海洋钻井隔水导管接头的现状分析及优化设计方向

【摘要】隔水导管是从海上钻井平台下到海底浅层的导管，其主要功能是隔离海水，形成钻井液循环通道，同时作为海上井口的持力结构。在钻完井施工过程中，隔水导管的强度及安全性对于海上钻井作业安全至关重要。通过对海洋钻井隔水管接头的现状分析，并对浅海隔水导管接头优化设计方向提出了展望。

【关键词】海洋钻井 隔水导管 隔水管接头

在渤海石油，隔水导管是勘探作业中必不可少的器材，公司每年均需花费大量资金从国外进口。隔水导管根据其使用要求及现场作业状况，每根导管长度约为12m左右，使用时利用其导管端的快速接头将每根管子连接起来，并根据钻井区域的水深情况，确定导管连接起来，以达到打探井时隔水和保护钻井导管的目的。所以，隔水导管的管身及接头的强度要足够承受打桩的冲击力、海水波浪的撞击力，而且又能相互快速拆卸、连接及隔水的作用。本文通过隔水导管接头的应用现状对比分析，得出隔水管接头的优化设计的方向。

1 常用隔水导管接头及其特点

1.1 卡簧式隔水管接头

卡簧连接式的快速接头分为内接头和外接头两部分，工作时，内接头插入外接头配合使用，内外接头的配合既要保证接头在使用中能快速灵活连接及脱开，又要能保证密封，承受压力。因此，必须选择适当的配合尺寸及适合的材料以满足钻井的需要。

为了达到隔水管在海中良好的密封，而且工作中要求密封件耐高温、耐低压、强度高，因此，使用了一道O型圈密封。由于O型圈结构简单、密封性良好、摩擦力小，沟槽尺寸小、易制造等优点，拟采用丁晴橡胶制造O型密封圈，根据使用工况要求，设计的O型密封圈为非标密封圈，截面直径为14mm。沟槽尺寸根据规范及公式进行了相应的设计。

卡簧的作用是在自由状态下工作，承受接头对其产生的剪切力，它的强度直接影响到连接的可靠性，所以，卡簧开口尺寸的设计非常重要，要保证开口尺寸恰当，如果开口尺寸太小，造成收缩时端面接触，产生不能将卡簧完全收缩，使接头难以脱开的情况。又不能使开口尺寸太大，使卡簧在工作状态下受力面积减少且受力不均匀，连接不可靠。

1.2 螺纹式隔水管接头

螺纹式连接是将卡簧式连接的柔性连接变成了刚性连接，使用过程中，在海浪的冲击下，快速接头的横向位移几乎为零，所以隔水导管不会产生很大的弯曲变形，延长了隔水导管的使用寿命，而且螺纹式隔水导管的密封性得到很大提高。

螺纹式隔水导管多采用多线螺纹，多线螺纹的优点是上扣速度快，每旋转一周的直线旋进量相当于普通螺纹的几倍，大大缩减了海上安装时间，提高平台钻采效率，而且螺纹式隔水导管密封性良好，满足海上使用条件。

此外，采用螺纹连接式隔水导管，接头最大径向尺寸缩小，适用于井口距离较小的平台，有利于下井作业，同时也减少原材料的使用，节约钢材，降低成本。螺纹连接式隔水导管，由于加工精度的高，对机床设备各方面性能要求有所提高。用普通机床加工，无法满足精度要求，必须配备精度较高的数控机床加工。目前中海油螺纹连接式隔水导管多选用四线螺纹。

2 常用隔水管接头对比分析

2.1 卡簧式隔水管接头的优缺点

（1）快速接头采用插入并自动锁紧，主要是依靠卡簧的弹性作用，实现了起、下管时的快速装拆，省略拧紧设备。

（2）具有足够承受内外压及拉伸和 弯曲能力；

（3）能回收泥线以上的隔水管；

（4）引鞋内有一个锥面引导的密封部位，注水泥工具能容易插入并密封，为固定表层导管创造了条件。

2.1.1 卡簧连接式隔水导管接头缺点

（1）连接部位刚性差：为保证卡簧式能方便安装，卡簧式隔水导管配合尺寸较大，在遇到海水冲击时接头容易产生位移，海底流速较大、下水长度过长容易产生弯曲。

（2）应力集中：在放置卡簧的部位，和母头壁厚减少，强度消弱，隔水导管下水长度过长，上部分隔水导管承受载荷过大容易产生接头断裂。

（3）卡簧加工难度大。

2.2 螺纹式隔水管接头的优缺点

2.2.1 螺纹连接式隔水导管接头优点

密封性好：由于采用螺纹式密封和密封圈密封，螺纹式隔水导管可以达到很好的防水效果。

连接部位刚性好：螺纹连接使整个隔水导管的刚性提高，适用于的较深的海域。

径向尺寸小：采用螺纹式隔水导管接头，最大外径尺寸小，适用于井口距离较小的平台，锤击时入泥更加容易，避免丛式钻井中的群桩效应，也利于减少原材料的使用，降低成本。

2.2.2 螺纹连接式隔水导管接头缺点

紧密距难控制：螺纹接头在焊接过程中，产生变形。在焊接之前，公母头可以正常上扣拧紧，但焊接之后，由于焊接变形，导致紧密距偏大，无法完全旋进母头，导致海上钻井作业中断。

粘扣、烧扣：螺纹在安装过程中容易产生烧扣、粘扣现象，导致螺纹失效。

3 隔水管接头优化设计方向

立足渤海地区，通过对现有隔水管接头对比分析调研，充分了解隔水导管使用现状和存在的问题，得出：隔水导管接头是隔水导管系统的研制过程中，至关重要的一环。隔水导管接头的设计、产品的质量检测（强度、疲劳、缺陷、耐压性等） ，以及隔水导管接头生产工装等涉及的学科广泛，技术要求颇高。所有生产此类产品的国内外公司都将隔水管接头的相关技术作为核心技术保密。就渤海区域目前的现状来说，可考虑采用炮栓式隔水导管接头，实现隔水管接头的知识产权自主化，为以后研究开发整套钻井隔水管系统打下基础。这对于降低我国海洋钻井成本，提高石油钻采装备的整体实力具有非常重要的意义。

4 结束语

根据渤海区域隔水导管接头的应用现状，通过对比分析，炮栓式隔水导管接头无论在装配效率方面还是连接性能和密封性能方面都是比较理想的选择。

参考文献

[1] 方华良，郭军伯，姚风军.抗冰隔水管施工工艺探讨[J].海洋石油，2000.1

[2] 王定亚，李爱莉.海洋隔水管配套技术研究[J].石油矿场机械，2010.7