天然气海底管道定向钻纠偏装置、设备及施工方法与流程

本发明涉及定向钻施工，尤其是涉及一种天然气海底管道定向钻纠偏装置、设备及施工方法。

背景技术：

1、定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施如管道、电缆等的一种施工机械，能够在原有的钻孔中实现方向、深度和位置的可控性，其转弯原理主要是借助转向钻头和弯管技术实现的。定向钻机广泛应用在广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中。

2、在如我司的鱼山原油管道项目中，需要在岛间铺设海底管道，定向钻海底施工需要海上作业，定向钻平台设置在作业船上，在作业船锚泊后进行施工。中国专利文献中，专利号为cn2019112538037于2020年3月27日公开的《一种海上输水管道定向钻牵引施工方法》，该申请所用设备包括施工船、辅助床、定向钻钻机、pe管材和配重件，施工船和辅助船抛锚定位，定向钻钻机按照设计轨迹进行钻机形成导向孔道，在扩孔之后回拖管材，完成管道铺设。现有技术的不足之处在于：在海上施工时，虽然船体锚泊后每个锚均对船体进行限位，并会在施工现场对锚进行抓力试验，但是由于大风、潮汐力等的作用，不可避免还是会出现锚位偏移等引起船体偏移的情况，直接影响到船体上定向钻平台的位置，进而影响定向钻的精度，虽然施工现场会持续观察记录船体的位置，并采用拖轮护航，但是为了防止纠偏量过大以及出于后续船体锚泊的考虑，非紧急情况一般不使用拖轮纠偏，在作业船小幅度偏移时只能多次复钻和对钻头位置调整以匹配规划路径，严重影响海底定向钻施工的效率。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术中上述的不足，提供一种天然气海底管道定向钻纠偏装置、设备及施工方法，能够在施工过程中作业船出现小幅偏移时，在兼顾对锚缆定位可靠性的情况下，同时对作业船进行可靠的位置调节以实现纠偏，提高定向钻施工的效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、天然气海底管道定向钻纠偏装置，设置在作业船并支撑定向钻平台，定向钻平台上设有定向钻机，定向钻机驱动钻杆单向移动，作业船连接有若干不同朝向的锚缆，作业船通过锚缆和船锚固定在海面，定向钻纠偏装置包括第一直线调整装置和第二直线调整装置，第一直线调整装置设置在第二直线调整装置上，第一直线调整装置与定向钻的钻杆共面，第一直线调整装置与第二直线调整装置相交，第一直线调整装置和第二直线调整装置其中之一做直线调整时，另一个做往复直线运动，以使得纠偏时定向钻平台移动对作业船造成的反作用力朝向不同的锚缆作用。

4、通过纠偏装置实时调整钻杆的钻进方向，可以确保施工的准确性和效率，减少由于地质条件、海流等因素导致的钻杆偏离预定轨迹的问题；纠偏时定向钻平台移动对作业船造成的反作用力朝向不同的锚缆作用，可以保证作业船的稳定，提高施工的安全性；通过实时调整钻杆的钻进方向，减少由于钻杆偏离预定轨迹而导致的施工中断和重复施工的情况，提高施工的效率。

5、作为优选，第一直线调整装置包括第一调整座、固定在第一调整座上的第一驱动电机、由第一驱动电机驱动旋转的第一调距螺杆和平行第一调距螺杆的若干第一导向滑轨，定向钻平台与第一导向滑轨滑动连接，定向钻平台上设有与第一调距螺杆配合的第一传动螺母。第一驱动电机驱动第一调距螺旋旋转，驱动定向座平台沿第一导向滑轨在作直线调整，第一驱动电机配合第一调距螺杆形成的调节方式定位方便，调节精度高，有利于准确到达调整位置；并且第一驱动电机正反转即可驱动定向钻平台往复运动，方便在第二直线调整装置调整时在第一直线调整装置的调整方向上往复摆动。

6、作为优选，第二直线调整装置包括固定在作业船上的第二调整座、固定在第二调整座上的第二驱动电机、由第二驱动电机驱动旋转的第二调距螺杆和平行第二调距螺杆的若干第二导向滑轨，第一调整座与第二导向滑轨滑动连接，第一调整座上设有与第二调距螺杆配合的第二传动螺母。第二直线调整装置的调整通过第二驱动电机配合第二调距螺杆实现，调节精度高，配合第一直线调整装置，在两个方向上均具有可靠的调节精度，提高调节效率；第二直线调整装置的往复摆动可以通过第二驱动电机的正反转实现。

7、作为优选，第一直线调整装置的调整方向与第二直线调整装置的调整方向垂直。即第一导向滑轨和第二导向滑轨垂直，两组直线调整装置形成直角坐标系，方便实现对定向钻平台位置的精确调节，使定向钻平台准确到达最终位置。

8、作为优选，第二调整座朝向钻杆伸出方向的一侧设有向外端高度逐渐减小的过渡面，第一调整座的下端朝向钻杆伸出方向的一侧外凸形成与过渡面间隔设置配合面，第一调整座上设有避让槽，配合面和过渡面之间通过第二导向滑轨滑动连接。过渡面的设置使得第二调整座朝向钻杆伸出方向的一侧高度较低，在定向钻平台进行定向钻作业时，钻杆的位置在避让槽获得避让，使得定向座平台在第一直线调整装置上调节位置时，钻杆不会与第一直线调整装置和第二直线调整装置发生位置干扰。

9、作为优选，第二导向滑轨的纵向轴线垂直所在面设置。过渡面上的第二导向滑轨能够可靠承受钻杆钻进时的反作用力，提高调节时的稳定性，过渡面上的第二导向滑轨和其他第二导向滑轨呈夹角设置，装配精度高，能减小第二导向滑轨的滑动导向误差，提高调节精度。

10、天然气海底管道定向钻设备，包括上述的定向钻纠偏装置，定向钻设备还包括作业船和位于作业船宽度方向两侧设置的辅助船，作业船上设有锚机、泥浆系统、发电机、控制室和定向钻纠偏装置，定向钻纠偏装置位于作业船宽度方向的中间位置，定向钻纠偏装置上可调节的设置定向钻平台，定向钻平台上设置定向钻机，定向钻机于作业船长度方向的一侧向外伸出钻杆。作业船到位时，锚机抛锚完成作业船的限位，在定向钻钻孔作业遇到作业船小幅偏移时，通过定向纠偏装置实现定向钻平台的横向位置调整，在调整时两个直线调整机构同步作用以分散对锚绳的作用力，具备上述定向纠偏装置的所有有益效果。

11、作为优选，定向钻纠偏装置和作业船之间设有升降装置。通过升降装置来调整定向钻平台的纵向高度，以实现对海浪潮汐液面的对应调节，升降装置设置在定向钻纠偏装置和作业船之间，升降的作用面积比直接作用在定向钻平台的方式面积更大，稳定性高，有利于适应海面的波浪环境。

12、基于上述的天然气海底管道定向钻设备的施工方法，包括以下步骤：

13、s1、海上施工准备；

14、s2、入土侧打钻杆支撑桩；

15、s3、导向孔钻进；

16、s4、扩孔、洗孔施工；

17、s5、管道回拖；

18、s6、后续连接施工；

19、在步骤s3导向孔钻进前进行定向钻平台稳定调节，定向钻平台稳定调节包括水平向稳定调节和纵向稳定调节，水平向稳定调节时，定向钻平台位于第一直线调整装置的中间位置，第一直线调整装置位于第二直线调整装置的中间位置，将作业船停止在作业位置，通过锚机抛锚对作业船限位，抛锚时，先抛下远离入土点一侧的锚，再抛靠近入土点一侧的锚，通过gps系统实时监控船舶位置数据，通过锚缆张力传感器实时监控锚缆张力，纵向稳定调节通过升降装置完成。本技术所公开的施工方法能够利用定向钻设备完成海底输气管道的施工铺设，对船舶位置实时监控，并同时监控锚缆的张力，配合定向纠偏装置保证定向钻施工精度，提高定向钻施工效率。

20、作为优选，步骤s2中，钻杆支撑桩设有间隔设置的若干组，每组钻杆支撑桩均包括间隔相对设置的第一桩体和第二桩体，第一桩体和第二桩体的顶端跨接固定有安装横杆，安装横杆吊装有对应定向钻钻杆的套管，与作业船相邻的钻杆支撑桩的安装横杆吊装有浮动横梁，与作业船相邻的钻杆支撑桩的套管固定在浮动横梁上。通过钻杆支撑杆来完成套管的设置，通过套管来限位定向钻钻杆的径向，提高定向钻的入水精度，与作业船相邻的套筒设置在浮动横梁上，能够有效应对波浪涨退潮对作业船所造成的高度变化，柔性响应作业船的高度变化，避免作业船附近的钻杆和与作业船相邻的套管之间形成过大的纵向压力。

21、本发明的有益效果是：完成定向钻作业施工，完成海底输气管道的铺设；通过纠偏装置实时调整钻杆的钻进方向，提高施工的准确性和效率，减少由于地质条件、海流等因素导致的钻杆偏离预定轨迹的问题；纠偏时定向钻平台移动对作业船造成的反作用力朝向不同的锚缆作用，可以保证作业船的稳定，提高施工的安全性；通过定向纠偏装置实时调整定向钻平台的水平位置，减少由于钻杆偏离预定轨迹而导致的施工中断和重复施工的情况，提高施工的效率。