CN101405473A - 存放管状件的装置和处理管状件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用来在钻井和/或生产设备上存放管状件的装置，它包括在竖直位置的多个管状件的井筒(8，9，10，11)和可在井筒(8，9，10，11)上方运动的引导装置(15，22)。该装置包括在水平平面中将引导装置(15，22)移动到井筒中的所有管状件中的所选定的那个上方的位置的装置。还包括一种桥形通道(12)，它构形成在轴向上使管状件移动通过井架(5)中的一V形门，并且还构形成可倾斜到竖直位置，接受或收回管状件，还包括一种转向节悬臂的吊车(7)，它有一抓钩(27)，该抓钩适于夹紧基本竖直的管状件的上端，并且以基本上竖直的取向携带管状件。

Description

存放管状件的装置和处理管状件的装置
技术领域
本发明涉及如在权利要求1的前序部分所陈述的在浮动船只(或浮船或者浮动平台)的甲板上存放管状件的装置。本发明也涉及在如权利要求7到9的前序部分所陈述的在存储装置与井架(或钻塔)之间处理管状件的设备。
背景技术
水上的石油和天然气的勘探和生产依赖于由浮动的可以半沉入水中的平台或钻井船进行钻井。在70年代建造了许多在直到1500英尺(500米)的水深进行钻井的钻井单元(第二代和第三代产品)，随着勘探进入越来越深的深度，后来已经建造了许多钻井单元在超过5000英尺(1500米)的水深工作，现在水深纪录达到接近10000英尺(3000米)(“超深水”)(第四代和第五代产品)。
到大约50000英尺的深度，钻机可以通过链条和钢丝绳或合成绳索的组合来实现锚定，而在更深的水中主要用方位推进螺旋桨和通过动态定位将钻井单元保持在其位置。由于这些钻井单元有很高的甲板负载能力、并适宜于进行动态定位，所以大多数超深水钻井单元是钻井船。
钻井单元采用21英寸(533.5毫米)直径的钢制提升器，以把钻井泥桨和切削物循环回到地面，为的是很好地进行控制，清洁和再循环。把提升器用螺栓固定在一起或者夹紧在一起，成为50英尺到80英尺(15-24米)长的连接体(joints)，这些连接体典型地装备有复合泡沫材料的浮动装置，以获得接近海水中的中性重量。
典型地，在钻井地板(drill floor)上把提升器连接体单独地添加到提升器钻具组(riser string)上或者由钻具组拆下，同时把提升器钻具组的悬伸的下部，包括防爆裂装置(blow out preventer)(BOP)，悬挂在一个设置在旋转盘(rotate table)上方的叉形架(a spider)上(钻井平台的开孔使得钻井钻具组和其它的管状件可以通过)。典型地用吊车或者其它的管道(或管)处理装置把提升器连接体运送到甲板上的水平存储装置上，或者运送到甲板高度或者甲板高度以上的竖直或倾斜的存储架上。在任何一种情况下，钻井单元必须对于体积很大的提升器管道提供空间，浮力和稳定能力。
市场中由第四代和第五代深水钻井单元达到的更高的日钻井速率使得更新有较浅水深能力的钻井单元成为有吸引力的选择。
所有的深水更新意味着在钻机上有更重的重量，并且要求有更高的有效载荷。在浮动船只的使用中最大的瓶颈是提升器的体积和重量也是显然的。
当前的第四代深水钻机的位移达到大多数浅水(1500英尺水深)(500米水深)钻机的位移的两倍，这与更高的建造成本相关联。
已经知道几种不同的用于管状件的存放和处理系统。这些系统中某些系统的目标是把体积和重量的分布转移到较低高度，为的是改进稳定性。
美国专利No.3339747示出了一种用于钻井设备的管架，其中，一个用于竖直存放管的管井由钻井平台向下悬伸。该管井包括在底部的一个楔子类型的布置，为的是使提升器在竖直方向上运动。
美国专利No.3987910示出了一种设备，用来在浮动器类型的平台上将钻井管装架。这是一种与位于浮动平台的子结构区域(thesubstructure area)的一个容器相结合起来的X-Y装架设备，用来支撑管。在一个实施例中，容器为被关闭的类型，为的是在钻井船上使用。它突伸到海平面以下，并且也在船体的底部以下，以便获得较高的稳定性。在另一实施例中，容器的结构类型为使用在可半沉入水中的装置上，把该容器布置在一个高度，在该高度，介质的剧烈的波动不会对容器有严重的冲击。
上述系统与提升器存储和处理系统例如Borgland Dolphin，BidefordDolphin以及许多其它的钻机非常类似。
美国专利No.6250395示出了一种设备系统和方法，用来在一个井中安装和收回(retrieving)管状件。所描述的用来邻近钻机存放和配备连接起来的管的长钻具组的系统的目的是缩短组装和拆开管状件钻具组所花费的时间，并且也是为了减小对于浮动钻机的有效载荷的要求。该系统包括一种使管钻具组沿着比管的屈服半径(the yielding radius)大的曲率转过大于90度，即由竖直井到水平的位置或者竖直位置，以便存放在水中的方法。可以许多形式实现在水中，在携带管(carrierpipes)的里面或外面，竖直的或者水平的，由钻机向下悬伸或者浮在水面，或者在水中存放。
在这个专利中，使通过把多个连接体端部对端部地组装起来形成的长段管状件钻具组在一个大半径的斜面上由在井中或者在井上方的一个位置运动到一个水平地沉入水中的存储装置中(经过大约90度)，或者运动到一个竖直地沉入水中的存储装置中(经过大约180度)。
美国专利No.2606003示出了用来由浮动钻井单元进行钻井的一种系统，它包括带两个柔性连接体和一个滑动连接体(现在标准的海运提升器技术)的一台海运提升器，作为第二特点它包括一个存储容器，把该存储容器安装在浮动驳船内，并且该存储容器在该驳船的下面伸展，以实现钻井管的基本上竖直的存放。管存储容器的安装方式将所包含的管状件主要放置在驳船的甲板的下面，从而降低了驳船的重心，并且会使驳船在波浪的作用下保持稳定。
美国专利No.6766860示出了一种系统和一种方法，用来悬挂组装好的管状件钻具组(比如整个提升器钻具组)、并且使这样的钻具组不旋转地滑动，使得可以在提升器外进行井操作(比如行进中的圣诞树(running X-mas tree))。
美国专利No.6524049示出了一种可半沉入水中的钻井船只，它带有用于管状的钻井装备的存储井筒(storage shaft)，该船只包括在一个或多个柱体内对钻井管状件进行竖直存放。这种布置是对于Petrobras的两种新的Amethyst设计，提供对于24件65英尺长的21英寸提升器连接体的存放。
美国专利No.4646672示出了一种可半沉入水中的船只，它包括一个设置在中心的浮力沉箱，该沉箱带有内部的钻井月池(moonpool)和在沉箱内实现提升器的竖直存放的措施。
这种装置已经在1986年在日本建造的Transocean’s Jack Bates，aFriede & Goldman L-1020 Trendsetter上使用，用来在竖直方向上存放87个60英尺长的21英寸提升器连接体。
美国专利No.4708563示出了一种平台，它带有由该平台甲板向下悬伸的多个圆柱形的存储装置。一个收回装置在存储装置与井架之间行进，以将管状件收回。当把它们收回时，沿着一个斜面引导这些管状件。在每个存储装置中有一个转台，把管状件悬置在该转台中。从而可以把这些管状件旋转到收回位置。
美国专利No.4762185示出了一种船只，它带有在一个圆形壳体内的两个圆柱形的存储装置。把管状件悬置在一个可旋转的存储装置中。在每个存储装置的上方设置一个带有引导环的小车，引导管状件通过该引导环。由井架中的起重设备升高这些管状件。
发明内容
本发明的主要目的是把第二代或第三代浅水级的可半沉入水中的钻机有效地转变到在深水下工作。通过后面的权利要求1所确定的那样把一个或多个管状件存储井筒安装到钻机上实现这一目的。
井筒最好由浮体伸展到甲板高度，每个井筒包括用于竖直地存放提升器连接体(riser joints)的设备。这种提升器存储装置降低了被存放的提升器的重心，可以更好地利用钻机甲板载荷可变的能力。进而，通常专门用于提升器存放的甲板存放面积可以用于其它目的。作为一种附加的效果，井筒可以用来提高钻机的稳定性，且井筒可以装有附加的部件比如液体泥浆存储装置。
由从属权利要求可以清楚地看到本发明的这些和其它特点。
除了存放柱以外，本发明还包括在钻井中心到提升器存放区域之间有效地处理提升器连接体的装置。
附图说明
下面将参考着附图更详细地解释本发明，这些附图示出了本发明的示例性实施例，在附图中：
图1以侧视图示出了按照本发明的管状件处理装置；
图2以平面图示出了图1的船只；
图3a以平面图并且以存储装置的第一实施例示出了按照本发明的存储装置的细节；
图3b示出了存储装置的第二实施例；
图4a和4b以侧视图示出了本发明的桥形通道(catwalk)的细节；分别以水平位置和竖直位置示出；
图4c-e示出了将一个管状件升高并插入井架中；
图4f以剖视图示出了桥形通道；
图5以平面图示出了图4的桥形通道；
图6以侧视图示出了夹紧头；以及
图7以侧视图示出了与图6的状态相垂直的夹紧头。
具体实施方式
参见图1和2，将描述本发明的基本原理。在图1和2中示出了一艘浮动船只1，它具有一对浮动本体2，一个平台甲板3以及在浮动本体2与甲板3之间伸展的总共八个用来支承甲板3的柱体4。一个具有起重设备6的井架(或钻塔)5位于在甲板3上。在甲板3上也有两台转向节悬臂(或吊杆)型(the knuckle boom type)吊车7。吊车7是通用吊车，它们可以处理在平台甲板上大多数的起重需要。两台吊车一起将涵盖了甲板3的全部面积。在甲板3的边缘悬置着四个井筒8，9，10，11，这些井筒由甲板3延伸到浮动本体2。将井筒8，9，10，11设计成用于管状件的存储装置，它们有中空的内部，适宜于容纳在竖直方向上由上方插入的管状件。
桥形通道12位于靠近井架5的位置。将桥形通道12，吊车7和存储井筒8，9，10，11设计成在把管状件送到井架5且由井架5移开的处理过程中彼此协同工作。
在图3a中由上方以平面图示出了其中一个井筒8。在井筒8中存放着多个管状件13。在井筒的顶部是一个盖14(在图3中以透明的方式示出盖14，从而可看得见管状件)。该盖保护管状件和井筒8的内部不受天气(或气候)的影响。在盖14中配置有一个导向漏斗15。一个小车16携带着该导向漏斗15，该小车在盖14的细长的开孔18的两侧的轨道17上行进。将管状件布置(或配置)在两个同心圆19和20中。小车16使漏斗15能够在两个圆19，20之间运动，并且通过盖14的转动可以沿着各个圆运动。为了使盖的转动变得容易，在井筒8的边缘布置有一个马达21，该马达带有与盖上的带齿边缘接合的齿轮。通过在极坐标中进行寻址(indexing)例如给定圆的数目1或2且给定沿着该圆的角度位置，将引导件定位在所选定的那个管状件上方。
图3b示出了一个布置成可沿横梁23运动的用于井筒22中的管的一个替代的导向装置。横梁23形成小车24的一部分，该小车24可在存储井筒9的任何一侧的轨道25上运动。在这里也可以将管状件13安排在井筒9中的两个同心圆19，20中。引导件22能够在井筒的整个顶部在x和y方向上运动，使它定位在所选定的那个管状件之上。
图4a示出了桥形通道12和井架5的下部。桥形通道12是一个输送装置，它适宜于在水平方向上把管状件通过井架5中的一个V形门(未示出)给送到井架5中。在图4a中一个形式为提升器连接体的管道26正位于桥形通道12上。当该管道已经进入V形门时，将井架的起重设备6联接到管状件26的端部上，并且将管道由桥形通道升高到竖直位置。
将本发明的桥形通道设计成可以将它倾斜到竖直位置，如在图4b中所示出的那样。下面将解释这样做的功能。
图4f示出了图4a所示的桥形通道的一个剖面。它包括一个框架横梁40，该横梁可在一铰链41处枢转，为的是把它由水平位置倾斜到竖直位置，以及相反位置变换。
在框架横梁中放置一个滑动装置42，它可以沿着横梁40滑动。该滑动装置包括一个管道床(或管道层a pipe bed)43，可以将一个管状件26放置在该床上。滑动装置具有侧支承件44，在侧支承件的自由端备装有滚轮45，可以使这些滚轮与管状件26接合，防止管状件运动离开滑动装置42。当把管状件26定位在滑动装置42上或者将管状件由滑动装置42升高时，可以把滚轮升高到由附图标记45’表示的位置。
图5以平面图示出了桥形通道12和井架区域。为了示出井架5内部的区域，已经将井架移开。
图6和7示出了设计成用来夹紧并且保持一个如在图4a中所示的管道(或管)的抓钩。通过一个接头29把抓钩27连接到转向节悬臂型吊车7的悬臂28上(见图1)。最好用液压方式驱动接头29，使它绕与悬臂28垂直的第一轴线38旋转，如在图6中由箭头30表示的那样。抓钩27也包括第二接头31，用液压方式驱动它绕第二轴线32旋转，该第二轴线与第一轴线31垂直，如在图7中由箭头33表示的那样。
为了抓紧管道，把抓钩27上的头部34在管道的端部插入管道26中。设计了一组卡爪(dogs)以夹住管道的凸缘(未示出)。可以用液压方式以本质上已经知道的方式操纵这些卡爪，包括一个环36，一组液压缸体37使得该环运动与卡爪36接合和与卡爪36脱开接合。在图6和7中，所示出的卡爪36在图的左侧与管道脱开接合，而在图的右侧处于与管道接合的状态。
将抓钩27设计成当管道处于基本上竖直位置时夹紧管道。将在基本竖直的方向上处理管道，这是因为接头29和31能够将抓钩27保持在竖直位置。由于波浪引起的钻机1的运动，风力以及与钻机上的物体不可预见的碰撞，可能会有过大的作用力施加到管道上，因此作用在抓钩上。为了避免对抓钩27的损伤，抓钩27装备有液压剪切装置。该液压剪切装置的形式可以是一个释放阀门，它可以如本质上已经知道的那样在接头29和31释放液压压力。
现在将解释上面描述的装置的功能作用。
将管道例如提升器连接体(jionts)存放在井筒8，9，10，11中，沿着甲板3的周边存放在不同的位置。当想要使用提升器连接体时，驱动其中一个吊车7到达井筒8，该吊车是涵盖提升器连接体被存放在其中的那个井筒例如井筒8的区域的那个吊车。同时，使漏斗15到达正好在提升器连接体上方的位置。把抓钩27下降到漏斗15中，并且夹紧提升器连接体。
如果提升器连接体被存放在图3b所示的那种类型的井筒9中，借助于横梁23和小车24将其携带到提升器连接体上方的位置。
控制抓钩27的接头29和31，使得在任何时刻都将抓钩保持在基本竖直位置。也将转向节悬臂的吊车7的悬臂构形做成如本质上已经知道的那样使抓钩27沿着一个竖直线运动。因此，可以在竖直方向上把提升器连接体由井筒8中抽出来。
随后以竖直位置将提升器连接体携带到桥形通道12上。使桥形通道达到在图4b中所示的竖直位置。在这个位置，桥形通道接纳提升器连接体。接着，使桥形通道倾斜到达基本水平位置。当这样做时，首先用未示出的装置在竖直方向上升高桥形通道，使得桥形通道的下部离开井架5的钻井地板46。在水平位置，桥形通道12上的滑动装置42在钻井中心的方向上输送提升器连接体26，在钻井中心处借助于井架中的提升器处理行进工具通过井架5的升降机抓住提升器26。随着升降机把提升器26的上端升高，尾端在滑动装置42上朝向钻井中心行进，在钻井中心处用一个液压操纵的臂(未示出)将其引导进入转动装置上方的最后对准的状态。
当要使管状件由井架5返回到井筒8，9，10，11时，次序与上述的次序相反。

Claims (10)

1.一种用来在钻井和/或生产设备上存放管状件的装置，它包括在基本竖直位置存放多个管状件的井筒(8，9，10，11)和可在井筒(8，9，10，11)上方运动的引导装置(15，22)，其特征在于，所述装置包括用在基本上水平的平面中将所述引导装置(15，22)位移到所述井筒中的所有管状件中所选定的那个管状件上方的位置的装置。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，将所述井筒(8，9，10，11)设置在平台甲板(3)的边缘，插入和收回开孔基本上在所述甲板(3)的高度。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，使所述引导装置位移的装置包括关闭装置(14)，所述关闭装置覆盖进入所述并筒(8，9，10，11)的插入和收回开孔，将所述关闭装置(14)可旋转地联接到所述井筒(8，9，10，11)上，并且所述关闭装置(14)具有与所述引导装置(14)重合的关闭开孔(18)。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述关闭开孔(18)在所述关闭装置(14)的径向方向上是细长的，且其中，所述引导装置可沿着所述关闭开孔(18)移动，从而可以通过所述引导装置(14)的径向定位和角度定位接近所述管状件。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，径向轨道(17)位于所述关闭开孔(18)的任一侧，所述引导装置(14)可在所述轨道(17)上移动。
6.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，使所述引导装置(22)位移的装置包括在所述井筒(8，9，10，11)的插入和收回开孔的任一侧的第一轨道(25)上行进的小车(24)，所述小车(24)包括基本上与所述第一轨道(25)垂直地伸展的横梁(23)，并且包括第二轨道，所述引导装置(22)可在所述第二轨道上在基本上与所述第一轨道(25)垂直的方向上移动，从而通过它们的x-y坐标接近所述管状件。
7.一种用来将管状件插入井架并且由井架收回管状件的装置，它包括输送装置(12)，将所述输送装置的构形做成在轴向上使所述管状件位移通过井架(5)中的V形门，其特征在于，将所述输送装置(12)的构形做成可以倾斜到基本竖直位置，以接纳或输送所述管状件。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，以铰接方式把所述输送装置(12)联接到所述井架(5)的钻井地板(46)上。
9.一种用来在存储装置(8，9，10，11)与井架(5)之间输送管状件的装置，它包括吊车(7)，将所述吊车的构形做成夹紧所述管状件，其特征在于，所述吊车(7)是转向节悬臂型吊车，并具有抓钩(27)，所述抓钩适于夹紧基本竖直的管状件的上端，并且以基本上竖直的取向携带所述管状件。
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述抓钩(27)包括接头(29，31)，从而在输送所述管状件的同时可以将所述抓钩(27)保持在竖直位置，所述接头(29，31)装备有液压剪切装置，将所述液压剪切装置设计成在所述接头上作用过大的力的情况下由所述接头(29，31)释放液压压力。
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