CN104136704B - 用于在单个地点处从离岸平台钻取多个海底井的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种浮动的离岸钻井和/或生产平台装备有轨行运输系统，其可定位在船的井湾上的多个选定位置处。该运输系统可通过钻井立管张紧器系统和防喷器来使钻井立管从一个钻井位置移动至另一个，而不将它们从船的井湾除去。使用该运输系统，钻井立管被提升到仅离开第一井口，且使用引导线定位在相邻的第二井口上。该运输系统然后可使钻井立管的上端(连同其附接的张紧器和BOP)移动至第二钻井位置。假井口可设在海底上，以便紧固钻井立管的下端而不将其从海中除去，同时安装生产立管。

Description

用于在单个地点处从离岸平台钻取多个海底井的方法及装置
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2011年10月5日提交的美国临时申请第61/543663号、以及于2012年3月2日提交的美国临时申请第61/606031号、以及于2012年3月14日提交的美国临时申请第61/610805号的权益。这三个临时申请中的每一个的公开内容由此通过引用整体上并入本文中。
关于联邦赞助的研究或开发的声明：不适用
本发明的背景
技术领域
1.本发明的领域
本发明涉及离岸钻井和生产平台。更具体而言，其涉及用于在单个平台(或船)位置处钻取多个井和在那些井上安装生产立管的方法及装置。
背景技术
2.包括在联邦法规全书（CFR）37编第1.97及1.98条之中所公开的信息的相关技术的描述
张力腿平台(TLP's)和半潜式浮动船("semis")两者都可用于离岸钻井和生产操作。
张力腿平台(TLP)为垂直地系泊（moored）的浮动结构，其典型地用于油和/或气的离岸生产，且特别适用于大于约1000英尺的水深。
平台通过在各个结构的转角处分组的系绳或筋（tendon）来永久性地系泊。一组系绳称为张力腿。系绳具有相对较高的轴向刚度(低弹性)，使得消除了平台的实际上地所有垂直运动。这允许了平台具有甲板(通过刚性立管直接地连接至海底井)上的生产井口（well head），替代了在海底上的生产井口。该特征使完井（well completion）能够更为便宜，且允许了对从油藏或气藏（gas reservior）的生产的良好控制。
半潜式台是特定类型的浮动船，其主要支承在大的类浮筒（pontoon-like）结构上，该类浮筒结构淹没在海面的下方。操作甲板在大的钢柱上的浮筒上方升高大概100英尺或更高。该设计具有的优点在于，淹没了与海接触的部件的大部分区域，从而最小化来自于风、波浪和水流的负载。半潜式台可在较宽范围的水深内操作，包括深水。该单元可使用动力定位(DP)来停留在位置上和/或借助于终止于海底中的桩或锚的悬链式系泊缆来锚定。半潜式台可取决于它们所装备的装备来用于钻井、修井（workover）操作和生产平台。在配备有钻井设备（package）时，它们典型地称为半潜式钻井机。
由SBM Atlantia Inc.(Houston, Texas)提供的DeepDraftSemi®船是一种配备有油和气的生产器材的半潜式台，其适用于在极深的水的情况下使用。该单元被设计成优化船运动来适应钢悬链立管(SCRs)。
发明内容
一种浮动的离岸钻井和/或生产平台装备有轨行（rail-mounted）运输系统，其可定位在船的井湾（well bay）上的多个选定位置处。该运输系统可通过钻井立管张紧器系统和防喷器（blowout preventer）来使钻井立管从一个钻井位置移动至另一个，而不将它们从船的井湾除去。使用该运输系统，钻井立管被提升到仅离开第一井口，且使用引导线定位在相邻的第二井口上。该运输系统然后可使钻井立管的上端(连同其附接的张紧器和BOP)移动至第二钻井位置。假（dummy）井口可设在海底上，以便紧固钻井立管的下端而不将其从海中除去，同时安装生产立管。
附图说明
图1为根据本发明的一个具体实施例的离岸钻井平台上的独立的井湾的透视图，其提供了27个生产立管张紧器，以及达到九个可动钻井立管张紧器和防喷器的位置。
图2示出了安装在TLP的下甲板("生产甲板")中的图1中所示的井湾。
图3A-3C示出了根据本发明的生产立管张紧器和表面采油树（tree）组件以及运输车上的钻井立管张紧接头、钻井立管张紧器和防喷器组件两者。图3A为支承在根据本发明的顶侧甲板井湾梁的两个组件的顶视图。图3B是支承在根据本发明的顶侧甲板井湾梁的两个组件的侧视图。图3C是运输车上的钻井立管张紧器以及防喷器组件的端部视图。
图4A-4D示出了根据本发明的在运输车内的收缩(钻井)位置中的适配器框架的各种视图。图4A是适配器框架在收缩位置的等距视图。图4B是适配器框架在收缩位置的顶视图。图4C是适配器框架在收缩位置的端部视图。图4D是适配器框架在收缩位置的侧视图。
图5A-5D示出了根据本发明的在运输车内的延伸(转运)位置中的适配器框架的各种视图。图5A是适配器框架在延伸位置的等距视图。图5B是适配器框架在延伸位置的顶视图。图5C是适配器框架在延伸位置的端部视图。图5D是适配器框架在延伸位置的侧视图。
图6A-6D示出了根据本发明的运输车的各种视图。图6A是运输车的等距视图。图6B是运输车的顶视图。图6C是运输车的端部视图。图6D是运输车的侧视图。
图7A-7D示出了根据本发明的适配器框架(或钻井立管支承插入件)的各种视图。图7A是适配器框架的等距视图。图7B是适配器框架的顶视图。图7C是适配器框架的端部视图。图7D是适配器框架的侧视图。
图8A-8E示出了根据本发明的方法中用于在海底上的相邻的井之间转运钻井立管的顺序步骤。图8A是该方法的步骤1的示意图，其中在原位置中回接。图8B是该方法的步骤2的示意图，其中ROV移动并重新连接远程导柱顶部，并在引导框上的折叠臂向下折叠。图8C是该方法的步骤3的示意图，其中回接从原位置断开，回接与井口之间的垂直间隙为2英尺。图8D是该方法的步骤4的示意图，其中张紧引导线以便回接连接器移动至相邻井上方。图8E是该方法的步骤5的示意图，其中回接连接器通过线绳的引导下降至井口上方，且回接连接器连接至相邻井口处的位置。
具体实施方式
本发明可通过参照一个具体的优选的实施例来最佳地理解，该实施例的装置在图1-7D中示出，且相关联的使用方法在图8A-8E中作为步骤顺序示出。附图画出了用于在最小化或消除对在井之间移动时取回钻井立管的需要的同时从浮动单元钻取多个井以及安装生产立管的一般装备和方法。
所示的系统意在用于在井网（well pattern）上使用，井网在形状上本质上为矩形，但应当理解的是，类似的方法可适于更为正方形或其它图案的井网。
该系统的一个具体特征为转运车，其悬挂在浮动平台的下甲板(生产甲板)上。转运车设置成沿井网的长度行驶。转运车的位置由固定轨道或类似物侧对侧地保持，固定轨道或类似物可形成甲板结构的一部分。转运车的端到端的位置可使用齿条和小齿轮布置来转移，其中（多个）小齿轮由液压马达等转动。转运车的端到端的位置可通过其它器件控制，例如，通过用于平移转运车的一对相对的绞盘。
转运车可用于在井湾位置之间运输组装的钻井立管连同相关联的张紧器和防喷器(BOP)。
浮动结构的生产甲板(下甲板)可包含分离的(分开的)张紧器42，以用于接近垂直的生产立管。如图1中所示，这些张紧器可以以规则几何图案布置。应当注意的是，结构上的井湾的间距可选择成与物理要求一致，以配合生产张紧器、表面采油树、跨接连接器（connection jumper），以及用于钻井、生产、修井等的其它所需的装备。井可在海底上间隔开，以根据需要提供接入间距，以用于涉及钻井、生产等的各种海底活动。海底和表面的间距可不一定是相等的(由于不同间距要求)，但可以以最小化对应的海底与表面位置之间的偏斜角的方式确定。
具体参看图1和图2，TLP包括提供TLP的下甲板82上的9乘3的阵列的井槽20中的总共27个立管张紧器的安装。钻井立管仅从三列的中央配置，其中能够从中央列内的九个位置中的至少一个到达27个海底井口位置中的各个。对于某些井网，可能需要不到所有9个中央列位置以到达海底上的各个井。中央列可首先开启来允许悬置的钻井立管平移至适于到达井口的位置。两个外列中的生产立管可首先安装，其中张紧器42和表面采油树40安装在下甲板(生产甲板)82上。当增加附加的立管时，插入件可置于中央列中，以允许将生产立管张紧器安装在其中。采油树接入平台16可设在生产甲板结构18中。图1示出了具有安装的所有生产立管的外列，单个生产立管安装在中央列的一端处，且钻井立管36在中央列的中点附近。图1还示出了在邻近较大的钻井BOP26的外排中的生产立管张紧器42(连接至生产立管张紧接头44)上的较小的BOP28(用于完井)，确定了两个BOP’s之间的充分的空隙。
图2示出了如图1中所示的且具有就位的顶侧结构(钻井甲板)的从井湾的相对端看到的根据本发明的装备有钻井立管运输系统的TLP的生产甲板82。在下甲板82中的开口的近端处示出的两个绞盘22用于钻井立管引导线24。该视图还示出了用于各个表面采油树的生产跨接线10、环状跨接线14和控制跨接线12的布线（routing）。这些跨接线在井的两个外列上向外布线。中央(开口)列上方的箱84呈现出用于中央井的打结（tie off）位置。注意，存在充分的空隙用于将硬管路钩（hook up）至钻井BOP26。
图3B为根据本发明的钻井立管组件的侧视图，包括钻井立管张紧接头36、钻井立管张紧器系统30和支承在钻井立管转运系统32中的高压防喷器(BOP)26。
如图3A (顶部平面视图)所示，用于生产张紧器42和钻井立管张紧器32两者的支承插入件可抵靠在从主梁64沿下甲板中的开口的边缘向外延伸的支架38上。钻井立管36可借助于运输器32移动，运输器32围绕钻井立管运输(DRT)支承插入件66配合，且可将其提升到离开支承支架38。
图3A和3C还示出了用于引导线绳24的绞盘22。绞盘22可为恒定张力绞盘。引导线绳24可围绕滑轮86且穿过钻井立管张紧器30中的开口和运输车32中的孔62(见图6A-6D)布线。
如图4A-4D中所示，运输器32可借助于位于下甲板中的开口的边缘上的齿条和小齿轮驱动系统来使钻井立管组件(图3A-3C中的26+30+36)在轨道34(图1)上移动。多个齿条70可附接至多个井湾支承梁64和/或多个导轨72，且小齿轮68可安装在运输车32上且连接至液压驱动马达52。运输器可由抵靠在水平导轨72上的Hilman滚子54(Hilman Inc.,Marlboro, NJ 07746)支承。如图4A-4D中所示，所示的实施例的驱动系统使用四个驱动马达。此外，运输器的运动可由反作用于（react on）下甲板中的开口的一侧或两侧上的导轨的侧部上的导向滚子(未示出)控制。
在图4A-4D中，适配器框架66示为在收缩位置。适配器框架66的延伸位置在图4C和图4D中以虚线示出。当处于收缩位置时，适配器框架66由甲板支承支架38支承，而不由运输车32支承(到任何显著程度)。将认识到的是，适配器框架66的收缩位置是在钻井操作期间使用的位置。当在收缩位置时，钻井立管张紧器系统30的反作用力经由甲板支承支架38传递至甲板结构64。运输车32的支承件(例如，Hillman滚子54和支承臂88)未受到由张紧器系统30施加的升沉补偿（heave compensation）的动负载。
图5A-5D类似图4A-D，但具有处于延伸位置的适配器框架66。如图5A-5D中所示，DRT支承插入件66可通过四个液压缸66关于运输器32提升，插入件的各侧上有两个液压缸。支承插入件和运输器的几何形状可为使得两个部分之间的重叠在支承插入件上升时提供引导，限制了液压缸上的侧向负载。
延伸的适配器框架66导致使钻井立管组件提升到足以离开连接至其的海底上的井口。这允许钻井立管组件在井湾内水平地移动，而不断开钻井BOP26或钻井立管张紧器系统30。此外，钻井立管自身可保持在海中。在某些实施例中，假井口可设在海底上，以用于在生产立管行进的同时使钻井立管的下端接地（land）和紧固。这可有助于防止立管之间的碰撞。
图6A-6D包含根据本发明的一个实施例的运输车32的四个视图——图6A是等距视图，图6B是顶部平面视图，图6D是侧视图，且图6C是端视图。适配器框架提升缸60示出在运输车32内。还示出了用于引导线24的开口62，其可定尺寸为还允许远程ROV导柱顶部(见图8A-8E)的通过。
图7A-7D包含根据本发明的一个实施例的适配器框架66的四个视图——图7A是等距视图，图7B是顶部平面视图，图7D是侧视图且图7C是端视图。适配器框架66具有带周边边沿74的中央开口67，边沿74可突入开口67中。边沿(或边缘)74可定尺寸和构造为配合钻井立管张紧器系统30。钻井立管张紧器系统30支承在边沿74上。负载支架80定尺寸且构造为接合甲板支承支架38。提升延伸部78定尺寸且构造为接合适配器框架提升缸60。在根据本发明的系统中，钻井立管组件的静负载在运输车32水平地移动时由提升延伸部78承受，但静负载和动负载在钻井立管通过张紧器系统30连接和张紧时由负载延伸部80承受。如图7A-7D中所示，负载延伸部80可由角撑板90加强。
用于根据本发明的钻井立管运输系统的一个具体的优选的实施例的具体设计参数为：
运输器32可由四组Hillman滚子54支承。
DRT支承插入件66的顶部在运输器提升缸60收缩时与支承轨道的顶部齐平。
DRT 30配合在支承插入件66的内开口67内，且由围绕开口的周边的凸缘74支承。
DRT支承插入件66关于运输器32的提升足以离开井口及其相关联的导柱。
由DRT支承插入件66承载的最大负载通过支架80承载。
静负载在钻井立管的提升和移动期间仅由运输器32承载。
运输器32在DRT支承插入件66抵靠在支架80上时未承载负载。
运输器可通过由液压驱动马达52供以动力的齿条70和小齿轮68系统驱动。
如图8A-8E中所示的顺序所示，根据本发明的转运方法在步骤1（图8A）处开始，其中钻井立管910a、910b及其相关联的回接连接器911（tieback connector）附接至原位置（home position）的井口920。在步骤2（图8B）处，引导线24松弛，以便ROV930可使导柱931("导柱顶部931a")的上区段解锁，且使它们移动至相邻的井口921。如果还未配置，则引导臂912可下折(使用ROV)，且引导线24通过使引导线经由引导臂912中的门定位在下引导臂中来重新附接（reattach）至钻井立管910a、910b。在步骤3（图8C）中，回接线从原位置的井口920断开，且通过延伸适配器框架提升缸60来提升。这提供了充分的空隙来通过使用引导线绞盘22(其可为恒定张力绞盘)将选定量的张力施加到引导线24上来使回接连接器911从原位置井口920移动至相邻的井口921。运输器32可使钻井立管同时地移动至目标井口上的最近的可用钻井位置。下引导臂912可围绕回接连接器911自由地回转，以与引导线24和导柱931对准和连接。引导臂可定尺寸为使得：在折叠位置，它们可穿过钻井立管张紧器中的通路以及钻井立管转运车32中的开口67。在完全定位的张力施加到引导线上从而使回接连接器911在相邻的井921上重新对准(步骤4；图8D)之后，钻井立管可通过收缩液压提升缸60来降低(步骤5；图8E)，且回接连接器911在相邻的井口921上接地和锁定。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但它们并不意在限制本专利所覆盖的内容。本领域的技术人员将理解到，在不脱离如字面地和相等地由随后的权利要求覆盖的本发明的范围的情况下可做出各种变化和改型。

Claims (20)

1.一种离岸船，包括：
甲板支承结构；
由所述甲板支承结构支承且具有上表面和下表面的甲板；
从所述上表面到所述下表面的所述甲板中的贯穿开口；
适用于在所述开口内平移移动的运输器；
在所述运输器内的适配器框架，其能够从第一位置移动至第二位置，在所述第一位置中所述适配器框架上的负载由所述运输器承受，在所述第二位置中所述适配器框架上的负载基本由所述甲板支承结构承受而非由所述运输器承受。
2.根据权利要求1所述的离岸船，其中所述船为半潜式船。
3.根据权利要求1所述的离岸船，其中所述船为张力腿平台(TLP)。
4.根据权利要求1所述的离岸船，还包括具有第一端和由所述适配器框架支承的相对的第二端的钻井立管。
5.根据权利要求4所述的离岸船，还包括附接至所述钻井立管和所述适配器框架的钻井立管张紧器。
6.根据权利要求5所述的离岸船，还包括连接至所述钻井立管的第二端的防喷器。
7.根据权利要求1所述的离岸船，还包括所述运输器上的滚子。
8.根据权利要求7所述的离岸船，其中所述滚子为具有台车和轮式平台性质的再循环滚子机构。
9.根据权利要求7所述的离岸船，还包括定尺寸和定间距以接合所述运输器上的所述滚子的所述甲板中的开口的相对侧上的一对导轨。
10.根据权利要求1所述的离岸船，还包括所述开口近侧的所述甲板上的齿条，以及定尺寸和定间距以接合所述齿条的所述运输器上的马达驱动的小齿轮。
11.根据权利要求1所述的离岸船，还包括能够操作以使所述适配器框架从所述第一位置移动至所述第二位置的所述运输器上的液压缸。
12.根据权利要求1所述的离岸船，还包括定尺寸和定间距以在所述适配器框架处于所述第二位置时接合所述甲板支承结构的所述适配器框架上的突出的负载延伸部。
13.根据权利要求12所述的离岸船，还包括支承支架，其连接至所述甲板支承结构且突入所述开口中，使得所述适配器框架上的所述负载延伸部在所述适配器框架处于所述第二位置时抵靠在所述支承支架上。
14.根据权利要求1所述的离岸船，其中所述第一位置关于所述第二位置被升高，在所述第一位置中所述适配器框架上的负载由所述运输器承受，在所述第二位置中所述适配器框架上的负载基本由所述甲板支承结构承受而非由所述运输器承受。
15.根据权利要求11所述的离岸船，还包括定尺寸和定间距以接合所述液压缸的所述适配器框架上的突出的提升延伸部。
16.根据权利要求1所述的离岸船，还包括：
所述适配器框架中的一对开口；
各自穿过所述适配器框架中的一个开口的至少两条引导线；
各自连接至所述甲板支承结构且与引导线接合的至少两个绞盘；以及
安装在由所述适配器框架支承的钻井立管张紧器上且与所述引导线接触的一对滑轮。
17.根据权利要求16所述的离岸船，其中所述引导线连接至由所述适配器框架支承的钻井立管。
18.根据权利要求5所述的离岸船，还包括带有支承所述钻井立管张紧器的外周的向内突出的凸缘的所述适配器框架中的中央开口。
19.一种钻井立管运输系统，包括：
支承结构；
适于在所述支承结构上的平移移动的运输车；以及
适配器框架，其附接至所述运输车且能够从第一位置移动至第二位置，在所述第一位置中连接至所述适配器框架的钻井立管由所述运输车支承，在所述第二位置中所述钻井立管由所述支承结构支承而非由所述运输车支承。
20.一种离岸船，包括：
甲板支承结构；
由所述甲板支承结构支承且具有上表面和下表面的甲板；
从所述上表面至所述下表面的所述甲板中的贯穿开口，其具有多个分离的邻近的节段；
适用于在所述开口内的节段之间平移移动的运输器；
第一适配器框架，其位于所述运输器内，且能够从第一位置移动至第二位置，在所述第一位置中所述第一适配器框架上的负载由所述运输器承受，在所述第二位置中所述第一适配器框架上的负载基本由所述甲板支承结构承受而非由所述运输器承受；
钻井立管，其具有第一端和由所述第一适配器框架支承的相对的第二端；
钻井立管张紧器，其附接至所述钻井立管和所述第一适配器框架；
能够除去的第二适配器框架，其位于未由所述运输器占据的节段中，且构造成使得所述第二适配器框架上的负载基本由所述甲板支承结构承受；
生产立管，其具有第一端和由所述第二适配器框架支承的相对的第二端；以及
生产立管张紧器，其附接至所述钻井立管和所述第二适配器框架。
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