一种用于海洋钻探的多功能水下井口装置

技术领域

本发明涉及海洋钻探技术领域，特别是涉及一种用于海洋钻探的多功能水下井口装置。

背景技术

现有大洋钻探井口装置也叫重入系统中设有一个称之为“重入锥”的大直径喇叭体，用以将钻头(钻具或其他仪器等)导入钻孔。重入锥附近安放有声纳发射器，其信号经船上的接收器接收并处理后，可以确定重入锥的位置。

该装置结构简单，应用广泛。但功能单一，只可实现引导钻具的井筒重入功能。对于突发事故，钻井船只能采用提钻卸钻杆应对，时间成本高，无法及时应对。

因此，亟需一种新的用于海洋钻探的多功能水下井口装置，以解决现有技术中所存在的上述缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于海洋钻探的多功能水下井口装置，解决了传统返孔锥无法处理突发情况的弊端，遇紧急情况可紧急剪断钻杆，迅速脱离装置撤退。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于海洋钻探的多功能水下井口装置，包括井口导向锥、应急断开总成和井口导管；所述井口导管位于所述井口导向锥的下方，所述井口导管的顶部与所述井口导向锥的底部连通，用于使钻杆进入；所述应急断开总成包括总成框架，所述总成框架内由上至下安装有剪切闸板和半封闸板，所述剪切闸板用于剪切所述钻杆，所述半封闸板用于夹紧所述钻杆。

优选的，所述剪切闸板和所述半封闸板之间设置有连接套管，所述连接套管与所述剪切闸板以及所述半封闸板之间通过法兰进行连接。

优选的，所述总成框架的底部设置有底部安装板。

优选的，所述总成框架采用型材焊接而成，所述底部安装板采用钢板制作而成。

优选的，所述应急断开总成还包括水下电控舱、蓄能器、电磁阀和液压管线，所述水下电控舱、所述蓄能器和所述电磁阀安装于所述底部安装板上，所述蓄能器和所述电磁阀均与所述水下电控舱连接，所述蓄能器通过液压管线与所述剪切闸板以及所述半封闸板连接，所述电磁阀设置于所述液压管线上。

优选的，所述总成框架的侧壁上还设置有声音通讯机，所述声音通讯机与所述水下电控舱连接。

优选的，所述井口导向锥上设置有旁通阀门，所述旁通阀门用于通入泥浆。

优选的，所述旁通阀门连接有传感器模块，所述传感器模块包括液位识别传感器、浊度计和光电接线盒。

优选的，所述钻杆上连接有送入工具短节。

优选的，所述送入工具短节的上下两头均车制有钻杆扣，用于与所述钻杆连接；所述送入工具短节的中间部位车削有两个满眼重锤，所述满眼重锤的直径小于所述井口导管的直径；所述半封闸板闭合时，两个所述满眼重锤分别位于所述半封闸板的上下两侧，所述送入工具短节位于所述剪切闸板的下方。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明革新了现有的井口返孔锥结构，并极大的拓展了其功能：钻头重入钻孔；增加传感器作为吸入模块；钻具应急解脱；应急断开总成的底部安装板可替代泥垫功能。

2、本发明解决了传统返孔锥无法处理突发情况的弊端，如遇台风等紧急情况可紧急剪断钻杆，迅速脱离装置撤退。

3、本发明的送入工具短节结构简单，送入方法易行、可靠，只需记录本装置到达孔口时钻台面至半封闸板的钻杆长度即可。

4、本发明的多功能井口装置可增加单一装备的使用场景，通过微小改动即可适用于多种工况，节省了设备采购、加工费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于海洋钻探的多功能水下井口装置的结构示意图；

图2为本发明用于海洋钻探的多功能水下井口装置的俯视图；

图3为本发明用于海洋钻探的多功能水下井口装置的工作示意图；

其中，1为井口导向锥，2为旁通阀门，3为应急断开总成，3-1为蓄能器，3-2为水下电控舱，3-3为剪切闸板，3-4为声音通讯机，3-5为半封闸板，3-6为液压管线，3-7为井口导管，3-8为电磁阀，4为送入工具短节。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于海洋钻探的多功能水下井口装置，解决了传统返孔锥无法处理突发情况的弊端，遇紧急情况可紧急剪断钻杆，迅速脱离装置撤退。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-3所示，本实施例提供一种用于海洋钻探的多功能水下井口装置，主要包括井口导向锥1、应急断开总成3和井口导管3-7，井口导管3-7位于井口导向锥1的下方，井口导管3-7的顶部与井口导向锥1的底部连通，用于使钻杆进入。

应急断开总成3包括半封闸板3-5、剪切闸板3-3、水下电控舱3-2、蓄能器3-1、电磁阀3-8、液压管线3-6、连接套管以及声音通讯机3-4。具体地，应急断开总成3是将多种功能部件集成安装于一个总成框架内，具有应急剪断钻杆功能的模块；总成外框架由型材焊接而成，其底部安装板采用钢板制作，由于底部安装板要兼顾泥垫功能，因此使用钢板而非型材框架。

总成框架内剪切闸板3-3安装于上部，半封闸板3-5安装于下部，剪切闸板3-3以及半封闸板3-5使用连接套管以及法兰连接。发生紧急情况时，半封闸板3-5在下抱住钻杆，剪切闸板3-3在上剪断钻杆并封井，这样可使井内钻杆维持在井口位置，风险过去后，还可打捞钻杆不使钻杆和井筒报废。

声音通讯机3-4固定安装于总成框架侧面的型材上，其与水下电控舱3-2通过电缆连接；水下电控舱3-2、蓄能器3-1、电磁阀3-8安装于底部安装板上，通过液压管线3-6与剪切闸板3-3以及半封闸板3-5连接。

本实施例可实现的主要功能为：①上部的井口导向锥1可引导钻头重入钻孔；②上部的井口导向锥1带有旁通阀门2，安装相应的液位识别传感器后，可作为无隔水管泥浆循环系统的吸入模块；③应急断开总成3包含的自动控制闸板，可在遇到突发事故时，进行钻杆的应急切断解脱；④应急断开总成3的底部安装板可代替传统的泥垫，承担井口的设备的重量。

本实施例操作步骤如下：

1、投放、回收：在甲板钻台面上，将带有送入工具短节4的钻杆穿入井口装置，送入工具短节4由上下两部分组成，上部工具作用是加压，下部工具作用为上提。使送入工具短节4的中间位置置于半封闸板3-5的夹持范围，且送入工具短节4处于剪切闸板3-3的剪切范围以下，并控制半封闸板3-5夹紧钻杆，使得钻杆与井口装置保持相对稳定、成为一体，可通过接、卸、提、下钻杆实现控制投放、回收本实施例井口装置；

其中，送入工具短节4采用“双满眼重锤”结构，该送入工具短节4为整体结构，上下两头车制API标准钻杆扣，以方便与钻杆连接，中间部位根据应急断开总成3内半封闸板3-5的厚度，车削成两个略小于井口导管3-7内通径的满眼重锤，待半封闸板3-5闭合时，其上下两个满眼重锤刚好位于半封闸板3-5的上下两侧；上部的满眼重锤通过钻杆下压半封闸板3-5可对井口装置施加下压力；下部的满眼重锤通过钻杆上提，可对井口装置施加上提力。

通过钻杆将井口装置投放于孔口(此时应急断开总成3的底部安装板起到代替传统的泥垫、承担井口的设备的重量的作用)，船舶声纳发出第一信号，声音通讯机3-4接收第一信号后，通过水下电控舱3-2控制电磁阀3-8打开蓄能器3-1，蓄能器3-1中压缩气体推动液压油打开半封闸板3-5，半封闸板3-5完全打开后，实现钻杆与井口装置分离，可提钻；

回收时与投放步骤相似，连接好与船舶到送入工具短节4的相同距离的钻杆并下入到位后，船舶声纳发出第二信号，从而实现控制半封闸板3-5关闭，其余步骤一致。

操作流程：船舶声呐-声音通讯机3-4-水下电控舱3-2-电磁阀3-8-蓄能器3-1打开-液压推动闸板。

2、应急剪断：在钻台面接装好钻具后重新下入，进行正常钻井工作，如遇突发情况，钻探船需要紧急撤离、迅速离开当前位置，船舶声纳可发出第三信号，声音通讯机3-4接收第三信号后，通过水下电控舱3-2将控制电磁阀3-8打开蓄能器3-1，蓄能器3-1中压缩气体推动液压油驱动剪切闸板3-3开始工作剪切钻杆，切断钻杆后，钻探船可以迅速撤离。

操作流程：船舶声呐-水下声学通讯机-水下电控舱3-2-电磁阀3-8-蓄能器3-1打开-液压推动闸板。

3、钻孔重返：钻探船离开钻井位置后，需要返回原空位重新钻孔时，可通过船舶声纳发出第四信号，与声音通讯机3-4呼应，并通过声纳定位确定井口装置及钻孔位置，实现返孔锥的功能。

4、无隔水管泥浆循环系统吸入模块：上部的井口导向锥1预留旁通阀门2，安装相应的液位识别传感器后，本实施例可作为无隔水管泥浆循环系统的吸入模块，液位识别传感器可以根据需要采用差压传感器；

具体地，无隔水管钻井泥浆循环吸入模块的主要作用是：通过钻杆向井筒内注入泥浆，泥浆到达井底后通过钻杆与井筒间的环空上返，上返至吸入模块旁通阀门2时，多种传感器监测到泥浆液面，打开旁通阀门2与水下泵，与旁通阀门2连接的水下泵将泥浆抽吸至泥浆上返管线中，完成无隔水管钻井泥浆循环；

本实施例井口装置通过增加差压传感器、浊度计和光电接线盒等部件就可作为无隔水管泥浆循环系统吸入模块使用。

本发明革新了现有的井口返孔锥结构，并极大的拓展了其功能；本发明可增加单一装备的使用场景，通过微小改动即可适用于多种工况，节省了设备采购费用；另外，也解决了传统返孔锥无法处理突发情况的弊端；本发明的送入工具结构简单，送入方法易行，为设备布放效率的提升提供了一种行之有效的解决之道。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。