阅读说明：本技术 一种深水钻井的水下井口应急解脱封井装置及方法 (Underwater wellhead emergency releasing well sealing device and method for deepwater drilling ) 是由 盛磊祥 许亮斌 刘书杰 肖凯文 李朝玮 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深水钻井的水下井口应急解脱封井装置及方法。所述水下井口应急解脱封井装置括防喷器和应急解脱装置；防喷器通过井口连接器与水下井口连接；应急解脱装置包括相配合的应急解脱接头母扣和应急解脱接头公扣；防喷器与应急解脱接头母扣连接,应急解脱接头公扣与隔水管连接；在应急解脱的工况下提升隔水管,在提升力的作用下应急解脱接头母扣和应急解脱接头公扣脱开,即实现隔水管与水下井口的解脱,同时通过液压控制防喷器关闭闸板进行封井。本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置,既可以用于常规钻井作业船,也可以用于工程船上,适应性强,作业灵活方便,可以广泛应用于采用水下井口开发模式的深水油气田的钻完井、修井作业。(The invention discloses an underwater wellhead emergency releasing well sealing device and method for deepwater drilling. The underwater wellhead emergency releasing and well sealing device comprises a blowout preventer and an emergency releasing device; the blowout preventer is connected with an underwater wellhead through a wellhead connector; the emergency release device comprises an emergency release connector female buckle and an emergency release connector male buckle which are matched with each other; the blowout preventer is connected with the female buckle of the emergency release joint, and the male buckle of the emergency release joint is connected with the marine riser; the riser is lifted under the working condition of emergency release, the female buckle of the emergency release joint and the male buckle of the emergency release joint are released under the action of lifting force, the release of the riser and an underwater wellhead is realized, and meanwhile, the ram is closed through the hydraulic control blowout preventer to seal a well. The underwater wellhead emergency releasing well-sealing device for deepwater drilling can be used for conventional drilling operation ships and engineering ships, has strong adaptability and flexible and convenient operation, and can be widely applied to drilling, well completion and well repair of deepwater oil and gas fields adopting an underwater wellhead development mode.)

一种深水钻井的水下井口应急解脱封井装置及方法

技术领域

本发明涉及一种深水钻井的水下井口应急解脱封井装置及方法，属于海上油气田水下井口模式的钻井、完井、修井技术领域。

背景技术

水下井口是海上油气田开发常用的装备，采用水下井口模式开发的油气井在钻井、完井及修井过程中一般都需要采用隔水管建立浮式钻井作业船和水下井口的循环通道，由于浮式钻井作业船在紧急情况下存在定位失效的风险，如果定位失效，钻井作业船发生持续偏离水下井口的情况，可能会对水下井口产生较大的应力载荷，甚至损坏，因此需要在应急情况下实现隔水管与井口的应急解脱，以确保水下井口、隔水管等设备的安全。常规的应急封井装置包括防喷器、电液控制盒、控制管缆、管缆滚筒等大型设备，触发应急解脱功能，需要从平台通过控制管缆传递电或者液信号给水下井口附近的执行机构，启动相关的解脱动作，这种方式是有效的，但是结构复杂，控制逻辑以及控制系统设备复杂，对钻井作业船的承载能力、甲板空间要求较高，而且控制管缆一般都需要随着隔水管一起安装，影响隔水管安装的作业效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易的水下井口应急解脱封井装置，结构简单，不需要单独安装从钻井作业船到水下井口的控制管缆，利用隔水管上提解脱产生的载荷，触发安装在水下井口附件的动力液系统启动封井动作，实现水下井口的解脱、封井的连续动作。

本发明水下井口应急解脱封井装置降低了对钻井作业船的要求，可以采用小型的钻井船或者工程船进行钻井、修井作业，降低了作业费用，提高了作业效率，油气适用于简单的钻井以及临时性的修井作业。

本发明所提供的深水钻井的水下井口应急解脱封井装置，包括防喷器和应急解脱装置；

所述防喷器通过井口连接器与水下井口连接；

所述应急解脱装置包括相配合的应急解脱接头母扣和应急解脱接头公扣；

所述防喷器通过防喷器连接适配器与所述应急解脱接头母扣连接，所述应急解脱接头公扣通过隔水管连接器适配器与隔水管连接；

在应急解脱的工况下提升所述隔水管，在提升力的作用下所述应急解脱接头母扣和所述应急解脱接头公扣脱开，即实现所述隔水管与所述水下井口的解脱，同时通过液压控制所述防喷器关闭闸板进行封井。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，所述防喷器用于在应急解脱动作启动时，关闭闸板密封水下井口，以防止井筒内的流体溢出，污染海洋环境。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，在应急解脱时，所述应急解脱接头母扣和所述应急解脱接头公扣脱开，使得所述隔水管与所述水下井口实现解脱；解脱完成后，应急解脱接头公扣与连接在一起的所述隔水管悬挂在钻井作业船上，应急解脱接头母扣与连接在一起的所述防喷器留在水下井口上方。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，所述应急解脱接头母扣与所述应急解脱接头公扣之间通过剪切销钉连接。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，所述应急解脱接头母扣与所述应急解脱接头公扣之间设有若有密封环，每次所述应急解脱接头母扣和所述应急解脱接头公扣完成连入水之前，都需要进行压力测试，以确保连接密封的有效性。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，所述水下井口应急解脱封井装置包括两个设于所述应急解脱接头母扣上的控制盒；

每个所述控制盒包括一个或多个蓄能器和一个两位单通阀，主要为所述防喷器的关闭闸板封井提供动力，实现对防喷器关井动力液的控制；

所述两位单通阀的阀芯的顶部连接一绳索，所述绳索的另一端连接所述应急解脱接头公扣；

当所述应急解脱接头母扣和所述应急解脱接头公扣配合时，通过弹簧保持所述两位单通阀处于关断的位置；

当所述应急解脱接头母扣和所述应急解脱接头公扣脱开时，在所述隔水管的提升力的作用下，所述绳索带动所述阀芯向上运动并压缩所述弹簧；当所述阀芯达到锁定的位置时，所述两位单通阀的连通腔室与所述蓄能器连通，

所述连通腔室通过液压管线将动力液输入至所述防喷器的闸板关闭腔，触发关井动作。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，所述蓄能器上设置压力表。

上述的水下井口应急解脱封井装置中，所述阀芯上设有锁定豁口，所述锁定豁口通过与所述两位单通阀的阀体外壳体上的锁定机构配合实现对所述阀芯的锁定。

利用本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置时，可按照下述步骤进行：

通过所述深水钻井的水下井口应急解脱封井装置连接水下井口和隔水管；

当发生应急解脱的工况时，通过作业船上的吊机或大钩提升所述隔水管，在提升力的作用下，所述应急解脱接头母扣与所述应急解脱接头公扣脱开，实现所述隔水管与所述水下井口的解脱；继续提升所述隔水管，启动液压控制所述防喷器关闭闸板进行封井，

具体地，当所述剪切销钉被剪断之后，所述绳索在所述应急解脱接头公扣的提升过程中，带动所述两位单通阀的阀芯向上运动，当所述阀芯到达锁定位置之后，所述锁定机构与所述阀芯的锁定豁口相配合，所述阀芯被锁定，继续提升所述隔水管，所述绳索被拉断，所述两位单通阀的连通腔室与所述蓄能器连通，所述蓄能器内的动力液通过管线进入所述连通腔室，然后进入所述防喷器闸板关闭腔的液压管线，触发关井动作，应急关井动作完成；同时继续提升所述隔水管，所述绳索被拉断，应急解脱动作完成。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

1、本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置，采用小型的钻井船舶或工程船即可进行深水水下井口的钻井、修井作业，能够大大降低作业费用，提高效率。

2、本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置，将应急解脱和封井的控制功能模块全部安装水下井口附近，钻井作业船上不需要安装复杂的地面控制设备。

3、本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置，将应急封井的信号传递、动力设备全部放到水下，不需要采用常规的控制管缆及配套滚筒设备，降低了对钻井作业船的承载和甲板空间的要求。

4、本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置，既可以用于常规钻井作业船，也可以用于工程船上，适应性强，作业灵活方便，可以广泛应用于采用水下井口开发模式的深水油气田的钻完井、修井作业。

附图说明

图1是本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置的结构示意图；

图2是本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置中控制盒的局部示意图；

图3是本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置完成应急解脱后的结构示意图；

图4是本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置完成应急解脱后，控制盒的局部示意图。

图中各标记如下：

1隔水管、2应急解脱接头公扣、3应急解脱接头母扣、4控制盒、5防喷器连接器、6，7液压管线、8海床面、9剪切销钉、10密封环、11绳索、12防喷器、13井口连接器、14水下井口、15导管、4001蓄能器、4002压力表、4003关断阀、4004泄油管线、4005关闭腔室、4006连通腔室、4007弹簧、4008阀芯提拉环、4009锁定机构、4010阀芯、4011锁定豁口、4012两位单通阀阀体外壳体、4013，4014液压管线、4015两位单通阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的深水钻井的水下井口应急解脱封井装置，从下到上依次包括：井口连接器13、防喷器12、防喷器连接器5、应急解脱接头母扣3、应急解脱接头公扣2，防喷器12通过井口连接器13连接于水下井口14上，应急解脱连接器公扣2通过隔水管连接器与隔水管1连接在一起，并一直通过隔水管1向上延伸至作业船舶，应急解脱连接器母扣3过防喷器连接器5与防喷器12连接。。应急解脱接头母扣3与应急解脱接头公扣2之间通过均布于外围的2～4个剪切销钉9实现连接，应急解脱接头母扣3与应急解脱接头公扣2之间的密封由密封环10实现，每次应急解脱接头母扣3和应急解脱接头公扣2完成连入水之前，都需要进行压力测试，以确保连接密封的有效性。

应急解脱接头母扣3上安装有两个控制盒4，控制盒4的主要作用是：在应急情况下提供动力液，并引导动力液进入防喷器12的闸板关闭腔的液压管线6，触发关闭闸板的封井动作，以确保井筒内的油气不至于在应急解脱连接器解脱后溢出井筒污染海洋环境。

如图2所示，控制盒4的结构如下：包括两个蓄能器4001和两位单通阀4015(一备一用)。其中，蓄能器4001上安装有压力表4002，用于监测显示蓄能器在水下的压力状态，确保压力状态有效。如果蓄能器压力不足，需要在保持关断阀4003关闭的状态下，对蓄能器4001进行充压。两位单通阀4015的阀芯4010顶部的阀芯提拉环4008通过绳索11连接到应急解脱接头公扣2上。

当应急解脱连接器处于连接状态时，通过弹簧4007的压力保证阀芯处于关闭腔4005与液压管线4013、液压管线4014、泄油管线4004、关断阀4003的连通位置，保持两位单通阀4015处于关断的位置。存储在蓄能器4001内的高压动力液处于工作压力等级并待命状态，开启关断阀4003。

当发生应急解脱的工况，作业船采取措施，通过作业船吊机或大钩提升隔水管1，并持续增加提升力，载荷沿着隔水管1传递到剪切销钉9和绳索11上，当剪切销9钉被剪断之后，绳索11在应急解脱接头公扣2的向上提升过程中，带动两位单通阀4015的阀芯提拉环4008及与其相连的阀芯4010、关闭腔室4005和连通腔室4006向上运动，当阀芯4010的锁定豁口4011到达锁定位置之后，弹簧触发锁定机构4009(位于两位单通阀阀体外壳体4012上)与阀芯4010上的锁定豁口4011相配合，阀芯4010的位置状态被锁定，连通腔室4006与液压管线4013、4014、泄油管线4004、关断阀4003的连通，处于连通位置，蓄能器4001里的高压工作液体通过连通腔室4006，进入液压管线4013，进入防喷器闸板关闭腔的液压管线6，触发关井动作，回油通过液压管线4014，通过连通腔室4006，进入泄油管线4004直接排海。应急关井动作完成。与此同时继续提升隔水管1，连接在应急解脱接头公扣2与阀芯提拉环4008之间的绳索11就会被拉断，应急解脱动作完成。

本发明深水钻井的水下井口应急解脱封井装置完成应急解脱后的结构示意图如图3所示，控制盒的局部示意图如图4所示。