CN101346572B - 海上系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上系统，所述海上系统包括钻探船，例如包括甲板(2)的半潜入式钻探船，在所述甲板上安装用于进行钻井操作的钻塔(4)，此外，所述船设有用于铺设管道的可倾斜的J铺设塔(21)的支撑件(21)，所述支撑件邻近所述钻塔布置，而且海上系统还包括安装在或能安装在所述支撑件上的J铺设塔(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上系统，所述海上系统包括钻探船，例如包括甲板的半潜入式钻探船，用于进行钻井操作的钻塔安装在甲板上。
背景技术
海上系统众所周知并通常用于进行钻井操作。这种系统的主要缺点是：当进行其它操作时，只能进行钻井操作的这种钻探船效率低，因此具有高的总运转成本。
已知用US6871609中所描述的多功能塔替换钻塔以克服该缺点。这种多功能塔用于进行维护操作以及钻井操作。这增加了海上系统的效率。
在WO 2005/059297、WO 2004/020275、US 6,932,553、US6,868,902、US 6,763,898、US 6,926,259(特别在图13中)中本发明申请人披露了多功能塔的特殊设计及其使用。这些文件的信息和内容在此引入作为参考。普通的现有技术的船仅适用于钻井。本发明申请人在US 2004/089215中披露了既适用于钻井又适用于井维护的船。该申请的内容也在此引入作为参考。
发明内容
本发明的目的是提出一种替代的甚至更通用的海上系统。理想地，这可得到具有较低的总运转成本并且能更高效的海上系统。
根据一个方面，本发明提供了一种海上系统，包括钻探船，例如包括甲板的半潜入式钻探船，在所述甲板上安装用于进行钻井操作的钻塔，其特征在于，所述船还设有用于铺设管道的可倾斜的J铺设塔的支撑件，所述支撑件邻近所述钻塔布置，而且海上系统还包括安装在或能安装在所述支撑件上的J铺设塔，其中钻塔设有用于下放和举升钻井设备比如钻柱和隔水管的提升系统，而且其中J铺设塔设有用于下放所述管道的管道下放设备，其特征在于，提升系统和下放设备适用于相互连接，以便使得钻塔提升系统的提升能力用于下放管道。
根据另一个方面，本发明提供了使用海上系统铺设管道的方法，所述海上系统包括钻探船，例如包括甲板的半潜入式钻探船，在所述甲板上安装用于进行钻井操作的钻塔，其特征在于，所述船还设有用于铺设管道的可倾斜的J铺设塔的支撑件，所述支撑件邻近钻塔设置，而且所述海上系统还包括安装在或能安装在所述支撑件上的J铺设塔，所述方法包括以下步骤：
-装配J铺设塔，
-在钻探船的支撑件上安装J铺设塔，
-将J铺设塔设定成所需的铺设角，
-将管子运输到J铺设塔，
-将管子相互连接起来，以及
-下放管道。
此外，根据本发明的船设有用于铺设管道的可倾斜的J铺设塔(J-lay tower)的支撑件，所述支撑件邻近钻塔布置，而且海上系统还包括安装在或者能安装在所述支撑件上的J铺设塔。
可倾斜的J铺设塔能够以可变的铺设角使管道下水，从而在水深和管道的各种组合情况下使管道下水。优选地，可以应用10-15°的铺设角。根据本发明的海上系统可以被安放在可能的井附近，而且利用海上系统既可以钻井，又可以将管道从所述井铺设到另一个位置，能够从井中取出油。当开发油田时，这允许减少得到“第一桶油(firstoil)”所用的时间。当将船移动到所需位置时，J铺设塔可以安装在船上，但是也可使用不带有J铺设塔的船，当需要时再安装J铺设塔。可将J铺设塔存储在甲板上的存储位置中或在船柱(例如稳定柱)中。优选地，J铺设系统(塔)可以被分解成几个元件，每一个元件的重量不大于钻机起重机的最大的SWL(安全工作负荷)。元件(或者完整的J铺设塔)可以存储在甲板上或在船柱的一个或多个的内部。这节省了甲板空间并且对重心有利。
任何类型的钻探船都可以用于根据本发明的海上系统，例如单体船、钻机或半潜入式船、或具有两个或三个船体的双体船。
钻塔可以适用于进行任何类型的钻井操作。桅杆或井架(derrick)可以被设置为钻塔。在一个优选实施例中，实现为多功能塔的钻塔被邻近J铺设塔放置在甲板上。优选地，桅杆具有基本上闭合的外壁。多功能塔可以配有主滑车(trolley)和辅助滑车、起重机、缆绳、以及用于举升工作平台的设施。优选地，用于升起补偿的装置设在桅杆中，其可以在下放隔水管(riser)等时使用。通常，这种海上系统可以用于放置BOP(表面防喷器，surface blow out preventer)和隔水管柱，放置钻柱和进行钻井操作以及可能提供套管。
优选地，在钻探船的甲板中，设有月池开口，钻塔可以通过该月池开口进行其钻井操作。在一个优选实施例中，J铺设塔可以通过同一月池开口铺设管道。由于船不必进行除了必要以外的更多修改，这是很有利的，而更多修改可能导致减小船结构的刚性。优选地，月池足够大并且设计成使得J铺设塔能够在钻井设备(比如隔水管、钻柱、油井维修隔水管)仍在月池中时铺设管道。更优选地，钻井设备(比如隔水管、钻柱或油井维修隔水管)是可在月池中移置的，例如，可在月池中滑动。例如，设备可沿着月池从钻塔的一侧移置到到钻塔的相对侧，而且即使塔是倾斜的，也可在J铺设塔的下面移置到远离J铺设塔的管道铺设区域的月池部分。在进行J铺设操作时，当例如带有水下BOP的隔水管柱并不需要重新得到时非常有利。在一个优选实施例中，带有水下BOP的隔水管柱在J铺设操作期间被滑至不挡道的位置，而在J铺设操作结束时再次滑入操作位置。这避免了重新得到大量的隔水管接头和存储它们的非常耗时间的过程。当J铺设塔连接到钻塔上时不干扰钻机上的正常操作时也是非常有利的。
一般地，钻塔设有用于下放和提升钻井设备(比如钻柱和隔水管)的提升系统。J铺设塔一般设有用于下放管道的管道下放设备。在一个优选实施例中，提升系统和下放设备适用于相互连接，使得钻塔的提升系统的提升能力能用于下放要利用所述J铺设塔铺设的管道。例如，J铺设塔的顶部设有定滑轮(crown block)，而且钻塔设有中间滑轮，钻塔提升设备的提升缆绳可跨过所述定滑轮和中间滑轮连接。根据钻塔需要的提升操作，中间滑轮可以设置成既可连接到J铺设塔上又可连接到钻塔上。当进行钻井操作或铺设隔水管时，中间滑轮可以从提升区域移出；当进行J铺设操作时，中间滑轮连接到钻塔上。根据本发明的J铺设系统的能力可以从低达100吨到高达1000吨以上。
在一个特别实施例中，海上系统还能够进行维护操作，例如进行井维护。现今，相当大比例的生产设备没有安装在海面上，而是安装在海底。和所有设备一样，海底设备需要定期维护。特别地，在油田寿命期间，井眼和油田本身需要维护以保持生产量尽可能高。油田和海底生产设备的维护是一项很难的任务，该任务既时间紧又非常昂贵。
优选地，在根据本发明的海上系统中，J铺设塔不干扰钻探船的正常操作(比如送入隔水管、钻井操作等)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种海上系统，包括钻探船，例如半潜入式钻探船，其包括甲板，在所述甲板上安装用于进行钻井操作的钻塔，其中所述船还设有用于铺设管道的可倾斜的J铺设塔的支撑件，所述支撑件邻近所述钻塔布置，而且海上系统还包括安装在或能安装在所述支撑件上的J铺设塔，其中钻塔设有用于下放和举升钻井设备比如钻柱和隔水管的提升系统，而且其中J铺设塔设有用于下放所述管道的管道下放设备，其特征在于，提升系统和下放设备适用于相互连接，以便使得钻塔的提升系统的提升能力用于下放管道，其中所述J铺设塔的顶部设有定滑轮，而且所述钻塔设有中间滑轮，钻塔的提升系统的提升缆绳能跨过所述定滑轮和中间滑轮连接，并且其中J铺设塔由调节器支撑，所述调节器能够调节J铺设塔相对于钻塔的倾斜角。
优选地，在钻探船的甲板中设置月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且J铺设塔能通过同一月池开口铺设管道。
优选地，在钻探船的甲板中设置月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且其中J铺设塔能在钻井设备比如隔水管、钻柱、油井维修隔水管仍在月池开口中时铺设管道。
优选地，在钻探船的甲板中设置月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且其中钻井设备比如隔水管、钻柱、油井维修隔水管能在月池中移动例如滑动。
优选地，根据钻塔的提升操作，中间滑轮能连接到J铺设塔上和连接到钻塔上。
优选地，调节器位于J铺设塔和钻塔之间。
优选地，J铺设塔可以被拆卸并存储在存储位置，例如存储在半潜入式船的船柱内部或在甲板上。
优选地，J铺设塔不干扰钻探船的正常操作。
根据本发明的另一个方面，提供了一种使用如上所述的海上系统铺设管道的方法，所述方法包括以下步骤：
-装配J铺设塔，
-在钻探船的支撑件上安装J铺设塔，
-将提升系统和下放设备相互连接，
-使用调节器将J铺设塔设定成所需的相对于钻塔的铺设角，
-将管子运输到J铺设塔，
-将管子相互连接起来，以及
-使用钻塔的提升系统的提升能力下放管道。
优选地，在上述方法中，在钻探船的甲板上设有月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且其中钻井设备比如隔水管、钻柱、油井维修隔水管能在月池中滑动，其中在将J铺设塔安装在钻探船的支撑件上之后，所述钻井设备滑动到月池的一侧。
优选地，在上述方法中，在将J铺设塔设定成所需的角度之后，在甲板上将两根或多根管子连接在一起，所述管子随后被运送到J铺设塔。
优选地，在上述方法中，包括以下步骤：
-从存储位置取出已被拆卸的J铺设塔的部件，
-在甲板上装配J铺设塔
附图说明
参照下列详细说明并结合附图，将最好地理解本发明。
图1显示了根据本发明的海上系统的一个可能的实施例的示意图；
图2显示了在根据本发明的钻探船的甲板上从上面看的视图；
图3显示了根据本发明的海上系统的一个实施例的操作；
图4显示了根据本发明的海上系统的多种可能设置方案。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的海上系统1的一个可能实施例的示意图。仅显示了船上的上甲板2的部分和下甲板3的部分。钻塔4(此处是多功能塔)安装在上甲板2上。塔在此处体现为具有基本闭合外壁的桅杆。此处的桅杆具有矩形截面，带有内部空间，允许在其内部布置一个或多个绞车和/或举升补偿系统。作为可选择的塔，可以使用如现有技术所公知的具有网格结构的井架。可倾斜的J铺设塔5邻近多功能塔安装。
多功能塔4包括提升系统20，所述提升系统包括滑轮11、滑动轮12和所示实施例中的用于提升缆绳14的可分开的滑轮13a和13b。需要指出的是，尽管可分开的滑轮是优选实施例，但是也可以使用标准型的滑轮。提升系统20还可包括优选地位于多功能塔内部的一个或多个绞车。下滑轮13b为动滑轮。在塔4的一侧，在图中在塔4的左侧，提升系统20的动滑轮11连接到滑车15上。滑车15可沿着多功能塔4移动，而且例如可以用于下放钻杆、套管等等。如果需要，可使滑车15可以移动到塔4的内部。月池开口32在甲板2上保持打开，用于使管子、隔水管、套管等穿过。
塔4的另一侧，在图中在塔4的右侧，提升系统20连接到滑车16上。例如，该滑车可以用于下放BOP、隔水管、滑动接头(slipjoints)、维护设备等等。当用于下放隔水管时，滑车16常常被称作送入工具。
在所示的实施例中，提升系统20经由缆绳14连接到滑车17上。中间滑轮18连接到滑车17上。提升缆绳14经由滑车17和滑轮18连接到J铺设塔5上的定滑轮19上。定滑轮19可包括滑动轮(pulley)。因此，在所示的实施例中，提升系统20用于下放J铺设塔5中的管子。在甲板2中设有月池开口33，通过该月池开口，被下放物品可以通过甲板。优选地，当下放大的物品(比如BOP)时，月池开口33可以被扩大，而当下放较小物品(比如管子)时变得较小。
J铺设塔5的支撑件21安装在甲板2上，用于支撑甲板上的J铺设塔5并将塔连接到甲板2上。J铺设塔5的框架部件22可围绕倾斜轴或枢轴23绕着支撑件21倾斜。J铺设塔5还经由调节器24连接到多功能塔4上，此处靠近J铺设塔的上端。调节器24可以调节J铺设塔5上部和多功能塔4之间的距离。由于J铺设塔经由J铺设塔的支撑件21连接到甲板上，调节器也调节J铺设塔的倾斜角。
J铺设塔5(此处就像传统的J铺设塔)包括活动夹25a、远离夹(hold-off clamp)26(也称作悬离夹)和至少一个焊接站或工作站27。J铺设塔还可以包括单独的涂层、NDT(非破坏性试验)和/或爆破站。在一个特别的实施例中，焊接发生在甲板2之上，而涂层和非破坏性试验发生在甲板2之下。管子装载机30设在甲板2上以将管子31a装载到J铺设塔5中。提升系统20经由定滑轮19连接到动滑轮25b上，所述动滑轮定位在活动夹25a上方并连接到活动夹25a上。可以看出，在本实施例中，J铺设塔并不干扰正常的钻井操作或隔水管的送入操作。
下甲板3设有单个的大月池开口34，该月池开口34位于上甲板2中的月池开口32和33之下。在所示的实施例中，通过上甲板2中的月池开口33和下甲板3中的月池开口34，下水的管道31b(或钻柱)被倾斜地下放。
在所示的实施例中，通常带有滑动接头和/或BOP的隔水管柱35可在月池开口34中移动。因此，隔水管柱可在多功能塔4的右侧下放，而且随后移动通过月池开口34到多功能塔4的另一侧(图中的左侧)，在该处，可以通过隔水管柱和/或滑动接头设置钻柱。月池开口34可以设有轨道34a，连接有隔水管柱35的滑车36可在该轨道上行进。在所示的实施例中，隔水管柱可以在J铺设塔和多功能塔之下朝月池的远离管道铺设区域的远端移动，J铺设管通过该管道铺设区域穿过月池。因此，带有隔水管柱的J铺设管仍然可能悬挂在月池中。
图2显示了在根据本发明的钻探船的甲板2上方观察的视图。例如该甲板的尺寸可为70×80m。多功能钻塔4位于甲板2上。在多功能塔4的第一侧，可以从船上下放钻柱。月池开口32在甲板2上保持打开，用于使管子、套管等穿过。逆转鼓筒(setback drum)40，优选双旋转逆转鼓筒靠近多功能塔4设置，以便存储钻柱(的部件)。
可能地，通过在多功能塔4的两侧钻井，多功能塔4能够进行双重钻井。因此，需要的是，在塔的两侧上，提升系统都设有动滑轮和滑车，而且都有月池开口设在甲板上。由于提升系统20包括在一侧的动滑轮11、滑车15和月池开口32和在另一侧的动滑轮13b、滑车16和月池开口33，所以图1所示的海上系统能够进行双重钻井。可能地，但不是必需地，钻杆装载机(未示出)设在甲板2上以便提供钻杆或替代地移除钻杆。
可能地，在甲板进行准备以便完成带卷轴的套管。塔(未示出)可以放置在甲板上，所述塔包括卷轴，套管可通过该卷轴被引导并通过甲板上的月池开口32下放。套管卷轴可以存储在甲板上或必要时由轮船提供。
邻近多功能塔4，在月池开口32的相对侧设置月池开口33，借助于位于多功能塔4处的提升系统20(图1中所示)，物体可以通过该月池开口33被下放进入大海。可能地，当下放大物体需要时，月池开口33可以被扩大。例如，BOP(未示出)可以通过月池开口33被下放。在一个优选实施例中，可以在甲板上进行BOP操作。优选地，BOP可在甲板2上方滑动，以便当BOP将被下放时，其被放置在月池开口33和月池开口34(图1中所示)上方的提升系统20之下。同样，通过月池开口33可下放滑动接头(未示出)。优选地，该滑动接头也设置成可在甲板上滑动。
优选地，隔水管可以通过月池开口33被下放。隔水管可以被存储于设在船的甲板2的角落处的竖直隔水管存储处44中。例如，其它隔水管存储处也可能放置在甲板上或其它船上。隔水管可以通过隔水管输送装置(未示出)在月池开口33上方提供给提升系统20(图1中所示)。
J铺设塔5在甲板2上邻近多功能塔4设置。借助于J铺设塔5，可以通过月池开口33和月池开口34(图1中所示)铺设管道。任何类型的管子装载机30可以设在甲板2上以便将管子31a提供到J铺设塔5上。
根据本发明的海上系统可能还设有：
●包括系泊绞车的系泊系统，
●运输直升机起落平台，
●离岸的起重机，可能是重型起重机，
●泥浆系统和盐水泵。
在图3中解释了根据本发明海上系统的一个实施例的操作。应用与图1使用的标号相同的标号。
图3a显示了处于静止模式的多功能塔4，原则上能够借助于提升系统20下放隔水管，所述提升系统包括缆绳14、滑车16和可分开的滑轮13a和13b。J铺设塔5背离多功能塔4倾斜，并经由调节器24连接到多功能塔4上。调节器24包括连接到J铺设塔5上的部件24a和连接到多功能塔4上的部件24b，调节器24的部件24a可以通过连接到多功能塔4上的部件24b运动。带有中间滑轮18的滑车17连接到J铺设塔5上。在J铺设塔5中，可看见焊接站27和定滑轮19。
在图3b和3c中，显示了通过调节在多功能塔4和J铺设塔5之间的调节器24，J铺设塔5通过绕枢转轴23(见图1)枢转而逐渐朝多功能塔4移动。可在调节器上安装滚动补偿系统(未示出)。当J铺设塔5邻近多功能塔4时，如图3c和3d所示，滑车17可以与多功能塔4上的滑车连接点17a连接。结果，滑车17被连接到多功能塔4(也如图1所示)上，而不是连接到J铺设塔5(如3a所示)。J铺设塔5包括连接点17b以便当滑车和中间滑轮被连接到J铺设塔5上时连接滑车17和中间滑轮18。在图3d中，滑车17连接到多功能塔4上，而且提升系统20的缆绳14连接到中间滑轮18上。图3d所示的缆绳部件14′在滑轮13b和滑轮18之间。在图3e中，在中间滑轮18和定滑轮19之间可看见缆绳部件14″。因此，经由滑轮13b、18和19以及缆绳14、14′和14″，多功能塔4上的提升系统20被连接到J铺设塔5上。
在另一个实施例(未示出)中，中间滑轮在J铺设塔的支撑件附近被连接到船的甲板上。该实施例不会在调节器或钻塔上产生大的力，而且其被更精心制作以便安装。
在图3f中，显示了J铺设塔5处于背离多功能塔4倾斜的位置，但是其被连接到多功能塔4的提升系统20上。因此，J铺设塔5可以使用多功能塔4的铰车能力或提升能力。在图3g-3i中，显示了J铺设塔5的操作。提升系统20举升J铺设塔5中的动滑轮25b和活动夹25a。在这种提升操作期间，可分开的滑轮的部件13b移入可分开的滑轮的部件13a中。当动滑轮25b和活动夹25a处于J铺设塔5的最高位置时，管子31a可以被装载到图1所示的塔中。
图4显示了根据本发明的带有钻塔40和在甲板42上安放的倾斜的J铺设塔41的海上系统的各种可能设置方案。J铺设塔可包括其自己的提升系统，但是也可通过滑轮和滑车而使用钻塔40的绞车能力。在图4a和4b所示的设置中，J铺设塔41相对于钻塔40成锐角α倾斜。在两种设置中，J铺设塔40的支撑件靠近钻塔40的基部。
在图4a所示的设置中，支撑J铺设塔41的重量的调节器43设在J铺设塔41和钻塔40之间，如图1和3所示。在图4b所示的设置中，调节器43安放在甲板上。该设置的优点是钻塔40不需要承载J铺设塔41的重量，该设置的缺点是需要甲板42上的空间。
在图4c和4d所示的设置中，J铺设塔与甲板42成锐角β。在图4c所示的设置中，调节器43被安放在甲板42上。在图4d所示的设置中，钻塔40支撑倾斜的J铺设塔41。J铺设塔41的倾斜角β可以由滑车44和滑动装置45调节，该滑车44位于钻塔40和J铺设塔41之间，该滑动装置45位于J铺设塔41和甲板42之间。例如，滑动装置45可以由设在甲板42上的轨道和连接到J铺设塔41上的轮构成。图4c和4d所示的设置的缺点是需要在甲板42上的空间以及既从钻塔40下放钻杆又从J铺设塔41下放管子所需的月池开口尺寸大。当使用双船体形的船舶时，月池开口的尺寸可以是一个较不重要的问题。
Claims (12)
1.海上系统，包括钻探船，其包括甲板，在所述甲板上安装用于进行钻井操作的钻塔，其中所述船还设有用于铺设管道的可倾斜的J铺设塔的支撑件，所述支撑件邻近所述钻塔布置，而且海上系统还包括安装在或能安装在所述支撑件上的J铺设塔，其中钻塔设有用于下放和举升钻井设备的提升系统，而且其中J铺设塔设有用于下放所述管道的管道下放设备，其特征在于，提升系统和下放设备适用于相互连接，以便使得钻塔的提升系统的提升能力用于下放管道，其中所述J铺设塔的顶部设有定滑轮，而且所述钻塔设有中间滑轮，钻塔的提升系统的提升缆绳跨过所述中间滑轮然后跨过定滑轮连接，并且其中J铺设塔由调节器支撑，所述调节器能够调节J铺设塔相对于钻塔的倾斜角。
2.根据权利要求1所述的海上系统，其中在钻探船的甲板中设置月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且J铺设塔能通过同一月池开口铺设管道。
3.根据前述权利要求中任一项所述的海上系统，其中在钻探船的甲板中设置月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且其中J铺设塔能在钻井设备仍在月池开口中时铺设管道。
4.根据权利要求1所述的海上系统，其中在钻探船的甲板中设置月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且其中钻井设备能在月池中移动。
5.根据权利要求1所述的海上系统，其中根据钻塔的提升操作，中间滑轮能连接到J铺设塔上和连接到钻塔上。
6.根据权利要求1所述的海上系统，其中调节器位于J铺设塔和钻塔之间。
7.根据权利要求1所述的海上系统，其中J铺设塔能被拆卸并存储在存储位置。
8.根据权利要求1所述的海上系统，其中J铺设塔不干扰钻探船 的正常操作。
9.使用根据权利要求1所述的海上系统铺设管道的方法，所述方法包括以下步骤：
-装配J铺设塔，
-在钻探船的支撑件上安装J铺设塔，
-将提升系统和下放设备相互连接，
-使用调节器将J铺设塔设定成所需的相对于钻塔的铺设角，
-将管子运输到J铺设塔，
-将管子相互连接起来，以及
-使用钻塔的提升系统的提升能力下放管道。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在钻探船的甲板上设有月池开口，所述钻塔能通过所述月池开口进行其钻井操作，而且其中钻井设备能在月池中滑动，其中在将J铺设塔安装在钻探船的支撑件上之后，所述钻井设备滑动到月池的一侧。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中在将J铺设塔设定成所需的角度之后，在甲板上将两根或多根管子连接在一起，所述管子随后被运送到J铺设塔。
12.根据权利要求9所述的装配J铺设塔的方法，所述方法包括以下步骤：
-从存储位置取出已被拆卸的J铺设塔的部件，
-在甲板上装配J铺设塔。
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