本發(fā)明涉及海洋油氣工程與巖土工程相結(jié)合的，尤其涉及一種海洋振動打樁裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、在海上鉆井工程中，油氣井首先需要下入的是鉆井導(dǎo)管，它是一種空心圓鋼管，這一結(jié)構(gòu)組件不僅支撐著上部的井口和防噴器等關(guān)鍵設(shè)施，而且必須能夠承受海洋深水鉆井平臺作業(yè)時產(chǎn)生的復(fù)雜載荷。因此，導(dǎo)管的穩(wěn)定性和承載能力對于整個鉆井作業(yè)的安全性至關(guān)重要。打樁技術(shù)的應(yīng)用，以其在海底土壤中的小擾動、高承載力和強穩(wěn)定性，為海洋鉆井導(dǎo)管的下入提供了一種理想的解決方案。

2、在海洋鉆井中，導(dǎo)管的順利安裝至預(yù)定深度對油氣井口的承載力和穩(wěn)定性至關(guān)重要。而海底地層的復(fù)雜性常常導(dǎo)致導(dǎo)管在下沉過程中遇到較大阻力，主要表現(xiàn)為難以穿透硬土層，尤其是導(dǎo)管內(nèi)部形成的土塞，會極大增加下入阻力，導(dǎo)致導(dǎo)管拒錘，無法下入到預(yù)定深度。這種情況下，采用單純的打樁方法往往難以實現(xiàn)預(yù)期效果，導(dǎo)致施工效率低下、成本增加。為了應(yīng)對鉆井導(dǎo)管下入遇阻的問題，利用鉆頭鉆開管內(nèi)土塞，降低管內(nèi)側(cè)壁的摩擦阻力，從而使得導(dǎo)管能夠繼續(xù)順利打樁下入到預(yù)定深度。雖然鉆頭鉆開土塞方法在實際施工中具有一定的優(yōu)勢，但其缺點也不容忽視。首先，鉆頭鉆開土塞方法需要專門的鉆機和鉆頭設(shè)備，這些設(shè)備成本高昂，同時鉆孔過程消耗大量能源和材料，如泥漿和鉆頭的磨損費用。其次，鉆孔操作需要高水平的技術(shù)和經(jīng)驗，操作不當(dāng)可能導(dǎo)致鉆孔偏移、孔壁坍塌等問題，增加施工復(fù)雜性和風(fēng)險。此外，鉆頭鉆開土塞的方法需要耗費較長的施工時間，影響整體施工進(jìn)度。

3、由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗與實踐，提出一種海洋振動打樁裝置及其使用方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種海洋振動打樁裝置及其使用方法，解決海洋鉆井過程中導(dǎo)管難以順利下入預(yù)定深度的問題，利用高頻振動原理，帶動鉆井導(dǎo)管及管周土體產(chǎn)生振動，使導(dǎo)管與土間相互作用減弱，減少鉆井導(dǎo)管打樁過程中的下入阻力，使得導(dǎo)管能夠順利安裝至預(yù)定深度，保障海洋油氣井井口安全。

2、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種海洋振動打樁裝置，包括：

3、裝置本體，所述裝置本體內(nèi)設(shè)置容置腔；

4、至少1個振動結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述容置腔內(nèi)；所述振動結(jié)構(gòu)的兩端與所述裝置本體的側(cè)壁頂?shù)衷O(shè)置，所述振動結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)生高頻振動且其振動頻率和振幅能調(diào)整；

5、至少1組楔塊組，所述楔塊組包括至少2個能沿所述裝置本體的橫向伸縮的楔塊，所述楔塊能伸出頂?shù)挚ㄖ褂趯?dǎo)管的側(cè)壁上以將所述裝置本體固定于導(dǎo)管的內(nèi)壁上，所述楔塊對導(dǎo)管的內(nèi)壁施加的壓力小于導(dǎo)管材料的屈服極限強度；所述楔塊能將所述振動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的高頻振動傳遞至導(dǎo)管以降低導(dǎo)管與土層摩阻力；

6、楔塊驅(qū)動結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述容置腔內(nèi)，用于驅(qū)動各所述楔塊的伸縮；

7、智能控制系統(tǒng)，所述振動結(jié)構(gòu)和所述楔塊驅(qū)動結(jié)構(gòu)均與所述智能控制系統(tǒng)電連接。

8、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述振動結(jié)構(gòu)包括馬達(dá)，所述馬達(dá)的兩端連接振動桿，所述振動桿遠(yuǎn)離所述馬達(dá)的一端頂?shù)钟谒鲅b置本體的側(cè)壁上；所述馬達(dá)與所述智能控制系統(tǒng)電連接。

9、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述智能控制系統(tǒng)包括主計算機，所述主計算機與所述馬達(dá)通過電纜連接。

10、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述裝置本體的頂端設(shè)置電纜接頭、鉆柱接頭和/或鋼絲繩連接接頭。

11、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述楔塊驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括多個液壓驅(qū)動部，各所述液壓驅(qū)動部包括液壓缸筒，所述液壓缸筒靠近所述裝置本體的側(cè)壁的一端為開口端，所述液壓缸筒內(nèi)設(shè)置活塞桿，所述活塞桿靠近所述開口端的一端連接所述楔塊；所述裝置本體的側(cè)壁上與各所述開口端相對的位置設(shè)置楔塊通道，所述活塞桿沿所述液壓缸筒滑動以驅(qū)動所述楔塊在所述楔塊通道內(nèi)伸縮。

12、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，各所述液壓驅(qū)動部上設(shè)置電磁閥，各所述電磁閥與所述智能控制系統(tǒng)電連接。

13、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述容置腔內(nèi)設(shè)有液壓供回油部，各所述液壓驅(qū)動部與所述液壓供回油部通過管路連接。

14、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述楔塊組的數(shù)量為3組，3組所述楔塊組沿所述裝置本體的軸向間隔設(shè)置；各所述楔塊組包括沿所述裝置本體的周向間隔設(shè)置的3個所述楔塊；所述振動結(jié)構(gòu)的數(shù)量為3個，3個所述振動結(jié)構(gòu)沿所述裝置本體的軸向間隔設(shè)置。

15、本發(fā)明的目的還可以這樣實現(xiàn)，一種海洋振動打樁裝置的使用方法，包括：當(dāng)鉆井導(dǎo)管正常的打樁下入遇阻后，暫停鉆井導(dǎo)管的打樁下入作業(yè)；作業(yè)前確定所述海洋振動打樁裝置的作業(yè)參數(shù)，根據(jù)導(dǎo)管選擇所述海洋振動打樁裝置的規(guī)格，完成裝置組裝后，通過鋼絲繩或鉆桿與平臺連接；

16、所述海洋振動打樁裝置下放到導(dǎo)管內(nèi)部設(shè)定位置后，各所述楔塊伸出后頂?shù)挚ㄖ褂趯?dǎo)管的內(nèi)壁上，完成所述智能控制系統(tǒng)與所述振動結(jié)構(gòu)電連接；啟動振動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生高頻振動，通過楔塊傳遞至導(dǎo)管，鉆井導(dǎo)管與管周土體在高頻振動下相互作用力降低；根據(jù)導(dǎo)管樁側(cè)與土層摩阻力開啟或關(guān)閉所述振動結(jié)構(gòu)；導(dǎo)管安裝下入至預(yù)定深度后，回收所述海洋振動打樁裝置。

17、在本發(fā)明的一較佳實施方式中，海洋振動打樁裝置的使用方法包括：

18、s1、當(dāng)鉆井導(dǎo)管正常的打樁下入遇阻后，暫停打樁下入作業(yè)，開始鉆井導(dǎo)管的振動作業(yè)。作業(yè)前設(shè)計確定所述海洋振動打樁裝置的作業(yè)參數(shù)；

19、s2、設(shè)備準(zhǔn)備：根據(jù)導(dǎo)管的尺寸，選擇相應(yīng)尺寸的海洋振動打樁裝置；

20、s3、裝置組裝：在鉆井平臺上組裝海洋振動打樁裝置，海洋振動打樁裝置通過鋼絲繩或鉆桿與平臺連接，完成裝置組裝；

21、s4、對導(dǎo)管進(jìn)行檢查和清潔；

22、s5、安裝定位：海洋振動打樁裝置下放到導(dǎo)管內(nèi)部設(shè)定位置后，各所述楔塊伸出后頂?shù)挚ㄖ褂趯?dǎo)管的內(nèi)壁上，楔塊驅(qū)動結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)楔塊施加在導(dǎo)管上的壓力；

23、s6、連接智能控制系統(tǒng)與所述振動結(jié)構(gòu)；

24、s7、導(dǎo)管振動作業(yè)：啟動振動結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生高頻振動，鉆井導(dǎo)管樁側(cè)與土層摩阻力降低；

25、s8、實時監(jiān)控與調(diào)整：在導(dǎo)管下入過程中，實時監(jiān)控導(dǎo)管的下沉狀態(tài)和土體反應(yīng)，調(diào)整振動結(jié)構(gòu)的頻率、振幅和振動方向；

26、s9、導(dǎo)管繼續(xù)打樁下入作業(yè)：當(dāng)判斷導(dǎo)管樁側(cè)與土層摩阻力降低到設(shè)定值后，關(guān)閉振動結(jié)構(gòu)，開始打樁下入作業(yè)；下入困難時，繼續(xù)開啟振動結(jié)構(gòu)，減少導(dǎo)管樁側(cè)與土層摩阻力；直至導(dǎo)管安裝下入至預(yù)定深度后，楔塊縮回，上提回收海洋振動打樁裝置。

27、由上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種海洋振動打樁裝置及其使用方法具有如下有益效果：

28、本發(fā)明解決海洋鉆井過程中導(dǎo)管難以順利下入預(yù)定深度的技術(shù)難題，本發(fā)明利用高頻振動原理，裝置與鉆井導(dǎo)管固定在一起后，通過內(nèi)部集成的振動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，帶動鉆井導(dǎo)管及管周土體產(chǎn)生振動，顯著降低土體強度和應(yīng)力，增加土體的流動性和可塑性，使導(dǎo)管與土間相互作用減弱，從而減少鉆井導(dǎo)管打樁過程中的下入阻力，使得導(dǎo)管能夠順利安裝至預(yù)定深度，保障海洋油氣井井口安全。這種設(shè)計不僅提高了導(dǎo)管下入的效率和成功率，而且增強了施工過程的安全性和環(huán)境適應(yīng)性，適用于各種復(fù)雜的海底地質(zhì)環(huán)境，為海洋鉆井導(dǎo)管安裝提供了一種高效、安全的解決方案。