[发明专利]一种自升式钻井平台桩腿主动刺穿一钻多孔钻头及方法

说明书

本发明涉及一种自升式钻井平台桩腿主动刺穿一钻多孔钻头及方法，其中，该钻头包括顶部设置有公扣接头的钻头主体和安装在钻头主体上的多个牙轮钻头；钻头主体能通过公扣接头与钻机的钻柱底部相连接；钻头主体的底部向四周均匀分布式地伸出多个分支，每一分支的不同位置分别安装多个伸缩杆，每一伸缩杆的端部均设置芯轴；多个牙轮钻头分别安装在各芯轴上；钻头主体内部还设置有内部流道，每一分支、伸缩杆和芯轴内均开设有中间孔道，各牙轮钻头的底部均开设有水眼；各分支、伸缩杆和芯轴的中间孔道均与钻头主体的内部流道相连通，牙轮钻头的水眼与芯轴的中间孔道相连通。本发明可以实现一趟下钻形成多个孔眼，有效提高主动刺穿钻孔作业效率。

技术领域

本发明涉及一种钻孔破土钻头及方法，尤其涉及一种自升式钻井平台桩腿主动刺穿一钻多孔钻头及方法。

背景技术

自升式钻井平台是海上钻完井的重要装备之一，目前已成为了水深120米以内海域钻完井作业装备的主力。自升式钻井平台依靠站立于海底的桩腿支撑起船体和钻机等设备,船体及作业设备爬升至一定海拔高度,开展钻探与完井作业。然而，站立在海底浅部土层中的桩腿承受了船体、设备及作业载荷，难免会破坏海底浅部土层而失稳。自升式钻井平台桩腿突然穿透海底土层而快速入泥的现象称为“刺穿”。自升式钻井平台发生刺穿事故时，会对平台造成损坏，甚至沉没，威胁人员安全，经济损失巨大。突发的刺穿事故是自升式钻井平台安全作业过程中一个不容忽视的事故风险。为了避免刺穿事故的发生，需要充分论证自升式钻井平台在目标井场位置的作业可行性，科学判断桩腿最终入泥深度及土体承载能力。若存在深度较浅且厚度较薄的硬土层，而位于该薄硬土层之下的土层较厚强度较低，可以形象的比作“鸡蛋壳”地层，自升式钻井平台桩腿踩在此类“鸡蛋壳”地层上，会面临极大的刺穿风险。为了防范刺穿风险，在自升式钻井平台就位目标井场位置之前，需人为处理掉设计桩腿位置处的“鸡蛋壳”地层，即采用主动刺穿钻孔方式打破“鸡蛋壳”。

目前，主动刺穿通常采用常规钻井用钻头或配以扩眼钻头进行“鸡蛋壳”地层钻孔。为了提高自升式钻井平台的桩腿承载能力，普遍会在桩腿底部安装截面积巨大的桩靴结构，而巨大的桩靴使得桩腿踩在海底土层上的面积也会巨大，因此避免桩腿发生刺穿事故的主动刺穿钻孔的面积也会巨大。为了主动钻孔打破面积巨大的“鸡蛋壳”地层，需要在地层中钻几十甚至上百个孔洞，导致采用常规钻头钻孔需几十次甚至上百次起下钻柱才能完成主动刺穿钻孔作业，作业效率极低，作业费用高昂，对于高日费的海上钻孔作业，常规钻头钻孔实现主动刺穿的方式经济性差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种自升式钻井平台桩腿主动刺穿一钻多孔钻头及方法，通过在钻头主体底部伸出多个分支，并安装多个牙轮钻头，实现一趟下钻能够形成多个孔眼，大面积高效率地破坏“鸡蛋壳”地层的主动刺穿作业，更好的钻孔打破“鸡蛋壳”地层，大幅减少起下钻柱作业，有效提高主动刺穿钻孔作业效率，降低主动打破“鸡蛋壳”地层作业费用，为降低自升式钻井平台插桩刺穿风险，避免自升式钻井平台失稳事故的发生，保障作业安全提供技术支持。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种自升式钻井平台桩腿主动刺穿一钻多孔钻头，其特征在于，该钻头包括顶部设置有公扣接头的钻头主体和安装在所述钻头主体上的多个牙轮钻头；所述钻头主体能通过所述公扣接头与钻机的钻柱底部相连接；所述钻头主体的底部向四周均匀分布式地伸出多个分支，每一所述分支的不同位置分别安装多个伸缩杆，每一所述伸缩杆的端部均设置芯轴；多个所述牙轮钻头分别安装在各所述芯轴上；所述钻头主体内部还设置有内部流道，每一所述分支、伸缩杆和芯轴内均开设有中间孔道，各所述牙轮钻头的底部均开设有水眼；各所述分支、伸缩杆和芯轴的所述中间孔道均与所述钻头主体的所述内部流道相连通，所述牙轮钻头的所述水眼与所述芯轴的所述中间孔道相连通。

所述牙轮钻头为带水动力驱动设计的牙轮，所述牙轮钻头能在水动力作用下绕所述芯轴转动。

所述伸缩杆为液压式伸缩杆。

所述钻头主体和牙轮钻头均采用钢体铸造技术加工而成。