CN101316966B - 具有延伸到甲板外面的活动悬臂的海上系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海上系统，所述海上系统包括具有甲板(2)的钻机而且还包括悬臂(4)，所述悬臂(4)安装在甲板上，并至少可在纵向方向上于收缩位置和伸展位置之间活动。上述悬臂具有操作端(4a)和内端(4b)，所述操作端(4a)延伸到甲板外面处于悬臂的伸展位置，而上述内端(4b)与操作端(4a)相对。另外上述悬臂在悬臂的纵向方向上具有一个或多个悬臂支承轨道(10)。系统还包括支承机构(7)，所述支承机构(7)包括轨道接合件(7a)，该轨道接合件(7a)能使悬臂作纵向运动。系统还包括支承轨道延伸部分(6b′)，所述支承轨道延伸部分(6b′)用于每个悬臂支承轨道，能通过与悬臂支承轨道定位一致使悬臂支承轨道在悬臂的内端处延伸，用于增加悬臂支承轨道的长度并由此增加悬臂的纵向可达到范围的目的。

Description

具有延伸到甲板外面的活动悬臂的海上系统
技术领域
本发明涉及海上系统，所述海上系统包括具有甲板的钻机和悬臂，所述悬臂安装在甲板上，并至少可在悬臂的纵向方向上于收缩位置和伸展位置之间活动，上述悬臂具有操作端，所述操作端延伸到甲板外面处于悬臂的伸展位置中，上述悬臂具有与操作端相对的内端，上述悬臂在悬臂的纵向方向上具有一个或多个悬臂支承轨道，系统还包括支承机构，所述支承机构包括轨道接合件，该轨道接合件允许悬臂作纵向运动。
背景技术
在US 6171027中公开了一种具有活动悬臂的现有技术海上系统。这种悬臂可在纵向方向(X方向)和横向方向(Y方向)基本上沿着甲板的侧边活动。这种系统的优点是悬臂上的载荷是在中心施加。由于悬臂可以有效地加载，所以它的重量可以减小而能力可以增强。另一个优点是在操作端处有塔、并因此钻井钢丝绳可以位于悬臂的中部，同时提供在中心产生具有单油藏(moonpool)的封闭区的可能性。
已知海上系统具有悬臂，所述悬臂在其操作端处带有(钻孔)设备，上述已知海上系统的缺点是有限尺寸的“钻进范围(drillingenvelope)”，亦即通过在纵向方向上及也可能在第二(非纵向)方向上移动悬臂用(钻孔)设备可到达的区域。在伸展位置中，悬臂部分地伸出到钻机的甲板外面。在收缩位置中，悬臂主要是位于钻机的甲板上。一般，悬臂可以使用的尺寸由甲板上可利用的空间决定。在某些情况下，比如当钻机是自升式平台时，可用于悬臂的运动和贮存的空间有限。因而妨碍一个或多个支柱升起。有限的空间适用于甲板上的任何其它障碍，如适用于螺钉、机械、起重机等。
发明内容
本发明的目的是扩大悬臂式海上系统的“范围”。
按照本发明，这个目的是用下述系统达到，即系统还包括支承轨道延伸部分，所述支承轨道延伸部分用于每个悬臂支承轨道，能使悬臂支承轨道通过与悬臂支承轨道在一条直线上定位在悬臂的内端处延伸，用于增加悬臂支承轨道的长度并由此增加悬臂的纵向可达到的范围。
本发明提供了一种海上系统，包括：
钻机，所述钻机具有甲板，
悬臂，所述悬臂安装在甲板上，并且至少可在悬臂的纵向方向上在收缩位置和伸展位置之间活动，
上述悬臂具有操作端，所述操作端在悬臂的伸展位置中延伸到甲板外面，
上述悬臂具有内端，所述内端与所述操作端相对，
其特征在于，
上述悬臂在悬臂的纵向方向上具有一个或多个悬臂支承轨道，
系统还包括支承机构，所述支承机构包括用于与悬臂支承轨道接合的轨道接合件，该轨道接合件与悬臂支承轨道彼此配合以实现悬臂的纵向运动，
系统还包括用于每个悬臂支承轨道的支承轨道延伸部分，所述支承轨道延伸部分能通过与悬臂支承轨道设置在一条直线上而使悬臂支承轨道在悬臂的内端处延伸，用于增加悬臂支承轨道的长度，并由此增加悬臂纵向可到达范围，以及
支承轨道延伸部分可运动式安装在悬臂上，在支承轨道延伸部分被贮存的贮存位置和支承轨道延伸部分与悬臂支承轨道在一条直线上定位的作用位置之间运动。
当钻机(比如自升式平台的支柱)相对于一些进行活动比如钻孔活动的部位的位置如此要求时，本发明的系统能使悬臂可以通过支承轨道延伸部分进一步扩展长度，因而能在纵向方向上进一步运动，并扩大这个尺寸的范围。在悬臂的收缩位置中，支承轨道延伸部分可以拆卸或移动到贮存位置。例如，支承轨道延伸部分可以贮存在悬臂中，或者当需要时可伸缩式移出悬臂，或者支承轨道延伸部分可以与悬臂支承轨道在一条直线上滑动。也可以使支承轨道延伸部分旋转远离它们的活动位置，同时能再次使悬臂长度减小。支承轨道延伸部分可以例如贮存在钻机的甲板上、悬臂中或者另一钻机上。支承轨道延伸部分还可以借助于起重机定位成与悬臂支承轨道在一条直线上。因此，尽管所需的甲板空间比较有限，但用按照本发明所述的海上系统可得到一大的钻井范围。
优选的是，悬臂是箱式结构。各种设备可以安装在悬臂内部。这方便甲板和悬臂之间的接口。
在优选实施例中，支承轨道延伸部分是可安装在悬臂上的分开部件。支承轨道延伸部分可以比如贮存在甲板上、悬臂中、悬挂或者吊在悬臂的一侧上，或者贮存在另外的船上。
或者，支承轨道延伸部分铰接式安装在悬臂上，或者用别的方法活动式安排在悬臂上，比如可在贮存位置和作用位置之间活动。支承轨道延伸部分可以伸缩式安装。
可能地，支承轨道延伸部分可以设计成折板(flap)，优选地折板是比如绕垂直铰接轴线，优选的是在悬臂的内端附近铰接式连接到悬臂上。
优选的是，轴承机构设置在支承机构上的轨道接合件和悬臂上的悬臂支承轨道之间。例如，悬臂支承轨道包括或形成纵向轴承面或滑动面或形成轨道表面的头部。
在优选实施例中，支承机构活动式安装在甲板上，以便当悬臂由支承机构支承用于在纵向方向上运动时，悬臂也可在第二(非纵向)方向上活动。在甲板上设置可用于支承机构的运动的轨道也是可行的。例如，悬臂也可在垂直于第一纵向方向的平移方向上活动。在这种情况下，可以得到矩形钻井范围。
在第二优选实施例中，悬臂可以在其中移动的第二方向是旋转运动。例如，支承机构可连接或连接到钻机上，以便悬臂可以绕旋转轴线，比如通过旋转销旋转。旋转轴线可相对于钻机定位在多个位置处，比如可沿着导向件移动。还可以在甲板上设置轨道，所述轨道可用于支承机构的运动，上述轨道可以制成可用于支承机构旋转运动的环形或圆形形状。优选的悬臂如此安装，以便它可以至少在0°和90°之间旋转或至少可朝两个方向活动或二者都包括。
尤其是当用于悬臂相对于钻机的运动的可用空间受限制时，比如由于钻机是自升式平台及空间受自升式平台的支柱限制时，带塔的悬臂可以安装成通过使悬臂在它的纵向方向上延伸和使支承机构绕钻机上的旋转轴线旋转而在两个方向活动。这样得到的钻井范围的形状是环形的一段。旋转式悬臂优于横向移动式悬臂的优点是钻机和悬臂之间的管道系统和电接口可以不太复杂。旋转式悬臂在转座和悬臂之间只需要纵向牵引链。横向移动式悬臂需要纵向和横向牵引链。
当支承机构在甲板上移动和/或悬臂在支承机构上沿纵向方向移动时，产生相当大的剪切应力。为了至少部分地减轻各部件相互滑动，这方面在合适位置处设置减少摩擦的轴承机构。例如，设置至少两个轴承构件，所述轴承构件可在位于最靠近钻机边沿的甲板或轨道上活动，上述轴承构件在纵向方向上及在横向方向上工作，以便接收至少一部分支承机构与相关甲板区域之间及悬臂的底板区域与支承机构之间的摩擦力。
在实际的例子中，减少摩擦的轴承机构由流体静力轴承形成。可以设想，可以利用钻机上存在的一个或多个泥浆泵来将加压流体如(海)水送到流体静力轴承，而同时省去了用于这个目的的单独的动力单元。可供选择地，和甚至更实用的是利用辊组件作为轴承机构。
在可供选择的实施例中，支承机构包括安装在甲板和悬臂之间的机架，比如基本上是矩形的机架。在可能的实施例中，安装在甲板和支承机构的机架上的一个或多个轨道之间的轴承机构可以设置在多个位置处，比如设置在上述机架的所有拐角处。
在优选实施例中，钻孔设备设置在悬臂的操作端处。钻孔设备可以包括用于实施涉及油气工业中钻孔或相关操作的活动的任何合适设备。这些设备包括例如钻井工具、维修工具或油井插入工具、用于放下或收回海底设备的升降设备如井口(wellhead)设备等。
更优选的是，塔或井架和/或起重机设置在悬臂的操作端处。优选的是将多用途塔安装在悬臂上。多用途塔比如可以包括钻井设备、升降设备等。钻台(drill floor)可以设置在悬臂的上甲板上。在具体的实施例中，悬臂的长度是在30-60米之间，其中通过支承轨道延伸部分轨道可以伸展至少5米，优选的是至少10米至可能高达60米。钻台在悬臂上特别优选的表面积为～200m2。通过把钻台结合到悬臂中，在钻台和悬臂之间不需要软管或牵引链。钻台与悬臂上甲板齐平使钻台便于接近并有助于管子的处理作业。此外，齐平的甲板能在悬臂上安装门式起重机，所述悬臂可以一直行进到塔。
钻机是下述一组设备中的一个：柔性塔(Compliant Tower)、深井通风沉箱船(Deep Draft Caisson vessel)、远洋声学观测平台(SPAR)、张力腿平台(Tension Leg Platform)、临时张力腿平台(Temporary Tension Leg Plaform)、半潜式钻井机(SemiSubmersible rig)、升降平台(Jack-Up platform)和单船体船(MonoHull Ship)。
另一些优选实施例在下面子权利要求和说明书中公开。
附图说明
现在将参照附图进一步说明本发明。在附图中：
图1-5示出用按照本发明所述海底系统的优选实施例将钻井设备安装在水下油井上的方法的连续阶段；
图6-10示出图1-5所示海上系统的折板的详图。
具体实施方式
在图1-5中，示出钻机1的一部分，同时具有甲板2。在这个实施例中，钻机1是海上钻井升降平台，所述海上钻井升降平台包括升降室3a，在该升降室3a中，自升式平台的支柱3b是活动的。悬臂4安装在钻机的甲板2上。在悬臂4的操作端4a处，将钻孔设备5，在这个实施例中是塔5，固定式附接到悬臂4上。在塔5旁放置排管器8a、管子装卸器8b和管材库8c。在这个实施例中，门式起重机9放在悬臂4上。悬臂4通过支承机构7安装在甲板2上。悬臂4包括在悬臂4的纵向方向L上的悬臂支承轨道10。支承轨道10包括纵向轴承面(未示出)。支承机构7包括轨道接合件7a，所述轨道接合件7a允许悬臂4作纵向运动。轴承机构(未示出)可以位于支承轨道10的纵向轴承面和轨道接合件7a之间。圆形轨道11安装在甲板2上，用于支承机构7的旋转运动，以便悬臂4可旋转。减少摩擦作用的轴承机构(未示出)设置在安装于甲板2上的轨道11和支承机构7之间。
在图1所示的静止位置中，悬臂4处于它的收缩位置，位于钻机1的甲板2上。
在图2中，悬臂4已在它的纵向方向上部分移动到伸展位置。在这个位置中，包括钻井设备的塔5延伸到升降平台1的甲板2的外面，并能在这个区域进行操作。在悬臂4的内端4b处，与操作端4a相对，设置两个铰接件6a，支承轨道延伸部分6b′连接到所述铰接件6a上。在这个实施例中，支承轨道延伸部分6b′包括两个可折叠的折板6b。铰接件6a垂直于悬臂4的纵向方向4a延伸。由于稳定性的原因，在两个折板6b之间设置一梁6c。在图1中，折板6b折叠到悬臂4远离塔5的端部中，垂直于悬臂4的纵向方向L。
在图3中，悬臂4进一步朝纵向方向移动到比图2所示的更伸展的位置。借助于支承轨道延伸部分6b，悬臂的位置比仅用悬臂4可能达到的最远位置伸展更远。
在图4和5中，还示出悬臂4处于它的最远伸展位置，其中悬臂4还相对于甲板2旋转。
在图6中，示出了甲板2和悬臂4的详细情况，所述悬臂4已移动到悬臂的纵向方向中，所述纵向方向用字母“L”表示，到达悬臂4自身的几乎全部伸展的位置。悬臂的操作端在该图6中未示出。悬臂4通过支承机构7安装在甲板2上。悬臂4包括在悬臂4的纵向方向L上的悬臂支承轨道10。支承轨道10包括纵向轴承面(未示出)。支承机构7包括轨道接合件7a，所述轨道接合件7a能使悬臂4作纵向运动。支承轨道延伸部分6b′通过铰接件6a连接到悬臂4的内端4b上。支承轨道延伸部分6b′包括折板6b。支承机构7上的轨道接合件7a能使悬臂4作纵向运动，但也能使延伸部分6b′作纵向运动。圆形轨道11安装在甲板2上，可用于支承机构7的旋转运动，以便悬臂4可旋转。减少摩擦作用的轴承机构(未示出)设置在安装于甲板2上的轨道11和支承机构7之间。在图6-10中，示出支承轨道延伸部分6b′处在图2和3所示的位置之间的接着发生的位置。
在图7中，折板6b部分向外折叠，同时绕铰接件6a转动。在图8中，折板6b全部向外折叠，因此轨道延伸部分6b′的位置与悬臂支承轨道10在一条直线上。
如图9和10所示，轨道延伸部分6b′可以横跨支承机构7的轨道接合件7a移动，同时可用于轨道延伸部分6b′的纵向运动。结果，悬臂支承轨道10的长度增加了支承轨道延伸部分6b′的长度，因而增加了悬臂4纵向可达到的范围。因此，悬臂4可以移动到比仅是悬臂完全展开的位置伸展更远的位置。

Claims (20)

1.海上系统，包括：
钻机(1)，所述钻机具有甲板(2)，
悬臂(4)，所述悬臂安装在甲板上，并且至少可在悬臂的纵向方向上在收缩位置和伸展位置之间活动，
上述悬臂具有操作端(4a)，所述操作端在悬臂的伸展位置中延伸到甲板外面，
上述悬臂具有内端(4b)，所述内端与所述操作端相对，
其特征在于，
上述悬臂在悬臂的纵向方向(L)上具有一个或多个悬臂支承轨道(10)，
系统还包括支承机构(7)，所述支承机构包括用于与悬臂支承轨道接合的轨道接合件(7a)，该轨道接合件与悬臂支承轨道彼此配合以实现悬臂的纵向运动，
系统还包括用于每个悬臂支承轨道的支承轨道延伸部分(6b′)，所述支承轨道延伸部分能通过与悬臂支承轨道设置在一条直线上而使悬臂支承轨道在悬臂的内端处延伸，用于增加悬臂支承轨道的长度，并由此增加悬臂纵向可到达范围，以及
支承轨道延伸部分可运动式安装在悬臂上，在支承轨道延伸部分被贮存的贮存位置和支承轨道延伸部分与悬臂支承轨道在一条直线上定位的作用位置之间运动。
2.按照权利要求1所述的海上系统，其中支承轨道延伸部分铰接式安装在悬臂上。
3.按照权利要求1所述的海上系统，其中支承轨道延伸部分可伸缩式安装。
4.按照权利要求2所述的海上系统，其中支承轨道延伸部分是折板(6b)。
5.按照权利要求4所述的海上系统，其中折板包括一个或多个铰接件(6a)，所述铰接件基本上垂直于悬臂的纵向方向延伸，上述铰接件连接到悬臂的内端上。
6.按照权利要求1所述的海上系统，其中轴承机构设置在支承机构上的轨道接合件和悬臂上的悬臂支承轨道之间。
7.按照权利要求1所述的海上系统，其中悬臂支承轨道包括纵向轴承面。
8.按照权利要求1所述的海上系统，其中支承机构活动式安装在甲板上，以便悬臂还能在第二方向上活动。
9.按照权利要求8所述的海上系统，其中悬臂还能在垂直于第一纵向运动的平移方向上活动。
10.按照权利要求8所述的海上系统，其中支承机构连接到钻机上，以便悬臂能绕旋转轴线转动。
11.按照权利要求10所述的海上系统，其中上述旋转轴线能相对于钻机位于多个位置处。
12.按照权利要求1所述的海上系统，其中轨道安装在甲板上，用于支承机构的运动。
13.按照权利要求12所述的海上系统，其中圆形轨道安装在甲板上，用于支承机构的旋转运动。
14.按照权利要求12或13所述的海上系统，其中减少摩擦作用的轴承机构设置在安装于甲板上的轨道和支承机构之间。
15.按照权利要求14所述的海上系统，其中上述支承机构包括机架，所述机架安装在甲板和悬臂之间。
16.按照权利要求14所述的海上系统，其中上述轴承机构包括一个或多个流体静力轴承。
17.按照权利要求1所述的海上系统，其中在悬臂的操作端处设置钻井设备。
18.按照权利要求1所述的海上系统，其中在悬臂的操作端处，设置塔、井架和/或起重机。
19.按照权利要求1所述的海上系统，其中上述钻机是钻井钻机。
20.按照权利要求1所述的海上系统，其中上述钻机是下述一组设备中的一个：柔性塔、深井通风沉箱船、远洋声学观测平台、张力腿平台、半潜式钻机、升降平台和单船体船。
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