山东祺龙海洋石油钢管股份有限公司 山东东营 257091
摘要：海洋隔水导管为水下钻井器具的部件之一。它是整个海洋钻井装备中重要而又薄弱的环节，是海洋石油勘探开发的“瓶颈”，具有高技术、高投入、高风险的特点，是影响海上钻井安全的重要因素。本文从隔水的研究现状、浅水用隔水导管现有的结构形式及优点、隔水导管研究开发的社会效益和经济效益等几个方面对海洋隔水导管进行介绍，其中对我公司隔水导管的结构形式分析做了重点论述。
关键词：隔水导管；研究现状；结构形式；
引言：隔水导管是钻井获取油、气资源的第一层屏障，隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的套管，在钻井作业时起到了支撑和稳定井口，隔离外界泥、沙、海水，保护套管油气不受污染的至关重要的作用。由于隔水导管载荷与作业过程的复杂性，自身结构的大变形非线性，分析方法的不确定性，实际响应的抽象性等，使得隔水导管成为海洋石油装备开发的难点与重点。钻井隔水导管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。研究海洋隔水导管对我国海洋石油开采具有关键意义。
1钻井隔水导管的研究现状
随着海洋石油资源的开发，海洋石油钻井技术与装备的发展越来越重要。隔水导管系统设计难点主要在于设计复杂环境因素和作业因素，如水深、海流、波浪、钻井载荷等，现国内外均对隔水导管进行深入的研究。国外具有更加先进的理论和技术，且根据水深与作业环境开发出一系列的对应产品。
我国的开发起步较晚，钻井隔水导管技术基本处于空白阶段。开发钻井隔水导管，不仅在世界范围内有着广泛的前景，对我国的油气田开发也具有重要的战略意义。
2浅水用隔水导管现有的结构形式及优点
2.1 隔水导管结构及形式
隔水导管根据连接形式可分为卡簧式、螺纹式。卡簧式隔水导管通过内部的卡簧将接头进行连接，结构简单方便。螺纹式隔水导管主要通过公母接头螺纹之间的啮合达到隔水导管连接的目的。隔水导管的施工方式可分为钻入式、锤入式和喷射式，卡簧式隔水导管一般适用于钻入式下井；螺纹式隔水导管一般适用于钻入式、锤入式、和喷射式下井。钻井平台需据根据不同的地质情况和作业情况选择合适的隔水导管类型，各类隔水导管具有各自的优势。
2.1.1 螺纹式隔水导管
螺纹式接头通过螺纹与螺纹之间的啮合达到连接的目的，具有承载力大，密封性能好等诸多优点。螺纹式隔水导管根据上扣速度不同分为单头和多头两种形式，单头螺纹具有更小的螺纹升角，和更好的自锁能力；多头螺纹具有更大的导程，接头连接速度快、施工效率高的特点。特殊的螺纹牙型使隔水导管能更好的自锁、承受内外压及拉伸和弯曲能力，可以降低不安全因素，保证钻井施工质量。
螺纹式隔水导管又按施工方式的不同分为钻入式隔水导管、锤入式隔水导管、喷射式隔水导管三种不同的形式。
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锤入式螺纹接头隔水导管使用时利用两端的螺纹快速接头将单根隔水导管连接起来形成管串锤入至入泥深度。其接头外径与管体外径一致，方便锤击贯入。具有较高的强度，能够承受打桩时的锤击和海水波浪的冲击。其配套产品有替打短节、吊卡环、穿刺引鞋等。
钻入式螺纹接头隔水导管使用时需先用钻头预钻相应尺寸的底孔，然后将多根隔水导管连接，下入到相应深度后进行固井。此类接头螺纹具有更大的锥度，上扣圈数明显减少，认扣效率也有所提升，提高作业效率及可靠性。
2.1.2 卡簧式隔水导管
卡簧式隔水导管因其结构形式，只能作为钻入式隔水导管使用。卡簧式隔水导管又分为内收式卡簧与外胀式卡簧隔水导管。
外胀式卡簧隔水导管具有对接速度快的特点，作业前将卡簧安装到公头上，平台作业时将母头防转槽与公头防转块位置对准后，母头直接套在公头上即完成接头的连接操作，连接方便快捷，降低了施工难度。
内收式卡簧隔水导管作业前将卡簧使用三个专用螺栓把到母头上，平台作业时将母头防转槽与公头防转块位置对准后，公头直接插入母头后松开螺栓即完成接头的连接操作，该结构连接可靠，且拆卸快捷。
2.2 锁紧及防转结构
螺纹式接头采用嵌入式防转装置，防转块牙部吃入母接头内，不仅具有防倒转功能，亦具有防正转功能，更大程度上促进接头连接的整体性，提高连接的可靠性。卡簧式接头防转使用防转销结构，采用高强度防转销，可提高管体抗扭矩的能力。
2.3吊装配件吊卡环
为减少固井带来的环境污染，海上钻井用隔水导管的作业方式由原来的钻入式逐渐向锤入式发展。锤入式隔水导管用于海上石油开发作业时，其最大特点是接头与管体外径一致，接头无台肩，以便减小锤击时的入泥阻力，常规隔水导管吊卡无法直接使用，因此设计开发专用吊装配件在锤入式隔水导管的推广使用中有着更重大的作用。锤入式隔水导管使用时必须增加一个辅助台肩——吊卡环，再配合常规吊卡使用。
吊卡环设计不仅要求具有高强度，还需要具有快捷方便的特点。吊卡环为双牙结构，为3°/45°牙型，牙型45°导向斜面，有利于承载面的良好贴合，3°承载面斜角，能够承载更大的压力。吊卡环隔水导管接头面有合理的间隙，既能保证接头紧密贴合，又能够防止因接头变形导致的不能扣合的状况。
吊卡环在设计时既要保证具有安全可靠地承载力，又要保证在吊装时能开合迅速。考虑锤入式隔水导管下井作业工艺，设计出轻便化、操作简单快捷、安全可靠的隔水导管吊卡环是今后研究的重点。
2.4 替打短节
替打短节也叫锤入短节，是锤入式隔水导管的辅助工具。由锤头、管体及吊耳组成，锤头由具有良好的韧性、耐冲击性和较高强度的低合金钢制成，管体材质与隔水导管管体一致。进行打桩作业时，将替打短节插入母接头，然后锤击替打短节上端，这样打桩设备的锤头或桩帽不直接作用在母接头上，打桩作业时，桩锤打击替打短节，替打短节将能量传递给隔水导管，能够减小一次性破坏，也有助于保护螺纹接头在打桩作业中不被破坏。可以避免母接头因受力变形造成后续导管的对接不畅。
3 隔水导管研究开发的社会效益和经济效益
随着陆上油气储量的降低，海上油气开发的不断深入，海洋领域油、气资源的勘探开发必将成为今后的发展重点，海洋钻井用隔水导管产品市场前景十分广阔，具有很强的推广应用价值。隔水导管的研究开发与生产可带动地方财政收入的提高，为社会提供更多的就业岗位，对促进全省经济社会可持续发展及提升我国相关产业竞争力具有不可替代的作用。
钻井用隔水导管是国家发展海洋石油勘探开发事业必不可少的重要组成部分，长期以来，海洋钻井隔水导管基本依赖进口，由于需要国外采办，采购成本高，同时还需要支付关税等其他费用；同时采办周期长，周期长达30余周，一旦涉及损伤只能更换或返厂维修。这样不仅增加了投资成本，而且影响着钻井生产效率。因此设计研发出具有完全自主知识产权的国产化隔水导管系列产品，打破长期以来依赖进口的垄断局面，提高国家石油装备国产化程度对于国家石油勘探事业的发展意义深远。
论文作者:李,妍1,马会珍2,程仁勇3,刘,娟4,刘,松
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/10
标签：导管论文; 卡簧论文; 螺纹论文; 作业论文; 海洋论文; 结构论文; 喷射式论文; 《防护工程》2017年第23期论文;