套（18）的上端口有扩口锥面（19）。