[发明专利]一种张力系泊式水中钻井系统及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋油气钻采技术，特别是一种用于在超深海环境下的张力系泊式水中钻井系统及其安装方法。

背景技术

随着陆地、近海与中深海域油气资源的逐渐枯竭，为了满足人类对石油资源的巨大需求，当下深海(500～1500m)与超深海(1500m以上)油气田勘探开发是世界石油工业的主要增长点。

目前，国际海洋石油工业通过使用现有的钻井船(或钻井平台)，进行海洋石油钻井是一种成熟的技术。然而，这种现有的海洋石油钻井技术用于超深海的石油勘探，对钻井船(或钻井平台)以及海底钻井设备的设计要求高，造价昂贵。此外，在超深海环境中对海底钻井设备的检修难度大，检修成本高。

为此，依据美国专利申请第4511287号以及中国专利申请第97194273.0号可知，将海底钻井设备放置在水中一立管塔或潜没浮体上，即水中钻井技术，可极大地降低海面钻井设施和钻井设备的设计要求，同时大大降低超深海油气田勘探开发的技术难度和资本投入。

然而，按照现有的水中钻井技术，在下部隔水管与水中钻井设备的安装过程中，潜没浮体的稳定性不够，加大了安装工艺的难度；此外，通过使用安装完毕的下部隔水管作为张力支柱为潜没浮体提供稳定性支撑，在简化工艺的同时却带来了极大的安全问题。在深海石油钻井过程中，需考虑到井筒内部的不确定性压力作用到下部隔水管的问题，由此引发的巨大上提张力可能会造成下部隔水管的断裂，同时潜没浮体迅速上浮，与海面钻井船(或钻井平台)发生撞击，潜在风险巨大。

发明内容

为解决现有水中钻井技术在超深海环境中遇到的上述问题，本发明要提供一种张力系泊式水中钻井系统及其安装方法，能够在下部隔水管与水中钻井设备的安装过程中为下部隔水管与水中钻井设备提供稳定的安装平台，同时极大地提高现有水中钻井技术的安全系数。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种张力系泊式水中钻井系统，包括钻井船、水中钻井平台、张力系泊装置、防喷器组、上部隔水管、下部隔水管以及海底井口装置；

所述的水中钻井平台位于海面下H1处，通过张力系泊装置系泊在海床上以约束水中钻井平台在水中的运动；水中钻井平台上部设置有三个井口头，每个井口头的下端设置有隔水管通道；下部隔水管的上端通过隔水管通道与水中钻井平台上部的井口头连接、其下端与海底井口装置连接；上部隔水管的上端与钻井船连接、其下端与防喷器组连接；所述的防喷器组安装在水中钻井平台上部的井口头上；所述的H1为150-350m；

所述的水中钻井平台采用海星式结构，中央柱结构边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒，它们在平面上的夹角为120°，形成辐射状，矩形截面悬臂浮筒末端采用中性浮力的桁架结构。

本发明所述的张力系泊装置包括三根螺旋钢丝绳股和三个海底桩基。

一种张力系泊式水中钻井系统的安装方法，包括以下步骤：

A、预备工作

将桩基、海底井口装置安装在海床上；安装驳船拖曳水中钻井平台到达目标海域；

B、水中钻井平台的安装

B1、安装驳船利用吊装缆绳将水中钻井平台吊入到海面下H1处；

B2、安装驳船下放远程控制机器人，远程控制机器人完成螺旋钢丝绳股与海底桩基的连接；

B3、安装驳船通过脐带缆向水中钻井平台输送压缩氮气，提升水中钻井平台的净浮力，同时张紧三根螺旋钢丝绳股，从而为下部隔水管的安装提供一个相对平稳的工作环境；所述的三根螺旋钢丝绳股的顶张紧力系数为1.1-1.3；

C、下部隔水管的安装

C1、钻井船运行到达海上目标作业区，钻井船利用下入管柱使得下部隔水管顺利通过水中钻井平台；

C2、在下部隔水管通过水中钻井平台，距离海底井口装置上方50米左右时，钻井船通过水中钻井平台的浮力调节装置逐渐降低其净浮力，放松先前张紧的螺旋钢丝绳股，下部隔水管借助下入管柱继续下放，并完成与海底井口装置的对接；

C3、钻井船通过脐带缆向水中钻井平台送入压缩氮气，提升水中钻井平台的净浮力，水中钻井平台上浮完成与下部隔水管的连接；

C4、钻井船通过脐带缆继续向水中钻井平台送入压缩氮气，提升水中钻井平台的净浮力，使下部隔水管的顶张紧力达到设计标准；所述的设计标准为下部隔水管的顶张紧力系数1.4-1.6，三根螺旋钢丝绳股的顶张紧力系数1.1-1.3；

D、防喷器组的安装