CN100510312C - 海上生产系统以及在其上安装钻井/修井装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种海上油气生产系统，包括一个船只(12)，带有一个塔架(16)，以及在塔架上的一个转节机构(50)，它连接至竖管(41-43)，该竖管延伸至海底(26)，其中，在船身上的一个钻井/检查装置(60)能够下降管子(65)至海底，当船身漂动时，没有管子围绕竖管缠绕的危险。装置安装在塔架上。由流体转节的可转动部分延伸至壳体(14)上的管子接头(55)的管子(54)支承在一个桥架(80)上，该桥架固定至船身并具有延伸跨过塔架的一个桥架中部(106)。桥架中部在装置的顶部(88)的上方延伸。

Description

海上生产系统以及在其上安装钻井/修井装置的方法

技术领域

本发明涉及带有钻井/修井装置的海上生产系统。

背景技术

用于由一个海上油井生产油气用的一个船只通常包括一个塔架，该塔架系留至海底。船身可以围绕塔架转动，从而船身可以根据风、浪和水流的改变围绕塔架漂动。塔架能够定位在船身的一个月牙形池内，或者定位在船身的外侧，比如在船身头部的外面。由海底附近延伸向上至塔架的竖管具有上端，连接至塔架上的一个流体转节。普通是设置一个钻井/修井装置在船身上。该装置支承一个管子钻具组，它使用于在海底钻井。一个第二和较后的油井可以钻出，而由以前的油井竖管继续运载油气至船身。在油井已钻出和竖管已安装之后，钻井/修井装置能够继续使用，比如支承管子钻具组用于油井的维护，比如清除积聚的石蜡。

在使用这种装置中遇到的一个问题是当船身漂动时，由装置延伸向下的管子必须向上返回，否则由漂动的船身上的装置延伸向下的钻具组可能最终围绕竖管本身缠绕。实际上当钻具组开始与竖管摩擦时，钻具组可能损坏竖管，希望的是，不需要在船身每次漂动大于几度时提升钻具组，一个装置能够在船身上进行钻井和/或修井。

发明内容

按照本发明的一个方面，提供这样一种海上生产系统，使用于一个海底上面的海区，该生产系统包括一个漂浮的船身，所述船身可转动地连接至一个塔架，以允许此船身围绕塔架的一个基本上垂直的塔架轴线转动，一个系留系统，该系留系统把塔架系留至海底以限制塔架的转动，一个流体转节机构，该流体转节机构具有一组流体转节，该流体转节具有可转动的转节部分，该可转动的转节部分与船身一起围绕上述塔架轴线转动，并且该流体转节还具有固定到所述塔架的其它转节部分，一组竖管从海底的井中延伸至所述其他转节部分，以及一组管子，由所述可转动的转节部分延伸至所述船身，该生产系统包括：一个安装在上述塔架上的管子支承装置，其特征在于，上述管子支承装置被安装在与上述塔架轴线有水平间距的一个位置处，以避免管子支承装置和由管子支承装置向下朝着海底延伸的任何管子相对于竖管围绕塔架轴线转动，从而避免当船身漂动时所述管子围绕竖管缠绕。

钻井/修井装置安装在塔架上并远离在塔架上的一组竖管上部的轴线，从而与船只的漂动无关，由塔架上的装置延伸向下的管子不会围绕竖管缠绕或者甚至与其摩擦。

竖管的上端连接至流体转节堆的非转动部分。流体转节堆的可转动部分安装在一个桥架上，该桥架固定至船身，以及桥架具有一个桥架中部，该中部延伸越过塔架并定位高于装置的顶部。流体转节堆的非转动部分定位高于塔架甲板，它能够被由塔架甲板延伸向上的一个结构支承在塔架上。

一组竖管的上端可以连接到一起进入一个总管内，以减少需要的流体转节的数目。管子的一个卷轴也可以安装在塔架上。

根据本发明的另一方面，一种海上生产系统，该系统包括一个船身，一个非转动的塔架，该塔架系留至海底，并且借助一个轴承组件支承在上述船身上，该轴承组件允许上述船身围绕上述塔架的一个塔架轴线漂动，至少一个流体转节机构，该流体转节机构带有可转动的转节部分和非转动的转节部分，以及至少一个竖管，所述的竖管由海底延伸向上，并且通过上述塔架至上述非转动的转节部分，该生产系统包括：

一个桥架，所述桥架具有一末端安装在上述船身上，并具有一个定位跨过上述塔架的桥架中部，上述可转动的转节部分定位在一塔架顶甲板的上方，并连接至上述桥架中部。

根据本发明的另一方面，在一个海上生产系统的一个船只上使用一个装置的一种方法，其中，该船只包括一个船身和安装在该船身上的一个塔架，其中塔架系留至海底，并且至少一个竖管由海底的附近延伸至塔架上的一个流体转节，其中流体转节包括连接至塔架的一个非转动部分以及一个可转动部分，该可转动部分借助一个转节输出管子连接至船身上的一个管子接头，以及其中船身能够围绕塔架漂动，如果当船只漂动时竖管或管子没有拉起，此方法允许装置下降一条管子至海底的附近而没有管子围绕竖管缠绕的危险，此方法包括：

在塔架上安装该装置；

安装该转节输出管子使它在装置的顶部的上方在流体转节和船身上的管子接头之间的延伸部分内延伸。

本发明的新颖特点将特别地列于所附的权利要求书中。本发明可以由下列的说明结合附图阅读而最好地理解。

附图说明

图1是按照本发明的一个实施例的一个海上漂浮生产系统的一个轴测图；

图2是图1的系统的一个部分剖面侧视图；

图3是图2的系统的壳体和塔架的一个剖面图；

图4是图2的塔架的一个顶视图；

图5是图3的流体转节机构的一个流体转节的一个侧面的一个剖面图；

图6是按照本发明的另一实施例的一个塔架的一个上端和船身的一部分的一个轴测图。

具体实施方式

图1示出从各个海底油井生产油气用的一个系统10，该系统包括一个呈船只形状的、漂动的漂浮结构12，该漂浮结构12具有一船身14和一个塔架16，塔架16围绕一个基本上垂直的塔架轴线18可转动地安装在船身上。塔架借助一个系留系统20系留至海底，系留系统20包括一组悬垂链22，悬垂链22具有上端连接至塔架，以及具有下端24放置在海底26上。漂浮结构或船只能够漂移一个限定的量，以及船身能够漂动，也就是随着风，浪和水流的改变它能够围绕轴线18转动。

此系统能够从几口海底油井生产油气。在图3中示出了油井31、32、33和34，并且图1示出3个竖管41-43，所述竖管从海底上的平台44延伸向上，在平台44处管子延伸向下至油井，并且图2显示了另一个竖管41A。竖管延伸向上通过塔架至一个转节堆或转节机构50(一个带有至少一个转节的流体转节机构)。转节机构50带有至少一个转节，以及通常是一个转节堆，并且带有固定的外转节部分连接至竖管上部52。转节具有可转动的转节部分(它随着船身转动)，该转节部分连接至可转动的管子54，此管子54随着船身转动并且延伸至船身上的管子接头55以及至处理设备56，此设备设置在船身14的甲板上。处理过的油气可以暂时地贮存在船身上及通过一条输出管道59卸载，输出管道59可以引导至一个岸上设备，引导至一个油罐，此油罐可以装载油气离开，或者引导至其它类似的结构。代替地，生产的油气可以直接地输出，而不是首先贮存它们。

塔架16可以说是固定的或非转动的，因为它能够仅围绕垂直的塔架轴线18转动一个限制的量(例如20°)，而船只是可转动的，因为它能够没有限制地漂动(围绕塔架轴线18转动)。重要的是使转节机构50的流体转节绕枢轴转动的轴线定位非常接近垂直的塔架轴线18。这样保证与船身上的管子接头55连接的管子54不会在船身漂动时容易地径向移动接近塔架轴线及离开塔架轴线。

按照本发明，申请人提供了一种钻井和/或修井装置60，该钻井和/或修井装置安装在塔架16上。该钻井和/或修井装置包括能够下降管子65(比如许多末端与末端连接的管子以延伸至海底附近，或者存储在一个大直径卷轴64上的一根连续的管子)的设备。该钻井和/或修井装置下降管子，从而使管子沿着路径66延伸向下至海底26附近。

该钻井和/或修井装置还包括能够转动管子的设备，管子可以使用于钻井，清理管路或其它目的。在一个系统内，沿着路径66延伸的专用的修井竖管由塔架支承，并且管子与该修井竖管一起下降。

将钻井和/或修井装置放置在塔架16上以代替放置在船身14上的巨大优点是，管子65从装置延伸向下，随后不漂动，但沿着路径66保持极大的固定(相对于围绕塔架轴的转动)，如同竖管41-43那样。还有，管子的上端和竖管的上端以与船身和塔架漂移相同的速度和相同的方向漂移。如果钻井和/或修井装置不是安装在塔架上，而是在船身14上，那么它通常要求一条管子每逢船只漂动超过一个限制量时沿着一条类似于路径66的路径拉出。否则管子会围绕竖管41-43缠绕和与它们摩擦，这样会损坏竖管。因此，借助把钻井和/或修井装置60放置在塔架16上，并且将竖管的上端安装在塔架16上，申请人能够在船只漂动时使钻井和/或检查和类似工作继续进行，或者当船只漂动时至少允许管子65保持在原位，以代替要求拉起管子。船只可以配置推进器200、202和204(图2)，用于方向和位置控制，尤其是在极平静的气候，当仅有小的至中等的力作用在船身上时，用于限制漂移和漂动。

当一个钻井和/或修井装置放置在塔架上时产生一个问题是非转动的(不超过约20°的)装置可能与转动的管子54干扰，此管子由流体转节的转动部分延伸至船身。如图5内所示，转节机构50的每个流体转节82包括一个外部分84，它固定至塔架，以及它连接至一个竖管上端52a。流体转节还具有一个内部分86，它是可转动的，当船身漂动时它与船身一起转动。转节的内部分连接至一条可转动管子54，此管子54延伸至船身上的管接头。由于这些管子围绕塔架轴线18转动，管子54(图3)可能碰撞装置60，除非采取步骤防止此点。

如图3中所示，申请人提供一个桥架80，以保持可转动管子54在装置60的顶部88的上方。作为一个结果，当船身转动时，这些管子54不会碰撞钻井和/或修井装置60，而代替地在钻井和/或修井装置60的上面移动。还有可能提供每逢接近干扰时移动可转动的管子段避开装置的系统，比如在专利US5,205,768中公开的，但这样会增加复杂性。桥架具有固定至塔架的相对侧面的相对末端100，102，以及具有一个中部106，它在一个超过塔架的顶甲板90的高度B跨过塔架。还有可能代替地构造桥架中部为这样，仅使中部的两个部分跨过装置顶部，如虚线80X所示。

图3示出支承在桥架中部106的流体转节机构50。流体转节机构这样支承，使转节内部分86(图5)以及可转动管子54固定至桥架。各转节外部分84连接至竖管上部52，每个竖管上部52具有一竖管上端52a。竖管上端52a基本上水平地延伸距离D(D至少为塔架半径R的一半)至塔架轴线18的与装置相对的一侧，从而使位于塔架的底部109的竖管中部108远离开被钻井和/或修井装置60下降的管子65。装置60和沿着路径66延伸的管子位于塔架轴线的与紧接塔架下面的竖管中部108相对的一个侧面，如图4所示，平行于塔架轴线18并延伸通过位于塔架底部的一组竖管的中部的一个竖管轴线92绕塔架轴线18由钻井和/或修井装置轴线94倾斜一个角度A，该角度A至少为90°，优选地接近180°，钻井和/或修井装置沿着钻井和/或修井装置轴线94下降管子以减少此管子与竖管摩擦的可能性。优选地，在装置和每个竖管的中部之间存在的角度A，至少为90°，借助这样的角度分离，申请人能够分离竖管和位于塔架底部的管子的两部分108，94(图3)至少为塔架的半径R。

如图4所示，竖管的上部分52(在水平上端52a的下面)设置在离开钻井和/或修井装置轴线94的一个方向上离开流体转节一个相当的距离D处。这样使位于塔架底部的竖管部分与沿着装置轴线延伸的管子分开。此距离D至少为钻井和/或修井装置轴线94和塔架轴线18之间的分离距离E的至少一半。竖管轴线92和钻井和/或修井装置轴线94之间的分离距离优选地大于塔架的半径。

桥架80(图3)不仅使用于支承固定管子和有可能支承流体转节机构，而且能够支承一个绞盘，该绞盘能够使用于在安装和随后工作中提升由钻井和/或修井装置下降的管子段以及提升其它的沉重部分。塔架通过一个轴承组件110安装在船身14上，该轴承组件110包括上和下轴承112，114。塔架具有一个尺寸为25m的大直径。塔架能够通过转向架等可转动地支承在船身上，因为滚子轴承通常不能使用于这样大的直径。

虽然竖管上部52能够使用于防止固定的流体转节外部分84(图4)围绕可转动的转节内部分86转动，申请人更愿意借助一个抗转动结构释放竖管上端上的应力，这种抗转动结构比如图3内所示的管子结构120。该管子结构120在塔架16的主要部分和流体转节机构50的外部分之间延伸以防止它们的相对转动。

图3示出一个总管122，它能够合并一组竖管的输出，以减少在转节堆中所需流体转节的数目。

图6示出另一种安排，其中流体转节机构50A固定至塔架的甲板130上，以及竖管的最外端52B连接至流体转节的内转节部分。外转节部分连接至可转动管子54A，这些管子被另一个结构的一个桥架80A支承。桥架80A具有固定至船身12A的一端140，以及具有一个悬臂式的相对端142。一个桥架中部144定位高于塔架甲板130，以便当船身漂动时跨过装置134的顶部132，从而使桥架中部直接定位跨过钻井和/或修井装置。这种结构具有的优点是，桥架和可转动管子移动直接跨过钻井和/或修井装置的经常性仅为图1-5所示桥架经常性的一半。虽然由钻井和/或修井装置起沿着钻井和/或修井装置轴线136延伸向下的管子在每次钻井和/或修井装置移动至桥架下面时不需要拉起，如果在桥架和钻井和/或修井装置之间没有一个大的垂直分离，在此时管子的另一段移动至钻井和/或修井装置的顶部可能停止。因此借助构造桥架，仅使其一部分可以定位跨过钻井和/或修井装置，钻井和/或修井装置的某些工作应停止的需要减少。应该有可能通过一个轴承安装桥架外端142在塔架上，以支承桥架外端，但是这样会使结构复杂化。

在图3所示类型的一个系统内，申请人设计的塔架具有一个半径R为12.5m。井架60要求高度为若干米(虽然井架能够凹入塔架甲板下面，以允许一个较低的桥架顶部)。所示的井架在塔架顶甲板90上面延伸13m。

因此，本发明提供一种海上油气生产系统，该系统包括一个漂浮结构(在这里称为一个船只)，该结构具有一个漂动船身，一个系留的非转动的塔架，该塔架借助轴承支承在船身上，以及一个能够向海底下降钻井或修井用的管子的装置，它避免提升管子的需要以避免当船身漂动时损坏竖管。该装置安装在塔架上，最好使装置远离开竖管上端。一个桥架安装在船身上，并且该桥架支承由可转动的转节部分延伸的可转动管子，该桥架具有一个中部，在塔架甲板上的高处延伸，以定位在装置顶部的高度上面。可以使用一个桥架，它具有相对的末端定位在塔架的相对的侧面，或者可以使用一个桥架，该桥架仅具有一个中部，当桥架漂动时它直接地跨过装置的路径，通常这种桥架具有一个悬臂式末端。

虽然本发明的具体的实施例已在此说明和示出。应该理解，改进和改变对于本专业技术人员可以容易地产生，因此，有意地使权利要求书解释为包括这些改进和等同物。

Claims (12)

1.一种海上生产系统，使用于一个海底(26)上面的海区，该生产系统包括一个漂浮的船身(14)，所述船身(14)可转动地连接至一个塔架(16)，以允许此船身围绕塔架的一个基本上垂直的塔架轴线(18)转动，一个系留系统(20)，该系留系统把塔架系留至海底以限制塔架的转动，一个流体转节机构(50，50A)，该流体转节机构具有一组流体转节，该流体转节具有可转动的转节部分(86)，该可转动的转节部分与船身一起围绕上述塔架轴线转动，并且该流体转节还具有固定到所述塔架的其它转节部分(84)，一组竖管(41-43)从海底的井中延伸至所述其他转节部分，以及一组管子(54，54A)，由所述可转动的转节部分延伸至所述船身，该生产系统包括：

一个安装在上述塔架上的管子支承装置(60，134)，其特征在于，上述管子支承装置(60，134)被安装在与上述塔架轴线有水平间距的一个位置处，以避免管子支承装置和由管子支承装置向下朝着海底延伸的任何管子相对于竖管围绕塔架轴线转动，从而避免当船身漂动时所述管子围绕竖管缠绕。

2.按照权利要求1的系统，其特征在于还包括：

一个桥架(80，80A)，该桥架固定至上述船身，并具有一部分(106，144)延伸足够高跨过上述塔架，以定位在上述管子支承装置的上方；

上述流体转节的上述可转动部分支承在上述桥架上。

3.按照权利要求2的系统，其特征在于，上述塔架具有一个顶甲板部分(90，130)；并且包括：

一个非转动结构(120)，它由上述顶甲板部分延伸向上至上述流体转节机构的上述其他转节部分中的一个，以防止上述其他转节部分转动。

4.按照权利要求1的系统，其特征在于还包括：

至少一个可转动的管子(54，54A)，该可转动的管子由上述转节机构的上述可转动的转节部分延伸至上述船身(14)；

一个桥架(80)，具有在上述塔架的相对的侧面固定至上述船身的相对的末端，以及具有一个中部(106)，它支承上述可转动的管子，上述中部具有定位在上述管子支承装置的上方的一部分。

5.按照权利要求1的系统，其特征在于，上述管子支承装置具有一个与上述塔架轴线(18)有间距的、基本上竖直的管子支承装置轴线(94)；

上述一组竖管具有定位在上述塔架的底部的部分(108)，该部分定中心在一个基本上垂直的竖管轴线(92)处；

上述塔架具有一个周边，该周边定位在离上述塔架轴线一个预定的塔架半径(R)处；

上述竖管轴线(92)与上述管子支承装置的上述管子支承装置轴线(94)的水平间距至少为上述塔架半径(R)。

6.按照权利要求5的系统，其特征在于，上述塔架具有一个顶甲板(90)，一组上述竖管具有上端(52a)，所述上端(52a)基本上水平地延伸至少为塔架半径(R)的一半的距离(D)至塔架轴线的与管子支承装置相对的一侧。

7.按照权利要求1的系统，其特征在于，该系统还包括：

位于上述塔架上的一个总管(122)，该总管具有一个输入端，该输入端连接至一组上述竖管，以及该总管具有一个输出端，该输出端连接至所述其他转节部分中的一个。

8.按照权利要求1的系统，其特征在于还包括：

一个转节输出管子(54)，由一个上述流体转节的可转动的转节部分延伸至上述船身，上述管子具有一个部分，该部分以大于上述管子支承装置的一个顶部(88)的高度定位跨过上述塔架。

9.一种海上生产系统，该系统包括一个船身(14)，一个非转动的塔架(16)，该塔架系留至海底，并且借助一个轴承组件(110)支承在上述船身上，该轴承组件(110)允许上述船身围绕上述塔架的一个塔架轴线(18)漂动，至少一个流体转节机构(50)，该流体转节机构带有可转动的转节部分(86)和非转动的转节部分(84)，以及至少一个竖管(41-43)，所述的竖管由海底延伸向上，并且通过上述塔架至上述非转动的转节部分，该生产系统包括：

一个桥架(80，80A)，所述桥架具有一末端(100，102，140)安装在上述船身上，并具有一个定位跨过上述塔架的桥架中部(106，144)，上述可转动的转节部分定位在一塔架顶甲板的上方，并连接至上述桥架中部。

10.按照权利要求9的系统，其特征在于，该系统还包括：

安装在上述塔架上的管子支承装置(60，134)，上述塔架具有一个顶甲板(90)，上述管子支承装置凸起在上述塔架顶甲板上方几米(B)，该管子支承装置具有顶部(88，132)定位在离开上述塔架轴线一个预定的水平距离(E)；

上述桥架中部具有一个桥架部分，所述桥架部分定位在上述塔架顶甲板的上方超过上述管子支承装置顶部的高度，从而使当船身漂动时，上述桥架部分移动跨过上述管子支承装置顶部。

11.在一个海上生产系统的一个船只(12)上使用一个装置(60，134)的一种方法，其中，该船只包括一个船身(14)和安装在该船身上的一个塔架(16)，其中塔架系留至海底，并且至少一个竖管(41-43)由海底的附近延伸至塔架上的一个流体转节(50，50A)，其中流体转节包括连接至塔架的一个非转动部分(84)以及一个可转动部分(86)，该可转动部分借助一个转节输出管子(54)连接至船身上的一个管子接头(55)，以及其中船身能够围绕塔架漂动，如果当船只漂动时竖管或管子没有拉起，此方法允许装置下降一条管子至海底的附近而没有管子围绕竖管缠绕的危险，此方法包括：

在塔架上安装该装置；

安装该转节输出管子(54，54A)使它在装置的顶部(88，132)的上方在流体转节和船身上的管子接头(55)之间的延伸部分内延伸。

12.按照权利要求11的方法，其特征在于，该方法还包括：

建造一个桥架(80)，该桥架(80)带有固定至上述船身的末端(100，102)，并且该桥架带有一个桥架部分(106，144)，该桥架部分定位跨过上述塔架，并且固定至上述转节输出管子，该方法还包括定位所述桥架部分，所述桥架部分定位跨过上述塔架，从而所述桥架部分在上述塔架和上述装置上方延伸。

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