阅读说明：本技术 深水地质钻探套管和套管吊放系统及套管吊放方法 (Deepwater geological drilling casing, casing hoisting system and casing hoisting method ) 是由 任士房 杨永波 何挺 项后军 郭建波 李光耀 曾洪贤 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深水地质钻探套管和套管吊放系统及套管吊放方法,深水地质钻探套管包括套管主体,套管主体包括多个套管节段,多个套管节段自上而下依次堆叠并相连；套管节段包括至少两个套管单元,各套管单元平行间隔分布并相连；套管主体的长度与待钻探的海床距离预设位置的高度相适配。本发明的深水地质钻探套管刚度大、稳定性好,钻进过程中不易产生弯曲以及底部走移。(The invention discloses a deepwater geological drilling casing, a casing hoisting system and a casing hoisting method, wherein the deepwater geological drilling casing comprises a casing main body, the casing main body comprises a plurality of casing sections, and the plurality of casing sections are sequentially stacked and connected from top to bottom; the casing section comprises at least two casing units, and the casing units are distributed in parallel at intervals and connected; the length of the casing body is adapted to the height of the seabed to be drilled from a predetermined position. The deep water geological drilling casing pipe has the advantages of high rigidity and good stability, and is not easy to bend and move at the bottom in the drilling process.)

深水地质钻探套管和套管吊放系统及套管吊放方法

技术领域

本发明涉及水域工程勘察领域，具体涉及一种深水地质钻探套管和套管吊放系统及套管吊放方法。

背景技术

近年来，我国在海域工程建设方面取得了举世瞩目的成绩，岩土工程勘察也伴随着海洋桥梁、隧道、铁路等工程建设，得到迅猛发展。以新建宁波至舟山铁路西堠门大桥岩土工程勘察、新建平潭海峡公铁大桥岩土工程勘察、琼州海峡跨海通道专题研究地质钻探为例，岩土工程勘察的难度和挑战性不言而喻，面对极端复杂恶劣的海域环境，诸如波高浪涌、流速大、深水域(特别是深度大于80m)、海床岩面裸露、海底地形起伏大等，采用常规的地质套管进行钻探取样，会遇到以下问题：

(1)常规的地质套管为直径108～270mm，深水海域流速大，而套管刚度较小，在下放过程中极易弯曲和垂直偏角过大。

(2)如果海床地形环境复杂、岩面裸露，常规的地质套管难于落底着床，即使勉强落底着床，海域水深过大，套管长细比大，钻进过程中易产生弯曲甚至底部走移，给钻进带来极大的风险。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种深水地质钻探套管和套管吊放系统及套管吊放方法，刚度大、稳定性好，钻进过程中不易产生弯曲以及底部走移。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种深水地质钻探套管，其包括套管主体，所述套管主体包括多个套管节段，多个所述套管节段自上而下依次堆叠并相连；所述套管节段包括至少两个套管单元，各所述套管单元平行间隔分布并相连；所述套管主体的长度与待钻探的海床距离预设位置的高度相适配。

在上述技术方案的基础上，相邻的两个所述套管节段所包含的套管单元之间通过连接件可拆卸相连。

在上述技术方案的基础上，所述连接件包括：

两个法兰盘，两个所述法兰盘分别设于相邻的两个所述套管节段中的套管单元的两端；

螺栓，其贯穿于两个所述法兰盘，且两端分别固定于两个所述法兰盘上。

在上述技术方案的基础上，所述套管主体还包括螺纹套管，所述螺纹套管设于所述套管主体的最顶端的套管节段所包含的套管单元的顶端。

在上述技术方案的基础上，所述套管主体还包括爪脚，所述爪脚设于所述套管主体的最底端的套管节段所包含的套管单元的底端。

在上述技术方案的基础上，所述套管节段包括三个套管单元，三个所述套管单元围设形成的形状为三棱柱。

本发明还提供一种用于吊放上述所述的深水地质钻探套管的系统，其包括：

钻孔平台，其设于所述预设位置，所述钻孔平台上开设有吊装孔；

吊具，其组设于钻孔平台上且位于吊装孔上方，其用于吊放所述套管节段。

在上述技术方案的基础上，所述吊具包括：

吊架，其设于所述钻孔平台上；

定滑轮，其固定于所述吊架上，且所述定滑轮位于所述吊装孔的正上方；

吊绳，其一端绕过所述定滑轮并用于与所述套管节段相连。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括两根拉绳，两根所述拉绳的一端分别与所述套管主体的最底端的套管节段的两侧相连，并用于调节所述套管主体的垂直度。

本发明还提供一种使用上述所述的系统吊放深水地质钻探套管的方法，其包括以下步骤：

使用所述吊具将待吊放的套管节段吊装至所述吊装孔的上方；

将所述待吊放的套管节段与固定于所述吊装孔上的已吊放的套管节段相连，完成该待吊放的套管节段的吊放；

将所有的已吊放的套管节段下放，并将位于最顶端的套管节段固定于所述吊装孔上；

重复上述步骤，直至所有的已吊放套管节段中位于最底端的套管节段置于所述海床上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的供一种深水地质钻探套管，包括套管主体，将套管主体在长度方向上分成多个套管节段在工厂预制，再分段运输到钻孔平台上，再分段吊放套管节段，在海域内进行拼装，避免一次性下放长度尺寸过大的套管至深海域中，相对于一次性吊放整根套管，本发明吊放过程中的已吊放的套管节段的重心更靠上，受到的深海域的大流速的影响小，结构更稳定，能防止吊放过程中套管节段的弯曲和垂直度的偏移。而且套管节段包括至少两个套管单元，各套管单元平行间隔分布并相连，这样大大增加了每个套管节段的重量和刚度以及最终形成的套管主体的重量和刚度，在遭遇深海域的大流速的情况下，也能保持稳定不发生偏移和弯曲，保证钻孔杆顺利通过套管主体对待钻探的海床进行钻孔。

附图说明

图1为本发明实施例中深水地质钻探套管的结构示意图；

图2为本发明实施例中连接件的结构示意图；

图3为本发明实施例中吊放深水地质钻探套管的系统的结构示意图。

图中：1-套管主体，10-套管节段，100-套管单元，11-螺纹套管，12-爪脚，13-拉绳，2-海床，3-预设位置，4-连接件，40-法兰盘，41-螺栓，5-钻孔平台，50-吊装孔，6-吊具，60-吊架，61-定滑轮，62-吊绳。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种深水地质钻探套管，包括套管主体1，套管主体1的长度与待钻探的海床2距离预设位置3的高度相适配，其中预设位置3指预先探测的用于钻探施工的钻孔平台5距离待钻探的海床2的高度，先探测需要钻探的海床2距离钻孔平台5的高度，根据测量的高度来设计套管主体1的长度，将套管主体1在长度方向上分成多个套管节段10在工厂预制，再分段运输到钻孔平台5上，再分段吊放套管节段10，在海域内进行拼装，避免一次性下放长度、尺寸过大的套管至深海域中，多个套管节段10在吊放过程中自上而下依次堆叠并相连最终形成套管主体1，相对于一次性吊放整根套管，本发明吊放过程中的已吊放的套管节段10的重心更靠上，受到的深海域的大流速的影响小，结构更稳定，能防止吊放过程中套管节段10的弯曲和垂直度的偏移。而且套管节段10包括至少两个套管单元100，各套管单元100平行间隔分布并相连，这样大大增加了每个套管节段10的重量和刚度以及最终形成的套管主体1的重量和刚度，在遭遇深海域的大流速的情况下，也能保持稳定不发生偏移和弯曲，保证钻孔杆顺利通过套管主体1对待钻探的海床2进行钻孔。

参见图2所示，相邻的两个套管节段10所包含的套管单元100之间通过连接件4可拆卸相连，既方便通过调整相互连接的套管节段10的数量，来控制套管主体1的长度，以适应不同深度的钻探海域，可根据实际的钻探的条件来选择套管节段10的数量，而且钻孔结束后，可将套管节段10逐段拆卸并再次回收利用。

优选的，连接件4包括两个法兰盘40，法兰盘40的直径比套管单元100的外径大约5cm，上开设有6～8个均匀分布的连接孔。两个法兰盘40分别设于相邻的两个套管节段10中的套管单元100的两端；螺栓41贯穿于两个法兰盘40的连接孔中，且两端分别固定于两个法兰盘40上，将相邻的两个套管节段10中的套管单元100固定在一起，实现相邻的两个套管节段10的可拆卸连接。

参见图1所示，可选的，套管主体1还包括螺纹套管11，螺纹套管11设于套管主体1的最顶端的套管节段10所包含的套管单元100的顶端。当所有的套管节段10都下放，位于最底端的套管节段10也置于待钻探的海床2上，但是位于最顶端的套管节段10仍然在钻孔平台5的下方，此时可以将普通的套管与套管主体1的最顶端的套管节段10上的螺纹套管11螺接在一起，将套管主体1加长，并将套管主体1固定在钻孔平台5上。

参见图1所示，可选的，套管主体1还包括爪脚12，爪脚12设于套管主体1的最底端的套管节段10所包含的套管单元100的底端。爪脚12是由多根韧性钢筋沿套管单元100的外圆周方向焊接而成，韧性钢筋的迎土端呈削竹式尖锐断面，方便着落于海床2上，保证套管主体1的稳定性。

参见图1所示，优选的，套管节段10包括三个套管单元100，三个套管单元100围设形成的形状为三棱柱。三个套管单元100之间通过横向加劲钢管连接。

位于套管主体1的最顶端的套管节段10的三个套管单元100的内径可为108mm、127mm、180mm、270mm等，根据实际需要制作，但三个套管单元100的内径宜一致，三个套管单元100平面上形成等腰三角形，等腰三角形边长≤1.0m，套管单元100长度约0.5～1.0m。横向加劲钢管直径约100mm，与套管单元100焊接为一体，但不能侵入套管单元100内径，阻碍钻杆通过。

位于套管主体1中间的套管节段10的三个套管单元100的内径可为108mm、127mm、180mm、270mm等，根据实际需要制作，但三个套管单元100的内径宜一致且与位于套管主体1的最顶端的套管节段10的三个套管单元100的内径匹配，三个套管单元100平面上形成等腰三角形，等腰三角形边长≤1.0m，套管单元100长度可以根据实际需要取值，为方便运输和码放，一般约3～5m，横向加劲钢管直径约100mm，与套管单元100焊接为一体，但不能侵入套管单元100内径。加劲钢管的分布方式为：沿套管单元100长度方向，每1.0m焊接三根，三根加劲钢管组成一个等腰三角形，且在一个水平面上，为了加大刚度，可在等腰三角形平面间加焊斜向加劲钢管。

位于套管主体1最底端的套管节段10的三个套管单元100内径可为108mm、127mm、180mm、270mm等，根据实际需要制作，但三个套管单元100的内径宜一致且与位于套管主体1中间的套管节段10的三个套管单元100的内径匹配，三个套管单元100平面上形成等腰三角形，等腰三角形边长≤1.0m，套管单元100的长度可以根据实际需要取值，一般约5m，横向加劲钢管直径约100mm，与钢管焊接为一体，但不能侵入套管单元100的内径。加劲钢管的分布方式为：沿套管单元100长度方向，每1.0m焊接三根，三根加劲钢管组成一个等腰三角形，且在一个水平面上，为了加大刚度，可在等腰三角形平面间加焊斜向加劲钢管。套管单元100底部应预留约2～3m不焊接加劲钢管。

而且经过在水深≥80m，潮速≥3.0m/s，海床为中风化岩石的环境中；和每年6级以上大风超过300天，7级以上大风超过200天，最大浪高约9.69米的环境中；以及水道平均宽度为29.5公里，最窄处19.4公里，水深40-160米，平均44米，具有水深、风大、浪高、流急、地质构造复杂、地震烈度较高的环境中使用本发明实施例中的套管，取得了良好的经济和工程效果。

参见图3所示，本发明实施例还提供一种用于吊放上述的深水地质钻探套管的系统，其包括钻孔平台5和吊具6，钻孔平台5用于供施工人员施工，钻孔平台5上开设有吊装孔50，钻孔平台5设于预设位置3，预设位置3为预先标志钻孔平台5的位置，先探测需要钻探的海域的海床2距离海面的高度，并结合海面上需要搭设的钻孔平台5距离海面的高度，来预先确定海床2距离钻孔平台5的高度，并将得到的钻孔平台5的位置标记为预设位置3，后期再在预设位置3搭建钻孔平台5进行施工，从而使得套管主体1的长度与待钻探的海床2距离钻孔平台5的高度相适配，吊具6将套管节段10吊放到吊装孔50中，并直至位于最底端的套管节段10置于待钻探的海床2上。实现所有的套管节段10的全部下放。

参见图3所示，吊具6包括设于钻孔平台5上的吊架60和固定于吊架60上的定滑轮61以及吊绳62，且定滑轮61位于吊装孔50的正上方；吊绳62一端绕过定滑轮61并用于与套管节段10相连。施工人员在吊绳62另一端拉动吊绳62来起吊套管节段10，将套管节段10起吊至吊装孔50的正上方，套管节段10能正对着至吊装孔50竖直地被下放到吊装孔50内。因此本发明实施例的吊具6能轻松地起吊重量较大的套管节段10，而且能保证套管节段10的下放的垂直度。

更进一步的，系统还包括两根拉绳13，两根拉绳13的一端分别与套管主体1的最底端的套管节段10的两侧相连，并用于调节套管主体1的垂直度。当深海域内的流速增大，施工人员可根据流速和方向来调整两根拉绳13的拉力，来拉住套管主体1，防止套管主体1底部的偏移，保证套管主体1的垂直度。

本发明实施例还提供一种使用上述的系统吊放深水地质钻探套管的方法，其包括以下步骤：

S1：使用吊具6将最底端的待吊放的套管节段10吊装至吊装孔50的上方，并将该待吊放的套管节段10的顶端固定在吊装孔50，完成该套管节段10的吊放；

S2：使用吊具6将待吊放的套管节段10吊装至吊装孔50的上方；

S4：将待吊放的套管节段10的底端与固定于吊装孔50上的已吊放的套管节段10的顶端相连，完成该待吊放的套管节段10的吊放；

S5：将所有的已吊放的套管节段10下放，并将位于最顶端的套管节段10的顶端固定于吊装孔50上；

重复步骤S2-S5，直至所有的已吊放套管节段10中位于最底端的套管节段10置于待钻探的海床2上。

吊放完所有的套管节段10后，选取其中一个套管单元100，向该套管单元100内下放钻孔杆，钻孔杆对海床2进行钻孔。

钻孔完成后，通过吊绳62将位于套管主体1最顶端的套管单元100起吊至吊装孔50，将该套管单元100与和该套管单元100相邻的套管单元100之间的法兰盘40松开，拆卸出该套管单元100，以此类推，拆卸掉所有的套管单元100，以备下一次使用。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。