專利名稱：一種張力系泊式水中鉆井系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種海洋油氣鉆采技木，特別是一種用于在超深海環(huán)境下的張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著陸地、近海與中深海域油氣資源的逐漸枯竭，為了滿足人類對(duì)石油資源的巨大需求，當(dāng)下深海(500 1500m)與超深海(1500m以上)油氣田勘探開發(fā)是世界石油エ業(yè) 的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。目前，國(guó)際海洋石油エ業(yè)通過使用現(xiàn)有的鉆井船(或鉆井平臺(tái))，進(jìn)行海洋石油鉆井是ー種成熟的技術(shù)。然而，這種現(xiàn)有的海洋石油鉆井技術(shù)用于超深海的石油勘探，對(duì)鉆井船(或鉆井平臺(tái))以及海底鉆井設(shè)備的設(shè)計(jì)要求高，造價(jià)昂貴。此外，在超深海環(huán)境中對(duì)海底鉆井設(shè)備的檢修難度大，檢修成本高。為此，依據(jù)美國(guó)專利申請(qǐng)第4511287號(hào)以及中國(guó)專利申請(qǐng)第97194273. 0號(hào)可知，將海底鉆井設(shè)備放置在水中一立管塔或潛沒浮體上，即水中鉆井技術(shù)，可極大地降低海面鉆井設(shè)施和鉆井設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)大大降低超深海油氣田勘探開發(fā)的技術(shù)難度和資本投入。然而，按照現(xiàn)有的水中鉆井技術(shù)，在下部隔水管與水中鉆井設(shè)備的安裝過程中，潛沒浮體的穩(wěn)定性不夠，加大了安裝エ藝的難度；此外，通過使用安裝完畢的下部隔水管作為張カ支柱為潛沒浮體提供穩(wěn)定性支撐，在簡(jiǎn)化工藝的同時(shí)卻帶來了極大的安全問題。在深海石油鉆井過程中，需考慮到井筒內(nèi)部的不確定性壓カ作用到下部隔水管的問題，由此引發(fā)的巨大上提張カ可能會(huì)造成下部隔水管的斷裂，同時(shí)潛沒浮體迅速上浮，與海面鉆井船(或鉆井平臺(tái))發(fā)生撞擊，潛在風(fēng)險(xiǎn)巨大。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有水中鉆井技術(shù)在超深海環(huán)境中遇到的上述問題，本實(shí)用新型要提供一種張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)，能夠在下部隔水管與水中鉆井設(shè)備的安裝過程中為下部隔水管與水中鉆井設(shè)備提供穩(wěn)定的安裝平臺(tái)，同時(shí)極大地提高現(xiàn)有水中鉆井技術(shù)的安全系數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)，包括鉆井船、水中鉆井平臺(tái)、張カ系泊裝置、防噴器組、上部隔水管、下部隔水管以及海底井口裝置；所述的水中鉆井平臺(tái)位于海面下Hl處，通過張カ系泊裝置系泊在海床上以約束水中鉆井平臺(tái)在水中的運(yùn)動(dòng)；水中鉆井平臺(tái)上部設(shè)置有三個(gè)井口頭，每個(gè)井口頭的下端設(shè)置有隔水管通道；下部隔水管的上端通過隔水管通道與水中鉆井平臺(tái)上部的井口頭連接、其下端與海底井口裝置連接；上部隔水管的上端與鉆井船連接、其下端與防噴器組連接；所述的防噴器組安裝在水中鉆井平臺(tái)上部的井口頭上；所述的Hl為150-350m ；所述的水中鉆井平臺(tái)采用海星式結(jié)構(gòu)，中央柱結(jié)構(gòu)邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒，它們?cè)谄矫嫔系膴A角為120°，形成輻射狀，矩形截面懸臂浮筒末端采用中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所述的張力系泊裝置包括三根螺旋鋼絲繩股和三個(gè)海底樁基。本實(shí)用新型的安裝方法，包括以下步驟A、預(yù)備工作將樁基、海底井口裝置安裝在海床上；安裝駁船拖曳水中鉆井平臺(tái)到達(dá)目標(biāo)海域；B、水中鉆井平臺(tái)的安裝BI、安裝駁船利用吊裝纜繩將水中鉆井平臺(tái)吊入到海面下Hl處；B2、安裝駁船下放遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，遠(yuǎn)程控制機(jī)器人完成螺旋鋼絲繩股與海底樁基的連接；B3、安裝駁船通過臍帶纜向水中鉆井平臺(tái)輸送壓縮氮?dú)?，提升水中鉆井平臺(tái)的凈浮力，同時(shí)張緊三根螺旋鋼絲繩股，從而為下部隔水管的安裝提供一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的工作環(huán)境；所述的三根螺旋鋼絲繩股的頂張緊力系數(shù)為I. 1-1. 3 ；C、下部隔水管的安裝Cl、鉆井船運(yùn)行到達(dá)海上目標(biāo)作業(yè)區(qū)，鉆井船利用下入管柱使得下部隔水管順利通過水中鉆井平臺(tái)；C2、在下部隔水管通過水中鉆井平臺(tái)，距離海底井口裝置上方50米左右時(shí)，鉆井船通過水中鉆井平臺(tái)的浮力調(diào)節(jié)裝置逐漸降低其凈浮力，放松先前張緊的螺旋鋼絲繩股，下部隔水管借助下入管柱繼續(xù)下放，并完成與海底井口裝置的對(duì)接；C3、鉆井船通過臍帶纜向水中鉆井平臺(tái)送入壓縮氮?dú)?，提升水中鉆井平臺(tái)的凈浮力，水中鉆井平臺(tái)上浮完成與下部隔水管的連接；C4、鉆井船通過臍帶纜繼續(xù)向水中鉆井平臺(tái)送入壓縮氮?dú)猓嵘秀@井平臺(tái)的凈浮力，使下部隔水管的頂張緊カ達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；所述的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為下部隔水管的頂張緊力系數(shù)I. 4-1. 6，三根螺旋鋼絲繩股的頂張緊力系數(shù)I. 1-1. 3 ；D、防噴器組的安裝防噴器組安裝在上部隔水管的下端，在水中鉆井平臺(tái)上部的臨時(shí)導(dǎo)向設(shè)備的輔助下，防噴器組下放安裝在水中鉆井平臺(tái)上部的井口頭處。本實(shí)用新型步驟Cl所述的下部隔水管的安接方法包括以下步驟在水中鉆井平臺(tái)上部的井口頭處安裝臨時(shí)導(dǎo)向基座，使得下部隔水管準(zhǔn)確通過水中鉆井平臺(tái)上的隔水管通道。本實(shí)用新型步驟C2所述的下部隔水管與海底井口裝置的對(duì)接方法包括以下步驟在位于海床上的海底井口裝置設(shè)置有導(dǎo)向喇叭ロ，便于下部隔水管的下端與海底井口裝置的準(zhǔn)確對(duì)接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果I、本實(shí)用新型的水中鉆井平臺(tái)能夠在下部隔水管與水中鉆井設(shè)備的安裝過程中為下部隔水管與水中鉆井設(shè)備提供穩(wěn)定的安裝平臺(tái)。水中鉆井平臺(tái)采用海星式結(jié)構(gòu)，中央柱結(jié)構(gòu)邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒；中央柱結(jié)構(gòu)與懸臂浮筒可獨(dú)立設(shè)計(jì)與建造，這極大地降低了水中鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)難度與建造成本。2、本實(shí)用新型的懸臂浮筒末端采用了中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)。當(dāng)設(shè)計(jì)要求需要額外加大水中鉆井平臺(tái)的凈浮力時(shí)，只需減少桁架結(jié)構(gòu)在懸臂浮筒上的比例長(zhǎng)度或増加懸臂浮筒的長(zhǎng)度即可；若滿足設(shè)計(jì)浮力要求，可加大桁架結(jié)構(gòu)在懸臂浮筒上的比例長(zhǎng)度，從而降低水中鉆井平臺(tái)的自重。這極大地提高了水中鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)靈活性，同時(shí)簡(jiǎn)化了懸臂浮筒的建造エ藝難度，降低了建造成本。3、本實(shí)用新型的水中鉆井平臺(tái)通過螺旋鋼絲繩股張カ系泊在位于海床的樁基上，這極大地提高了水中鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定性，降低了下部隔水管與防噴器組的安裝難度；同吋，張緊的螺旋鋼絲繩股可以分擔(dān)可能由于井筒內(nèi)部的不確定性壓カ所引起的巨大上提張力，防止下部隔水管被拉斷，這極大地提高了現(xiàn)有水中鉆井技術(shù)的安全系數(shù)。4、本實(shí)用新型采用螺旋鋼絲繩股來張カ系泊水中鉆井平臺(tái)，在滿足張力筋腱拉伸強(qiáng)度的前提下，解決了傳統(tǒng)的張力系泊裝置在超深海環(huán)境下，張カ筋腱自重過大的問題(計(jì)算表明3000m長(zhǎng)度、130mm直徑的螺旋鋼絲繩股的水中表觀重量只有200噸左右)。5、本實(shí)用新型的水中鉆井平臺(tái)可在鉆井船就位前安裝，可縮短安裝エ期，從而降低安裝成本。6、本實(shí)用新型將原本位于海床上的防噴器組，安裝到位于海面下150_350m處的水中鉆井平臺(tái)上，從而使得相關(guān)的安裝與維修作業(yè)由超深海作業(yè)變?yōu)樵诤Ｃ嫦?50-350m的淺水作業(yè)，極大地降低了安裝與維修的技術(shù)難度以及成本投入。7、本實(shí)用新型在遇到緊急危險(xiǎn)情況時(shí)，上部隔水管與防噴器組可與水中鉆井平臺(tái)上部的井口頭迅速分離，從而形成海面鉆井船與水中鉆井平臺(tái)的斷開狀態(tài)，提升了水中鉆井系統(tǒng)的安全系數(shù)。

本實(shí)用新型共有附圖2張，其中圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的水中鉆井平臺(tái)的俯視圖。圖中2、桁架結(jié)構(gòu)，3、井口頭，5、防噴器組，7、螺旋鋼絲繩股，8、樁基，10、水中鉆井平臺(tái)，11、中央柱結(jié)構(gòu)，12、懸臂浮筒，15、鉆井船，16、海面，17、海床，20、上部隔水管，25、下部隔水管，28、海底井口裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一歩地描述。如圖I所示，一種張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)，主要包括鉆井船15、水中鉆井平臺(tái)10、張カ系泊裝置、防噴器組5、上部隔水管20、下部隔水管25以及海底井口裝置28。如圖I所示，水中鉆井平臺(tái)10位于海面16下Hl處，以避開海面下的紊流區(qū)，使得水中鉆井平臺(tái)10幾乎不受近海面16處的風(fēng)、浪、流影響，保持良好的在位性能。水中鉆井平臺(tái)10上部設(shè)置有三個(gè)井口頭3，每個(gè)井口頭3的下端設(shè)置有隔水管通道(圖中未展示)；下部隔水管25的上端通過隔水管通道與水中鉆井平臺(tái)10上部的井口頭3連接、其下端與海底井口裝置28連接；上部隔水管20的上端與鉆井船15連接、其下端與防噴器組5連接；所述的防噴器組5安裝在水中鉆井平臺(tái)10上部的井口頭3上。海底井口裝置28在采集海底的油氣資源后，通過下部隔水管25、防噴器組5和上部隔水管20，最終到達(dá)鉆井船15，從而完成海上油氣的開采。如圖1-2所示，水中鉆井平臺(tái)10采用海星式結(jié)構(gòu)，即中央柱結(jié)構(gòu)11邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒12，三根矩形截面懸臂浮筒12在平面上的夾角為120°，形成輻射狀，懸臂浮筒12的末端采用中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)2 ;中央柱結(jié)構(gòu)11與懸臂浮筒12可獨(dú)立設(shè)計(jì)與建造，中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)2使得水中鉆井平臺(tái)10在滿足設(shè)計(jì)浮力的情況下，可降低水中鉆井平臺(tái)10的自重，這極大地提高了水中鉆井平臺(tái)10的設(shè)計(jì)靈活性，同時(shí)簡(jiǎn)化了懸臂浮筒12的建造エ藝難度，降低了建造成本。如圖I所示，本實(shí)用新型的水中鉆井平臺(tái)10通過三根螺旋鋼絲繩股7張カ系泊在位于海床17的樁基8上，這極大地提高了水中鉆井平臺(tái)10的穩(wěn)定性；同時(shí)，張緊的螺旋鋼絲繩股7可以分擔(dān)可能由于井筒內(nèi)部的不確定性壓カ所引起的巨大上提張力，防止下部隔水管25被拉斷，這極大地提高了現(xiàn)有水中鉆井技術(shù)的安全系數(shù)。特別地，本實(shí)用新型采用螺旋鋼絲繩股7來張カ系泊水中鉆井平臺(tái)10，在滿足張力筋腱拉伸強(qiáng)度的前提下，解決了傳統(tǒng)的張力系泊裝置在超深海環(huán)境下，張カ筋腱自重過大的問題(計(jì)算表明3000m長(zhǎng)度、130mm直徑的螺旋鋼絲繩股的水中表觀重量只有200噸
左右)。本實(shí)用新型的安裝方法，包括以下步驟A、預(yù)備工作將樁基8、海底井口裝置28安裝在海床17上；安裝駁船拖曳水中鉆井平臺(tái)10到達(dá)目標(biāo)海域；B、水中鉆井平臺(tái)10的安裝BI、安裝駁船利用吊裝纜繩將水中鉆井平臺(tái)10吊入到海面16下Hl處；B2、安裝駁船下放遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，遠(yuǎn)程控制機(jī)器人完成螺旋鋼絲繩股7與海底樁基8的連接；B3、安裝駁船通過臍帶纜向水中鉆井平臺(tái)10輸送壓縮氮?dú)?防腐蝕)，提升水中鉆井平臺(tái)10的凈浮力，同時(shí)張緊三根螺旋鋼絲繩股7 (此時(shí)三根螺旋鋼絲繩股7的頂張緊力系數(shù)I. 1-1. 3)，從而為下部隔水管25的安裝提供了一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的工作環(huán)境；C、下部隔水管25的安裝Cl、鉆井船15運(yùn)行到達(dá)海上目標(biāo)作業(yè)區(qū)，鉆井船15利用下入管柱使得第一根下部隔水管25順利通過水中鉆井平臺(tái)10上部的第一個(gè)井口頭3 ；特別說明的是在水中鉆井平臺(tái)10上部的井口頭3處安裝臨時(shí)導(dǎo)向基座，以使得下部隔水管25準(zhǔn)確通過水中鉆井平臺(tái)10上的隔水管通道。C2、在第一根下部隔水管25穿過水中鉆井平臺(tái)10、距離第一個(gè)海底井口裝置28上方50m左右時(shí)，鉆井船15通過水中鉆井平臺(tái)10的浮力調(diào)節(jié)裝置逐漸降低其凈浮力，放松先前張緊的螺旋鋼絲繩股7，第一根下部隔水管25借助下入管柱繼續(xù)下放，并完成與第一個(gè)海底井口裝置28的對(duì)接；特別說明的是在位于海床17上的所有海底井口裝置28均設(shè)置有導(dǎo)向喇叭ロ，便于下部隔水管25的下端與海底井口裝置28的準(zhǔn)確對(duì)接。[0060]在安裝完成第一根下部隔水管25后，再依次分別操作第二根和第三根下部隔水管分別穿過水中鉆井平臺(tái)10上部的第二個(gè)和第三個(gè)井口頭3，并完成與第二個(gè)和第三個(gè)海底井口裝置28的分別對(duì)接。C3、鉆井船15通過臍帶纜向水中鉆井平臺(tái)10送入壓縮氮?dú)?，提升水中鉆井平臺(tái)10的凈浮力，水中鉆井平臺(tái)10上浮完成與三根下部隔水管25的連接；C4、鉆井船15通過臍帶纜繼續(xù)向水中鉆井平臺(tái)10送入壓縮氮?dú)猓嵘秀@井平臺(tái)10的凈浮力，使下部隔水管25的頂張緊力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(最終，下部隔水管25的頂張緊カ系數(shù)I. 4-1. 6，三根螺旋鋼絲繩股7的頂張緊力系數(shù)I. 1-1. 3)D、防噴器組5的安裝 將防噴器組5安裝在上部隔水管20的下端，在水中鉆井平臺(tái)10上部的臨時(shí)導(dǎo)向設(shè)備的輔助下，防噴器組5下放安裝在水中鉆井平臺(tái)10上部的第一個(gè)井口頭3處；在完成了對(duì)第一個(gè)海底井口裝置28的鉆采工作后，上提防噴器組5，依次分別與第二個(gè)和第三個(gè)井口頭3連接，分別完成對(duì)第二個(gè)和第三個(gè)海底井口裝置28的鉆采工作。至此，一種張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)安裝完畢。特別地，在超深海油氣田勘探中，在遇到緊急危險(xiǎn)情況時(shí)(如當(dāng)臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)來襲)，上部隔水管20與防噴器組5可與水中鉆井平臺(tái)10上部的井口頭3迅速分離，從而形成海面16上的鉆井船15與水中鉆井平臺(tái)10的斷開狀態(tài)，鉆井船15可迅速避險(xiǎn)，以防止開發(fā)油田由于緊急危險(xiǎn)情況而引發(fā)巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
權(quán)利要求1.一種張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)，其特征在于包括鉆井船(15)、水中鉆井平臺(tái)(10)、張カ系泊裝置、防噴器組(5)、上部隔水管(20)、下部隔水管(25)以及海底井口裝置(28)； 所述的水中鉆井平臺(tái)(10)位于海面(16)下Hl處，通過張カ系泊裝置系泊在海床(17)上以約束水中鉆井平臺(tái)(10)在水中的運(yùn)動(dòng)；水中鉆井平臺(tái)(10)上部設(shè)置有三個(gè)井口頭(3)，每個(gè)井口頭(3)的下端設(shè)置有隔水管通道；下部隔水管(25)的上端通過隔水管通道與水中鉆井平臺(tái)(10)上部的井口頭(3)連接、其下端與海底井口裝置(28)連接；上部隔水管(20)的上端與鉆井船(15)連接、其下端與防噴器組(5)連接；所述的防噴器組(5)安裝在水中鉆井平臺(tái)(10)上部的井口頭(3)上；所述的Hl為150-350m ； 所述的水中鉆井平臺(tái)(10)采用海星式結(jié)構(gòu)，中央柱結(jié)構(gòu)(11)邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒(12)，它們?cè)谄矫嫔系膴A角為120°，形成輻射狀，矩形截面懸臂浮筒(12)末端采用中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種張カ系泊式水中鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述的張力系泊裝置包括三根螺旋鋼絲繩股(7)和三個(gè)海底樁基(8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種張力系泊式水中鉆井系統(tǒng)，包括鉆井船、水中鉆井平臺(tái)、張力系泊裝置、防噴器組、上部隔水管和下部隔水管。本實(shí)用新型的水中鉆井平臺(tái)通過螺旋鋼絲繩股張力系泊在位于海床的樁基上，極大地提高了水中鉆井平臺(tái)的穩(wěn)定性，可為下部隔水管與水中鉆井設(shè)備提供穩(wěn)定的安裝平臺(tái)。本實(shí)用新型張緊的螺旋鋼絲繩股可以分擔(dān)可能由于井筒內(nèi)部的不確定性壓力所引起的巨大上提張力，防止下部隔水管被拉斷，極大地提高了現(xiàn)有水中鉆井技術(shù)的安全系數(shù)。本實(shí)用新型在遇到緊急情況時(shí)，上部隔水管和防噴器組可與水中鉆井平臺(tái)上的井口頭迅速分離，形成鉆井船和水中鉆井平臺(tái)的斷開狀態(tài)，鉆井船可以去安全海域避險(xiǎn)，同時(shí)保證了水中鉆井系統(tǒng)的安全。
文檔編號(hào)E21B15/02GK202391346SQ20112055030
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者劉剛, 張崎, 李紅霞, 甄興偉, 黃一 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)