专利名称：一种隔水套管安装方法-沉管钻入法的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋石油工程中隔水套管海上安装方法的创新。
背景技术：
下隔水套管的工作属于钻前准备工作，目的是隔离海水、控制钻具方向和提供泥 浆循环返回平台的通道。传统的隔水套管海上安装方法有打入法和钻入法。打入法是在固 定式平台打井时，导管架安装固定好以后，按丛式井设计井位，由打桩机逐一将隔水套管打 入井位，击入深度不小于40m。钻入法是在浮动式或活动式钻井平台上利用钻井设备，先钻 的井眼，然后下隔水套管，最后灌浆固井。可见，传统的隔水套管安装方法都需要大型装备， 因此，海上安装费用居高不下。对于在已有的平台设施增加少数井的情况，传统的隔水套管 安装方法尤为不经济，更重要的是无论钻入法还是打入法都存在固有的缺陷，打入法的缺 陷在于引起平台振动，影响正常生产；钻入法的缺陷在于井壁塌落问题。
发明内容
为了避免传统隔水套管安装方法尤其是钻入法存在的缺陷，同时也为降低海上安 装费用，本发明提出针对已有平台设施新增少数井情况的一种隔水套管安装方法——沉管 钻入法。沉管钻入法在保留钻入法无振动优点的基础上，将钻机钻头安装在隔水套管底端 下部，吊放的隔水套管跟随钻头钻入而沉入土壤中。从而达到了避免钻孔井壁塌落，又降低 安装费用的目的。本发明解决其技术问题的方案是隔水套管由平台钻(修)井机大钩吊放入泥，位 于隔水套管底端下部的钻机钻头破土钻孔，钻孔直径略大于隔水套管外径，隔水套管随钻 机插入钻孔中，直到设计位置。根据该发明，这种方法的具体使用包括将钻机安装于隔水套 管底端下部；钻机通过隔水套管内的动力软管束与平台上的动力站连接；隔水套管吊挂于 平台钻(修)井机的大钩上并缓慢下放；通过置于平台上的钢缆绞车和软管绞车实现钻具 的提放和动力软管束收放；钻机钻头以机械钻绞和水力喷冲相结合的方式钻土成孔，孔径 大于隔水套管直径，隔水套管随钻头钻进插入钻孔中。以下结合附图及实施例作进一步说明。
图1是本发明的总体布置2是本发明的所涉及的钻具剖面3是钻头示意图其中1.隔水套管，2.钻头，3.大钩，4.钻孔，5.动力站，6.软管绞车，7.钢缆绞车， 8.动力软管束，9.钢缆，10.滑轮组，11.泥面，12.水面，13.平台甲板，14.过流旋转接头， 15.液压马达，16.压重块，17.护壁环，18.限扭条，19.限位环，20.充气管，21.散气环管， 22.灌浆管，23.扩孔钻，24.中心钻，25.刀板，26.液压缸，27.弹簧。
具体实施例方式正如图1 3所表示，依照该发明实现这一方法所反映出来的装置用标注数字予 以说明。隔水套管(1)悬挂于平台钻(修)井机的大钩(3)上。为便于安装和使用钻具、 便于返浆和灌浆，隔水套管下端和外壁需要作特别处理或增设管路。隔水套管(1)下端内 壁设置四条纵向均布的限扭条(18)和一道限位环(19)，抵抗放置于其中的钻具的旋转扭 矩，并限定了钻具在隔水套管内最低位置；隔水套管(1)下端外壁设置一道护壁环(17)、一 条充气管(20)、一条散气环管(21)和一条灌浆管(22)，护壁环(17)具有修整和保护孔壁 的作用，充气管(20)和散气环管(21)用于气举排浆供气，灌浆管(22)为灌浆作业预留。钻机系统由钻具、动力站(5)、提升绞车(6) (7)、动力软管束(8)及钻 压、钻位监测 计(未标出)组成，并形成钻绞、排浆两个子系统。钻绞系统由机械钻绞和水力喷冲两套系 统的复合系统，排浆系统为水压和气举兼用方案。钻具包括破坏土体的钻头(2)、将高压水输送到钻头的过流旋转头(14)、驱动钻 头转动的液压马达(15)、提供钻头入土钻压的压重块(16)。钻头(2)由中心钻(24)和扩 孔钻(23)两部分组成一体，其特征在于扩孔钻(23)由喷冲水流压力驱动液压缸(26)使刀 板(25)张开，水压消失后依靠弹簧(27)使刀板(25)复位，刀板(25)张开时的旋转直径略 大于隔水套管(1)外径而等于护壁环(17)的外径，保证钻孔(4)直径大于隔水套管(1)外 径，使隔水套管(1)插入钻孔(4)时的侧摩阻力接近0 ；刀板(25)复位时的旋转直径略小于 隔水套管(1)内径，保证钻具可从隔水套管(1)内提起回收。动力站(5)包括提供液压马 达转动动力的液压站、提供气举排浆所需的气体的气站、提供喷冲破土的高压水站和提供 环形空间反浆的低压水站。提升绞车包括用于提放钻具系统的钢缆绞车(7)和用于收放软 管束的软管绞车(6)。动力软管束(8)包括连接液压站和液压马达的液压软管、连接空压机 与隔水套管伴管的供气软管、连接钻具与高压水站的供水软管。钻头对土的钻压通过监测 计监测，钻压监测计采用液压拉力计，液压拉力计采用一个液压缸接一远输软管和压力表， 拉力值可直读；钻头相对于隔水套管(1)的位置通过测绳法监测。隔水套管⑴的沉管钻入法的操作步骤是:A、按照图1进行布置，隔水套管⑴由 平台修井机大钩(3)吊挂。钻具连接好动力软管束(8)和钢缆(9)后，吊入隔水套管内并 放置在隔水套管底端限位环(19)上，钻头(2)位于隔水套管(1)底端以下位置。动力软管 束(8)和钢缆(9)分别绕过大钩(3)下的滑轮组(10)缠绕在软管绞车(6)和钢缆绞车(7) 上，软管绞车(6)的动力软管束(8)分别与相应的动力站(5)连接。B、调试钻机系统。启动 动力站(5)(包括液压站、高压水站)，此时钻头(2)旋转并喷射高压水，扩孔钻(23)在高压 水的驱动下刀板(25)外伸。C、钻入沉管。大钩(3)吊挂隔水套管缓慢下放，钻头接触土壤 后，由压重块提供钻压破土钻孔，钻孔直径大于隔水套管外径，隔水套管(1)随钻头(2)的 钻入而插入钻孔(4)中。之后启动气站和低压水站，有助于钻孔泥浆从隔水套管(1)与钻 孔⑷之间的空隙排到泥面(11)以上。按此操作直到隔水套管插入⑴到设计深度。D、 钻具回收。关闭动力站，钻头(2)的旋转和射流停止，扩孔钻(23)的刀板(25)在弹簧的作 用下回缩，钢缆绞车(7)和软管绞车(6)回收钢缆(9)和动力软管束(8)，将钻具从隔水套 管(1)中收回。E、灌浆作业。隔水套管(1)外壁预留的灌浆管(22)通过软管与平台上的 灌浆泵连接，向隔水套管(1)与钻孔(4)之间的空隙泵入水泥砂浆，直到水泥砂浆由空隙底 部返至泥面(11)。
权利要求
一种隔水套管安装方法——沉管钻入法，其特征在于钻机系统的钻头位于隔水套管底端下部，由平台修井机大钩吊挂的隔水套管缓慢下放，钻头破土钻孔的直径略大于隔水套管外径，隔水套管随钻头钻进插入钻孔中，直到设计深度。
2.根据权利要求1所述的钻机系统，至少由钻具、动力站、提升绞车、动力软管束及钻 压、钻位监测计组成，并组成钻绞、排浆两个子系统，其特征在于钻绞系统由机械钻绞和水 力喷冲两套系统的复合系统，排浆系统为水压和气举兼用方案。
3.根据权利要求1所述的隔水套管，其特征在于在其底端及外壁增设了抵抗钻具旋转 扭矩的限扭条、限定了钻具在隔水套管内最低位置的限位环、修整和保护孔壁作用的护壁 环、用于气举排浆供气的充气管和散气环管，以及为灌浆作业预留的灌浆管。
4.根据权利要求2所述的钻具由破坏土体的钻头、将高压水输送到钻头的过流旋转 头、驱动钻头转动的液压马达、提供钻头入土钻压的压重块，其特征在于钻具位于隔水套管 底端，其中钻头位于隔水套管外，其余部分位于隔水套管内。
5.根据权利要求4所述的钻头，由中心钻和扩孔钻两部分组成一体，其特征在于扩孔 钻由喷冲水流压力驱动液压缸使刀板张开，水压消失后依靠弹簧使刀板复位，刀板张开时 的旋转直径略大于隔水套管外径而等于护壁环的外径，保证钻孔直径大于隔水套管外径， 使隔水套管插入钻孔时的侧摩阻力接近O ；刀板复位时的旋转直径略小于隔水套管内径， 保证钻具可从隔水套管内提起回收。
全文摘要
一种隔水套管安装方法—沉管钻入法，是将钻机钻头(2)安装于隔水套管(1)底端下部，钻机通过隔水套管(1)内的动力软管束(8)与平台上的动力站(5)连接，隔水套管(1)悬挂于平台钻(修)井机的大钩(3)上并缓慢下放，通过置于平台上的钢缆绞车(7)和软管绞车(6)实现钻具的提放和动力软管束(8)收放，钻机钻头(2)以机械钻绞和水力喷冲相结合的方式钻土成孔，钻孔(4)直径大于隔水套管(1)直径，隔水套管(1)随钻头(2)钻进插入钻孔(4)中，直到设计位置。本发明第一次提出将钻机钻头置于隔水套管底端下部，在钻孔的同时沉管，达到避免钻孔塌落，又降低安装费用的目的，尤其适用于在已有平台设施新增少数井的情况。
文档编号E21B7/20GK101871321SQ20101017536
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年8月30日
发明者王翎羽 申请人:天津市海王星海上工程技术有限公司