[发明专利]一种深水表层导管送入工具解脱模拟实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种深水表层导管送入工具解脱模拟实验装置及方法，该装置包括实验架、低压井口头、深水表层导管送入工具、旋转电机、提升电机装置、联轴器、数据采集器和计算机，旋转电机的输出轴和提升电机装置的输出轴上分别设置有扭矩传感器和拉力传感器，深水表层导管送入工具内设置有多个防转销钉感应片，扭矩传感器、拉力传感器和多个防转销钉感应片分别通过多根数据线与与计算机相连。本发明公开的深水表层导管送入工具解脱模拟装置及方法，通过对深水表层导管送入工具的锁紧、解脱和回收等作业的实验受力分析，为优化销钉布置的制定方案提供依据，进而提高深水表层导管送入工具深水喷射作业的安全性、高效性和精准性。

技术领域

本发明涉及海洋油气钻探技术领域，具体涉及一种深水表层导管送入工具解脱模拟实验装置及方法。

背景技术

深水钻井一般指的是海上作业水深超过900米的钻井，在海洋深水钻井过程中，由于深水钻井表层浅部未成岩地层强度不高，易发生坍塌，深水表层导管作为整个深水油井建造过程中安装的第一层套管，它为其后所有的套管及井口设备提供结构支撑，是深水钻井的“咽喉”。

深水表层导管喷射下入技术是深水钻井工程施工的关键环节，该技术能将“一开”钻进、导管下入和“二开”井眼钻进等多个步骤通过一趟管柱实现连续钻进送入，大幅度节约作业时间和成本。深水表层导管送入工具是实现深水喷射下导管下入表层导管的关键工具，因其具有继续钻进的功能，又称为深水继续钻进送入工具。在使用过程中，深水表层导管送入工具先与钻头等钻具组装，再与低压井口头、表层导管、泥垫组装后，然后下入海底指定位置，最后进行喷射作业。喷射到位后，经过机械连接后，剪断上部的解脱销钉实现深水表层导管送入工具的解脱，下放芯轴进行“二开”钻进，钻进到位后上提钻杆，上提力将深水表层导管送入工具与低压井口头之间的定位销钉剪断，使得深水表层导管送入工具与低压井口头分开而被回收。

由于深水表层导管送入工具的内部结构及其零部件非常复杂，内部结构及其零部件并非孤立，而是相互配合、协同工作，当深水表层导管送入工具解脱和回收时，经过一系列复杂的机械运动，一旦在正常施工过程中销钉未能被正常剪断，将导致深水表层导管送入工具不能回收，甚至导致钻杆断裂、水下井口废弃，造成巨大的经济损失。

深水表层导管送入工具在下放、解脱与回收等过程中的受力较为复杂，不同过程中不同销钉所发挥的作用是不相同的，因此对是否对其剪断的要求也不一样。例如：定位销钉在下放过程中要承受水下基盘、水下井口及表层导管等装置的重量，不能被剪断；解脱销钉在下放过程中承受喷射管柱重量和环境及机械扰动载荷，不能被剪断；在解脱过程中，在扭矩剪断等特定载荷作用下，只有解脱销钉剪断后，芯轴与芯轴衬套分离；在回收过程中，在特定上提力下，能够依靠上提力剪断定位销钉，实现深水表层导管送入工具及其喷射管柱的回收。然而，由于进行实验室研究缺乏相应的模拟装置，导致深水表层导管送入工具在下放、解脱与回收等过程中精确受力分析和实施等得不到有效研究，因此在实际生产过程中深水表层导管送入工具进行表层导管喷射作业时不能精准有效解脱的事故时有发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深水表层导管送入工具解脱模拟装置及方法，用以解决在实际生产过程中深水表层导管送入工具进行表层导管喷射作业时不能精准有效解脱的事故时有发生的问题。