CN107257764B - 海底钻井孔作业船和方法 - Google Patents

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Abstract

海底钻井孔作业船和方法。一种适合进行海底钻井孔相关作业的船，所述作业涉及立管柱，所述立管柱由可释放地相互连接的立管部段组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸。船的立管柱竖直搬运系统包括受控运动设备，所述受控运动设备适合使立管柱提升工具至少在所述升高位置和降低位置之间行进的同时在至少一个水平方向上相对于立管卡盘设备位移，在所述降低位置下通过由立管柱提升工具悬挂的立管柱进行装载，由此相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线建立立管柱提升工具的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径，例如所述倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。

Description

海底钻井孔作业船和方法
技术领域
本发明的第一方面涉及适合进行海底钻井孔相关作业的船，所述作业涉及海底钻井孔和船之间的立管柱，例如钻孔和/或钻井孔干预。
背景技术
在本领域中通常在船的立管储存器中储存多个立管部段，由所述立管部段组成海底立管柱。
通常地，立管部段包括主要立管管件，并且在许多已知实施方案中还包括一个或多个辅助管件，所述辅助管件通常也被称为服务管件、卫星管件或外围管件。辅助管件在主要立管管件的外部沿着主要立管管件延伸。辅助管件例如包括节流管线、压井管线、一个或多个液压管线(例如用作通往BOP或其它海底设施的流体管线)、增压管线、注入管线(例如用于二醇)等。每个立管部段在其每个端部包括连接件安装件构造。例如，连接件安装件构造包括具有螺栓孔的凸缘，通过螺栓将凸缘相互连接而将立管部段结合在一起。辅助管件可以具有单独的连接件端部安装件(例如浮力安装件)或者被设计成以密封的方式安装在邻接立管部段的辅助管件中而无需直接轴向固定至辅助管件。在实际的实施方案中，立管部段通常设置有一个或多个浮力构件和/或例如由塑料泡沫材料制成的隔热构件，但是也使用所谓的裸露接头。
立管部段具有不同长度。通常地，立管部段具有在50英尺(15.24米)和90英尺(27.43米)之间的长度。最常见的长度是75英尺(22.86米)。
立管部段通常笨重；远比海上钻孔工业中使用的其它管更重。例如单个75英尺的海底立管部段的重量可能在20和25吨之间，所述重量是相同长度的钻管的重量所无法匹敌的。因此主要鉴于其尺寸和重量，立管搬运受到与钻管搬运不同的考虑。
例如WO2009/102196公开了一种单体船，所述单体船具有船体和船体内的立管储存舱。在立管储存舱中，立管部段以其水平定向堆叠。设置起重机，从而从储存舱中提升出立管部段或者将立管部段降低至储存舱中，并且将每个单独的立管部段放置在立管便道机上或者从便道机上捡起立管部段。立管部段的前端实际上连接至立管柱提升工具，所述立管柱提升工具将立管部段连接至船的立管柱搬运能力升降设备。通过升高提升工具和便道机的作业，使立管部段达到与作业线一致的竖直定向或竖立定向，沿着所述作业线悬挂立管柱使其进入海洋。立管柱的已经入水的部分然后被船的立管柱悬架(通常被称为立管卡盘设备)临时保持。然后使新的立管部段在入水的立管柱的上方保持对齐，并且相互连接连接件安装件构造，从而将新的立管部段结合至立管柱。然后通过立管卡盘设备释放立管柱，并且将立管柱降低新附接部段的长度。然后立管柱再次由立管卡盘设备悬挂，并且重复加入和结合新的立管部段的过程。
WO2014/168471中讨论了这种组装立管柱的过程耗时，因此提出了使用明显更长的立管部段。例如该现有技术文献提出使用长度在100英尺(30.48m)和180英尺(54.86m)之间，例如长度为120英尺(36.57m)的单个立管部段或被称为立管支架的预组装的立管部段。突出的示例为150英尺(45.72m)的长度。
发明内容
本发明的目的是提出一种手段，所述手段允许改进用于组装立管柱的已知方法。
本发明的另一个目的是提出一种手段，所述手段允许立管柱穿过立管卡盘设备而不会出现例如由于沿着立管卡盘设备刮擦和/或钩在所述立管卡盘设备上而造成立管柱(例如其浮力构件)被损坏。
本发明的目的还有提出一种手段，所述手段允许避免立管柱和立管卡盘设备之间的任何接触或至少是过度接触，当立管柱穿过立管卡盘设备时所述接触可能在立管柱上造成过大的侧面负载。
本发明的另一个目的是提供一种手段，当立管柱与立管卡盘卡爪接触时(例如当立管部段的凸缘抵靠在立管卡盘卡爪上时)，所述手段允许立管卡盘卡爪和立管柱之间的最佳接触。
本发明的第一方面提出适合进行海底钻井孔相关作业的船，所述作业涉及海底钻井孔和船之间的立管柱，例如钻孔和/或钻井孔干预，所述船在权利要求1中体现。
在根据权利要求1所述的船中，立管柱竖直搬运系统包括受控运动设备，所述受控运动设备适合使立管柱提升工具至少在所述升高位置和降低位置之间行进的同时在至少一个水平方向上相对于立管卡盘设备位移，所述立管柱提升工具在所述降低位置下装载由立管柱提升工具悬挂的立管柱，由此相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线建立了立管柱提升工具的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。
例如并且优选地，通过受控运动设备建立的倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。
本发明的船例如允许以穿过立管卡盘设备的方式降低具有新结合的立管部段的立管柱，同时至少立管柱的上部例如由于水流而倾斜，其中避免或明显减少了立管卡盘设备和立管柱之间的损坏性碰撞。在降低过程中，这例如允许立管卡盘设备和立管柱之间的相对小的间隙，这在结构设计和立管卡盘设备的部件(例如其任何立管卡爪)所经受的负载方面是有利的。
应理解本发明的船在拆卸或松开立管柱的过程中同样是有利的。
在一个实施方案中，塔架和立管柱竖直搬运设备适合搬运长度为至少100英尺(30.48m)，例如在100英尺(30.48m)和180英尺(54.86m)之间，例如120英尺(36.57m)，更优选为150英尺(45.72m)的立管部段。应注意随着立管部段长度的增加，本发明的第一方面的设计变得更加有利。然而注意到当通过竖直系统搬运常见长度的立管部段(例如75英尺的立管部段)时，本文提到的一个或多个优点也适用。
在实际作业条件下可能出现的情况是，水流造成入水立管柱的明显倾斜。在实践中观察到1°或2°的倾斜度，然而在更极端的情况下倾斜度可能高达5°。
在一个实施方案中，受控运动设备适合使立管柱提升工具至少在所述升高位置和降低位置之间前行的同时在一个水平方向上相对于塔架位移至少0.5米，例如在0.75和1.50米之间，所述立管柱提升工具在所述降低位置下装载由立管柱提升工具悬挂的立管柱。例如，塔架和立管柱竖直搬运设备适合搬运长度为150英尺(45.72m)的立管部段。
在一个实施方案中，立管柱竖直搬运系统适合相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线建立立管柱提升工具的具有5°以内的选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。
在立管柱组装或拆卸过程中，船的船首通常面对海流，例如通过船的动态定位系统(例如包括方位推进器的系统)保持原位。然后在与船的纵向中平面一致或平行的平面中引导倾斜，并且入水立管柱被向后引导并且远离穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线。
还发现目前使用大直径立管部段，所述立管部段的外径仅略小于立管卡盘设备的立管柱通道的直径。例如立管卡盘设备中的通道可以具有60英寸(1.52米)的直径，而立管部段具有54英寸(1.37米)的外径。当立管柱精确地位于通道的中央时，这在立管柱和立管卡盘设备之间仅留下3英寸(0.075米)的间隙。
通过本发明的具有受控运动设备的系统，能够使具有新立管部段的倾斜立管柱降低通过立管卡盘设备的通道而无损坏性接触或至少明显减少损坏性接触。
发现如果作为本发明的第一方面的替代方案寻求使用具有明显更大直径通道的立管卡盘设备从而形成明显更宽的间隙时，所述方式可能对立管卡盘设备提出过高的负载要求和结构要求。例如，所述立管卡盘设备的可移动卡爪必须桥接非常大的间隙，因此例如对于立管长度可能在10000英尺(3000米)范围内的深水应用，可移动卡爪经受比其已经经受的巨大负载更大的弯曲负载。
可能考虑使用由两个或多个片段组成的可分裂立管卡盘设备。这些设备是现有技术中公知的，通常使用可分裂性围绕立管柱设置立管卡盘设备，或者从立管柱周围除去立管卡盘设备。在本发明的范围内，例如在其第一方面，在一个实施方案中，在降低立管柱的过程中可以通过使立管卡盘设备分裂并且使立管卡盘设备的一个或多个片段远离立管柱移动并且相对于片段的作业位置进入收缩片段位置，从而在脱离的立管卡盘设备和立管柱之间形成更大的距离。然而该方式被认为相对耗时并且复杂。在实施方案中，该方式进一步需要使用例如设置在船井内和/或立管卡盘设备正下方的立管定中心设备，从而保持船井内的立管柱的最终控制，并且在立管柱充分降低并且重新被立管卡盘设备接合之后，允许立管卡盘设备的一个或多个片段重新返回围绕立管柱的作业位置。立管定中心设备的示例公开于US8573308。
应注意本发明不排除立管卡盘设备中的通道直径的结构放大，也不排除用于避免立管柱损坏的可分裂立管卡盘设备的分裂，也不排除使用立管定中心设备。然而相信，至少在所述升高位置和降低位置(在所述降低位置下负载由立管柱提升工具悬挂的立管柱)之间行进的同时，优选取决于立管柱的实际倾斜度的测量(例如在立管柱由立管卡盘设备悬挂的同时进行的测量)适当地选择立管提升工具的倾斜路径，允许实现一个或多个所描述的目标而无需使用本段提到的任选特征。
在一个优选的实施方案中，受控运动设备适合使立管柱提升工具至少在所述升高位置和降低位置之间行进的同时在至少一个水平方向上相对于塔架位移，所述立管柱提升工具在所述降低位置下装载由立管柱提升工具悬挂的立管柱，因此相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线允许建立立管柱提升工具的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。该实施方案可以例如与立管卡盘设备组合，在立管柱的组装过程中，所述立管卡盘设备相对于塔架至少在水平平面中安装或保持于静态位置。
在一个优选的实施方案中，立管柱提升工具可位移地安装在行进设备上，从而允许立管柱提升工具相对于行进设备在所述至少一个水平方向上位移，并且受控运动设备设置在所述立管柱提升工具和所述行进设备之间。例如，受控运动设备包括一个或多个液压缸或液压旋转轴马达，或电动马达。
在一个实施方案中，船设置有一个或多个立管柱倾斜度传感器，所述立管柱倾斜度传感器适合检测立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。优选地，一个或多个立管柱倾斜度传感器与控制单元相联，所述控制单元还与所述受控运动设备相联，其中所述控制单元适合基于所述一个或多个立管柱倾斜度传感器的输出信息选择和/或改变立管柱提升工具的倾斜行进路径。
在一个实施方案中，一个或多个立管柱倾斜度传感器安装在立管卡盘设备上。
在一个实施方案中，立管卡盘设备包括基部和具有多个卡爪的立管卡爪支承部分，所述卡爪可以在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下立管卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱。立管卡爪支承部分可以相对于基部倾斜，例如允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于由所述立管卡爪悬挂的立管柱(例如凸缘停放在所述立管卡爪上的立管部段)的上部由实际水流引起的倾斜度。这种立管卡盘设备是现有技术中公知的。允许倾斜的部分通常被称为立管卡盘设备的万向设备或万向部分。其示例例如在US3984990、US4199847和US 5395183中显示。通常地，例如当立管卡爪支撑立管部段的凸缘时，已知的万向设备允许立管卡爪支承部分由于与立管柱接合而呈现倾斜。
在一个实施方案中，一个或多个立管柱倾斜度传感器适合测量立管卡爪支承部分相对于基部的倾斜度，例如一个或多个传感器安装在基部和卡爪支承部分之间。立管卡爪支承部分的倾斜度的测量例如允许这样的方法：在将新部段装配至入水立管柱之后并且在立管卡盘设备与立管柱脱离之前测量倾斜度。然后使用倾斜度的值使受控运动设备转向，例如在降低立管柱的同时在下降过程中选择立管提升工具的路径的合适倾斜度。还可以设想这样的方式：在将新部段固定至被立管卡盘设备保持的入水立管柱之前测量该倾斜度值，基于该测量使受控运动设备转向从而使新部段与立管柱的倾斜上部对齐，然后例如使用连接螺栓将新的立管部段固定至正在操作的柱。然后在立管卡盘设备脱离之后，使保持整个立管重量的立管提升工具沿着具有测量倾斜度的路径降低。
在一个实施方案中，例如与一个或多个立管柱倾斜度传感器组合或者没有这些立管柱倾斜度传感器，船设置有一个或多个立管柱定中心传感器，所述立管柱定中心传感器适合检测立管柱在水平平面中相对于立管卡盘设备中的立管柱通道的实际位置。优选地，一个或多个立管柱定中心传感器与控制单元相联，所述控制单元还与所述受控运动设备相联，其中所述控制单元适合基于所述一个或多个立管柱定中心传感器的输出信息选择和/或改变立管柱提升工具的倾斜行进路径。
例如，在立管柱被立管卡盘设备悬挂的同时，或者在更实际的实施方案中，在立管柱与立管卡盘设备脱离之后但是在通过立管柱提升工具降低之前，使用一个或多个定中心传感器检测立管柱是否偏离中心和/或靠近通道的一侧或甚至在所述侧接触立管卡盘设备。然后在控制单元中使用来自一个或多个定中心传感器的输出信息或者由受控运动设备的操作人员视觉使用所述输出信息，使得在立管柱的降低步骤的至少主要部分的过程中，例如甚至在开始降低步骤之前，受控运动设备使立管提升工具定位，从而使立管柱到达更位于中心的位置，例如至少避免立管柱和立管卡盘设备之间的损坏性碰撞。定中心传感器可以例如为摄像机、激光测距设备或提供距离信息的任何其它设备。
在一个实施方案中，立管卡盘设备包括基部和具有多个卡爪的卡爪支承部分，所述卡爪能够在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱，并且其中立管卡爪支承部分能够相对于基部倾斜，例如允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。所述立管卡盘设备在现有技术中是公知的。允许倾斜的部分通常被称为立管卡盘设备的万向设备或万向部分。其示例例如在US3984990、US4199847和US 5395183中显示。通常地，例如当卡爪支撑立管部段的凸缘时，这些已知的万向设备允许卡爪支承部分由于与立管柱接合而呈现倾斜。因此立管卡盘设备中的已知的万向设备被动地响应立管柱的倾斜。
本发明在其第二个发明方面设想立管卡盘设备的实施方案，所述立管卡盘设备包括受控倾斜致动器，所述受控倾斜致动器设置在基部和立管卡爪支承部分之间，并且适合允许选择性地改变立管卡爪支承部分相对于基部的倾斜度，例如所述倾斜度被选择和设定成：对应于立管柱组装过程中在立管卡爪与立管柱接合之前立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。因此例如可以在立管柱释放之前测量倾斜度，然后以新加入的部段的长度降低立管柱，然后使立管卡爪支承部分的倾斜度对应于之前测量的倾斜度。这例如在如下实施方案中是有利的：其中立管卡盘设备中的万向设备体现为一个或多个弹性或弹簧类型的构件，一旦立管卡爪与立管柱脱离，所述构件使卡爪支承部分恢复非倾斜位置。然后在与降低的立管柱重新接合之前，致动器可以使立管卡爪支承部分返回至其倾斜位置。这例如允许避免立管部段的凸缘首先停放在一个或有限数目的立管卡爪上，因此必须强制性地引起立管卡爪支承部分倾斜，从而使得所有立管卡爪支撑立管部段的凸缘。这例如允许降低由于立管柱停放在卡爪上而造成的立管卡爪上的负载要求，和/或降低停放在立管卡爪上的立管部段的凸缘上的负载要求。例如，受控倾斜致动器包括液压缸、螺杆机构等。优选地，当立管柱由立管卡爪悬挂时，受控倾斜致动器脱离和/或进入自由运动模式，使得致动器不干扰立管卡盘设备中的万向设备。
作为本发明的第三方面，本发明进一步设想立管卡盘设备的如下实施方案：其中整个立管卡盘设备或至少其立管卡爪支承部分安装在例如船的工作甲板上，从而能够在与立管柱脱离的同时在所述至少一个水平方向上位移，并且其中设置受控立管卡盘位移致动器以建立所述位移。应理解的是，例如与本文讨论的一个或多个定中心传感器组合，即使当例如由于水流引起以一定倾斜度定向和下降时，该运动性允许避免与立管柱发生损坏性碰撞。例如，立管卡盘设备可以在至少一个水平方向上在滑动轨道上通过滑动推进系统滑动，例如允许卡盘设备滑动同时支撑整个立管柱(所述立管柱在其下端例如包括BOP和/或其它海底设施)的重量。例如，立管卡盘设备可滑动地安装在工作甲板(例如本文讨论的可移动工作甲板)上，或者一个或多个滑动轨道为独立的结构元件，例如工作甲板也支撑在所述滑动轨道上。
在一个实施方案中，受控立管卡盘位移致动器与控制单元相联，所述控制单元还与一个或多个立管柱定中心传感器相联，其中所述控制单元适合基于所述一个或多个立管柱定中心传感器的输出信息控制所述水平方向位移，例如从而在立管柱穿过立管卡盘设备的立管柱通道的过程中避免立管柱和立管卡盘或其立管卡爪部分之间的接触。
在一个实施方案中，船井具有侧面、前侧和后侧，塔架体现为中空构造的桅杆，所述桅杆具有顶部和与船体成一体的底部，底部在船井的对立侧面上的船体部段之间延伸，底部相对于船井的前侧和后侧分别隔开，因此形成桅杆前方的前方船井区域和桅杆后方的后方船井区域，其中桅杆具有前侧和对立的后侧以及对立侧面。
在一个实施方案中，船具有第二升降设备，所述第二升降设备具有负载附接设备，所述负载附接设备可以相对于塔架(例如相对于桅杆)在与立管作业线对立的一侧上下移动，从而允许搬运物品使其沿着第二作业线穿过另一个船井区域，所述第二作业线不同于进行立管柱组装的第一作业线并且与其隔开。优选地，所述第二升降设备体现为钻孔绞车，例如由负载附接设备悬挂的顶驱(topdrive)，从而进行钻孔作业，和/或卷管钻孔设备设置在第二升降设备的一侧。
在一个实施方案中，船设置有立管柱支撑货车，所述立管柱支撑货车能够在船井内在两个作业线之间位移，允许在例如位于后方船井区域的立管柱作业线中组装立管柱，然后将立管柱转移至例如位于前方船井区域的钻孔作业线。例如，该货车体现为滑动货车，所述滑动货车可以在沿着船井以纵向方向延伸的一对相联的滑动轨道上滑动，允许货车通常在一个船井区域和另一个船井区域之间(因此在桅杆的底部的下方)在船井的纵向方向上位移同时通过第二立管卡盘设备支撑立管柱(并且优选具有附接至立管柱的下端的BOP)将其降低进入海洋。
在一个实施方案中，立管柱支撑货车还体现为将防喷器或防喷器模块支撑于其上，因此货车位于防喷器或其模块的下方。
优选地，一个或两个立管柱竖直搬运系统和(如果存在的话)第二作业线升降设备包括一个或多个缆绳和一个或多个相联的绞盘。
优选地，一个或两个立管柱竖直搬运系统和(如果存在的话)第二作业升降设备包括波动(heave)补偿机构。
如果船为单体船，设想(如果存在的话)立管支架转移开口的长度朝向船井定向，优选沿着或平行于船的中心轴线定向。例如，船具有位于船井的船尾的用于预组装立管支架的立管储存舱。
在一个实施方案中，例如如WO2009102197所示，船包括在船井上方延伸的工作甲板，例如可移动工作甲板，所述工作甲板设置有立管卡盘设备，所述立管卡盘设备适合在作业线中支撑立管柱。
例如沿着安装在塔架上的一个或多个竖直轨道(例如沿着桅杆的一侧)引导工作甲板，从而允许工作甲板的竖直平移运动。在另一个实施方案中，工作甲板可枢转地安装在船的船体上，例如可以围绕横向于船的纵向轴线的轴线枢转，优选所述枢转轴线在船井或船井区域的横向一侧延伸并且桅杆设置在船井或船井区域的横向另一侧。在另一个实施方案中，工作甲板可以在作业位置和收缩位置之间水平位移，其中在所述作业位置下立管搬运作业线与工作甲板交叉，例如延伸通过工作甲板中的开口(例如设置立管卡盘设备的开口)，在所述收缩位置下船井(至少围绕作业线的区域中)未被覆盖，例如从而允许搬运BOP或其它海底设施。
在一个实施方案中，特别是在单体船中，例如如WO2009048322中所示，船包括压载系统，例如允许补偿储存在立管储存器中的立管部段的质量和/或储存在BOP储存器中的防喷器的质量。压载系统可以包括一个或多个用水填充用于平衡的压载舱。
在一个实施方案中，例如在船体的横向方向上并排具有立管储存器和BOP储存舱的实施方案中，压载系统包括实体压载设备，所述实体压载设备包括固体压载器，所述固体压载器可以在船体的横向方向上移动。固体压载器可以具有至少100吨，优选在100和750吨之间的总质量，例如在200和400吨之间的质量。实体压载器可以由一个或多个实体形成，所述实体安装在横向于船的船体的轨道上并且在所述轨道上被引导。然后在立管柱的组装过程中可以定位实体，从而补偿立管支架和/或防喷器(模块)的重量。
在一个实施方案中，可以使用相同的实体压载设备，所述实体压载设备可以体现为(如果需要的话)充当主动侧倾减震机构并且进一步包括：
-传感器，所述传感器检测船体的侧倾运动，和
-驱动和控制系统，所述驱动和控制系统能够响应传感器的检测使得固体压载器的移动并且控制所述移动从而提供侧倾稳定性。例如设置绞盘和缆绳布置使压载实体与船的海上运动同步连续移动，或者移动至希望位置从而获得平衡力矩。
在一个实施方案中，立管储存器和BOP储存器设置在船的船井的船尾处，并且实体压载设备设置在船体中的立管储存器和船井之间。
船可以具有不同实施方案，但是特别设想了单体船。然而船也可以例如为半潜船，其具有平行的浮筒和支撑甲板箱结构的立柱，或者例如对于北极环境具有环形浮筒。
本发明的第一方面还涉及用于进行海底钻井孔相关作业例如钻孔和/或钻井孔介入的方法，所述作业涉及立管柱，所述立管柱由可释放地相互连接的立管部段组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸，其中使用本文描述的船。正如本文所讨论的，设想通过作业受控运动设备，立管柱提升工具在升高位置和降低位置之间行进的同时并且在支撑立管柱的同时在至少一个水平方向上相对于立管卡盘设备位移，因此相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线建立立管柱提升工具的倾斜行进路径，优选地该倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。正如本文所讨论的，所述路径的倾斜度优选被选择成在所述降低过程中避免立管柱与立管卡盘设备的碰撞。
在一个实施方案中，立管卡盘设备包括基部和具有多个卡爪的卡爪支承部分，所述卡爪能够在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱，并且其中立管卡盘设备包括位于基部和卡爪支承部分之间的万向部分，因此立管卡爪支承部分能够相对于基部倾斜，从而允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于悬挂在水中的立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，
其中在例如通过螺栓将新的立管部段连接至立管卡盘设备中的保持于由水流引起的倾斜度的立管柱的上端之前，将新的立管部段的下端竖直地保持在立管柱的上端的上方并且通过受控运动设备设置该新的立管部段的上端，使得新的立管部段定向的倾斜度对应于立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，并且其中将以所述倾斜度定向的新的立管部段连接至立管柱的所述上端。
本发明的第一方面涉及通过相互连接立管部段组装立管柱的方法，所述立管柱适合在海底钻井孔和船之间延伸从而进行涉及所述立管柱的海底钻井孔相关作业，其中使用的船包括：
-浮动船体；例如单体型船体，
-立管储存器，其中储存多个立管部段，
-所述船体中的船井，
-塔架，所述塔架设置在所述船井处并且固定至所述船体，
-立管柱竖直搬运系统，所述立管柱竖直搬运系统包括：
-行进设备，所述行进设备能够沿着塔架例如通过安装在塔架上的一个或多个竖直轨道的引导而上下移动，例如具有轮的轮式行进设备，所述轮接合至所述一个或多个竖直轨道，
-立管柱提升工具，所述立管柱提升工具安装在所述行进设备上并且适合连接至立管部段的端部，所述立管柱提升工具体现为支撑立管柱的重量，
-升降设备，通过所述升降设备使得所述行进设备和/或所述立管柱提升工具由塔架悬挂，并且所述升降设备允许与其连接的立管柱经由立管柱提升工具连同行进设备一起相对于塔架上下移动，优选所述升降设备包括至少一个绞盘和至少一个缆绳，其中行进设备和/或所述立管柱提升工具由所述至少一个缆绳悬挂，
-立管卡盘设备，所述立管卡盘设备支撑在船井中的水的上方并且适合在立管组装和拆卸过程中临时地悬挂立管柱使其进入海洋，所述立管卡盘设备具有立管柱通道，立管柱穿过所述立管柱通道，
优选地，所述立管卡盘设备安装在工作甲板上，所述工作甲板例如在其作业位置下至少在船井中的水的区域的上方延伸，
其中在立管柱组装过程中，经组装的立管柱临时地由立管卡盘设备悬挂，并且新的立管部段连接至立管柱提升工具并且设置在经组装的立管柱的上端的上方然后与其连接，之后立管卡盘设备与立管柱脱离并且通过立管柱竖直搬运系统降低立管柱，其中立管柱提升工具从升高位置移动至其降低位置，从而允许通过立管卡盘设备接合经组装立管柱的新的上端，
其中立管卡盘设备包括基部和具有多个卡爪的卡爪支承部分，所述卡爪能够在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱，并且其中立管卡盘设备包括位于基部和卡爪支承部分之间的万向部分，因此立管卡爪支承部分能够相对于基部倾斜，从而允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于悬挂在水中的立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，
其中立管柱竖直搬运系统包括受控运动设备，所述受控运动设备被调节和操作使得立管柱提升工具在至少一个水平方向上相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线位移，
并且其中在例如通过螺栓将新的立管部段连接至立管卡盘设备中的保持于由水流引起的倾斜度的立管柱的上端之前，将新的立管部段的下端竖直地保持在立管柱的上端的上方，并且通过受控运动设备设置新的立管部段的上端，使得新的立管部段定向的倾斜度对应于立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，并且将以所述倾斜度定向的新的立管部段连接至立管柱的所述上端。
在一个实施方案中，通过收尾臂(tailing-in arm)设备将新的立管部段的下端竖直地保持在立管柱的上端的上方，例如所述收尾臂设备安装在便道机的框架上。
本发明的第二方面涉及立管卡盘设备，所述立管卡盘设备包括基部、万向部分和具有多个立管卡爪的立管卡爪支承部分，所述卡爪能够在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱，并且其中万向部分允许立管卡爪支承部分至少围绕一个轴线相对于基部倾斜，例如允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于由立管卡盘设备悬挂的立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。
所述立管卡盘设备是现有技术中公知的。其示例例如在US3984990、US4199847和US 5395183中得以显示。通常地，例如当卡爪支撑立管部段的凸缘时，已知的万向部分允许卡爪支承部分由于与立管柱接合而呈现倾斜。因此立管卡盘设备中的万向部分被动地响应立管柱的倾斜。
正如上文所解释的，本发明的第二方面提出所述立管卡盘设备具有受控倾斜致动器，所述受控倾斜致动器设置在基部和立管卡爪支承部分之间，并且允许选择性地改变立管卡爪支承部分相对于基部的倾斜度。
例如，在使立管柱与立管卡爪接合之前，例如在立管柱的上方立管部段的凸缘停放在立管卡爪上之前，立管卡爪支承部分的倾斜度被选择和设定成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。
正如本文所解释的，本发明的第二方面可以应用于这样的实施方案，其中万向部分包括弹性构件和/或弹簧构件，一旦卡盘设备与立管柱脱离，所述弹性构件和/或弹簧构件使卡爪支承部分返回至未倾斜的水平位置。然后在立管柱停放在立管卡爪上之前，可以使用受控倾斜致动器使立管卡爪支承部分处于选定的倾斜定向。
正如本文所解释的，设想一旦立管柱由立管卡盘悬挂，受控倾斜致动器例如在自由运动模式下不活动，使得该致动器不干扰万向效果。
正如本文所解释的，立管卡盘设备可以设置有倾斜度传感器，所述倾斜度传感器直接或间接测量立管卡爪支承部分的实际倾斜度。
正如本文所解释的，设想在立管柱从立管卡盘释放之前(例如刚好在释放之前)进行实际倾斜度的测量，该测量用作输入信息从而使倾斜致动器转向。
在一个实施方案中，立管卡盘设备的倾斜致动器适合造成立管卡爪支承部分仅围绕单个水平轴线(例如平行于船的纵向轴线的轴线)的受控倾斜。正如本文所解释的，设想在实践中，船的船首面对水流，因此在平行于船的纵向轴线的平面中立管柱的上部出现由水流引起的倾斜，因此至少在本发明的第二方面的范围内，倾斜致动器仅围绕单个轴线执行其功能是足够的。
在一个实施方案中，立管卡盘受控倾斜致动器与控制单元(例如电脑化控制单元)相联，例如该单元还与上述受控运动设备相联。
本发明的第三方面涉及船，所述船适合进行海底钻井孔相关作业，例如钻孔和/或钻井孔介入，所述作业涉及立管柱，所述立管柱由可释放地相互连接的立管部段组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸，所述船包括：
-浮动船体；例如单体型船体，
-立管储存器，所述立管储存器中适合储存多个立管部段(8a)，
-所述船体中的船井，
-塔架，所述塔架设置在所述船井处并且固定至所述船体，
-立管柱竖直搬运系统，所述立管柱竖直搬运系统包括：
-立管柱提升工具，所述立管柱提升工具安装在所述行进设备上并且适合连接至立管部段的端部，所述立管柱提升工具体现为支撑立管柱的重量，
-升降设备，通过所述升降设备使得所述行进设备和/或所述立管柱提升工具由塔架悬挂，并且所述升降设备适合使与其连接的立管柱经由立管柱提升工具相对于塔架上下移动，优选所述升降设备包括至少一个绞盘和至少一个绞盘驱动缆绳，其中行进设备和/或所述立管柱提升工具由所述至少一个缆绳悬挂，
-立管卡盘设备，所述立管卡盘设备支撑在船井中的水的上方，并且适合至少在立管组装和拆卸过程中临时地悬挂立管柱使其进入海洋，所述立管卡盘设备具有立管柱通道，立管柱穿过所述立管柱通道，
优选地，所述立管卡盘设备安装在工作甲板上，所述工作甲板例如在其作业位置下至少在船井中的水的区域的上方延伸，
其中在立管柱组装过程中，经组装的立管柱临时地由立管卡盘设备悬挂，并且新的立管部段连接至立管柱提升工具并且设置在经组装的立管柱的上端的上方然后与其连接，之后立管卡盘设备与立管柱脱离并且通过立管柱竖直搬运系统降低立管柱，其中立管柱提升工具从升高位置移动至降低位置，允许通过立管卡盘设备接合经组装立管柱的新的上端，
其特征在于
船包括受控立管卡盘位移致动器，所述受控立管卡盘位移致动器适合，至少在立管卡盘设备与立管柱脱离的同时，并且在所述立管柱提升工具在所述升高位置和降低位置之间行进并且立管柱由立管柱提升工具悬挂的同时，使立管卡盘设备或至少其立管卡爪支承部分在至少一个水平方向上(例如在平行于船的纵向轴线的方向上)相对于船的船体(例如相对于工作甲板)位移，因此相对于立管柱提升工具位移，因此相对于通过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线允许建立立管柱提升工具的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径，例如所述倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。
在一个实施方案中，立管卡盘设备包括基部和具有多个立管卡爪的立管卡爪支承部分，所述卡爪可以在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱。
在一个实施方案中，受控立管卡盘位移致动器与控制单元相联，所述控制单元还与一个或多个立管柱定中心传感器相联，所述立管柱定中心传感器适合检测立管柱在水平平面中相对于立管卡盘设备中的立管柱通道的实际位置，其中所述控制单元适合基于所述一个或多个立管柱定中心传感器的输出信息控制所述水平方向位移，例如，从而在立管柱穿过立管卡盘设备的立管柱通道的过程中避免立管柱和立管卡盘或其立管卡爪部分之间的接触。
作为示例，来看船的动态定位系统，使用所述动态定位系统将立管柱维持于立管通道的纵向平面中，例如所述平面被维持平行于水流，并且其中使用立管卡盘位移致动器在平行于所述纵向平面的一个方向上进行立管卡盘(或仅其卡爪支承部分)的受控运动，从而当立管柱行进或松开时能够补偿立管柱的倾斜。
本发明的第四方面涉及用于进行海底钻井孔相关作业(例如钻孔和/或钻井孔介入)的方法，所述作业涉及立管柱，所述立管柱由可释放地相互连接的立管部段组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸，其中所使用船包括：
-浮动船体；例如单体型船体，所述船体具有船首，
-立管储存器，所述立管储存器适合储存多个立管部段，
-所述船体中的船井，
-塔架，所述塔架设置在所述船井处并且固定至所述船体，
-立管柱竖直搬运系统，所述立管柱竖直搬运系统包括：
-立管柱提升工具，所述立管柱提升工具安装在所述行进设备上并且适合连接至立管部段的端部，所述立管柱提升工具体现为支撑立管柱的重量，
-升降设备，通过所述升降设备使得所述行进设备和/或所述立管柱提升工具由塔架悬挂，并且所述升降设备适合使与其连接的立管柱经由立管柱提升工具连同行进设备一起相对于塔架上下移动，优选所述升降设备包括至少一个绞盘和至少一个绞盘驱动缆绳，其中行进设备和/或所述立管柱提升工具由所述至少一个缆绳悬挂，
-立管卡盘设备，所述立管卡盘设备支撑在船井中的水的上方，并且适合至少在立管组装和拆卸过程中临时地悬挂立管柱使其进入海洋，所述立管卡盘设备具有立管柱通道，立管柱穿过所述立管柱通道，
优选地，所述立管卡盘设备安装在工作甲板上，所述工作甲板例如在其作业位置下至少在船井中的水的区域的上方延伸，
其中在立管柱组装过程中，经组装的立管柱临时地由立管卡盘设备悬挂，并且新的立管部段连接至立管柱提升工具并且设置在经组装的立管柱的上端的上方然后与其连接，之后立管卡盘设备与立管柱脱离并且通过立管柱竖直搬运系统降低立管柱，其中立管柱提升工具从升高位置移动至降低位置，从而允许通过立管卡盘设备接合经组装立管柱的新的上端，
其中船还可以包括水压载系统，所述水压载系统包括用于压载船的水压载舱，
其特征在于
在立管组装和/或拆卸过程中，船的船首面对水流，使用船的水压载系统使船的船体倾斜并且船首向下，由此有效地使塔架相对于竖直穿过立管卡盘设备的假想直线倾斜。船体的水压载倾斜角度例如至少部分地对应于立管柱组装和/或拆卸过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。例如，通过水压载实现的船体倾斜为约1°。所述船体的倾斜可以例如在不存在受控运动设备的实施方案中用作本发明的第一方面的替代方案，或者可以与本发明的第一方面组合。可以例如进行所述组合从而扩大立管柱在过程中可能呈现的角倾斜窗口，例如允许扩大可以进行立管柱的组装和/或拆卸的水流条件。
应理解，所述方式允许帮助所述受控运动设备的作业而建立立管提升工具的倾斜行进路径，例如，从而扩大所述运动设备的有效角操作窗口，例如允许应对强劲水流。
应理解，本发明的第三方面和/或第四方面可以与立管柱竖直搬运系统的实施方案(其中立管柱提升工具只能在升高位置和降低位置之间进行纯粹的竖直路径的运动)组合。
本发明还涉及用于进行海底钻井孔相关作业(例如钻孔和/或钻井孔介入)的方法，所述作业涉及立管柱，所述立管柱由可释放地相互连接的立管部段组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸，其中使用根据本发明的一个或多个方面的立管卡盘设备和/或船。
本发明还涉及本文所述的立管卡盘设备和装配有所述立管卡盘设备的船，以及使用所述立管卡盘设备组装立管柱的方法。
应理解，本文关于本发明的一个方面描述的任何技术特征(无论任选与否)可以随意与本发明的每个其它方面组合。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明。在附图中：
图1以纵向横截面显示了根据本发明的船的一部分，
图2显示了使用图1的船组装立管柱的过程的步骤，
图3显示了立管柱的组装过程中的另一个步骤，
图4显示了立管柱的组装过程中的另一个步骤，
图5显示了新的立管部段已经连接至被立管卡盘设备保持的立管柱的上端，所述立管柱由于水流而具有倾斜度，
图6显示了图5的一部分，
图7显示了在图5的情况下，立管卡盘设备接合在立管柱上，
图8显示了根据本发明的船中的行进设备的实施方案，
图9显示了图5的船的立管卡盘设备，
图10显示了一种创新性的立管卡盘设备的实施方案，
图11显示了一种创新性的安装在船上的立管卡盘设备的实施方案。
具体实施方式
图1显示了具有船体2的单体船1的一部分，所述船体2具有船首、船尾3和延伸通过船体1的船井5。
船1适合进行海底钻井孔相关作业，所述作业涉及海底钻井孔和船之间的立管柱，特别是钻孔作业例如勘探钻孔。船还可以进行其它海底钻井孔相关作业，例如钻井孔介入。
船井5优选通常具有包括对立侧面、前侧和后侧的矩形形状。
前方主甲板在船井5和船首之间延伸。
后方主甲板9在船的船井5和船尾3之间延伸。
船装配有塔架10，所述塔架10优选体现为中空构造的桅杆，所述桅杆具有顶部11和与船体2成一体的底部12。底部12在船井5的对立侧面上的船体部段之间延伸，并且底部12与船井的前侧和后侧分别隔开，因此形成桅杆10前方的前方船井区域5a和桅杆10后方的后方船井区域5b。
塔架10固定至船体。塔架10相对于船体不可倾斜。
例如，正如现有技术已知的，可以邻近桅杆10的侧面设置钻管机架(例如体现为旋转式机架)，例如用于储存钻管。
在后方船井区域5b，船具有设置在后方船井区域5b上方的工作甲板15。
优选地，工作甲板15为活动工作甲板，例如可枢转、可滑动和/或可提升，从而例如允许将防喷器BOP送至后方船井区域5b的上方。鉴于通过后方船井区域5b沿着作业线20组装和拆卸立管柱，船装配有立管卡盘设备30，在立管柱组装和拆卸过程中所述立管卡盘设备30适合临时地将立管柱8悬挂在作业线20中使其进入海洋。
优选地，该立管卡盘设备30安装在工作甲板15上，因此要求工作甲板15适合支撑立管柱8的重量，所述立管柱的下端例如具有BOP和/或其它海底设施。
船1具有包括立管柱提升工具25的立管柱竖直搬运系统，所述立管柱提升工具25可以相对于桅杆10上下移动并且适合连接至立管部段8a的端部，并且当立管柱8从立管卡盘设备30释放时所述立管柱提升工具25体现为支撑作业线20中的立管柱8的重量。
立管柱提升工具25在此由行进设备40悬挂，所述行进设备40可以沿着桅杆10的一侧(在此为后侧)沿着一个或多个竖直轨道17上下移动。
悬架设备40被来自桅杆10顶部的滑轮装置29的一个或多个缆绳28悬挂，所述一个或多个缆绳28连接至一个或多个例如设置在桅杆10内的绞盘29a。
注意，作业线20位于桅杆10的外部(在此沿着桅杆10的后侧)，从而可以到达作业线20而不会阻碍立管部段8a或立管支架的竖立过程。
在一个替代性实施方案中，桅杆10被井架式塔架替代，所述井架式塔架具有格构式框架，所述格构式框架具有角柱并且形成在船井5上方延伸的框架。然后设想立管储存器位于井架式塔架的外部，并且井架设置有V形门等，从而允许立管部段或立管支架通过V形门进入和离开井架。
船还具有第二升降设备，所述第二升降设备具有负载附接设备50，所述负载附接设备50可以相对于桅杆在与立管作业线20对立的一侧上下移动，从而允许搬运物品使其沿着第二作业线21穿过另一个船井区域5a，所述第二作业线21不同于进行立管柱组装(也被称为立管运行)和拆卸(也被称为松开)的第一作业线20并且与其隔开。第二作业线21延伸通过前方船井区域5a。沿着该作业线21进行基本钻孔作业。
第二升降设备体现为钻孔绞车，并且设置有由负载附接设备50悬挂的顶部驱动器51，从而进行钻孔作业。负载附接设备50优选体现为与行进设备40相似。
工作甲板16设置在船井区域5a的上方，并且可以包括旋转台、铁钻工机(ironroughneck machine)等。
船1因此能够在作业线20中组装立管柱。为了将立管柱转移至另一个作业线21，设置具有第二立管卡盘设备的立管柱支撑货车。该货车可以在船井内位移，例如能够在轨道上沿着船井5的侧面滑动。
船1具有立管储存器，所述立管储存器在此体现为优选位于船井5的船尾船体2内的储存舱40。立管储存器40体现为以水平位置并且平行于船1的纵向轴线储存立管部段8a。
舱40在此被由后方主甲板9形成的屋顶覆盖，使得在实践中舱40中的立管部段从上方不可见。
立管储存舱40适合储存或已经储存多个立管部段8a，例如单独的立管部段或预组装的立管支架，例如至少25个立管部段8a。立管支架由多个首尾连接的单独的立管部段组装而成。立管支架可以优选由两个立管部段组成。正如现有技术已知的，每个立管部段包括立管管件和沿着立管管件位于外部的任选的一个或多个辅助管件。每个立管部段在其每个端部包括连接件安装件构造，例如包括凸缘。优选地并且正如本领域常见地，立管部段包括浮力构件。
立管储存器40包括一个或多个立管储存机架41，所述立管储存机架41适合于以水平定向储存多个立管部段8a。
立管部段8a的长度可以超过常见的立管部段，例如常见长度为75英尺。在该实施例中，立管部段8a各自具有150英尺(45.72m)的长度。
立管储存舱40设置有细长的立管支架转移开口，所述立管支架转移开口的长度和宽度允许例如通过提升以水平或基本上水平(例如小于30度的倾斜度)的定向经由所述立管支架转移开口从立管储存舱40中转移单个立管部段8a以及将单个立管部段8a转移至立管储存舱40中。
在舱40内设置搬运起重机80，在此体现为行进桥式梁起重机(travellingoverhead beam crane)，所述行进桥式梁起重机具有横向于船的起重机轨道和起重机梁，通过绞盘缆绳由所述起重机梁悬挂立管抓爪等。起重机80适合升高和降低立管部段8，例如使立管支架从机架中移出并且将立管支架送回机架。起重机80允许在舱40内横向运输经提升的立管部段8a，使其到达立管储存器的转移站。该转移站设置有转移升降机，所述转移升降机适合升高和降低以水平定向的立管部段从而使立管部段穿过转移开口。开口的长度朝向船井5定向，在此优选沿着船1的中心轴线定向。
为了将竖立立管62下端的连接件安装件构造送到下水立管柱的顶端安装件，悬架设备26略微降低，但是在一个替代方案中使用副框架87引起立管支架62的该移动。正如现有技术已知的，此时可以例如通过使用螺栓和螺母相互连接待结合立管部段的凸缘来连接至所部署的立管柱。
进行连接并且测试之后，释放设备17使得整个立管柱由悬架设备26悬挂。然后通过绞盘29a和缆绳28降低立管柱直至其顶端可以再次通过设备17固定。在降低立管柱的过程中，强力背材(strongback)80朝向其转移位置移动。然后可以重新开始供应和竖立立管支架的过程。
还有可能降低立管柱使得立管柱在船井5内由货车35悬挂。然后可以将柱转移至作业线21，从而例如使用由顶驱31驱动的钻井柱进行钻孔作业，所述钻井柱位于立管柱内。
在一个优选的实施方案中，货车35设置有万向立管柱悬架设备，从而允许立管柱和船之间的相对运动。
在前方船井区域5a可以设置立管张紧系统，从而在钻孔作业或类似作业的过程中悬挂立管柱或穿过立管柱的物品。
以略微不同的顺序，可以设想在强力背材80返回至其转移位置之前，新的立管支架62已经通过升降机57向上移动穿过开口45。因此框架81在立管支架62的上方移动，然后支架62固定至框架。在立管柱的组装过程中，可以使用这种方式节省时间。
应理解，首先可以在后方船井区域5b设置防喷器，使得BOP处于立管柱的下端。
一旦不再需要进行立管搬运，强力背材框架81连同行进滑架89通过转移升降机57降低进入立管支架转移开口45。
当强力背材降低进入开口45并且处于其停驻位置时，强力背材框架(还有滑架89)的上侧体现为与相邻甲板区域9齐平的甲板部分。
设想船可以装配有可移动便道机135，所述可移动便道机135体现为搬运单个立管部段，正如现有技术已知的。
例如为了搬运第一立管部段使其连接至防喷器的顶部，设想该便道机135可以设置在处于停驻位置的强力背材框架的上侧的顶部，从而可以将立管部段或其它管件供应至作业线20。例如，便道机135通过起重机130移动，但是也可以设想便道机135与强力背材的轨道85“对齐”设置，并且在所述方向上从船尾侧的非作业位置移动至靠近船井5的作业位置。例如，便道机135在与强力背衬相同的轨道85上移动。
船1可以包括实体压载设备，所述实体压载设备可以体现为(如果需要的话)充当主动侧倾减震机构，并且进一步包括：
-传感器，所述传感器检测船体的侧倾运动，和
-驱动和控制系统，所述驱动和控制系统能够响应传感器的检测使实体压载设备移动并且控制所述移动，从而提供侧倾稳定。例如设置绞盘和缆绳装置使压载实体随着船的海上运动而同步连续移动，或者移动至所希望的位置从而获得平衡力矩。
船还可以包括水压载系统，所述水压载系统包括用于压载船的压载舱。
在立管组装和/或拆卸过程的一个实施方案中，设想船的船首面对水流，使用船的水压载系统使船的船体倾斜并且船首向下倾斜例如至多5°，例如约1°或2°的角度，因此有效地使塔架10相对于竖直通过立管卡盘设备30的直线倾斜。应理解，所述方式允许帮助所讨论的运动设备的作业而建立立管提升工具25的倾斜行进路径，例如从而扩大所述运动设备的有效角作业窗口，例如允许应对强劲水流。通过使用水压载系统使整个船1倾斜也可以作为设置所讨论的运动设备的完全替代方案。
船1进一步包括立管水平搬运系统，所述立管水平搬运系统包括立管部段搬运便道机200。
在所显示的示例性实施方案中，便道机200设置在甲板9上和立管储存仓40的上方。便道机200包括一对水平的便道机轨道202，可以在便道机轨道上移动的细长的便道机框架204，和可移动地被框架支撑的滑块206。
便道机框架204具有后端和前端，并且可以至少在后方装载位置和前方立管释放位置下在便道机轨道上移动。在后方装载位置下，可以以水平定向将立管部段8a装载至便道机，并且在前方立管释放位置下，待提升的立管部段8a可连接至立管柱提升工具25。
滑块206包括立管端部支撑件，从而在其上支撑立管部段8a的后端。滑块206被便道机框架204支撑，并且可以通过驱动马达沿着框架的长度在后方滑块位置和前方滑块位置之间移动。
作为任选特征，立管水平搬运系统进一步包括与便道机200不同的立管前方部段辅助支撑设备220。
当便道机框架204处于后方装载位置时，辅助支撑设备220沿着便道机轨道202设置在船井5和便道机框架204之间的位置处。
辅助支撑设备220可以在作业位置和收缩位置之间移动。两个位置在图1中显示。辅助支撑设备220的作业位置以实线显示，收缩位置以虚线显示。
立管前方部段辅助支撑设备220在其作业位置下适合支撑立管部段78a的前方部段，所述立管部段78a的后端停靠在滑块206上并且延伸超过便道机框架的前端。
立管部段8a以水平定向装载在便道机200上，同时便道机200处于其后方装载位置。因此，立管部段8a装载在便道机200上，并且被立管前方部段辅助支撑设备220支撑，便道机框架可以沿着所述便道机轨道朝向辅助支撑设备220移动，其中前方立管部段的前进运动被所述辅助支撑设备支撑。在所显示的具体实施方案中，有可能实现该情况同时维持其水平定向。
因此可以使立管前端靠近立管柱提升工具25，并且允许将其连接至立管前端。
在连接立管前端和立管柱提升工具25之后，立管前方部段辅助支撑设备220可以进一步移动至其收缩位置。因此，在使立管竖直进入作业线的过程中(其中通过立管柱竖直搬运系统提升立管前端)，支撑设备220与立管部段8a脱离并且允许便道机框架204进一步朝向其前方位置移动。
在所显示的优选实施方案中，便道机200设置有收尾臂设备210，所述收尾臂设备210安装在便道机框架202的前端。收尾臂设备因此连同便道机一起移动，因此当便道机收缩时(例如当不使用时)不在作业线附近形成障碍。在一个替代形式中，收尾臂设备以不同方式(例如可在塔架中移动)支撑在船上。
首先将参考图2–图4，一般性地讨论根据本发明的船在沿着作业线20组装立管柱的过程中的作业。
在图2中，立管柱8的入水部分由立管卡盘设备30悬挂。从储存器8中取出新的立管部段8a并且将其放置在便道机200和辅助支撑设备220上。立管提升工具25已经降低至仍然水平的立管部段8a的高度，使得在之后的步骤中立管部段8a可以前进至作业线21。然后将立管部段8a的前端连接至工具25。
图3中显示了立管部段8a的一端通过竖直搬运系统升高，同时便道机滑块206支撑立管部段8a的另一端。继续提升直至立管部段8a由工具25悬挂。
图4显示了当立管部段8a到达作业线20中的竖直位置时，使用收尾臂设备210引导立管部段8a的后端(此时为下端)。在图4中，新的部段8a尚未连接至位于入水立管柱8顶部的立管部段的上端(通常体现为凸缘)。
如上文所解释的，在实践中，入水立管柱8可能经历水流使得立管柱8呈现倾斜。通常地，特别是如果存在明显水流，船1的船首指向水流，因此船1的纵向平面中出现由水流造成的倾斜，同时入水立管柱8相对于竖直穿过立管卡盘设备30的通道的直线23向后偏离。该情况的示例显示于图5。在实践中，该倾斜可能为一度或仅为几度，但是正如下文所示的，即使看起来较小的倾斜也可能显著影响立管柱的组装过程。
图5显示了新部段8a的下端已经连接(例如螺栓连接)至保持在立管卡盘设备30中的倾斜立管柱8的上端。为了保持新的立管部段与入水立管柱8的上部对准(在其倾斜度方面)，提升工具25远离直线23移动并且更靠近塔架10。
例如，如图8所示，立管柱提升工具25可位移地安装在行进设备上，从而允许立管柱提升工具在一个水平方向上(在此在船的纵向平面中)相对于行进设备位移从而朝向和远离桅杆10。
在立管柱提升工具25和行进设备40之间设置受控运动设备90，所述受控运动设备90在此包括一个或多个液压缸91。
当立管部段为150英尺时，在倾斜度为约1°的情况下，工具的水平位置可能离直线23约0.5米并且更靠近塔架。这表明当希望搬运长度为150英尺的立管部段时，优选的是运动设备90在至少一个水平方向上提供至少0.5米的运动范围。
图6中显示了立管提升工具25直接由缆绳28悬挂，使得在组装和/或拆卸过程中，设备40仅相对于塔架引导工具25并且不支撑立管柱8的重量。
图7更详细地显示了立管卡盘设备30。在该实施例中优选地，立管卡盘设备30静态地安装在工作甲板15中或工作甲板15上并且在立管组装过程中相对于塔架10维持原位。
立管卡盘设备包括基部31和具有多个卡爪33的卡爪支承部分32，所述卡爪33可以在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱。
立管卡盘设备30还包括位于基部31和卡爪支承部分32之间的万向部分34，在该情况下具有正如现有技术中已知的弹性减震构件35。由于存在万向部分34，立管卡爪支承部分32可以相对于基部31倾斜，例如允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于立管柱8的上部由实际水流引起的倾斜度。
立管通道36延伸通过立管卡盘设备，例如对于54英寸最大直径的立管柱8，所述立管通道36具有60英寸的最小直径。
图7中在工作甲板15的下侧在立管卡盘设备30的下方显示了环形减震设备18。正如上文所讨论的，设想在立管柱8的组装或拆卸过程中，由于柱8通过脱离的立管卡盘设备30降低或升高，避免了立管柱(同时由于水流而倾斜)和立管卡盘30之间的接触或至少损坏性接触。减震设备30的直径与立管卡盘通道36的直径相似并且旨在承受所述接触并且具有喇叭形或圆形下方区域从而避免损坏。
图9显示了立管卡盘设备30的卡爪33的收缩(在此向上枢转)位置和延伸或展开位置，在所述延伸或展开位置下支撑立管柱8，在此在立管部段8a的凸缘8a1的下方延伸。立管卡盘设备30允许立管柱的5°的最大倾斜度。
本发明设想的是，从图5的初始位置开始，立管卡盘设备30通过卡爪36的收缩与入水立管柱8脱离，使得包括新部段8a的整个立管柱由工具25悬挂。
然后，如同现有技术，通过缆绳28和绞盘29a使工具25降低。
不同于现有技术，工具25此时并未在平行于桅杆10的竖直路径上降低，而是由于运动设备90的合适的作业，立管柱提升工具25在至少一个(在此为仅一个)水平方向上相对于立管卡盘设备30移动，同时在图6的升高位置及其降低位置之间行进。在该降低过程中，工具25支撑由立管柱提升工具悬挂的整个立管柱8的重量。
运动设备90作业从而为提升工具25建立朝向其下方位置的倾斜行进路径，所述倾斜行进路径相对于穿过立管卡盘设备30的立管柱通道的假想竖直直线23倾斜。该倾斜在图7中通过α表示。
正如上文所解释的，优选地该倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。因此，当在水平平面中观察时，当工具25降低时工具25也逐渐靠近立管卡盘设备通道的中央移动，使得最终立管柱的顶端相对于立管卡盘设备相对准确地位于中央。
该方式非常有助于避免立管柱8和脱离的立管卡盘设备30之间可能出现的损坏性碰撞。应理解当松开立管柱时可以使用相似方式。
正如本文所讨论的，立管卡盘设备30设置有例如安装在基部31上的定中心传感器75。
立管卡盘30还具有倾斜度传感器76，所述倾斜度传感器76感知部分32相对于基部31的倾斜。例如，如图10可见，传感器76安装在部分32上。
图11示意性地显示了整个立管卡盘设备30相对于船体2可移动地安装在轨道38上，从而可以在至少一个(在此为仅一个)例如平行于船体的主纵向轴线的水平方向上位移。
图11还示意性地显示了设置受控立管卡盘位移致动器135，所述受控立管卡盘位移致动器135与控制单元136相联，所述控制单元136还与一个或多个立管柱定中心传感器75相联。例如，控制单元140适合基于所述一个或多个立管柱定中心传感器75的输出信息控制整个立管卡盘设备30的水平方向位移，从而例如在立管柱8穿过脱离的立管卡盘设备30的立管柱通道时，避免立管柱8和立管卡盘30或立管卡爪部分32之间的接触。

Claims (20)

1.一种适合进行海底钻井孔相关作业的船(1)，所述作业涉及立管柱(8)，所述立管柱(8)由可释放地相互连接的立管部段(8a)组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸，所述船包括：
-浮动船体(2)，
-立管储存器(6)，所述立管储存器(6)适合储存多个立管部段(8a)，
-所述船体中的船井(5、5a、5b)，
-塔架(10)，所述塔架(10)设置在所述船井处并且固定至所述船体，
-立管柱竖直搬运系统，所述立管柱竖直搬运系统包括：
-行进设备(40)，所述行进设备(40)能够沿着塔架上下移动，
-立管柱提升工具(25)，所述立管柱提升工具(25)安装在所述行进设备上，并且适合连接至立管部段(8a)的端部，所述立管柱提升工具(25)体现为支撑立管柱的重量，
-升降设备(28、29、29a)，通过所述升降设备(28、29、29a)使得所述行进设备和/或所述立管柱提升工具由塔架悬挂，并且所述升降设备适合使与其连接的立管柱经由立管柱提升工具连同行进设备一起相对于塔架上下移动，
-立管卡盘设备(30)，所述立管卡盘设备(30)支撑在船井中的水的上方，并且适合至少在立管组装和拆卸过程中临时地悬挂立管柱(8)使其进入海洋，所述立管卡盘设备具有立管柱通道(36)，
立管柱穿过所述立管柱通道(36)，
其中在立管柱组装过程中，经组装的立管柱临时地由立管卡盘设备(30)悬挂，并且新的立管部段(8a)连接至立管柱提升工具(25)并且设置在经组装的立管柱(8)的上端的上方然后与其连接，之后立管卡盘设备(30)与立管柱脱离并且通过立管柱竖直搬运系统降低立管柱(8)，其中立管柱提升工具(25)从升高位置移动至降低位置，从而允许通过立管卡盘设备接合经组装立管柱的新的上端，
其特征在于
立管柱竖直搬运系统包括受控运动设备(90、91)，所述受控运动设备(90、91)适合使立管柱提升工具(25)至少在所述升高位置和降低位置之间行进的同时在至少一个水平方向上相对于立管卡盘设备(30)位移，在所述降低位置下通过由立管柱提升工具悬挂的立管柱(8)进行装载，由此相对于穿过立管卡盘设备(30)的立管柱通道(36)的假想竖直直线(23)建立立管柱提升工具(25)的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。
2.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中受控运动设备(90、91)适合使立管柱提升工具(25)至少在所述升高位置和降低位置之间行进的同时在至少一个水平方向上相对于塔架位移，在所述降低位置下通过由立管柱提升工具悬挂的立管柱进行装载，由此相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线建立立管柱提升工具的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。
3.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中立管柱提升工具(25)可位移地安装在所述行进设备(40)上，从而允许立管柱提升工具相对于行进设备在所述至少一个水平方向上位移，并且其中受控运动设备设置在所述立管柱提升工具(25)和所述行进设备(40)之间。
4.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述受控运动设备适合使立管柱提升工具(25)仅在单个水平方向上位移。
5.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱(8)的上部由实际水流引起的倾斜度。
6.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中船设置有一个或多个立管柱倾斜度传感器(76)，所述立管柱倾斜度传感器(76)适合检测立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，其中控制单元适合基于所述一个或多个立管柱倾斜度传感器的输出信息选择和/或改变立管柱提升工具相对于穿过立管卡盘设备(30)的立管柱通道(36)的假想竖直直线(23)的倾斜行进路径。
7.根据权利要求6所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述一个或多个立管柱倾斜度传感器与所述控制单元相联，所述控制单元还与所述受控运动设备相联。
8.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述船设置有一个或多个立管柱定中心传感器(75)，所述立管柱定中心传感器(75)适合检测立管柱在水平平面中相对于立管卡盘设备中的立管柱通道的实际位置，其中控制单元适合基于所述一个或多个立管柱定中心传感器的输出信息选择和/或改变立管柱提升工具相对于穿过立管卡盘设备(30)的立管柱通道(36)的假想竖直直线(23)的倾斜行进路径。
9.根据权利要求8所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述一个或多个立管柱定中心传感器与控制单元相联，所述控制单元还与所述受控运动设备相联。
10.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述塔架(10)和立管柱竖直搬运系统适合搬运立管部段(8a)，所述立管部段(8a)的长度为至少100英尺(30.48m)。
11.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中所述受控运动设备(90)适合使立管柱提升工具(25)至少在所述升高位置和降低位置之间前行的同时在一个水平方向上相对于塔架位移至少0.5米，在所述降低位置下通过由立管柱提升工具悬挂的立管柱进行装载。
12.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中立管柱竖直搬运系统适合相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线建立立管柱提升工具的具有5°以内的选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。
13.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中立管卡盘设备(30)包括基部(31)和具有多个立管卡爪(33)的立管卡爪支承部分(32)，所述立管卡爪(33)能够在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下立管卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下立管卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱(8)，并且其中立管卡爪支承部分能够相对于基部倾斜。
14.根据权利要求13所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中立管卡爪支承部分(32)能够相对于基部(31)倾斜，从而允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。
15.根据权利要求14所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中立管卡盘设备包括受控倾斜致动器(125)，所述受控倾斜致动器(125)设置在基部(31)和立管卡爪支承部分(32)之间，并且适合允许选择性地改变立管卡爪支承部分相对于基部的倾斜度。
16.根据权利要求1所述的适合进行海底钻井孔相关作业的船，其中立管卡盘设备(30)或至少其立管卡爪支承部分被安装成在与立管柱脱离的同时能够在所述至少一个水平方向上位移，并且其中设置受控立管卡盘位移致动器(135)从而建立所述位移，
并且其中受控立管卡盘位移致动器与控制单元(140)相联，所述控制单元(140)还与一个或多个立管柱定中心传感器(75)相联，其中所述控制单元适合基于所述一个或多个立管柱定中心传感器的输出信息控制所述水平方向上的位移。
17.一种用于进行海底钻井孔相关作业的方法，所述作业涉及立管柱，所述立管柱由可释放地相互连接的立管部段组装而成并且在海底钻井孔和船之间延伸，其中使用根据前述权利要求中任一项所述的船。
18.一种通过相互连接立管部段组装立管柱的方法，所述立管柱适合在海底钻井孔和船之间延伸从而进行涉及所述立管柱的海底钻井孔相关作业，其中所使用的船包括：
-浮动船体(2)，
-立管储存器(6)，其中储存多个立管部段(8a)，
-所述船体中的船井(5、5a、5b)，
-塔架(10)，所述塔架(10)设置在所述船井处并且固定至所述船体，
-立管柱竖直搬运系统，所述立管柱竖直搬运系统包括：
-行进设备(40)，所述行进设备(40)能够沿着塔架上下移动，
-立管柱提升工具(25)，所述立管柱提升工具(25)安装在所述行进设备上并且适合连接至立管部段(8a)的端部，所述立管柱提升工具(25)体现为支撑立管柱的重量，
-升降设备(28、29、29a)，通过所述升降设备(28、29、29a)使得所述行进设备和/或所述立管柱提升工具由塔架悬挂，并且所述升降设备允许与其连接的立管柱经由立管柱提升工具连同行进设备一起相对于塔架上下移动，
-立管卡盘设备(30)，所述立管卡盘设备(30)支撑在船井中的水的上方，并且适合在立管组装和拆卸过程中临时地悬挂立管柱使其进入海洋，所述立管卡盘设备具有立管柱通道，立管柱穿过所述立管柱通道，
其中在立管柱组装过程中，经组装的立管柱(8)临时地由立管卡盘设备(30)悬挂，并且新的立管部段(8a)连接至立管柱提升工具(25)并且设置在经组装的立管柱的上端的上方然后与其连接，之后立管卡盘设备(30)与立管柱脱离并且通过立管柱竖直搬运系统降低立管柱，其中立管柱提升工具(25)从升高位置移动至降低位置，从而允许通过立管卡盘设备接合经组装立管柱的新的上端，
其特征在于
立管柱竖直搬运系统包括受控运动设备(90、91)，所述受控运动设备(90、91)被调节和操作使得立管柱提升工具(25)至少在所述升高位置和降低位置之间行进的同时并且在支撑立管柱的同时在至少一个水平方向上相对于立管卡盘设备(30)位移，由此相对于穿过立管卡盘设备的立管柱通道的假想竖直直线(23)建立立管柱提升工具的具有选择性可变倾斜度的倾斜行进路径。
19.根据权利要求18所述的通过相互连接立管部段组装立管柱的方法，其中所述倾斜行进路径的倾斜度被选择成对应于立管柱组装过程中立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度。
20.根据权利要求18所述的通过相互连接立管部段组装立管柱的方法，其中立管卡盘设备包括基部(31)和具有多个卡爪(33)的立管卡爪支承部分(32)，所述卡爪(33)能够在收缩位置和作业位置之间移动，在所述收缩位置下卡爪与立管柱脱离，在所述作业位置下卡爪与立管柱接合并且支撑立管柱，并且其中立管卡盘设备包括位于基部(31)和立管卡爪支承部分(32)之间的万向部分(34)，因此立管卡爪支承部分(32)能够相对于基部(31)倾斜，从而允许立管卡爪支承部分的倾斜度对应于悬挂在水中的立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，
并且其中在将新的立管部段连接至立管卡盘设备(30)中的保持于由水流引起的倾斜度的立管柱(8)的上端之前，将新的立管部段的下端竖直地保持在立管柱的上端的上方并且通过受控运动设备设置新的立管部段的上端，使得新的立管部段定向的倾斜度对应于立管柱的上部由实际水流引起的倾斜度，并且其中将经过定向的新的立管部段连接至立管柱(8)的所述上端。
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