深水水合物钻井应急封井装置及安装方法与流程

本发明涉及石油天然气钻井井控设备，具体是关于一种深水水合物钻井应急封井装置及安装方法。

背景技术：

1、20世纪90年代中后期以来，南海北部天然气水合物勘查取得了丰硕的勘探成果和里程碑式的重大突破与进展。迄今为止，通过勘查评价已在南海北部圈定了两大天然气水合物成藏带及三大富集区，先后勘探发现了3个超千亿立方米储量规模的天然气水合物矿藏。目前对其开采仍处于研究阶段，商业化、规模化开采面临诸多技术与装备挑战。

2、在深水钻井过程中，面临重大挑战，例如井喷爆炸时有发生；水下应急封井装置是安装在井喷失控井口进行封井和(或)引导井喷油气流体的应急装置，可以进行关井、分流、压井、分散剂注入等操作。水下应急封井装置通过钻杆或钢绳吊装至事故井口，连接安装后重新建立井口控制，防止井喷继续发生。

3、但是在考虑风浪流载荷及井口高速喷流流体的作用时，井口吊装连接，易发生水下应急封井装置倾覆导致封井失败，造成巨大的损失。因此亟需设计一种可以在井口连接过程中保持水下应急封井装置姿态稳定，保证连接成功的水下应急封井装置。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种深水水合物钻井应急封井装置及安装方法，能够有效提高封井装置连接的安全性。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、本发明所述的深水水合物钻井应急封井装置，包括：闸板封井装置主体；封井连接器，设置于所述闸板封井装置主体的底部中心，用于与水下井口对接；抓爪连接机构，设置于所述闸板封井装置主体的底部且位于所述封井连接器的一侧，用于从两个方向抓握所述水下井口；夹持固定机构，设置于所述闸板封井装置主体的底部且位于所述封井连接器的另一侧，用于夹持所述水下井口。

4、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，所述闸板封井装置主体包括底板、主体腔体、主顶板和分顶板；所述底板设置于所述主体腔体的底部；所述主顶板和所述分顶板分别通过立柱与所述底板连接。

5、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，所述抓爪连接机构包括：抓爪托板，卡接在所述底板的第一侧；中部连接杆快速公接头，设置于所述抓爪托板的远离卡接端的一端，用于与中部连接杆快速母接头连接；折叠伸缩连杆，其第一端通过球状连接关节与抓爪托板的底部铰接；抓爪，与所述折叠伸缩连杆的第二端连接。

6、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，所述夹持固定机构包括：夹持托板，卡接在所述底板的第二侧；中部连接杆快速母接头，设置于所述夹持托板的远离卡接端的一端，所述中部连接杆快速母接头与所述中部连接杆快速公接头连接；液压伸缩杆，其第一端与夹持托板的底部连接；夹持臂，两个所述夹持臂分别与所述液压伸缩杆的第二端铰接。

7、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，所述夹持固定机构还包括锁紧装置，所述锁紧装置设置于所述夹持臂的前端，用于锁紧两个所述夹持臂；所述锁紧装置为电磁扣合装置。

8、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，所述夹持固定机构还包括激光发射及接收装置，所述激光发射及接收装置包括发射器和接收器；所述发射器和所述接收器分别设置于两个夹持臂的前端。

9、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，还包括闸板防喷器和分支闸阀；所述闸板防喷器的底部与所述主体腔体的顶部连接，其顶部与所述主顶板连接；所述分支闸阀的底部与所述主体腔体的顶部连接，其顶部与所述分顶板连接；所述闸板防喷器和所述分支闸阀分别与所述主体腔体连通。

10、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，还包括压井管汇，所述压井管汇设置于所述分顶板的顶部，且第一端与所述分支闸阀的顶部连通，其另一端为自由端；所述压井管汇用于进行关井、分流、压井、分散剂注入的操作。

11、所述的深水水合物钻井应急封井装置，优选地，还包括上部连接头、吊耳以及控制面板；所述上部连接头设置于所述主顶板的顶部，且与所述闸板防喷器连通；所述吊耳设置于所述主顶板的顶部，用于吊装整个装置；所述控制面板设置于所述底板的顶部，用于控制所述抓爪连接机构的抓持和所述夹持固定机构的夹持水下井口。

12、本发明所述的深水水合物钻井应急封井装置的安装方法，包括如下步骤：

13、(1)分别组装闸板封井装置主体、抓爪连接机构以及夹持固定机构，通过救援船运送到事故井附近；根据事故井深和喷流速度，确定封井压力，并预充工作液；对闸板封井装置进行功能测试，压力测试，确保各组件处于最佳工作状态；

14、(2)吊起闸板封井装置主体，进行抓爪连接机构以及夹持固定机构连接；确认水下封井装置主通道内所有部件处于打开状态，压井管汇处于关闭状态；

15、(3)利用钻杆或钢丝绳将带有抓爪连接机构和夹持固定机构的闸板封井装置主体吊装入水；将闸板封井装置主体移至水下井口侧上方，保持与井口安全距离；

16、(4)弹出夹持连接机构，两夹持臂展开呈90°，打开激光发射及接收装置，移动夹持臂至水下井口，当激光射线被井口遮挡时，夹持臂a开始回扣至水下井口外壁，夹持臂b同时向内侧旋转完成两臂扣合，此时通电激发锁紧装置内电磁铁，完成水下井口夹臂固定；

17、(5)弹出抓爪连接机构，从两侧分别抓握水下井口，完成封井装置与水下井口连接固定；其中，夹持臂和两个抓爪三者呈正三角形；

18、(6)通过抓爪连接机构和夹臂连接机构配合水下机器人，将封井连接器移动至水下井口正上方，缓慢下移至水下井口，通过螺栓连接，并确认其是否完成锁定，并进行外部密封压力测试；

19、(7)将钻杆或钢丝绳与闸板封井装置主体分离；通过水下机器人确认油气泄露已被完全控制和封堵住；通过水下机器人打开连接抓爪托板和夹持托板间的中部连接杆快速公接头和中部连接杆快速母接头，完成闸板封井装置主体与抓爪连接机构及夹持固定机构分离，抓爪连接机构及夹持固定机构随水下机器人返回水面救援船，完成封井作业。

20、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

21、(1)本发明可以实现井口未对接前，进行封井装置与水下井口的连接固定，此时封井装置未靠近井喷流体，避免井喷流体冲击造成装置倾覆，提高连接的稳定性；

22、(2)本发明的上部为闸板封井装置主体，下部为辅助连接机构(包括抓爪连接机构和夹持固定机构)，二者通过双侧工字连接件扣合，中间快速接头固定，在水下井口连接完成后，断开快速接头，辅助连接机构可随rov返回救援船，重复使用；

23、(3)本发明在井口未对接前，封井装置与水下井口的连接固定采用夹持与抓爪连接相结合，夹持连接提高连接成功率，以抓爪连接为主要固定手段，确保水下井口成功连接；

24、(4)本发明中的夹持连接机构前端设有激光发射与接收装置，当光线受到水下井口阻挡，开始进行夹臂合拢，提高夹臂对水下井口的扣合成功率；

25、(5)本发明在当夹持连接机构成功连接后，作为抓爪结构参照，实现抓爪的成功抓取；

26、(6)本发明中的深水水合物应急封井装置与安装方法，两抓爪及夹持结构三者构成正三角形，可将水下井口牢牢与封井装置连接。