[发明专利]液压自旋进水下带压双钻开孔装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下生产系统海底管道带压开孔时用的装置，特别是涉及一种水下不停输工况下的液压自旋进带压双钻开孔装置及其开孔方法。

背景技术

海上油气介质等物流输送是海洋工程开发方案中的最重要研究内容之一，水下海管带压开孔技术作为一种特殊形式的海上油气输送开发解决方案，可以大幅度降低油气田开发投资成本，为深水油田和边际油田的开发提供了新的技术支持。

目前，国外水下开孔技术已经从浅海带压开孔发展到深水作业，保证了海上开发范围向深海延伸管道施工和维修的顺利进行，如T.D.Williamson公司和IPSCO公司等已研制出相应的水下带压开孔设备，并在多处水下海管施工中成功应用，然而国外公司通常不出售此类设备，只提供技术上的服务，且其相关施工作业费用较贵。国内带压开孔技术起步较晚，为了弥补油气输送管道维修技术上的不足，相继研制出了具有高水平的陆用不停输带压开孔设备，并对水下海管开孔技术进行了研究，取得了一定的进展，目前海上油田的改造工程项目还主要是借鉴陆上油田带压开孔经验。带压开孔技术是在原有工艺管道上直接焊接三通法兰短节并安装阀门和法兰，对三通、法兰和阀门进行密闭性试验以保证焊缝无泄漏，然后将开孔机安装在阀门上并进行手动进刀和无负荷启动液压站及开孔机，通过标尺杆表明钻杆行程且开孔结束后再次手动退回全部钻杆，关闭阀门，最后从阀门上拆卸开孔机，可以看出这种带压开孔技术需要采用氮气来完全置换出开孔机、阀门及三通所构成密闭空间中的空气并保证刀具处于无氧环境中实施切割，操作难度系数较大且不适用于海底管道水下特殊工况；同时三通短节需要焊接到原有工艺管道上且需要进行密闭性试验，这些都不适合水下操作；此外，开孔机的进刀和钻杆的退回均需要手动操作，也不适用于水下海底管道的施工作业。

发明内容

为了有效解决海底管道水下不停输开孔问题并克服现有带压开孔技术应用于水下作业时存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合水下海底管道不停输开孔用的液压自旋进带压双钻开孔装置。该水下带压双钻开孔装置与海底管道接入装置有机结合，同时依据内外双层钻头、自动对中机构、上下双向锁紧机构、液压多动力进给机构以及填料和迷宫多重密封技术实现水下海底管道的带压开孔，具备液压自旋进、钻杆自对中、钻头自动双向限位和带压双钻开孔等特点，尤其适用于深水油田和边际油田海底管道油气并流不停输作业的快速开孔要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种液压自旋进水下带压双钻开孔装置，主要由开孔总成、双钻刀具、密封总成、自对中器、双向限位器、液压进给系统和开孔控制系统几部分组成。水下带压开孔作业中，整套水下带压双钻开孔装置通过密封总成下端的密封盘和填料盘而接于海底管道接入装置，并一起通过吊机吊装至海底管道的开孔部位，水下带压双钻开孔装置依据液压进给系统提供的轴向推进动力完成液压自进给和自退刀的自旋进运动，同时通过开孔总成完成旋转运动并经空心钻杆将动力传递至双钻刀具，然后对海底管道实施先内钻定位和后外钻开孔的作业，双向限位器实现钻头开孔过程中的自动双向限位，且自对中器保证空心钻杆旋进过程中的自动对中，同时密封总成实现空心钻杆旋转、进给和退刀运动中的密封，而开孔控制系统则远程自动调控作业中密封总成的超压工况。

开孔总成用来提供开孔动力，并通过空心钻杆的旋转运动将动力传递至双钻刀具，它包括水下电机、联轴套、支撑筒、空心钻杆和导向花键。水下电机采用充水式高压潜水异步电动机，其转子采用永磁材料制造，不需要励磁，且其定子电流的无功分量小，水下电机的内腔充满防锈润滑液。水下电机的转子输出端通过联轴套与空心钻杆连为一体，同时水下电机的端盘通过支撑筒而座于自对中器上，联轴套采用凸缘式分片构造并通过铰接螺栓进行固定，而支撑筒则采用厚壁筒体且其两端设置法兰盘。