[發明專利]液壓自旋進水下帶壓雙鉆開孔裝置

有效

• 申請號: 201610770221.6
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106270641B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 劉新福;周超;劉春花;王德祥;王國棟;吳建軍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: B23B41/08
• 分類號: B23B41/08;F16L41/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種水下生產系統海底管道帶壓開孔時用的裝置，特別是涉及一種水下不停輸工況下的液壓自旋進帶壓雙鉆開孔裝置及其開孔方法。

背景技術

海上油氣介質等物流輸送是海洋工程開發方案中的最重要研究內容之一，水下海管帶壓開孔技術作為一種特殊形式的海上油氣輸送開發解決方案，可以大幅度降低油氣田開發投資成本，為深水油田和邊際油田的開發提供了新的技術支持。

目前，國外水下開孔技術已經從淺海帶壓開孔發展到深水作業，保證了海上開發范圍向深海延伸管道施工和維修的順利進行，如T.D.Williamson公司和IPSCO公司等已研制出相應的水下帶壓開孔設備，并在多處水下海管施工中成功應用，然而國外公司通常不出售此類設備，只提供技術上的服務，且其相關施工作業費用較貴。國內帶壓開孔技術起步較晚，為了彌補油氣輸送管道維修技術上的不足，相繼研制出了具有高水平的陸用不停輸帶壓開孔設備，并對水下海管開孔技術進行了研究，取得了一定的進展，目前海上油田的改造工程項目還主要是借鑒陸上油田帶壓開孔經驗。帶壓開孔技術是在原有工藝管道上直接焊接三通法蘭短節并安裝閥門和法蘭，對三通、法蘭和閥門進行密閉性試驗以保證焊縫無泄漏，然后將開孔機安裝在閥門上并進行手動進刀和無負荷啟動液壓站及開孔機，通過標尺桿表明鉆桿行程且開孔結束后再次手動退回全部鉆桿，關閉閥門，最后從閥門上拆卸開孔機，可以看出這種帶壓開孔技術需要采用氮氣來完全置換出開孔機、閥門及三通所構成密閉空間中的空氣并保證刀具處于無氧環境中實施切割，操作難度系數較大且不適用于海底管道水下特殊工況；同時三通短節需要焊接到原有工藝管道上且需要進行密閉性試驗，這些都不適合水下操作；此外，開孔機的進刀和鉆桿的退回均需要手動操作，也不適用于水下海底管道的施工作業。

發明內容

為了有效解決海底管道水下不停輸開孔問題并克服現有帶壓開孔技術應用于水下作業時存在的缺陷和不足，本發明的目的是提供一種適合水下海底管道不停輸開孔用的液壓自旋進帶壓雙鉆開孔裝置。該水下帶壓雙鉆開孔裝置與海底管道接入裝置有機結合，同時依據內外雙層鉆頭、自動對中機構、上下雙向鎖緊機構、液壓多動力進給機構以及填料和迷宮多重密封技術實現水下海底管道的帶壓開孔，具備液壓自旋進、鉆桿自對中、鉆頭自動雙向限位和帶壓雙鉆開孔等特點，尤其適用于深水油田和邊際油田海底管道油氣并流不停輸作業的快速開孔要求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是開發一種液壓自旋進水下帶壓雙鉆開孔裝置，主要由開孔總成、雙鉆刀具、密封總成、自對中器、雙向限位器、液壓進給系統和開孔控制系統幾部分組成。水下帶壓開孔作業中，整套水下帶壓雙鉆開孔裝置通過密封總成下端的密封盤和填料盤而接于海底管道接入裝置，并一起通過吊機吊裝至海底管道的開孔部位，水下帶壓雙鉆開孔裝置依據液壓進給系統提供的軸向推進動力完成液壓自進給和自退刀的自旋進運動，同時通過開孔總成完成旋轉運動并經空心鉆桿將動力傳遞至雙鉆刀具，然后對海底管道實施先內鉆定位和后外鉆開孔的作業，雙向限位器實現鉆頭開孔過程中的自動雙向限位，且自對中器保證空心鉆桿旋進過程中的自動對中，同時密封總成實現空心鉆桿旋轉、進給和退刀運動中的密封，而開孔控制系統則遠程自動調控作業中密封總成的超壓工況。

開孔總成用來提供開孔動力，并通過空心鉆桿的旋轉運動將動力傳遞至雙鉆刀具，它包括水下電機、聯軸套、支撐筒、空心鉆桿和導向花鍵。水下電機采用充水式高壓潛水異步電動機，其轉子采用永磁材料制造，不需要勵磁，且其定子電流的無功分量小，水下電機的內腔充滿防銹潤滑液。水下電機的轉子輸出端通過聯軸套與空心鉆桿連為一體，同時水下電機的端盤通過支撐筒而座于自對中器上，聯軸套采用凸緣式分片構造并通過鉸接螺栓進行固定，而支撐筒則采用厚壁筒體且其兩端設置法蘭盤。