[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

说明书

本发明请求保护一种深水钻井导管随钻支撑装置及其下入参数设计方法，装置包括随钻支撑组件、悬挂组件和支撑盘；随钻支撑组件包括内筒、外筒和连接顶板；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。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。支撑盘固定在导管头附近，起到悬挂导管的作用。本装置操作简便，可以解决导管随钻支撑技术问题。本发明的下入参数设计方法是基于土力学的基本原理设计，同时充分考虑了现场施工需要，设计方法简便、求解过程快捷、计算结果便于工程应用。

技术领域

本发明涉及海洋深水钻井领域，具体涉及一种深水钻井导管随钻支撑装置及其下入参数设计方法。

背景技术

海洋深水钻井过程中，导管下入到位并与水下井口、防喷器和隔水管连接后，起到结构支撑作用。导管一般采用直接喷射下入和先钻孔后下入并固井两种方式安装到海底泥线以下设计位置，下入过程中不发生偏斜才能保证良好的下入和支撑效果。随着水深不断增加和海洋环境保护要求的提高，水下防喷器体积和重量有不断增加的趋势。重达几百吨的水下防喷器及悬挂套管串的重力作用使导管承受巨大的竖向载荷作用；同时，由于隔水管上端与钻井船或钻井平台相连，在风、浪、流等海洋环境载荷的动力作用下，隔水管产生复杂的动力作用将不断的传递到导管上，导致导管承受巨大的横向弯矩作用。在这些载荷的作用下，导管有下沉和倾斜的趋势。在海洋环境特别恶劣、导管设计不够合理的情况下，特别容易造成导管发生沉降和倾斜，严重时将造成隔水管折断、井口破坏，不仅造成经济损失，而且会形成巨大的灾难。这些情况在美国墨西哥湾、巴西盆地等主要深水钻井作业区已有发生。

为了防止导管下沉和倾斜，目前主要是采用增加导管的外径和壁厚、附加泥线垫板、采用特定防沉降工具来控制导管的下沉和倾斜，但是都存在一定的技术缺陷：过大增加导管的外径和壁厚，将直接导致导管与表层套管环空尺寸增大，不利于固井和钻井作业；增加泥线垫板后，容易导致泥线垫板一侧发生冲刷，造成导管倾斜更加严重。采用某些水下井口防失稳装置可以防止导管下沉，但是局限在导管安装到位后的防止下沉，并且局限于喷射下入方式，不适合在硬地层进行的钻进、下入并固井的方式；而且这类防失稳装置设在导管的上部，与导管采用螺纹或焊接方式的固定连接，不能起到随钻支撑的作用。因此，设计一种不但在导管下入过程中起到支撑作用，而且在导管下入到位后起到更大的支撑作用的导管随钻支撑装置可以极大的提高深水钻井导管的稳定性和安全性，有效避免事故发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便的解决导管随钻支撑技术问题的装置和方法。

本发明提出的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。

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。

进一步，随钻支撑组件的外筒上有均布的排水孔，用于排出斜壁外筒和直壁内筒之间的海水和淤泥。

进一步，随钻支撑组件的内、外筒的底端均为具有一定斜率的尖角，减轻内外筒端部阻力，便于装置下入海底浅部软土中。

进一步，随钻支撑组件的内筒设计长度大于斜壁外筒，在起到支撑导管防止其沉降的同时，可以更好的提高导管在横向载荷作用下的弯矩抵抗能力。

本发明的随钻支撑组件外筒为斜壁筒形，其下端开口直径略大于顶部连接处直径，筒壁具有一定的斜率，这种结构可以更有效的发挥支撑作用。