一种深水表层导管送入工具功能测试实验装置及方法与流程

本发明涉及海洋油气钻探技术领域，具体涉及一种深水表层导管送入工具功能测试实验装置及方法。

背景技术：

深水钻井一般指的是海上作业水深超过900米的钻井，在深水钻井过程中，由于深水钻井表层浅部未成岩地层强度不高，易发生坍塌，深水表层导管作为整个深水油井建造过程中安装的第一层套管，它为其后所有的套管及井口设备提供结构支撑，是深水钻井的“咽喉”。

深水表层导管喷射下入技术是深水钻井工程施工的关键环节，该技术能将“一开”钻进、导管下入和“二开”井眼钻进等多个步骤通过一趟管柱实现连续钻进送入，大幅度节约作业时间和成本。深水表层导管送入工具是实现深水喷射下导管下入表层导管的关键工具，因其具有继续钻进的功能，又称为深水继续钻进送入工具。在使用过程中，深水表层导管送入工具先与钻头等钻具组装，再与低压井口头、表层导管、泥垫组装后，然后下入海底指定位置，最后进行喷射作业。喷射到位后，经过机械连接后，剪断上部的解脱销钉实现深水表层导管送入工具的解脱，下放芯轴进行“二开”钻进，钻进到位后上提钻杆，上提力将深水表层导管送入工具与低压井口头之间的定位销钉剪断，使得深水表层导管送入工具与低压井口头分开而被回收。

在使用深水表层导管送入工具进行表层导管喷射作业过程中，海底复杂环境影响送入工具的工作进程，深水表层导管送入工具各个环节的顺利进行非常重要。然而，由于进行实验室研究缺乏相应的过程检测模拟装置，导致深水表层导管送入工具的锁紧、下入、解脱与回收等过程得不到有效研究，制约了深水表层导管送入工具工作过程的合格评价，送入工具的功能能否有效实现让人产生担忧，为此采取的保守做法而制约了钻井效率和抬高了深水钻井费用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种深水表层导管送入工具功能测试实验装置及方法，能够对深水表层导管送入工具的锁紧、下入、解脱与回收等过程的功能实现进行室内实验模拟和评价，用以解决因担心送入工具的功能不能有效实现而采取的保守做法而制约了钻井效率和抬高了深水钻井费用问题。

本发明的目的是提供一种深水表层导管送入工具功能测试实验装置，包括实验架、底座、低压井口头、深水表层导管送入工具、转接头、钻杆和旋转电机；所述底座设置于所述实验架的底部，所述低压井口头固定于所述底座上，所述旋转电机输出轴与所述钻杆顶端螺纹连接；所述钻杆底端通过所述转接头与所述深水表层导管送入工具的芯轴固定连接所述旋转电机。

优选地，所述实验架设置有伸缩缸，所述旋转电机与所述伸缩缸的活塞固定连接。

优选地，所述转接头上部和下部分别设置有内螺纹和外螺纹，所述转接头上部的内螺纹与所述钻杆上的螺纹相配合，所述转接头下部的外螺纹为锥形螺纹接头且与所述深水表层导管送入工具的芯轴端部锥形螺纹相配合。

优选地，所述低压井口头的上部内设有两个凸台，所述深水表层导管送入工具的下部设置有两个凸缘，所述低压井口头上部的凸台与所述深水表层导管送入工具下部的凸缘相配套，所述深水表层导管送入工具的下部紧套于所述低压井口头内。

本发明还公开了一种深水表层导管送入工具功能测试实验方法，采用上述深水表层导管送入工具功能测试实验装置，所述功能测试实验方法包括深水表层导管送入工具的锁紧方法及其可靠性评价方法、深水表层导管送入工具的解锁方法、深水表层导管送入工具的解脱方法以及深水表层导管送入工具的回收方法。

进一步地，所述深水表层导管送入工具的锁紧方法包括以下步骤：

步骤s11：选定旋转电机功率；

步骤s12：设定旋转电机的转动输出力和转动圈数，启动旋转电机；

步骤s13：旋转电机带动钻杆旋转，将深水表层导管送入工具的芯轴倒转数圈，直至深水表层导管送入工具与低压井口头锁紧；

步骤s14：控制器向旋转电机发送关闭信号，旋转电机关停。

进一步地，所述深水表层导管送入工具的锁紧可靠性评价方法为：启动伸缩缸旋转电机，对钻杆施加一定过提载荷，例如100kn，观察深水表层导管送入工具与低压井口头是否发生位移变化，若无明显位移，则判定深水表层导管送入工具的锁紧为可靠的，反之，拆卸出深水表层导管送入工具，重复深水表层导管送入工具的锁紧方法，直至判定深水表层导管送入工具的锁紧为可靠的。

进一步地，所述深水表层导管送入工具的解锁方法包括以下步骤：

步骤s21：启动旋转电机，旋转电机带动钻杆将水表层导管送入工具的芯轴正转数圈，直至深水表层导管送入工具与低压井口头发生位移变化；

步骤s22：控制器向旋转电机发送关闭信号，旋转电机关停。

进一步地，所述深水表层导管送入工具的解脱方法包括以下步骤：

步骤s31：启动升降伸缩缸，将芯轴前端下放至解脱销钉的位置，关停伸缩缸；

步骤s32：启动旋转电机，旋转电机带动钻杆将芯轴正转，直至剪断解脱销钉；

步骤s33：控制器向旋转电机发送关闭信号，旋转电机关停；

步骤s34：启动伸缩缸，继续下放芯轴至一段距离，如0.5m，关停伸缩缸；

步骤s35：启动旋转电机，钻杆带动芯轴转动，控制器向旋转电机发送关闭信号；

步骤s36：观察芯轴能否无故障下降到指定位置和转动特定时间；

进一步地，所述深水表层导管送入工具的回收方法包括以下步骤：

步骤s41：伸缩缸收缩，将芯轴往上提，直至芯轴卡住锥面滑套；

步骤s42：继续使伸缩缸收缩，使得深水表层导管送入工具与低压井口头分开，回收深水表层导管送入工具。

本发明的有益效果是：

本发明提供的深水表层导管送入工具功能测试实验装置及方法，通过电机、数据采集器及控制器等模拟深水连续钻进时的送入工具锁紧、下入、解脱与回收等过程，并对其进行室内实验评价，以研究送入工具的安全可靠程度，为深水导管喷射下入提供依据，减少深水导管喷射下入过程事故数，以提高深水钻井的高效性、精准性和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种深水表层导管送入工具功能测试实验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的一种深水表层导管送入工具的半剖面示意图。

附图标记说明：

图1：1-实验架；2-底座；3-低压井口头；4-深水表层导管送入工具；5-转接头；6-钻杆；7-旋转电机；8-伸缩缸；9-控制器。

图2：401-芯轴；402-衬套；403-推杆；404-锁紧卡簧；405-示位杆；406-解脱销钉；407-防转销钉；408-定位销钉；409-本体；410-排液孔；420-锥面滑套。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“左”与“右”是基于附图描述的方位或位置关系，其目的是出于描述本发明的方便。术语“第一”、“第二”等用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

实施例1

实施例1提供一种深水表层导管送入工具功能测试实验装置，下面对其结构进行详细描述。

参考图1，该深水表层导管送入工具功能测试实验装置包括实验架1、底座2、低压井口头3、深水表层导管送入工具4、转接头5、钻杆6、旋转电机7、伸缩缸8、控制器9。

底座2设置于实验架1的底部，具体地，该底座2为钢筋混凝土结构底座。低压井口头3通过紧固螺栓固定于底座2上。

低压井口头3的上部为深水低压井口头，内设有两个凸台，深水表层导管送入工具4的下部设置有两个凸缘，低压井口头3上部的凸台与深水表层导管送入工具4下部的凸缘相配套，深水表层导管送入工具4的下部紧套于低压井口头3内。

为了增强低压井口头3与深水表层导管送入工具4的承载力，低压井口头3与深水表层导管送入工具4的结合处设置泥垫。

此外，低压井口头3的中下部为表层套管，其与低压井口头3的上部螺栓连接。低压井口头3下部与底座2通过螺栓固定连接，固定于底座2上有利于实现深水表层导管送入工具4的芯轴401在旋转和上提时的稳定。

实验架1还包括一水平设置的横梁和支撑该横梁两端的两个支板，两个支板固定在底座2上，伸缩缸8固定在实验架1的横梁下。旋转电机7固定于伸缩缸8的活塞上，旋转电机7输出轴与钻杆6顶端螺纹连接。

钻杆6底端通过转接头5与深水表层导管送入工具4的芯轴401固定连接。

转接头5上部和下部分别设置有内螺纹和外螺纹，其中转接头5上部的内螺纹与钻杆6上的螺纹相配合，转接头5下部的外螺纹为锥形螺纹接头，与深水表层导管送入工具4的芯轴401端部锥形螺纹相配合。

旋转电机7与控制器9相连，对于选定既定功率的旋转电机7，控制器9能控制旋转电机7转动输出力和转动圈数。

在上述实施例中，控制器9可以为台式计算机、笔记本电脑等。

参考图2，深水表层导管送入工具4包括芯轴401、衬套402、推杆403；锁紧卡簧404、示位杆405、解脱销钉406、防转销钉407、定位销钉408、本体409、排液孔410和锥面滑套420，

衬套402通过解脱销钉406套设在芯轴401上；

锥面滑套420套设在衬套402外，锥面滑套420与衬套402通过螺纹连接，锥面滑套420的外侧设置有卡合部；

本体409套设在锥面滑套420外；

本体409上设置有多个贯通的径向孔；

推杆403设置在径向孔中；

推杆403的一端与卡合部相配合形成锥形配合结构，另一端设置有锁紧卡簧404；

示位杆405能与锥面滑套420同步轴向移动；

防转销钉407用于防止本体409与表层导管相对转动；

定位销钉408用于防止解脱销钉406剪断后本体409与表层导管维持连接状态。

深水表层导管送入工具4是现有技术，更多深水表层导管送入工具4的内部结构的详细介绍请参考中国发明专利《一种深水钻井表层导管送入工具》(申请号为cn201510365639.4)、实用新型专利《一种具有继续钻进功能的导管头送入工具》(申请号为cn201820933404.x)、中国发明专利《深水表层导管送入工具及其作业方法》(申请号为201911125180.5)等。

实施例2

实施例2提供一种深水表层导管送入工具功能测试实验方法，采用实施例1提供的深水表层导管送入工具功能测试实验装置，该功能测试实验方法包括深水表层导管送入工具4的锁紧及其锁紧可靠性评价的方法、深水表层导管送入工具4的解锁方法、深水表层导管送入工具4的解脱方法以及深水表层导管送入工具4的回收方法等。

其中，深水表层导管送入工具4的锁紧方法包括以下步骤：

步骤s11：选定旋转电机7功率；

步骤s12：设定旋转电机7的转动输出力和转动圈数，启动旋转电机7；

步骤s13：旋转电机7带动钻杆6旋转，将深水表层导管送入工具4的芯轴401倒转数圈，优选7圈+1/4圈，直至深水表层导管送入工具4与低压井口头3锁紧；

步骤s14：控制器9向旋转电机7发送关闭信号，旋转电机7关停。

深水表层导管送入工具4的锁紧可靠性评价方法为：启动伸缩缸8旋转电机7，对钻杆6施加一定过提载荷，例如100kn，观察深水表层导管送入工具4与低压井口头3是否发生位移变化，若无明显位移，则判定深水表层导管送入工具4的锁紧为可靠的，反之，拆卸出深水表层导管送入工具4，重复深水表层导管送入工具4的锁紧方法，直至判定深水表层导管送入工具4的锁紧为可靠的。

深水表层导管送入工具4的解锁方法包括以下步骤：

步骤s21：启动旋转电机7，旋转电机7带动钻杆6将水表层导管送入工具4的芯轴401正转数圈，优选7圈+1/4圈，直至深水表层导管送入工具4与低压井口头3发生位移变化；

步骤s22：控制器9向旋转电机7发送关闭信号，旋转电机7关停。

深水表层导管送入工具4的解脱方法包括以下步骤：

步骤s31：启动升降伸缩缸8，将芯轴401前端下放至解脱销钉406的位置，关停伸缩缸8；

步骤s32：启动旋转电机7，旋转电机7带动钻杆6将芯轴401正转，优选1/8圈，直至剪断解脱销钉406；

步骤s33：控制器9向旋转电机7发送关闭信号，旋转电机7关停；

步骤s34：启动伸缩缸6，继续下放芯轴401至一段距离，优选0.5m，关停伸缩缸8；

步骤s35：启动旋转电机7，钻杆6带动芯轴401转动，优选转动时间为10min钟，控制器9向旋转电机7发送关闭信号；

步骤s36：观察芯轴401能否无故障下降到指定位置和转动特定时间；

深水表层导管送入工具4的回收方法包括以下步骤：

步骤s41：伸缩缸6收缩，将芯轴401往上提，直至芯轴401卡住锥面滑套420；

步骤s42：继续使伸缩缸6收缩，使得深水表层导管送入工具4与低压井口头3分开，回收深水表层导管送入工具4。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。