一种自升式钻井平台主动穿刺桩靴结构及其作业方法

技术领域

本发明属于海上自升式钻井平台技术领域，具体来说涉及一种自升式钻井平台主动穿刺桩靴结构及其作业方法。

背景技术

中国近海80％以上的油田开发都是通过自升式钻井平台完成的，自升式钻井平台通过初就位和精就位，实现与生产平台对接，然后推出悬臂梁进行钻井作业。自升式钻井平台在海上油田进行插桩就位作业时，由于插桩位置地层条件为硬土层下面有一软土层——俗称“鸡蛋壳地层”，往往会发生穿刺，造成平台受损、作业进度受阻，严重情况下甚至发生船体倾覆和人员伤亡的风险。

为了破坏鸡蛋壳地层，需要对鸡蛋壳地层进行主动破坏，目前主动破坏的方法为利用钻孔工具对桩靴设计位置进行一定比例和布局的钻孔，从而达到破坏鸡蛋壳地层的目的。

但是按照钻孔法对鸡蛋壳地层破坏的方法可能会出现破坏程度轻重不一的情况，增加了插桩作业风险、作业程序以及费用，因此需要改进桩靴结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自升式钻井平台主动穿刺桩靴结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自升式钻井平台主动穿刺桩靴结构，包括桩靴筒、桩靴底盘和穿刺柱；

所述桩靴筒底部连接桩靴底盘，所述桩靴底盘上形成有穿刺孔，在穿刺孔内设置有穿刺柱，所述桩靴筒内桩靴底盘的上方设置有传力圆盘，所述桩靴筒内传力圆盘的上方形成有液压腔，所述穿刺柱的上端与所述传力圆盘相连，所述桩靴底盘位于每个穿刺孔内设置有卡位装置，用于在穿刺柱伸出桩靴底盘后对其进行限位；

所述穿刺柱包括主体圆柱和圆锥头，圆锥头设置于主体圆柱的下端，所述主体圆柱柱体上设置有用于与卡位装置相配合的卡位槽，所述主体圆柱柱体上还设置有侧面摩擦力传感器和喷嘴，所述主体圆柱内部形成有内部流道，内部流道与喷嘴相连通；所述圆锥头上设置有锥端阻力传感器。

在上述技术方案中，所述穿刺柱等距分布在圆心位于所述桩靴底盘上中心点的若干同心圆上。

在上述技术方案中，所述圆锥头内部设置有静力触探仪，用于记录地层应力。

在上述技术方案中，所述卡位装置为限位环或限位销钉。

一种自升式钻井平台主动穿刺桩靴结构的作业方法，按照以下步骤进行：

步骤一、根据地质参数分析是否为鸡蛋壳地层来决定是否推出主动穿刺结构；

步骤二、向液压腔内施加液压将穿刺柱推出，并利用卡位结构将其固定；

步骤三、穿刺柱引导桩靴与桩腿下行，实现对鸡蛋壳地层的破坏，直至自升式钻井平台桩靴立于稳定基础之上；

步骤四、钻井作业结束后，通过喷嘴破坏地层吸附力，完成拔桩。

本发明的优点和有益效果为：

1、桩靴结构上设置有锥端阻力传感器、侧面摩擦力传感器，可在穿刺柱刺出及下行过程中采集压力信息，实时对作业进行监控。

2、在自升式钻井平台就位插桩时，通过升船和加水压载，桩靴和主动穿刺结构被压入地层。当地质钻孔预测为鸡蛋壳地层时，在桩靴接触泥面前利用液压伸缩装置推出主动穿刺结构，实现主动破坏，使自升式钻井平台桩腿立于稳定基础之上；如果地质钻孔预测为非鸡蛋壳地层，则保持穿刺结构在桩靴内部。该结构实现了自升式钻井平台插桩时遇鸡蛋壳地层能够进行主动破坏贯穿，使得大型装置立于稳定基础之上，保证了海上大型设施的安全。

附图说明

图1为本发明侧视结构示意图。

图2为本发明俯视结构示意图。

图3为图1中A区域的局部放大图，即穿刺柱的结构示意图。

其中：1为主体圆柱，2为圆锥头，3为锥端阻力传感器，4为传力圆盘，5为卡位装置，5-1为卡位槽，6为喷嘴，6-1为内部流道，7为侧面摩擦力传感器，8为桩靴底盘，9为桩靴筒，10为液压腔。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种自升式钻井平台主动穿刺桩靴结构，包括桩靴筒9、桩靴底盘8和穿刺柱；

所述桩靴筒9底部连接桩靴底盘8，所述桩靴底盘8上形成有穿刺孔，在穿刺孔内设置有穿刺柱，所述穿刺柱等距分布在圆心位于所述桩靴底盘上中心点的2个同心圆上，内圆上分布有3个，外圆上分布有6个。

所述桩靴筒9内桩靴底盘8的上方设置有传力圆盘4，所述桩靴筒9内传力圆盘4的上方形成有液压腔10，所述穿刺柱的上端与所述传力圆盘4相连，所述桩靴底盘8位于每个穿刺孔内设置有卡位装置5，用于在穿刺柱伸出桩靴底盘后对其进行限位；所述卡位装置5为限位环或限位销钉。

所述穿刺柱包括主体圆柱1和圆锥头2，圆锥头2设置于主体圆柱1的下端，所述主体圆柱1柱体上设置有用于与卡位装置5相配合的卡位槽5-1，所述主体圆柱1柱体上还设置有侧面摩擦力传感器7和喷嘴6，所述主体圆柱内部形成有内部流道6-1，内部流道6-1与喷嘴6相连通；所述圆锥头上设置有锥端阻力传感器3。所述圆锥头2内部还设置有静力触探仪，用于记录地层应力。

工作原理或者结构原理：海上自升式钻井平台压载升船时，首先根据地质参数分析是否为鸡蛋壳地层来决定是否通过液压伸缩器推出主动穿刺结构。主动穿刺结构推出后，然后升船插桩，插桩过程中根据地层参数显示的鸡蛋壳地层起止深度，利用压载水对桩靴和主动穿刺结构施加压力，实现对鸡蛋壳地层的破坏，主动穿刺机构的锥面会引导桩靴与桩腿下行，直至自升式钻井平台桩靴立于稳定基础之上。在钻井作业结束后，通过喷嘴破坏地层吸附力，便于拔桩。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。