(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110685296 A(43)申请公布日 2020.01.14
(21)申请号 201910876713.7(22)申请日 2019.09.17
(71)申请人 广州海洋地质调查局
地址 510075 广东省广州市环市东路477号 申请人 中国地质科学院勘探技术研究所(72)发明人 秦绪文 宋刚 陆敬安 谢文卫
寇贝贝 刘春生 邵玉涛 牛庆磊 刘晓林 崔淑英 (74)专利代理机构 石家庄冀科专利商标事务所
有限公司 13108
代理人 汤志强(51)Int.Cl.
E02D 27/52(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图3页
(54)发明名称
一种组合式吸力锚及其海底贯入方法(57)摘要
一种组合式吸力锚及其海底贯入方法，属于海底钻井技术领域。所述组合式吸力锚包括若干组垂直布置的筒体和基管；所述筒体顶端封闭、下端敞开，在筒体的顶端设置出气口和吸水口，所述吸水口通过管路与吸力锚贯入设备液控系统中的吸水泵连接，每一组筒体中出气口、吸水口的开闭动作由液控系统进行独立控制，相邻两组筒体通过外侧筋板以焊接方式连接，由筒体和外侧筋板围合成上下两端敞开的环状结构；所述基管布置在筒体内部和/或环状结构中，相邻两组基管之间以及基管与筒体侧壁、外侧筋板之间均通过内侧筋板以焊接方式连接。本发明通过对组合式吸力锚结构及其海底贯入方式的创新设计，达到了提高深海井口稳定性的目的。
CN 110685296 ACN 110685296 A
权 利 要 求 书
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1.一种组合式吸力锚，其特征在于：所述组合式吸力锚包括若干组垂直布置的筒体（1）和基管（2）；所述筒体（1）顶端封闭、下端敞开，在筒体的顶端设置出气口（1-1）和吸水口（1-2），所述吸水口（1-2）通过管路与吸力锚贯入设备液控系统中的吸水泵连接，每一组筒体（1）中出气口（1-1）、吸水口（1-2）的开闭动作由液控系统进行独立控制，相邻两组筒体（1）通过外侧筋板（4）以焊接方式连接，由筒体（1）和外侧筋板（4）围合成上下两端敞开的环状结构；所述基管（2）布置在筒体（1）内部和/或环状结构中，相邻两组基管（2）之间以及基管（2）与筒体（1）侧壁、外侧筋板（4）之间均通过内侧筋板（3）以焊接方式连接。
2.根据权利要求1所述的组合式吸力锚，其特征在于：所述筒体（1）数量为两组，由两组筒体（1）和外侧筋板（4）围合成上下两端敞开的“一”字型环。
3.根据权利要求2所述的组合式吸力锚，其特征在于：所述基管（2）数量为三组，三组基管（2）分别布置在两组筒体（1）内部和“一”字型环的中间部位。
4.根据权利要求2所述的组合式吸力锚，其特征在于：所述基管（2）数量为两组，两组基管（2）均布置在“一”字型环中。
5.根据权利要求1所述的组合式吸力锚及其海底贯入方法，其特征在于：所述筒体（1）数量为三组，由三组筒体（1）和外侧筋板（4）围合成上下两端敞开的三角形环；所述基管（2）布置在筒体（1）的内部和/或三角形环中。
6.根据权利要求1所述的组合式吸力锚，其特征在于：所述筒体（1）数量为四组，由四组筒体（1）和外侧筋板（4）围合成上下两端敞开的方形环；所述基管（2）布置在筒体内部和/或方形环中。
7.根据权利要求1所述的组合式吸力锚，其特征在于：所述筒体（1）数量为六组，由六组筒体（1）和外侧筋板（4）围合成上下两端敞开的六边形环；所述基管（2）布置在筒体内部和/或六边形环中。
8.一种组合式吸力锚海底贯入方法，用以实现如权利要求1至7中任一项所述的组合式吸力锚整体平稳垂直贯入海底泥层中，其特征在于：具体操作步骤如下：
a、组合式吸力锚吊装下水，所有筒体（1）顶端的出气口（1-1）打开，在其自身重力作用下，筒体（1）缓慢贯入海底泥层中；
b、当组合式吸力锚贯入海底一定深度后，其自身重力与海底泥层阻力平衡时，自重贯入停止；
c、通过检测仪器对每一组筒体（1）贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量；d、根据测量的每一组筒体贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度数据，判断组合式吸力锚中不同筒体贯入深度的差异，将其中贯入深度较浅筒体（1）上的出气口（1-1）关闭，开启与该筒体吸水口（1-2）对应的吸力泵，将海水从筒体（1）内抽出，在内外压差作用下筒体继续贯入；
e、当检测仪器测量数据显示所有筒体（1）的贯入深度一致，组合式吸力锚倾斜角度满足技术要求时，停止吸力泵运转；
f、关闭所有筒体上的出气口（1-1），启动所有筒体的吸水泵，将海水从筒体（1）内抽出形成负压，随着负压的增大筒体继续贯入；
g、在负压贯入过程中，实时通过检测仪器测量每一组筒体（1）贯入深度和组合式吸力锚的倾斜角度；
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权 利 要 求 书
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h、根据负压贯入过程检测仪器测量的数据，判断组合式吸力锚的倾斜角度是否符合技术要求，并按照步骤d的方法，调整对应筒体贯入深度，保持负压贯入过程中所有筒体的贯入深度一致，保证组合式吸力锚整体垂直平稳贯入海底；
i、当组合式吸力锚贯入海底深度符合技术要求时，停止所有吸力泵运转；j、再次通过检测仪器对每一组筒体（1）贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量，根据测量数据，重复步骤d的操作，使所有筒体（1）的贯入深度一致；
k、采用喷射导管钻进技术将导管安装在基管（2）内，完成组合式吸力锚海底贯入作业。9.根据权利要求8所述的组合式吸力锚海底贯入方法，其特征在于：在步骤d中，对每一组筒体（1）贯入深度进行校正，使所有筒体（1）的贯入深度一致。
10.根据权利要求8所述的组合式吸力锚海底贯入方法，其特征在于：在步骤k中，所述喷射导管钻进技术即：在导管中下入钻头和钻杆，钻井液通过钻杆、钻头对导管底部泥沙冲洗混合后，再沿导管内壁与钻杆环状间隙返出，导管在自重和钻井液射流的重力作用下，随钻头钻出的领眼下沉至设计深度，喷射钻进到位后利用周围海底泥土的黏附力和摩擦力稳固导管。
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说 明 书
一种组合式吸力锚及其海底贯入方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种吸力锚及其海底贯入方法，尤其是一种组合式吸力锚及其海底贯入方法。
背景技术
[0002]在海底钻井工程中，吸力锚是为解决海底软地基承载、增强井口稳定性问题而研制的一种海底桩基础，其具体结构为：外部设有一个顶端封闭、下端敞开的筒体，在筒体顶端开设吸水口，吸水口通过管路与吸力泵连接。在吸力锚筒体贯入海底过程中，可利用吸力泵将海水从筒体内抽出，依靠筒体内外压差使其贯入海底泥层中。随着海洋工程技术的发展，上述筒形吸力锚被广泛应用于海上风电基础、石油平台基础、钻井导管架基础等领域，进行深海钻井作业时，吸力锚作为海底井口稳定基座，其作用类似刚性短桩，需要承受上方防喷器带来的巨大载荷及与海底洋流等影响有关的抗弯载荷。[0003]现有技术中，作为海底井口稳定基座的吸力锚大多采用单筒体结构，由于海底地势结构复杂，在海底地基较软的情况下，单筒结构的吸力锚难以提供足够的稳固支撑力，为此需要优化设计一种能够提高深海井口稳定性的组合式吸力锚，并创新一种适于组合式吸力锚贯入海底的施工方法。
发明内容
[0004]本发明提供一种组合式吸力锚及其海底贯入方法，以达到提高深海井口稳定性的目的。
[0005]本发明上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种组合式吸力锚，包括若干组垂直布置的筒体和基管；所述筒体顶端封闭、下端敞开，在筒体的顶端设置出气口和吸水口，所述吸水口通过管路与吸力锚贯入设备液控系统中的吸水泵连接，每一组筒体中出气口、吸水口的开闭动作由液控系统进行独立控制，相邻两组筒体通过外侧筋板以焊接方式连接，由筒体和外侧筋板围合成上下两端敞开的环状结构；所述基管布置在筒体内部和/或环状结构中，相邻两组基管之间以及基管与筒体侧壁、外侧筋板之间均通过内侧筋板以焊接方式连接。[0006]上述组合式吸力锚，所述筒体数量为两组，由两组筒体和外侧筋板围合成上下两端敞开的“一”字型环.
上述组合式吸力锚，所述基管数量为三组，三组基管分别布置在两组筒体内部和“一”字型环的中间部位。
[0007]上述组合式吸力锚，所述基管数量为两组，两组基管均布置在“一”字型环中。[0008]上述组合式吸力锚，所述筒体数量为三组，由三组筒体和外侧筋板围合成上下两端敞开的三角形环；所述基管布置在筒体内部和/或三角形环中。[0009]上述组合式吸力锚，所述筒体数量为四组，由四组筒体和外侧筋板围合成上下两端敞开的方形环；所述基管布置在筒体内部和/或方形环中。
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说 明 书
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上述组合式吸力锚，所述筒体数量为六组，由六组筒体和外侧筋板围合成上下两
端敞开的六边形环；所述基管布置在筒体内部和/或六边形环中。[0011]一种组合式吸力锚海底贯入方法，用以实现组合式吸力锚整体平稳垂直贯入海底泥层中，具体操作步骤如下：
a、组合式吸力锚吊装下水，所有筒体顶端的出气口打开，在其自身重力作用下，筒体缓慢贯入海底泥层中；
b、当组合式吸力锚贯入海底一定深度后，其自身重力与海底泥层阻力平衡时，自重贯入停止；
c、通过检测仪器对每一组筒体贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量；d、根据测量的每一组筒体贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度数据，判断组合式吸力锚中不同筒体贯入深度的差异，将其中贯入深度较浅筒体上的出气口关闭，开启与该筒体对应的吸力泵，将海水从筒体内抽出，在内外压差作用下该筒体继续贯入；
e、当检测仪器测量数据显示所有筒体的贯入深度一致，组合式吸力锚倾斜角度满足技术要求时，停止吸力泵运转；
f、关闭所有筒体上的出气口，启动所有筒体的吸水泵，将海水从筒体内抽出形成负压，随着负压的增大筒体继续贯入；
g、在负压贯入过程中，实时通过检测仪器测量每一组筒体贯入深度和组合式吸力锚的倾斜角度；
h、根据基筒负压贯入过程检测仪器测量的数据，判断组合式吸力锚的倾斜角度是否符合技术要求，并按照步骤d的方法，调整对应筒体贯入深度，保持负压贯入过程中所有筒体的贯入深度一致，保证组合式吸力锚整体垂直平稳贯入海底；
i、当组合式吸力锚贯入海底深度符合技术要求时，停止所有吸力泵运转；j、再次通过检测仪器对每一组筒体贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量，根据测量数据，重复步骤d的操作，使所有筒体的贯入深度一致；
k、采用喷射导管钻进技术将导管安装在基管内，完成组合式吸力锚海底贯入作业。[0012]上述组合式吸力锚海底贯入方法，在步骤d中，分别对每一组筒体贯入深度进行校正，使所有筒体的贯入深度一致。
[0013]上述组合式吸力锚海底贯入方法，在步骤k中，所述喷射导管钻进技术即：在导管中下入钻头和钻杆，钻井液通过钻杆、钻头对导管底部泥沙冲洗混合后，再沿导管内壁与钻杆环状间隙返出，导管在自重和钻井液射流的重力作用下，随钻头钻出的领眼下沉至设计深度，喷射钻进到位后利用周围海底泥土的黏附力和摩擦力稳固导管。[0014]本发明提供了一种组合式吸力锚，所述组合式吸力锚将若干组筒体和基管集成为一体，并通过外侧筋板将若干组筒体围合成上下两端敞开的环状结构，由此不仅在海底井口形成了一个稳固的整体基础结构，而且还可在基管中以喷射贯入方式将导管安装在基管中，由基管与导管共同承受防喷器载荷，从而大大提高了深海井口的稳定性。[0015]本发明还提供了一种组合式吸力锚海底贯入方法，所述组合式吸力锚海底贯入方法采用了吸力锚技术与喷射导管技术结合的方式，并通过检测仪器对每一组筒体贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量，再由吸力锚贯入设备液控系统对每一组筒体进行单独控制，从而保证了组合式吸力锚整体平稳垂直贯入海底泥层中。
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说 明 书
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附图说明
[0016]图1是本发明所述的组合式吸力锚（以双筒组合式吸力锚为例）结构示意图；
图2是双筒组合式吸力锚第一实施例的俯视图；图3是双筒组合式吸力锚第二实施例的俯视图；图4是由三组筒体组成的组合式吸力锚的俯视图；图5是由四组筒体组成的组合式吸力锚的俯视图；图6是由六组筒体组成的组合式吸力锚的俯视图。[0017]图中各标号为：1、筒体，1-1、出气口，1-2、吸水口；2、基管；3、内侧筋板；4、外侧筋板 。
具体实施方式
[0018]下面结合附图及优选的实施例对本发明技术方案进一步说明。[0019]参看图1，本发明所述的组合式吸力锚包括若干组垂直布置的筒体1和基管2；所述筒体1顶端封闭、下端敞开，在筒体的顶端设置出气口1-1和吸水口1-2，所述吸水口1-2通过管路与吸力锚贯入设备液控系统中的吸水泵连接，每一组筒体1中出气口1-1、吸水口1-2的开闭动作由液控系统进行独立控制，相邻两组筒体1通过外侧筋板4以焊接方式连接，由筒体1和外侧筋板4围合成上下两端敞开的环状结构；所述基管2布置在筒体1内部和/或环状结构中，相邻两组基管2之间以及基管2与筒体1侧壁、外侧筋板4之间均通过内侧筋板3以焊接方式连接。
[0020]参看图2、图3，本发明所述的组合式吸力锚的优选实施例为双筒组合式吸力锚，所述双筒组合式吸力锚的筒体1数量为两组，由两组筒体1和外侧筋板4围合成上下两端敞开的“一”字型环；所述基管2数量至少为两组，在采用三组基管2的优选技术方案中，三组基管2分别布置在两组筒体1内部和“一”字型环中任意部位（如附图2所示，附图2为布置在“一”字型环中的一组基管位于其中间部位的具体实施例）；在采用两组基管2的优选技术方案中，两组基管2均布置在“一”字型环中（如附图3所示）。[0021]参看图4，本发明所述的组合式吸力锚的另一优选实施例为由三组筒体组成的组合式吸力锚，在该实施例的技术方案中，由三组筒体1和外侧筋板4围合成上下两端敞开的三角形环；组合式吸力锚中基管2的数量优选 四组，布置在筒体1的内部和/或三角形环中。[0022]参看图5，本发明所述的组合式吸力锚的另一优选实施例为由四组筒体组成的组合式吸力锚，在该实施例的技术方案中，由四组筒体1和外侧筋板4围合成上下两端敞开的方形环；组合式吸力锚中基管2的数量优选四组，布置在筒体1内部和/或方形环中。[0023]参看图6，本发明所述的组合式吸力锚的另一优选实施例为由六组筒体组成的组合式吸力锚，在该实施例的技术方案中，由六组筒体1和外侧筋板4围合成上下两端敞开的六边形环；组合式吸力锚中基管2的数量优选四组，布置在筒体1内部和/或六边形环中。[0024]以上仅为对组合式吸力锚的几种优选实施例的描述，该组合式吸力锚还可采用如五组筒体、八组筒体等不同数量筒体组合的方式，其基本结构相同，在此不再赘述。[0025]本发明还提供了一种适于上述组合式吸力锚的海底贯入方法，所述组合式吸力锚海底贯入方法具体操作步骤如下：
a、组合式吸力锚吊装下水，所有筒体1顶端的出气口1-1打开，在其自身重力作用下，筒
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说 明 书
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体1缓慢贯入海底泥层中；
b、当组合式吸力锚贯入海底一定深度后，其自身重力与海底泥层阻力平衡时，自重贯入停止；
c、通过检测仪器对每一组筒体1贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量；d、根据测量的每一组筒体贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度数据，判断组合式吸力锚中不同筒体贯入深度的差异，将其中贯入深度较浅筒体1上的出气口1-1关闭，开启与该筒体吸水口1-2对应的吸力泵，将海水从筒体1内抽出，在内外压差作用下筒体继续贯入，通过对每一组筒体1贯入深度进行校正，使所有筒体1的贯入深度一致；
e、当检测仪器测量数据显示所有筒体1的贯入深度一致，组合式吸力锚倾斜角度满足技术要求时，停止吸力泵运转；
f、关闭所有筒体上的出气口1-1，启动所有筒体的吸水泵，将海水从筒体1内抽出形成负压，随着负压的增大筒体继续贯入；
g、在负压贯入过程中，实时通过检测仪器测量每一组筒体1贯入深度和组合式吸力锚的倾斜角度；
h、根据负压贯入过程检测仪器测量的数据，判断组合式吸力锚的倾斜角度是否符合技术要求，按照步骤d的方法，调整对应筒体贯入深度，保持负压贯入过程中所有筒体的贯入深度一致，保证组合式吸力锚整体垂直平稳贯入海底；
i、当组合式吸力锚贯入海底深度符合技术要求时，停止所有吸力泵运转；j、再次通过检测仪器对每一组筒体1贯入深度及组合式吸力锚倾斜角度进行测量，根据测量数据，重复步骤d的操作，使所有筒体1的贯入深度一致；
k、采用喷射导管钻进技术将导管安装在基管2内，即：在导管中下入钻头和钻杆，钻井液通过钻杆、钻头对导管底部泥沙冲洗混合后，再沿导管内壁与钻杆环状间隙返出，导管在自重和钻井液射流的重力作用下，随钻头钻出的领眼下沉至设计深度，喷射钻进到位后利用周围海底泥土的黏附力和摩擦力稳固导管，至此完成组合式吸力锚海底贯入作业。
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说 明 书 附 图
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图2
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说 明 书 附 图
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图4
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