钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘及制造安装方法

摘要

本发明公开了钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘，包括基盘主体框架、附件，主体框架是由水平杆件及竖直杆件固定构成的长方体形架体，主体框架上设有竖直的井孔套，其两侧固定有桩管套，在水平杆件之间、水平杆件与竖直杆件之间形成的长方形框架内设置斜支撑杆。该基盘的制造安装方法包括(1)分上下两部分同时制造基盘，再焊接在一起，(2)使用吊装工具与基盘顶部的卡套装置、吊耳连接将基盘吊装入水，吊装工具中的吊装绳被拉直后的汇集点始终位于基盘的重垂线上，保持基盘一直处于水平状态到达海底预定地点。本发明的基盘结构稳定、受力合理、减轻了基盘重量；制造方法能够节省工期；安装方法安全平稳、方便、占用资源少、费用低。

说明书

技术领域

本发明涉及边际油气田开发作业中使用的水下钻井基盘及其制造安装方法。

背景技术

随着海洋油气开发作业量的逐年扩大，水下钻井基盘的需求量越来越大，水下基盘是海洋石油钻井作业使用的一种设备，放置于海底井口处，主要起到导引钻井工具、承接水下井口装置及水下防喷器组、按照水下基盘上布置的井距进行预钻生产井、使用基盘上的导向桩进行导管架对接定位等作用。多孔眼的水下钻井基盘一般有2 x 2规格、2 x 3规格、3 x 3规格、3 x 4规格甚至更大尺寸的基盘，其中2 x 2规格的基盘重量就超过30吨，外形尺寸达到9.8 x 5.5 x 4.3m，水下钻井基盘一般包括主体框架和附件，其中基盘主体框架要承受导管架与基盘导向桩对接的碰撞力作用，碰撞力通常达到100吨以上，因此主体框架通常采用大直径厚壁钢管建造，以往基盘主体框架的结构形式为多个长方体组成大长方体的形式，基盘杆件只有主横杆、主竖杆、主立杆，这种形式结构简单，为了保证主体框架的强度，杆件的截面设计很大，十分笨重；基盘主体还包括井口套、桩管套和喇叭口等，基盘的附件根据基盘的不同用途附件各不相同，主要包括有挡泥板、爬梯、吊装附件、阳极、水平仪、荧光标识等等。

水下钻井基盘的建造中，为了避免反复吊装和移动，一般采用从下而上一次成形的建造方法，基盘高度一般都有4米多高，重量超过30吨，建造时，基盘建造时通常在建造场地上制作胎架，然后在胎架上建造基盘的底部框架，再在底部框架上安装基盘立杆，最后安装上部框架杆件，然后安装基盘的井口套和桩管套，最后安装喇叭口和基盘附件，这就是从下而上的基盘建造方法，采用该方法基盘的建造工期比较长。

以往水下基盘的下入方式主要有两种，一种是把建造好的基盘吊装到驳船上，钻井船拖到锚地后，用拖轮把载着基盘的驳船拖到钻井船下方，从转盘面下放钻具和基盘的吊装工具连接，通过钻具上提基盘，固定在月池下方，把钻井船拖到作业井位，再解开固定，通过钻具下放基盘，这种方法的缺点是钻井船要先拖到锚地装好基盘并固定后再拖到井位进行安装，所占用的时间长，资源多——需要一艘驳船和两艘拖轮配合；第二种方法是把建造好的基盘先吊装到驳船，直接把钻井船拖到井位，拖轮把载基盘的驳船拖到井位并拖拉到钻井船下方，从转盘面下放钻具和基盘的吊装工具连接，通过钻具上提基盘，移开驳船后下放安装基盘，这种方法较第一种方法的缺点是在井位现场进行驳船与钻井船的对接工作，容易出现驳船碰撞钻井船的危险，作业时现场的天气和海况要求高，通常会出现待机时间而造成作业时间的延长，同时，仍然需要占用一艘驳船和两艘拖轮的资源。

水下钻井基盘从建造场地吊装运输到钻井平台，以及下至海底必须使用吊装工具。以往的水下钻井基盘仅在其四个角上分别焊接一个吊耳，水下钻井基盘下至海底时所使用到的吊装工具只包括一个带钻杆丝扣的吊装短接、四根钢丝绳和吊装卸扣，水下钻井基盘入水时，四根钢丝绳的一端分别连接在吊装短接的四个吊耳上，另外一端则通过卸扣连接在水下钻井基盘四角的吊耳上，吊装短接通过其顶部的丝扣和钻杆连接，进行水下钻井基盘的下放。由于水下钻井基盘的体积与重量较大，出于安全的考虑，水下钻井基盘在吊装过程中需要保持水平，但由于实际作业的要求，水下钻井基盘结构通常无法设计成对称，导致水下钻井基盘的重心不在水下钻井基盘的中心上，因此，水下钻井基盘吊装时，为使水下钻井基盘保持水平，必须采用长度不同的钢丝绳，使钢丝绳被拉直后的汇集点在水下钻井基盘上方，这时钢丝绳的汇集点与水下钻井基盘的连线就是基盘的重垂线，但在实际操作过程中，由于钢丝绳汇集点的位置没有标识与参考，因此各条钢丝绳的长度难以确定，倘若各钢丝绳的长度不合适，在吊装过程中，轻则发生水下钻井基盘的倾斜，严重时则会因某条钢丝绳受力超出其承受范围，引起钢丝绳断裂，导致安全事故。另外，在水下钻井基盘进入到水中后，由于水下钻井基盘受到浮力的作用，水下钻井基盘在水中的重心位置与在空气中的重心位置相比会发生偏移，致使水下钻井基盘在空气中保持水平平衡而入水后却发生倾斜。另外，水下钻井基盘在水中的吊装过程中，由于海流的作用，使得水下钻井基盘在水中有较大的晃动，很难控制水下钻井基盘的平衡与稳定，增加了水下钻井基盘方位调整和定位的难度。现有的水下钻井基盘在吊装工程中，吊装工具与水下钻井基盘的连接仅是通过钢丝绳的柔性连接，无法很好地对水下钻井基盘施加作用力，不能较好地使水下钻井基盘保持平衡与稳定，以及在水下进行位置、方位调整和定位。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种结构稳定、受力合理、减轻基盘重量的水下钻井基盘。

本发明进一步要解决的问题是提供一种节省工期的制造方法。

本发明另外要解决的问题是吊装安全、保持基盘水平稳定的钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘的安装方法。

本发明采用以下技术方案来解决上述问题：一种钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘，包括基盘主体框架、附件，其中，基盘主体框架是由水平杆件及竖直杆件固定构成的长方体形架体，基盘主体框架上设有竖直的井孔套，其两侧固定有桩管套，在水平杆件之间、水平杆件与竖直杆件之间形成的长方形框架内设置斜支撑杆。

竖直的井孔套设置在水平杆件围成长方形的中心，所述水平杆件之间的斜支撑杆一端固定在相邻两个水平杆件的交叉点上，另一端固定在井孔套上。

水平杆件与竖直杆件围成的长方形框架内的斜支撑杆两端分别固定在主体框架顶部、底部两个水平杆件上。

与基盘重垂线相交的主体框架顶部的水平杆件上设置有卡套装置，基盘的主体框架上设有吊装定位固定件。

所述吊装定位固定件为吊耳，吊耳设置在主体框架顶部的水平杆件上。

所述卡套装置是一柱形结构，其下部固接在主体框架顶部的水平杆件上，上端面上设有一沉孔，所述沉孔孔壁上设置有至少一个J形槽。

一种钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘的制造安装方法，包括以下步骤：

(1)、基盘的制造：首先，基盘分上下两部分同时制作，然后把制作好的基盘上下部分焊接在一起；最后在基盘重垂线与主体框架顶部的水平杆件交叉位置上焊接与吊装工具配合使用的卡套装置，在基盘的主体框架上焊接多个吊装定位固定件；

(2)、基盘的安装：使用吊装工具连接在卡套装置与吊耳上，吊装过程中，吊装工具中的吊装绳被拉直后的汇集点始终位于基盘的重垂线上，保持基盘一直基本处于水平状态到达海底预定地点。

钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘的制造安装方法，优选包括以下步骤：

(1)、基盘的制造：基盘分上下两部分同时制造，基盘上部制造包括上水平杆件、井孔套、上水平杆件与井孔套之间的斜支撑杆制造与连接，基盘下部制造包括底部水平杆件、竖直杆件、斜支撑杆的制造与连接，然后把制作好的基盘上部分吊装放置在竖直杆件和斜支撑杆上进行焊接，接着安装桩管套及其支撑杆；最后在基盘重垂线与主体框架顶部水平杆件交叉位置焊接与吊装工具配合使用的卡套装置，基盘的主体框架上焊接多个吊装定位固定件，所述的吊装定位固定件为吊耳，整个基盘的宽度小于钻井船月池的宽度；

(2)、基盘的安装：将基盘从建造场地吊装运输到钻井船，放置在月池旁边的甲板上，基盘随钻井船运输到井位后，使用吊装工具连接在卡套装置与吊耳上，将基盘从钻井船的月池下放，吊装过程中，吊装工具中的刚性柱体卡套与基盘主体框架上的卡套装置连接，保证吊装绳被拉直后的汇集点始终位于基盘的重垂线上，保持基盘一直基本处于水平状态到达海底预定的地点。

本发明的基盘主体框架结构利用三角形结构是稳定的结构这一原理，在基盘长方形框架内增加许多斜支撑杆，基盘框架形成许多三角形结构，使得基盘框架结构更加稳定，受力更加合理，各个杆件受力更加均匀，因此，在同样承重状态下，减小了框架主杆件的截面尺寸，大大减轻的基盘重量，降低了基盘造价。

为了缩短基盘建造的工期，本发明基盘分上下两部分同时进行制作，上部的结构比下部复杂，单独在场地的工作平台上进行制作，下部分基盘直接在胎架上制作，下部分底面框架做完后装配竖直杆件与斜支撑杆，然后把制作好的基盘上部分吊装放置在竖直杆件和斜支撑杆上进行焊接，最后安装基盘桩管套和其支撑杆，这种建造方案大大缩短了基盘建造的工期；

本发明的安装方法中，基盘从建造场地吊装到钻井船采用拖轮进行运输，利用钻井船吊车把基盘从拖轮吊上钻井船，并放置在月池旁边的甲板上；基盘随钻井船运输到井位后再进行下放基盘，这种下放安装方法受天气和海况的影响要小得多；对于小尺寸2 X 2规格的基盘，把基盘宽度制造成小于月池宽度，可以直接将基盘从钻井船月池来进行下放，这种下放基盘的方法的优点是占用时间短，资源少——不需要使用驳船来进行运输，直接把基盘放置在钻井船甲板上；也不用把基盘固定在月池下方，减少了基盘运输过程中的危险；不使用驳船就不存在驳船与钻井船碰撞的危险，对天气、海况的要求也就没有原来的高。

本发明的安装方法中，使用到了专用的吊装工具来进行基盘的吊装和下放，在基盘框架上固定有若干个吊耳，在基盘的重垂线与基盘主体框架顶部相交的位置设置有一个卡套装置，该装置与吊装工具的刚性柱体卡套连接，该吊装工具还包括钢丝绳、吊装短接、刚性连杆、吊耳、卸扣等，使用该吊装工具能够实现吊装和下入时与基盘的刚性连接和柔性连接，能够保证基盘入水前吊装过程中的平稳性，并且还可以方便地控制基盘的位置和方位，使得基盘定位准确且简单容易，保证基盘在入水过程中的稳定性、平衡性和安全性，减少水下基盘在海底定位时受海流的影响。

附图说明

图1是本发明基盘的结构示意图；

图2是图1的B向视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是吊装工具的结构示意图；

图5是吊装工具的另一种结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种钻井船下入式边际油气田水下钻井基盘，共有4个井口，包括基盘主体框架、附件，其中，基盘主体框架是由水平杆件1及竖直杆件6固定构成的长方体架体，基盘主体框架上设有竖直的井孔套3，其两侧通过支撑杆4固定有桩管套5，在水平杆件1之间、水平杆件1与竖直杆件6之间形成的长方形框架内设置斜支撑杆，竖直的井孔套3设置在水平杆件1围成长方形的中心，所述水平杆件1之间的斜支撑杆2一端固定在两个水平杆件1交叉点上，另一端固定在井孔套3上，水平杆件1与竖直杆件6围成的长方形框架内的斜支撑杆7两端分别固定在主体框架的顶部、底部两个水平杆件1上，主体框架顶部的水平杆件1与基盘重垂线相交的位置设置有卡套装置10，基盘的主体框架上设有吊装定位固定件11，所述卡套装置10是一柱形结构，其下部固接在水下钻井基盘的主体框架顶部的水平杆件1上，上端面上设有一圆形沉孔10-1，所述沉孔10-1孔壁上设置有至少一个J形槽10-2，所述吊装定位固定件为吊耳11。

以2 X 2规格为例，来说明基盘制造方法：

1)利用胎架建造：为了保证基盘建造时构件的水平和竖直，制作一套胎架，共有9个放置在建造场地，利用水平仪进行找平，保证胎架上平面为一个水平面，胎架用10”钢管和16mm钢板制作，9个胎架之间用槽钢连成整体防止倾倒，胎架上平面离地0.8米高，便于焊工在底下焊接基盘构件，基盘的制作都在胎架上进行；

2)制作：为了缩短基盘建造的工期，基盘分上下两部分同时制造，基盘上部制造包括上部的水平杆件1、井孔套3、水平杆件1与井孔套3之间斜支撑杆2的制造与连接，基盘下部制造包括底部水平框架1、竖直杆件6、斜支撑杆7的制造与连接，然后把制作好的基盘上部分吊装放置在竖直杆件6和斜支撑杆7上进行焊接，接着安装桩管套5及其支撑杆4；最后在基盘重垂线与主体框架顶部水平杆件1交叉位置焊接与吊装工具配合使用的卡套装置10，基盘的主体框架上焊接多个吊装定位固定件11，所述的吊装定位固定件为吊耳11，这种建造方案大大缩短了基盘建造的工期。

2 X 2规格基盘的安装：

基盘从建造场地吊装到钻井船采用拖轮进行运输，利用钻井船吊车把基盘从拖轮吊上钻井船，并放置在月池旁边的甲板上；基盘随钻井船运输到井位后再从月池下放基盘，吊装、下放过程中，使用到了专用的吊装工具来进行基盘的吊装和下放，在基盘框架上固定有若干个吊耳11，在基盘的重垂线与基盘主体框架顶部相交的位置设置有一个卡套装置10，该装置10与吊装工具的刚性柱体卡套连接，如图4、5所示，该吊装工具还包括钢丝绳20、吊装短接22、刚性连杆24、吊耳26、卸扣21，其中钢丝绳20通过卸扣21与吊装短接22相连，吊装短接22的下端连接刚性连杆24，刚性连杆24的下端连接基盘上的卡套装置10，吊装短接22还通过钢丝绳23连接基盘上的吊耳11；在下水时，将钢丝绳20和卸扣21换为钻杆27，使用该吊装工具能够实现吊装和下入时与基盘的刚性连接和柔性连接，能够保证基盘入水前吊装过程中的平稳性，并且还可以方便地控制基盘的位置和方位，使得基盘定位准确且简单容易，保证基盘在入水过程中的稳定性、平衡性和安全性，减少水下基盘在海底定位时受海流的影响。