一种海洋水下连续油管设备及方法

技术领域

本发明涉及海洋水下连续油管输送领域，具体为一种海洋水下连续油管设备及方法。

背景技术

连续油管又称为绕性管，是一种用低碳合金制成，具有良好的弯曲变形能力的管材，一卷连续油管长度可以达到几千米，连续油管设备具有带压作业，起下速度快的优点，广泛应用于油气井钻井、完井、修井、试油试采及测井等作业领域，贯穿了油气开采的全过程，在石油天然气的勘探开发发挥了重要的作用。

目前在深海使用连续油管必须依托深水平台，但利用深水平台会有多个问题的产生：一、在海上建立深水平台施工难度高；二、在起下连续油管到预设好的水下井口需要深水平台具有升沉补偿系统，深沉补偿系统用于抵消海浪起伏对深水平台的影响，便于控制起下油管的精度以达到连续油管准确到达水下井口；三、深水平台起下连续油管还需要隔水管或者钻杆引导和保护连续油管到达预设好的水下井口。以上原因导致在深海使用连续油管产生了高昂的费用且降低了作业的效率，制约了连续油管的进一步推广使用和海洋油气勘探开发。

另外目前的现有技术里，也有不需要深水平台的连续油管设备，如公布号为CN111448362 A的申请，但这种连续油管设备不可避免的需要在船上提前设置驱动单元(HCI)用于补偿船的震荡运动和起下连续油管，这不利于连续油管设备在不同船只的适配性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种海洋水下连续油管设备，其能够解决不依托深水平台且主设备放置于海洋水下连续油管设备中实现连续油管起下的问题；

本发明的目的之二提供一种基于所述海洋水下连续油管设备的使用方法方法，其能够解决不依托深水平台且主设备放置于海洋水下连续油管设备中实现连续油管起下的问题。

实现本发明目的之一的技术方案为：一种海洋水下连续油管设备，包括油管注入头和井口连接头，油管注入头的下端连接井口连接头的上端；

井口连接头包括液压连接器，液压连接器固定设置在井口连接头的下端，液压连接器用于和位于作业区内的水下井口头固定连接，以使得海洋水下连续油管设备固定坐于水下进口头之上；

油管注入头包括连续油管夹持起下结构，连续油管夹持起下结构固定设置在油管注入头内，连续油管夹持起下结构用于夹持起下从油管注入头进入且穿过井口连接头的连续油管，以使得连续油管在连续油管夹持起下结构的夹持起下作用下进入到水下井口头内。

进一步的所述连续油管夹持起下结构包括主驱动轮、辅助张紧轮、环形链条，各主驱动轮安装在连续油管的侧边，各主驱动轮下方位置对应辅助张紧轮，主驱动轮和辅助张紧轮通过环形链条传动连接，环形链条上设置有若干个夹持块，夹持块用于夹持起下连续油管。

进一步的，所述连续油管夹持起下结构还设置有双向夹持器，双向夹持器固定设置在连续油管两侧的环形链条之间，双向夹持器的左端连接左侧环形链条靠近连续油管的环形链条部分，双向夹持器的右侧连接右侧环形链条靠近连续油管的环形链条部分，使得连续油管两侧的环形链条上的夹持块相互靠近以夹紧连续油管。

进一步的，所述连续油管夹持起下结构还包括夹紧装置，夹紧装置左端连接连续油管左侧环形链条靠近连续油管的环形链条部分，夹紧装置的右端连接右侧环形链条远离连续油管的部分，夹紧装置用于提供横向夹持力和防止环形链条转动时脱离主驱动轮。

进一步的，井口连接头上端固定设置有液压防喷盒，油管注入头下端通过液压防喷盒与井口连接头上端连接，连续油管依次穿过油管注入头、液压防喷盒和井口连接头，液压防喷盒内设有胶芯，从液压防喷盒内释放的胶芯用于充填和密封连续油管和液压防喷盒之间的环形空间。

进一步的，液压防喷盒下端固定连接用于容纳连续油管的防喷管，防喷管的底部固定连接液压连接器，防喷管垂直地内置于井口连接头中，从井口连接头穿出的连续油管穿过防喷管，防喷管承受外部高压以保护容纳其中的连续油管。

进一步的，井口连接头还包括剪切闸板防喷器，剪切闸板防喷器固定连接在防喷管的下端以及液压连接器的上端，剪切闸板防喷器用于剪切穿过剪切闸板防喷器的连续油管以及用于封闭防喷管下端。

进一步的，井口连接头的内部固定设置有若干个一级蓄能器，一级储能器和剪切闸板防喷器连接，一级蓄能器内部存储高压气体，高压气体用于给剪切闸板防喷器提供额外的辅助动力。

进一步的，油管注入头的上端安装有顶部支架，顶部支架用于固定连接复合钢芯电缆和承载整个海洋水下连续油管设备的重量，顶部支架的下端连接油管注入头的外框架，连续油管夹持起下结构固定连接在外框架内，外框架用于保护连续油管夹持起下结构免受撞击，外框架的下端连接井口连接头的上端。

实现本发明目的之二的技术方案为：一种海洋水下连续油管设备的使用方法，具有以下步骤：

步骤一：下水之前，连续油管从工程船的连续油管滚筒伸出，插入到油管注入头；工程船上的复合钢芯电缆连接海洋水下连续油管设备；

步骤二：启动油管注入头中的连续油管夹持起下结构，连续油管夹持起下结构将步骤一插入到油管注入头内部的连续油管，输送到井口连接头内部，使得连续油管被夹持在海洋水下连续油管设备之中，跟随海洋水下连续油管设备下入到水中；

步骤三：通过工程船上的吊车提起海洋水下连续油管设备下入水中；

步骤四：海洋水下连续油管设备同时携带复合钢芯电缆和连续油管下入水中；

步骤五：工程船配套的水下机器人辅助海洋水下连续油管设备靠近水下井口头，最终坐于水下井口之上，井口连接头下端的液压连接器将海洋水下连续油管设备固定坐于井口之上；

步骤六：启动所述连续油管夹持起下结构，连续油管夹持起下结构输送连续油管，步骤二中在井口连接头内部的连续油管被连续油管夹持起下输送至井底；

步骤七：配合连续油管最下端的连续油管井下工具总成执行钻井、修井、测试等作业内容。

本发明的有益效果为：本发明可以利用一般工程船作为载体，不需要提前在海上建立深水平台，也不需要提前在工程船上放置用于海洋震荡补偿系统的主设备，下入本发明的海洋水下连续油管设备到预设好的水下井口头后，本发明能起下连续油管进出水下井口，完成海洋油气井的钻探、修井、测试等作业需求。本发明将脱离深水平台的高昂费用且避免起下连续油管的不稳定性，且提高在不同工程船的适配性。

附图说明

图1为一种海洋水下连续油管设备配合常规工程船的工作结构示意图；

图2为一种海洋水下连续油管设备的整体结构示意图；

图3为一种海洋水下连续油管设备的油管连接头的结构示意图；

图4为一种海洋水下连续油管设备的井口连接头的结构示意图；

图中，1-复合钢芯电缆，2-连续油管，3-顶部支架，4-外框架，5-多通路液压分配器，6-压力指示表，7-主驱动轮，8-环形链条，9-夹紧装置，10-双向夹持器，11-夹持块，12-辅助张紧轮，13-悬重传感器，14-水下摄像头，15-液压防喷盒，16-液压站，17-防喷管，18-应急液压插座，19-剪切闸板防喷器，20-一级储能器，21-液压平衡器，22-液压连接器，23-水下井口头，24-连续油管井下工具总成，25-复合电缆绞车，26-连续油管设备控制中心，27-连续油管滚筒，28-海平面，29-工程船，100-油管注入头，200-井口连接头，300-海洋水下连续油管设备。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1-图4所示，一种海洋水下连续油管设备300配合常规工程船29的工作结构示意图。图1上部的海平面28上为工程船29，所述工程船29为常规工程船即可，不需要提前设置其他具有升沉补偿系统的驱动装置，工程船29上包括复合电缆绞车25、连续油管滚筒27以及连续油管设备控制中心26。

上述复合电缆绞车25用于收纳和伸出复合钢芯电缆1，复合钢芯电缆1是一种内核是钢丝编织的高强度、周围为多股电缆以及信号线的复合铠装线缆，伸出的复合钢芯电缆1连接海洋水下连续油管设备300上端，为海洋水下连续油管设备300提供电力和传输信号；上述连续油管滚筒27用于收纳和伸出连续油管2，连续油管2一般是低碳合金制成，能反复弯曲，单根长度可以达到几千米，伸出的连续油管2的一端插入到海洋水下连续油管设备300中；上述设备控制中心26通过复合钢芯电缆1传送电信号以控制海洋水下连续油管设备300起下连续油管2，也可以接收来自海洋水下连续油管设备300的电信号以了解海洋水下连续油管设备300的工作状态。

工程船29运输海洋水下连续油管设备300到预设好的水下井口头23上方，向海中下放海洋水下连续油管设备300，海洋水下连续油管设备300带着连续油管2和复合钢芯电缆1向水下井口头23靠近。一般工程船29或者深水平台都会配套有水下机器人(图中没有示出该水下机器人)，水下机器人可以带着海洋水下连续油管设备300准确的坐于水下井口头23之上，海洋水下连续油管设备300向水下井口头23内起下连续油管2。

连续油管2的下端安装有连续油管井下工具总成24，连续油管井下工具总成24可以安装合适的工具完成井下钻井、修井、测试等作业内容。

如图2所示是海洋水下连续油管设备300的整体结构示意图，海洋水下连续油管设备300包括油管注入头100和井口连接头200。油管注入头100的最上端连接复合钢芯电缆1，油管注入头100的下端和井口连接头200的上端连接，连续油管2从油管注入头100的最上端进入，穿过油管注入头100和井口连接头200后进入到水下井口头23内。

如图3所示是海洋水下连续油管设备300的油管注入头100的结构示意图。油管注入头100包括顶部支架3、外框架4、液压分配器5、压力指示表6、主驱动轮7、环形链条8、夹紧装置9、双向夹持器10、夹持块11、辅助张紧轮12、悬重传感器13。油管注入头100的最上端是顶部支架3，顶部支架3用于固定连接复合钢芯电缆1，且承载整个海洋水下连续油管设备300的重量。顶部支架3下端连接外框架4，外框架4是油管注入头100的框架，油管注入头100内的各部件均固定安装在外框架4的内部，外框架4用于保护外框架4内各部件免受撞击。外框架4内固定设置有至少两个主驱动轮7，两个主驱动轮7位于进入到油管注入头100内的连续油管2的两侧，每个主驱动轮7的下方位置固定有辅助张紧轮12，同一侧的主驱动轮7和辅助张紧轮12之间通过环形链条8连接，环形链条8是首尾连接成一个圈的链条，套在主驱动轮7和辅助张紧轮12的外侧，随着同一侧的主驱动轮7和辅助张紧轮12的旋转，在主驱动轮7和辅助张紧轮12之间循环转动，每一条环形链条8上具有多个夹持块11，多个夹持块11均匀分布在同一条环形链条8上，夹持块11用于夹持连续油管2且输送连续油管2时防止打滑，主驱动轮7、辅助张紧轮12、环形链条8以及夹持块11共同组成连续油管夹持起下结构，连续油管夹持起下结构用于平稳起下连续油管2。双向夹持器10固定设置在连续油管2两侧的环形链条8之间，双向夹持器10的左端连接左侧环形链条8靠近连续油管2的环形链条8部分，双向夹持器10的右侧连接右侧环形链条8靠近连续油管2的环形链条8部分，使得连续油管2两侧的环形链条8上的夹持块11相互靠近以夹紧连续油管2。夹紧装置9左端连接连续油管2左侧环形链条8靠近连续油管2的环形链条8部分，夹紧装置9的右端连接右侧环形链条8远离连续油管2的部分，夹紧装置9用于提供横向夹持力和防止环形链条8转动时脱离主驱动轮7。连续油管夹持起下结构具体的运作为：主驱动轮7和辅助张紧轮12的旋转带动主驱动轮7和辅助张紧轮12之间的环形链条8在主驱动轮7和辅助张紧轮12之间循环转动，双向夹持器10和夹紧装置9加强夹持块11对连续油管2的夹持力，通过环形链条8转动实现连续油管2的起下。

外框架4内还固定有多通路液压分配器5，用于海洋水下连续油管设备300中液压循环通路的管理和液压部件的动作控制，多通路液压器5用于驱动主驱动轮8和辅助张紧轮12的自身旋转和夹紧连续油管2，以及调整夹紧装置9和双向夹持器10的夹持力度。多通路液压分配器5由多向阀件和管路组成。多通路液压分配器5上设置有若干个压力指示表6，压力指示表6用于显示海洋水下连续油管设备300中主驱动轮8、辅助张紧轮12、夹紧装置9、双向夹持器10中液压通路的液压压力值，不同压力指示表6为不同压力级别的液压表。

油管注入头100的下端的两侧设置有悬重传感器13，悬重传感器13用于测得连续油管夹持起下结构受到连续油管2的起出和下入时连续油管受到阻挡产生的作用力的载荷数据，具体为在起下连续油管2遇阻挡时，阻挡连续油管2的作用力会作用在输送连续油管2的连续油管夹持起下结构，固定油管注入头100中的连续油管夹持起下结构会对油管注入头100的整体产生作用力，位于油管注入头100的下端的两侧设置有悬重传感器13测量出这种作用力产生的载荷数据，通过复合钢芯电缆1传输到工程船29上的连续油管设备控制中心26以对状况作出应对。

如图4所示是海洋水下连续油管设备300的井口连接头200的结构示意图。井口连接头200的最上端是液压防喷盒15，液压防喷盒15和油管注入头100下端连接，穿过油管注入头100后的连续油管2从液压防喷盒15进入到井口连接头200内，液压防喷盒15内能挤压或者释放胶芯，胶芯用于填充密闭连续油管2外和液压防喷盒15内之间的环形空间，保护和稳定连续油管2在井口连接头200中的位置。

液压防喷盒15下端连接防喷管17，防喷管17垂直设置在井口连接头200内，穿过液压防喷盒15后的连续油管2进入到防喷管17内，防喷管17是用于容纳连续油管2的管形容器，可以承受100psi的高压。

防喷管17下端连接剪切闸板防喷器19，剪切闸板防喷器19用于在井喷等情况出现时，可以在短时间内剪断连续油管2并起到封闭井口的作用，也可以在无连续油管2情况下，起到封闭井口的作用。

井口连接头200的内部固定设置有若干个一级蓄能器20，一级储能器20和剪切闸板防喷器19连接，一级蓄能器20内部存储了高压气体，可以为剪切闸板防喷器19提供额外的辅助动力。

剪切闸板防喷器19下端连接液压连接器22，也即井口连接头的下端固定设置连接液压连接器22，用于海洋水下连续油管设备300和水下井口头23的连接，固定海洋水下连续油管设备300坐于水下井口头23之上，连续油管2穿过液压连接器22后从水下进口头23进入到水下井口内部。

井口连接头200内还设置有液压站16，液压站16包括闭式液压泵、驱动电机、驱动装置控制系统等部件，驱动电机带动闭式液压泵运作，为液压站16提供液压驱动力。驱动装置控制系统采用负载敏感闭式控制回路，根据海洋水下连续油管设备300的实际载荷，自动调整工作中的液压防喷盒15、剪切闸板防喷器22、应急液压插座18、液压连接器22的液压压力。液压站16可以采用电液控制方式，既可以实现连接外部电控系统进行控制，也可以实现高精度控制作业。液压站16还可以设置为两个，互为备用。

井口连接头200设置有应急液压插座18，应急液压插座18用于在海洋水下连续油管设备300出现整体断电的情况后，地面控制系统无法正常正常使用的情况下，通过下放工程船29配套的水下机器人，水下机器人上具有与井口装置的应急液压插座18适配的液压插头，液压插头插到井口装置的应急液压插座18中实现海洋水下连续油管设备300的应急解脱、紧急关断等功能。

井口连接头200外部固定设置有若干个水下摄像头14，用于观测海洋水下连续油管设备300的外部情况。

下面结合图1-4介绍具体施工步骤：

1、下水之前，连续油管2从连续油管滚筒27伸出，插入到油管注入头100内；复合钢芯电缆1连接海洋水下连续油管设备300。

2、启动油管注入头100中的主驱动轮7转动，主驱动轮7通过环形链条8带动辅助张紧轮12转动，夹紧装置9和双向夹持器10给环形链条8上的夹持块11提供夹持力，随着环形链条8转动将连续油管2输送到井口连接头200中的防喷管17内后停止输送，使得连续油管2可以被夹持在海洋水下连续油管设备300之中，跟随海洋水下连续油管设备300下入到水中。

3、通过工程船29上的吊车提起海洋水下连续油管设备300下入水中。

4、海洋水下连续油管设备300同时携带复合钢芯电缆1和连续油管2下入水中。

5、工程船29配套的水下机器人辅助海洋水下连续油管设备300靠近水下井口头23，最终坐于水下井口之上，启动井口连接头200的液压系统，井口连接头200下端的液压连接器22固定海洋水下连续油管设备300在井口之上。

6、启动油管注入头100中的主驱动轮7、辅助张紧轮12、环形链条8以及夹持块11共同组成连续油管夹持起下结构，连续油管夹持起下结构向井内输送连续油管2至井底。

7、配合连续油管2最下端的连续油管井下工具总成24执行钻井、修井、测试等作业内容。

上述工程船29配合海洋水下连续油管设备300将主要的用于输送连续油管2的设备都设置在海洋水下连续油管设备300内，然后将海洋水下连续油管设备300固定在水下井口，代替了现在需要在海面上建造价格昂贵和功能复杂的深水平台。另外深水平台在下入连续油管2靠近水下井口头23的过程中，需要依靠升沉补偿系统用于抵消海浪起伏以提高连续油管2准确到达水下井口头23的精度，另外还需要隔水管或者钻杆引导和保护连续油管2到达水下进口头。但本申请利用工程船29配合海洋水下连续油管设备300则无需使用升沉补偿系统、隔水管以及钻杆，利用水下机器人带海洋水下连续油管设备300坐于水下井口头23之上，同样实现了准确下入连续油管2到水下井口头23，提高了作业效率，节约了工程费用。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。