CN101939215B - 用于运作自固定隔水管的坞站和钻孔站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海船勘探和生产系统，其中该系统包括由第一海船船身的至少一部分形成的钻孔站(drilling station)；以及坞站(docking station)，也由第二海船船身的至少一部分形成。另外，还提供一种适于连接钻孔站和坞站的锚泊系统(mooring system)。还涉及到了将船系泊在海底以及将船连接在塔楼浮筒上的方式。还描述了多种勘探和生产包，以及用于配置和控制深海或浅海中的自固定(self-standing)隔水管系统(riser system)的设备。

Description

用于运作自固定隔水管的坞站和钻孔站

技术领域

本发明涉及用于连接石油和天然气勘探和生产的近海开采设施(offshorefacilities)，更具体地说但并不作为限制性示例，涉及一种适于配置自固定隔水管系统以及管理石油和天然气钻探、生产和存储操作的入坞和钻孔船系统。

背景技术

近海钻井已迅速成为开采和生产石油和天然气的普遍方法，特别是那些陆地操作频繁收到环境因素限制的西方国家。然而，乘坐移动近海钻井单元(或MODU)的近海钻井单元具有验证的缺点。相关的不可用率导致了许多钻井工程的重大延迟。因此，获取用于开采和生产操作的新的或现有的MODU的成本比过去十年显著增加。

对本领域技术人员来说，应当理解，MODU应用在评估石油、天然气和其他碳氢化合物的早期测试阶段(early testing phase)。然而，由于浮动生产设施的缺乏以及MODU的高成本，早期的测试很少完成，往往就导致了不必要的延迟以及经济评估和工程发展计划等等的不精确预测。而且，用于及时操作近海工程的近海生产和存储设施的获取在极端的环境或者特别偏远的地区是相当困难的，碳氢化合物的发现与生产阶段之间的迟滞时间长达10年甚至更多。

同时，浮筒设备所支持的自固定隔水管装配越来越成为执行与石油和天然气开采和生产相关活动的普遍方法。与MODU所服务的大规模的隔水管装配(riser assemblies)相比，自固定隔水管提供了较轻和不太昂贵的隔水管管子(例如，钻杆、堆栈套管等)。自固定隔水管还准许使用较轻的防喷器(blowoutpreventer)，诸如陆地钻井装置(drilling rig)使用的那些防喷器。

而且，自固定隔水管系统的顶部浮筒可设置在水表面附近(例如，在水平面下方不少于100英尺(ft)的位置)，甚至在浅水域也能进行有效的钻孔。而且，在隔水管(riser)与相关浮力舱一起被拉进和控制时，基于浮标系统(buoy-based system)可成功用于更深水域。

然而，诸如本领域技术人员所知，用于隔水管(riser)和浮力舱的使用通用目的船的基于浮标系统是有缺陷的，对于大规模操作来说(例如，对于非常深或者动荡的水域、或者有关隔水管串和浮力舱的多个组合的工程(involvingmultiple combinations of riser strings and buoyancy chamber)的部署等等)是很难控制的，结果系统的安装、操作和维护会严重受损。

因此，需要一种海关船，能够以类似于MODU甚至MODU无法实现的方式有效地部署大规模隔水管系统。

发明内容

本发明提供一种海船勘探和生产系统，其中该系统包括由第一海船船身的至少一部分形成的钻孔站(drilling station)；以及坞站(docking station)，也由第二海船船身的至少一部分形成。另外，还提供一种适于连接钻孔站和坞站的锚泊系统(mooring system)。还涉及到了将船系泊在海底以及将船连接在塔楼浮筒上的方式。还描述了多种勘探和生产包，以及用于配置和控制深海或浅海中的自固定(self-standing)隔水管系统(riser system)的设备。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A是依据本发明一实施例的首尾相连的钻孔站和坞站的俯视图；

图1B是依据本发明一实施例的首尾相连的钻孔站和坞站的侧视图；

图2是依据本发明一实施例的操作自固定隔水管装配的抛锚钻孔站和坞站示意图；

图3是依据本发明一实施例的使用首尾相连的方法对坞站和钻孔站进行锚泊的方法步骤示意图；

图4是依据本发明一实施例的使用并列方法对坞站和钻孔站进行锚泊的方法步骤示意图；

图5是依据本发明一实施例的将坞站和钻孔站锚泊在塔楼浮标系泊装配的方法步骤示意图；

图6是依据本发明一实施例的另一坞站与坞站并列停靠的示意图；

图7是依据本发明一实施例的改变当前条件的另一坞站系泊架构示意图；

图8是依据本发明一实施例的与塔楼浮标连接的坞站或钻孔站示意图。

具体实施方式

下文描述的内容包括示范性的系统、方法和本发明创新性主题的多个方面的具体技术内容。然而，本领域技术人员应当理解的是，披露的实施例可能无需使用这些具体细节中的一个或多个就可以实施。在其它例子中，公知的制造设备、协议、结构和技术并未详细给出，为的是避免描述时造成困惑。

参考图1A所示的示范性实施例中，示出了坞站6和钻孔站8的俯视图，它们以首尾相连的方式来系泊。图1B示出的实施例中钻孔站包括船员区(crewquarters)和操作室、钻井装置(drilling rig)、非配给房屋以及部署各种浮力设备的空隙空间(void space)、用于将系统抛锚到相关海床的多个抛锚线、以及用于将所述钻孔站和所述坞站系泊在一起的系泊线。所述坞站的示范性实施例进一步包括模块化生产、测试和注入设施、多个抛锚线、以及用于将钻孔站的系泊装配配对的系泊线。还提供了与一个或多个浮力设备机械传动的自固定隔水管。

图1A示出的实施例中，坞站6和钻孔站8使用系泊线彼此系泊，以这样的方式操作：组合船的部分都能够合适地执行近海钻井操作。在另一实施例中，可使用多种其他的设备来保证系泊系统的安全，例如：夹具、杆、闩、弹簧锁和其他机械设备，强磁体和电控系统、真空系统等。

尽管在图1中未示出，坞站和钻孔站典型的实施例进一步包括多个石油和天然气相关的钻井、生产和开采装置。例如，安装在钻孔站上的可修改陆地或平台的钻探装置可用于在保持功能未定个有效操作持续的过程中操作自固定隔水管。设置在钻孔站8中或其上的类似装置能够实现存储、配置、提升以及取回操作，额外的隔水管和一个或多个浮力设备的存储在钻井操作中应当需要。

在进一步的实施例中，诸如在钻井过程中遇到的石油、天然气、液化天然气等的碳氢化合物应当分离、处理和存储在板上或坞站6中。在进一步的实施例中，坞站6进一步包括模块化生产设施和用于测试操作或作为隔离石油、天然气、水等设施的存储空间。坞站6的其他实施例包括，用于分泄天然气和液体压强的一个或多个火炬臂(flare boom)、用于存储天然的和先前已处理的石油和天然气的存储设施。仍然在进一步的实施例中，还包括用于再注入井的水和天然气注入设备，以及用于便利这些操作的机械设备。

由于钻孔站没有必要支持常规隔水管和浮力舱系统的部署，可使用典型陆地或平台钻井装置，对其进行修改以确保极端的海上和天气条件。图2所示的实施例中，例如，阐述了抛锚钻孔站和坞站，一前一后协调工作来支持和控制配备有相关浮力设备的自固定隔水管系统。图2中的钻孔站进一步包括空隙空间，适合存储和处理浮力设备，以及起重系统和有助于指引浮力设备地域钻孔站船身的可伸缩导轨。

在多个其它的实施例中，图2示出的钻孔站允许钻孔装置举起、降下或者处理自固定隔水管、泵体、钻井管等，从而穿过月池(moon pool)。一具体实施例中，允许自固定隔水管管子降下进入水中直至获得期望的长度以及期望数量的浮力设备处于合适的位置。尽管没有示出，本领域技术人员应当明白，还可配备钻孔站的进一步实施例，使其能够配置、存储和处理更多其他类型的适合近海钻井设备的例行操作或海关(routine or custom)，诸如剪切式闸板(shearram)、球阀(ball valves)、防喷器(blowout preventer)和起重机。

安装自固定放水管之后，钻孔站开始钻孔、完成、测试和油井维修操作等。随着操作的继续，系统的一些部分要移开使得钻孔站能够用在其他类型的操作中。在进一步的实施例中，钻孔站用于在海底钻孔从而能够安装井口和相关的泵体(casing)。仍然在进一步的实施例中，钻孔站用于移开和存储隔水管装配，以及伴随的浮力设备和其他近海钻井装置。

在本发明一些实施例中，描述的安装和移除过程可应用在其他系统和遗弃的井口中。典型地，这些工程可使用起重机、起重器械、绞车等，与钻孔站机械传动来进行操作，从而能够执行安装和移除已有的隔水管装配、井口、采油树(production tree)和防喷器。

在一些实施例中，用于存储和处理浮力设备而形成的空隙空间进一步包括可移动板、轨道、吊架等，用于传送浮力设备至期望的位置(例如，月池附近)与自固定隔水管装配栈连接。月池的多个实施例进一步包括可伸缩的导轨，辅助引导和传送浮力设备降落至部署站的船身上。

坞站和钻孔站的首尾相连和并列系泊

图3和图4分别示出了使用首尾相连和并列系泊方法系泊在一起的坞站和钻孔站的实施例。在图3和图4的步骤1示出的示例中，坞站由牵引船牵引至工作船、抛锚操作船预先安装的抛锚线等。因此，能够牵引另一合适大小的另一船(诸如工作船、拖船等)的任何船使得坞站和钻孔站的牵引更加便利。

步骤2示出了各种运输船(例如工作船、牵引船等)运输多个系泊线以便系牢所设置的与坞站通信的成员。一些实施例中，系牢成员有助于增加与抛锚线的张力，且放慢坞站向期望站点坐标的移动。

在图3所示的首尾相连的实施例中，附加上系泊线有利于系牢设置在坞站各位置的成员。应注意，典型地，抛锚线以图4步骤2所示的并列方法附加在坞站的特定边上来系牢成员。并列系泊的实施例中，有助于保持合适的横向间距以及控制因钻孔站和坞站的连接的有效移动。在进一步的实施例中，步骤2中，钻孔站8被运输至坞站6的靠近位置内，随后附加多个抛锚线以便系牢钻孔站的成员，以便保证系统处于期望的动态平衡中。

步骤3阐述了钻孔站，以稳定操作的方式与坞站通信。多种已知的附加方式，诸如系泊线和任何新的或者传统设计的扣件或者类似物都可使用，便于稳定和可靠的操作。在图3所示的实施例中，钻孔站和坞站互相连接且以背靠背或首尾相连的方式操作，然而在图4所示的实施例中，钻孔站和坞站以并列的方式相连。如果配置正确，任何方式都允许钻孔站钻孔、部署泵体、部署自固定隔水管管子等。在一些实施例中，钻孔站用于在已有的自固定隔水管系统上自我定位，一遍执行油井维修操作、完井(well completions)以及其他常见的钻井操作。

在图3和图4的步骤4所示的实施例中，钻井站脱离于坞站的连接并被牵引开。在典型的示例中，先前用于在合适的位置抛锚钻孔站的抛锚线与剩余的坞站连接，因此导致了适合接收新船的延伸系泊配置。在一些实施例中，坞站再被用作测试或生产船，从而处理和分离石油、天然气和水等。在进一步的实施例中，坞站提供设施来注入水和天然气到井中，从而能够为操作电子潜水泵提供能量，或者提供有助于其他生产方法的升降支架。

步骤5描述了系泊过程的实施例，其中油轮与坞站通信连接。如前所述，示范性的实施例包括附加方法和手段的广泛的变化，诸如系泊、入坞、系牢等。在本发明一实施例中坞站再使用管道、管子、软管(hose)等来传输石油、天然气或其他存储至油轮或来自油轮的液体。

使用塔楼浮标的首尾相连系泊

图5示出了塔楼浮标系泊过程的实施例，允许钻孔站和坞站甚至在非常恶劣的天气条件以同步的方式协调工作，诸如强风、强流等。在图5的步骤1所示实施例中，众所周知，常规的系泊线和抛锚附加在塔楼浮标上。钻孔站的实施例随后牵引至塔楼浮标，如步骤2所示。在步骤3所示的实施例中，多个牵引船将钻孔站置于接近塔楼浮标的位置，钻孔站和塔楼浮标互相连接。在步骤4和5中，依据先前讨论的原理，坞站类似地与系统连接。在一具体实施例中，钻孔站还能够执行大量其他的近海钻井功能，包括部署和操作钻井设备，在海床上钻孔以及安装泵体、部署和操作自固定隔水管等。

在步骤5和步骤6所示的实施例中，坞站移至一位置并且在钻孔站完成操作之后与塔楼浮标通信连接。在进一步的实施例中，钻孔站再从塔楼浮标移开，允许附加坞站从而能够开始测试和生产。

使用伸展系泊系统进行并列系泊

参考图6所示的示范性实施例，坞站和钻孔站使用并列系泊系统连接。钻孔站的多个实施例使用附加装置诸如系泊、入坞、系牢设备等附加至坞站，在侧向上提供支架以及严格的分离，而仍然允许相互的垂直运动。在一实施例中，常规的抛锚线系泊能够确保钻孔站和坞站靠近自固定隔水管。并列系泊的一些实施例中，使用水压补偿气缸来保持常量的侧向距离以及补偿波浪和浪涌活动。例如，使用水压补偿气缸的实施例中，在缓冲有关波浪和浪涌运动引起的临时力过程中，能够保持分离力。

使用塔楼系泊浮标钻孔站和坞站的首尾相连和并列系泊

参考图7所示的实施例中，示出了附加与塔楼浮标通信连接的钻孔站和坞站的并列和首尾相连系泊配置。在一些实施例中，塔楼浮标用于这样的情况：特定水域具有较大变化或者冲突气流。在进一步的实施例中，塔楼浮标附加在自固定隔水管上，而保持钻孔站和坞站的相对位置。依据进一步的实施例，塔楼浮标的设计依赖于坞站或钻孔站的尺寸而改变，或者遵循月池的尺寸。

在一些实施例中，钻孔站和坞站使用机械或液压系统管接头(hydrauliccouplers)或本领域周知的其它系牢设备附加在塔楼浮标上。在图8所示实施例中，塔楼浮标允许设置的特定站的360度旋转。例如，坞站一旦附加在塔楼浮标上就能够旋转360度。

在一些使用塔楼浮标实例中，钻孔站先系泊，用于执行一个或多个钻井、部署、油井维修、完成、曾是等等操作。在其它实施例中，坞站系泊在钻孔站，用于产生一个或多个前述操作，如图8所示。一旦钻孔站的工作结束，就从塔楼浮标上分离，而坞站继续保留，完成后续的操作。

先前所述仅作为解释只用，并不意味着阐述了本发明的所有可能的方面。而且，本发明以几个示范性的实施例进行详细描述，本领域的技术人员应理解，可进行微小的改变或者进行各种其它的修改、省略或增加而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种海船勘探和生产系统，其特征在于，所述海船勘探和生产系统包括钻孔站，其中所述钻孔站进一步包括第一海船船身的至少一部分；以及坞站，其中所述坞站进一步包括第二海船船身的至少一部分；所述海船勘探和生产系统还包括适于对与所述坞站通信的所述钻孔站进行系泊的系泊系统、以及用于安置和稳定所述钻孔站和坞站的一个或多个抛锚线；

其中，所述海船勘探和生产系统还包括与所述钻孔站和所述坞站许可通信的塔楼浮标，以便所述钻孔站与所述坞站系泊配置，所述塔楼浮标附加在一自固定隔水管上，以保持所述钻孔站和所述坞站的相对位置。

2.根据权利要求1所述的海船勘探和生产系统，其特征在于，其中所述钻孔站进一步包括月池。

3.根据权利要求1所述的海船勘探和生产系统，其特征在于，其中所述钻孔站和所述坞站中至少一个进一步包括碳氢化合物测试单元。

4.根据权利要求1所述的海船勘探和生产系统，其特征在于，其中所述钻孔站和所述坞站中至少一个进一步包括碳氢化合物分离单元。

5.根据权利要求1所述的海船勘探和生产系统，其特征在于，其中所述钻孔站和所述坞站中至少一个进一步包括用于存储有关自固定隔水管系统的设备的存储单元。

6.根据权利要求5所述的海船勘探和生产系统，其特征在于，其中所述有关自固定隔水管系统的设备进一步包括附加长度的隔水管管子。

7.根据权利要求5所述的海船勘探和生产系统，其特征在于，其中所述有关自固定隔水管系统的设备进一步包括一个或多个浮力舱。