[发明专利]深水钻井导管随钻支撑装置及下入参数设计方法

权利要求书

1.深水钻井导管随钻支撑装置，包括随钻支撑组件、悬挂组件和支撑盘；其特征在于：

所述随钻支撑组件包括内筒、外筒和连接顶板；所述内筒套在导管上，可以沿导管自由滑动，外筒位于内筒外，直径由上部向下部逐渐增大，外筒和内筒通过上部的连接顶板连接在一起，随钻支撑组件起到支撑导管以及附着在导管上的重量的作用；

所述悬挂组件上端固定在导管上，下端钩挂随钻支撑组件的连接顶板，实现悬挂组件对随钻支撑组件的悬吊；

所述支撑盘固定在导管头附近，当导管下入到位时，该支撑盘坐于随钻支撑组件顶部的悬挂组件上，起到悬挂导管的作用。

2.根据权利要求1所述的深水钻井导管随钻支撑装置，其特征在于：所述随钻支撑组件的外筒上有均布的排水孔。

3.根据权利要求1所述的深水钻井导管随钻支撑装置，其特征在于：所述随钻支撑组件的内、外筒的底端均为具有一定斜率的尖角。

4.根据权利要求1所述的深水钻井导管随钻支撑装置，其特征在于：所述随钻支撑组件的内筒设计长度大于外筒。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的深水钻井导管随钻支撑装置，其特征在于：所述悬挂组件包括悬吊支撑铰链、悬吊盘、悬吊链和悬挂钩，悬吊支撑铰链将悬吊盘锁紧固定在导管上，悬吊盘沿周向连接多根悬吊链，多个悬挂钩在随钻支撑组件的连接顶板上和悬吊盘上沿周向设置，悬吊链与悬挂钩一一对应钩挂。

6.根据权利要求5所述的深水钻井导管随钻支撑装置，其特征在于：所述悬挂组件有两级，两级结构相同，两级相隔一定距离固定在导管上。

7.权利要求1-6任一项所述深水钻井导管随钻支撑装置的下入参数设计方法，包括：导管随钻支撑装置形状、尺寸以及下入海底浅部地层深度的设计；

(1)随钻支撑装置所提供的竖向承载力按公式(1)计算，分为导管喷射下入和导管固井下入两种情况：

式中，Q_J为装置在导管喷射下入方式下的承载力，kN；Q_C为装置在导管固井下入方式下的承载力，kN；d_vi和D_vi分别为第i段装置内筒的内、外径，m；d_di和D_di分别为第i段装置外筒的内、外径，m；L_V和L_D分别为装置内筒、外筒的设计长度，m；l_vi为装置内筒第i段周围的土层厚度，m；l_di为装置外筒第i段周围的土层厚度，m；C_ui为第i段粘土的不排水抗剪强度，kPa；α为粘着系数，取决于土c层不排水抗剪强度和装置进入土层的深度比；ξ为斜壁外筒承载力增强系数，与斜壁斜率有关；t_c为时间效应系数，根据现场土样数据获得；

(2)计算随钻支撑装置在海水中的重量，如公式(2)所示

式中，W_Z为装置在海水中的浮重，kN；W_V和W_D分别为装置内外筒在海水中的浮重，kN；W_f为装置除内外筒外的附件重量，kN；ρ_s为钢的密度，kg/m³；k_s为海水浮力系数；

(3)根据公式(3)迭代计算装置内筒、外筒的设计长度L_V和L_D

ε_d≤Q-W≤ε_u (3)

式中，ε_d和ε_u分别是最小、最大安全余量，kN；

(4)改变随钻支撑装置内外筒的直径和外筒倾斜度，可以得到随钻支撑装置不同形状、尺寸以及下入深度。

8.根据权利要求7所述的深水钻井导管随钻支撑装置的下入参数设计方法，其特征在于：导管喷射下入方式的内筒、外筒设计长度L_V和L_D的迭代过程如下：

首先，任意假设一个装置外筒设计长度L_D的数值，令L_V＝0，把该数值代入公式(1)的Q_J和公式(2)的W_D，如果计算满足公式(3)，那么假设的L_D就是合理的；如果不满足公式(3)，则逐步改变L_D的数值并重复上述步骤，迭代得到满足要求的设计长度L_D；

然后，任意假设一个装置内筒设计长度L_V的数值，令L_D＝0，把该数值代入公式(1)的Q_J和公式(2)的W_V，如果计算满足公式(3)，那么假设的L_V就是合理的；如果不满足公式(3)，则逐步改变L_V的数值并重复上述步骤，迭代得到满足要求的设计长度L_V的初步结果；

最后，按照最小计算步长增加装置内筒的长度ΔL_V的数值，代入公式(1)的Q_J和公式(2)的W_Z，迭代计算使之满足公式(3)，则获得最终的内筒设计长度L_V；

改变随钻支撑装置内外筒的直径和外筒倾斜度，重复以上步骤，可以得到随钻支撑装置不同形状、尺寸以及下入深度；

导管固井下入方式的内筒、外筒设计长度L_V和L_D的迭代过程如下：

首先，任意假设一个装置外筒设计长度L_D的数值，把该数值代入公式(1)的Q_C和公式(2)的W_D，同时令内筒设计长度L_V＝2L_D，代入公式(2)W_Z，如果计算满足公式(3)，那么假设的L_D就是合理的；如果不满足公式(3)，则逐步改变L_D的数值并重复上述步骤，迭代得到满足要求的设计长度L_D，同时得到的L_V就是内筒设计长度；

改变随钻支撑装置内外筒的直径和外筒倾斜度，重复以上步骤，可以得到随钻支撑装置不同形状、尺寸以及下入深度。