CN108291432A - 用于井口基座的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于一个或多个海底井的井口基座，所述井口基座包括抽吸基座(1)，其设置有具有敞开底部(114)和能用顶盖(112)闭合的顶部的壳体(11)，以及一个或多个管(14、14a、14b)，其连接到壳体(11)并且从壳体(11)的顶部延伸并至少延伸跨越壳体(11)的垂直范围的大部分朝向或超过壳体(11)的敞开底部(114)，在壳体(11)的周边部的内侧或外侧，并且每个管(14、14a、14b)的直的上部分(141)在壳体(11)的顶部以上向上突出并且形成上井管部分，其形成井中高压屏障的一部分，并且每个管(14、14a、14b)的直的上管部分(141)被布置成平行于壳体(11)的中心轴线。还描述了建立海底井口基座的方法。

Description

用于井口基座的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于一个或多个海底井的井口基座，所述井口基座包括抽吸基座，其具有底部敞开的壳体和能用顶盖闭合的顶部的壳体，以及一个或多个高压屏障管，所述高压屏障管附接到壳体并且从壳体的顶部延伸出并至少跨越壳体的垂直范围的大部分朝向或超过壳体的敞开底部，在壳体的周边部的内侧或外侧。
背景技术
建立海底井(例如石油井)的条件是布置在海床上的井口，以这样一种方式稳定，即由于井口采油树(Christmas tree)受到的应变(例如侧向力)，由于周围水团中的流体被传送到井筒顶部周围的海床物质。稳定性一般由导体套管提供，该导体套管限定井筒的顶部部分抵靠周围未固结物质，粘合到未固结物质上，例如，在导体套管已经下降到钻孔中之后或者被撞击装置驱动入到未固结物质中。导体套管在井中形成低压屏障并连接到井口中的低压壳体。通过导体套管并进一步通过建立的钻孔，在井中形成高压屏障的井管被延伸。
井口设置有支撑在海床上的井架，从而实现了改进的稳定性。申请人自己的抽吸基座(导体锚定节点＝CAN)如NO313340B1中所述，相应的US2003029620A1在导体套管的上部与周围海床物质之间提供了更大的接触面积，从而进一步增加井口的稳定性。优选地，导体套管延伸通过支撑管，该支撑管一般位于抽吸基座的中央并固定到抽吸基座的顶盖和抽吸基座的裙部的下部。
建立井口是费力的，特别是导体套管的安装可能导致导体套管和井口基座周围的未固结物质被冲刷掉。发生这种冲刷的风险取决于几个因素，其中包括未固结物质的特性。因此需要采取措施来降低这种冲刷的风险。
还需要能够在同一基座上建立多个井口，而不会使者导致基座必须具有一种尺寸：使得安装因尺寸和重量而过分苛刻。
WO2015054766公开了安装导体套管，即低压屏障，在海床中，具有一个或多个抽吸基座的组件，其具有一个或多个集成管在抽吸基座的整个高度上延伸，在一个或多个抽吸基座内侧或外侧上并向上突出到一个或多个抽吸基座的顶部上方。一个或多个抽吸基座设置有关闭一个或多个抽吸基座的一个或多个顶部的一个或多个顶盖。
WO2015118348公开了一种用于将井筒安装在海床中的装置，其中，抽吸基座的上端设置有用于与导体套管(即低压屏障)接合的井口，所述导体套管延伸通过抽吸基座的壳体。
当建立与目前的技术相关的水下井时,需要减少资源的支出,其中，提供高压屏障在低压屏障内侧，所述低压屏障以导体套管的形式延伸通过至少海底的未固结物质的上层。
发明内容
本发明的目的是弥补或减少现有技术的至少一个缺点，或至少提供现有技术的有用替代方案。
该目的通过在下面的描述中和在下面的权利要求中指定的特征来实现。
例如，为石油勘探和/或生产，或者例如，用于注入气体或水的海底井提供了一个井口基座。井口基座包括抽吸基座，在该抽吸基座中，壳体设置有敞开的底部和顶盖，其至少在安装抽吸基座期间闭合抽吸基座的顶部。壳体的平面图可以是圆形、椭圆形、卵形或多边形。壳体的一个或多个壁是密封的，从而可能在壳体内产生负压。在抽吸基座中，布置至少一个管，该管布置成形成上井管部分，其形成海底井中的高压屏障的一部分。所述管从壳体的顶部延伸并且至少跨越壳体的垂直范围的大部分朝向或超过壳体的敞开底部，在壳体的周边部的内侧或外侧。所述管的上部是直的，并且当抽吸基坐落部于海床中时优选垂直站立，所述直管部基本上平行于抽吸基座的中心轴线放置。位于下方的管的部分可以是直的或偏转的。偏转管可以延伸通过壳体的壁中的开口。如果管延伸通过壳体的顶盖或通过壳体的壁，则顶盖和壁紧密地配合在管周围。所述管支撑在壳体上。抽吸基座以已知的方式设置有至少一个用于抽吸线的连接件，用于抽吸基座的内部空间被抽空，使得周围的水团可以将抽吸基座向下驱动到海床中未固结物质中。
壳体可以借助于垂直布置的各内壁被分隔成几个腔室。由此可以在壳体的不同部分中具有不同的负压。由此，可以借助于负压来调节壳体的垂直度。
在抽吸基座的操作状态下，所述管可以延伸出壳体的敞开底部或壳体的壁，所述管具有或被给与一种长度，所述长度适合于要在其中设定抽吸基座的未固结物质的性质。如果在运输期间所述管不延伸超出壳体的敞开下端，则抽吸基座的运输和部署可以被简化，正如在该实施方式中，抽吸基座可以在船舶甲板上直立运输。如果在操作状态下，所述管将具有延伸到抽吸基座的裙部以下或从壳体的壁以外的长度，因此所述管可以以各种方式形成。在一个实施方式中，所述管可以用期望的固定长度来制造并附接到壳体。在这个实施方式中，最明显的是运输平躺的抽吸基座。在另一实施方式中，所述管可以形成为可伸缩管，该可伸缩管在抽吸基座被放下的同时或之后延伸，例如当抽吸基座从提升装置悬挂在安装船上时，或者在抽吸基座被驱动入未固结物质之后使用水下锤。提供加长管的另一种方式是在抽吸基座垂直放置时将延伸件连接到管上，从提升装置悬挂在安装船上，可能站立在从船体突出或通过船的月池(moon pool)的框架上。
当安装带有一个或多个加长管的抽吸基座时，如果在未固结物质中建立了至少可容纳一些直管的钻孔，则是有利的。在具有合适特性的未固结物质中，管可以通过抽吸基座的重量和抽空的抽吸基座上的水压被驱动下入到未固结物质中。这也可能适用于偏转管。
由于抽吸基座具有很大的承载能力，并且提供抵靠所有典型负载的良好支撑，海底井可能贯穿井的寿命经受该负载，也就是说，在建立、生产、维护和移除期间，本发明有可能不利用导体套管而建立井，由于集成在抽吸基座中的每个管组成井管的顶部，形成在井中的高压屏障。由此，井可以以较低的成本建立，由于安装导体套管和连接导体套管至井口中的低压壳体的成本被避免。此外，井管的上部分与抽吸基座之间的连接可以被优化，因为在制造井口基座时容易获得连接部分。另一个优点是数个井口可以建立在抽吸基座上，其中，多个井管以良好的间隔放置在抽吸基座的周边部之内，可能也在抽吸基座的周边部的外侧，并且井管甚至在它们离开抽吸基座之前可能会发生偏转。
当管向下延伸到抽吸基座的裙部下方或者从抽吸基座的壁向外延伸时，管可以在抽吸基座的内侧或周边部处的部分内设置有弱化部以简化一个或多个井的关闭和放弃。这种弱化可能导致抽吸基座更容易被拉升和恢复。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定了本发明的有利实施方式。
在第一方面，本发明更具体地涉及用于一个或多个海底井的井口基座，该井口基座包括抽吸基座，该抽吸基座设置有具有敞开底部和能用顶盖关闭的顶部的壳体，以及一个或多个管连接到壳体并且从壳体的顶部延伸并且至少跨越壳体的垂直范围的大部分朝向或超过壳体的敞开底部，在壳体的周边部的内侧或外侧，其特征在于：
每个管的直的上部部分向上突出到壳体的顶部之上并且形成上部井管部分，其形成井中的高压屏障的一部分，以及
每个管的直的上管部分布置为平行于壳体的中心轴线。
所述管的直的上管部分可以偏心地设置在抽吸基座中。
偏转管可以延伸通过顶盖并至少至壳体中的壁开口，壁开口紧密地贴靠在偏转管的周边部。
或者，偏转管可以延伸通过顶盖并朝向壳体的裙缘。
管可以是可加长的。
该管可以借助于一个或多个可伸缩段可伸缩地加长超过壳体的敞开底部。或者，该管可以借助于一个或多个管段可结合地加长超过壳体的敞开底部。
多个管可以均匀地分布在壳体的周边部的内侧和/或外侧。
至少一个直的或偏转管可以布置在壳体的周边部的外侧。
壳体可以设置有几个内壁，这些内壁形成几个分开的腔室，每个腔室都设置有抽吸线连接件。
在第二方面，本发明更具体地涉及建立海底井口基座的方法，该方法包括以下步骤：
-提供如上所述的抽吸基座；
-将抽吸基座竖立放置在海床上的位置上以建立各海底井，
其特征在于该方法包括以下额外步骤：
-将抽吸基座的裙缘与海床邻接；
-将附接到抽吸基座壳体的一个或多个管和抽吸基座壳体的裙部向下驱动到未固结物质中，所述一个或多个管在所述壳体的顶部以上向上突出并形成上部井管部分，其形成井中的高压屏障的一部分。
该方法可以包括进一步的步骤：
-在抽吸基座邻接抵靠海床之前，加长至少一个管。
该方法可以包括进一步的步骤：
-将抽吸基座设定入到海床后，至少加长其中一个管。
该方法可以包括进一步的步骤：
-在抽吸基座被向下驱动到未固结物质之前，在未固结物质中形成一个或多个钻孔，与集成在抽吸基座中的一个或多个直管对应；
-将抽吸基座放置在海床上，其取向使得一个或多个直管布置在相应的钻孔上；和
-通过将壳体的裙部向下驱动入到未固结物质中，将直管向下移入相应的钻孔中。
附图说明
在下文中，描述了在附图中示出的优选实施方式的示例，其中：
图1示出了通过圆柱形抽吸基座的轴向截面，其中，以井管的上部形式的多个管附接到抽吸基座，直井管附接到抽吸基座的外侧，轻微偏转的井管在内部地附接到抽吸基座中并延伸至抽吸基座的较低裙缘，然而大幅偏转的井管附接到抽吸基座的侧壁中；
图2示出了对应于图1的轴向界面，但是附接到抽吸基座的外侧的直的井管已经被加长并一直延伸到抽吸基座的裙缘以下，通过在未固结物质中的预钻孔，并且大幅偏转井管从抽吸基座的侧壁延伸出；
图3示出了具有布置在抽吸基座的周边部内侧的管的圆柱形抽吸基座的较小比例的简化平面图；
图4和图5示出了具有布置在抽吸基座的周边部内侧和外侧的管的圆柱形抽吸基座的简化平面图；
图6示出了具有布置在抽吸基座的周边部内侧的管的椭圆形抽吸基座的简化平面图，壳体被分隔成数个腔室；
图7示出了三角形抽吸基座的简化平面图，其中，管布置在抽吸基座的角部附近并且在抽吸基座的周边部内侧；
图8a-c以侧视图示出了具有井管的突出部分的抽吸基座的部署的原理图，图8a示出了在船舶上运输期间处于水平位置的抽吸基座，图8b示出了抽吸基座在从船舶突出的框架上呈直立状态，且图8c表示从提升装置悬挂的抽吸基座，在降入水团的过程中；
图9a-c以侧视图示出了具有井管的可伸缩可加长部分的抽吸基座的部署的原理图，图9a示出了在船舶上运输期间具有缩回井管的抽吸基座，图9b示出了在井管延伸之前悬挂在提升装置上的抽吸基座，且图9c示出了井管已经延伸之后并且抽吸基座正在降低到水团中的过程的抽吸基座；和
图10a-c以侧视图示出了抽吸基座的部署的原理图，其中，井管的部分通过在抽吸基座下降到水团中之前结合而加长，图10a示出了躺在该船舶和站立在从船舶突出的框架上的抽吸基座，图10b示出了站立在框架上的抽吸基座并且连接到准备降入水团的提升装置，井管已经随着管段加长，图10c示出了在降入水团的过程中的抽吸基座。
具体实施方式
首先参考图1，其中，参考数字1表示设置有形成壁111(也称为裙部)的圆柱形壳体11的抽吸基座。壳体11具有由下壁边缘111a(也称为裙缘)限定的开放底部114。壳体11具有借助于顶盖112闭合的顶部。多个井管14、14a、14b从抽吸基座1的顶部上方向下延伸。直的第一井管14附接到壳体11的外侧；稍微偏转的第二井管14a延伸通过顶盖112中的开口112a并通过壳体11并且其嘴部位于裙缘111a处。所述第二井管14a借助于管支架15支撑抵靠壁111。大幅偏转的第三井管14b通过壳体11延伸到壁111中的壁111中的开口111b，其中，所述井管14b被附接并紧密地配合抵靠壁开口111b的周边部。顶盖112紧密地配合抵靠第二和第三井管14a、14b。所有井管14、14a、14b具有平行于壳体11的中心轴线布置的直的上部井管部分141。偏转井管14a、14b包括弯曲的下井管部分142。
抽吸基座1的裙部111和井管14、14a、14b已经基本上被向下驱动到形成海床31的未固结物质4中。
以已知的方式，当抽吸基座1站立在海床31上时，由壳体11通过一个或多个抽吸线连接件113将水排出，壳体11内侧产生负压。因此，抽吸基座1通过来自上面的水团的压力被向下驱动到未固结物质4中。
如图1所示的每个井管14、14a、14b被布置成加长的使得形成从向上突出到抽吸基座1以上的上部井管部分141向下通过未固结物质高压屏障，以便以已知的方法形成高压井口壳体。
井管14以已知的方式在未固结物质4中形成稳定的钻孔边界。在图2中，不同的井管14、14a、14b被示出向下在未固结物质4中具有不同的长度。
通过考虑到抽吸基座1的良好承载能力，本发明能够优化井口基座，并且可以省略已知的现有技术的导体套管(未示出)作为支撑元件。
在抽吸基座1被放置在海床31上之前，形成可以容纳可加长的井管14的钻孔41(参见图2)可能是有利的。
当需要进一步加长井管14时，这可以通过例如通过将可伸缩的井管段(未示出)向下驱动通过井管14、14a、14b的集成部分而发生。通过钻井和安装另外的井管14、14a、14b来建立完整的井筒通过井管14、14a、14b的集成部分以普通方式发生。
具有井管14、14a、14b的抽吸基座1的安装可以以图8a-8c、9a-9c和图10a-10c中所示的方式来执行。
图8a示出了抽吸基座1，其具有延伸出抽吸基座1的井管14。因此，它在平躺位置在船舶2上的可移动框架21上被运输。当抽吸基座1将要放在海床31上时，借助于框架21将抽吸基座1置于直立位置，见图8b。然后，抽吸基座1连接到提升装置22(一般为起重机)，并通过水团3下降到海床31(见图8c)，其中，具有井管14的抽吸基座1被向下驱动到未固结物质4中，之后，井是通过抽吸基座1建立的。
图9a-9c相应地示出具有可伸缩的导体套管13的抽吸基座1，可伸缩的井管14在抽吸基座1的运输过程中缩回，但在抽吸基座1已经从船舶2提起之后通过可伸缩部分143从其缩回位置释放，然后在其伸出位置固定到井管14。或者，如图10a-10c所示，可伸缩的井管14可以在抽吸基座1站立在框架21上的同时加长。
图10a-10c示出了一种实施方式，其中，井管14具有与其结合的管段144，该管段在抽吸基座1的运输过程中与抽吸基座1分离，如图10a所示的平躺在该船舶2上。当抽吸基座1站立在从船舶2突出的框架21上时发生结合。
图3-7示出了抽吸基座1的示例，所述抽吸基座具有不同的平面图和在壳体11的周边部内侧和外侧的集成井管14的定位。在图4中，示出了多个管14、14a、14b具有从抽吸基座1的中心轴线向外偏转。在图7中，壳体借助于内壁111c-111j被分成几个腔室11a-11f。每个腔室优选地设置有用于每个腔室11a-11f的负压独立于其他腔室11a-11f的负压可调节的抽吸线连接件113(参见图1)。至少一些腔室可以设置有未示出的装置，一般是可以连接到未示出的远程控制系统的传感器，用于记录压力和气体的发生。
抽吸基座1可以设置有未示出的用于登记垂直度的装置。
抽吸基座1还可以设置有未示出的装置，典型地为引导元件，用于接收在井建立、井维护或井关闭期间要连接到抽吸基座1的设备。
应该注意的是，所有上述实施方式说明了本发明，但并不限制本发明，并且本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下构建许多替代实施方式。在权利要求中，括号中的参考数字不被认为是限制性的。
动词“包括”及其不同形式的使用不排除权利要求中未提及的元件或步骤的存在。元件前的不定冠词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
一些特征在相互不同的从属权利要求中指示的事实并不表示这些特征的组合不能有利地使用。

Claims (13)

1.一种用于一个或多个海底井的井口基座，所述井口基座包括抽吸基座(1)，其设置有具有敞开底部(114)和能用顶盖(112)闭合的顶部的壳体(11)，以及一个或多个管(14、14a、14b)，其附接到壳体(11)并且从壳体(11)的顶部延伸并至少延伸跨越壳体(11)的垂直范围的大部分朝向或超过壳体(11)的敞开底部(114)，在壳体(11)的周边部的内侧或外侧，其特征在于：
每个管(14、14a、14b)的直的上部分(141)向上突出到壳体(11)的顶部以上并且形成上部井管部分(141)，其形成井中高压屏障的一部分，并且
每个管(14、14a、14b)的直的上管部分(141)被布置成平行于壳体(11)的中心轴线。
2.根据权利要求1所述的井口基座，其中，所述管(14、14a、14b)的直的上管部分(141)偏心地布置在所述抽吸基座(1)中。
3.根据权利要求1所述的井口基座，其中，偏转管(14b)延伸通过所述顶盖(112)并通过所述壳体(11)中的壁开口(111b)，并且其中，所述壁开口(111b)紧密配合抵靠偏转管(14b)的周边部。
4.根据权利要求1所述的井口基座，其中，偏转管(14a)延伸通过所述顶盖(112)并且超过所述壳体(11)的裙缘(111a)。
5.根据权利要求1所述的井口基座，其中，所述管(14、14a、14b)是可加长的。
6.根据权利要求5所述的井口基座，其中，所述管(14、14a、14b)借助于一个或多个可伸缩段(143)可伸缩地加长。
7.根据权利要求5所述的井口基座，其中，所述管(14、14a、14b)借助于一个或多个管段(144)可结合地加长。
8.根据权利要求1所述的井口基座，其中，多个管(14、14a、14b)被分布在所述壳体(11)的周边部内侧和/或外侧。
9.根据权利要求1所述的井口基座，其中，至少一个直管(14)或偏转管(14a)被布置在所述壳体(11)的周边部外侧。
10.根据权利要求1所述的井口基座，其中，所述壳体(11)设置有形成多个分开的腔室(11a-11f)的多个内壁(111c-111j)，所述腔室各自设置有抽吸线连接件(113)。
11.一种建立海底井口基座的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供根据权利要求1所述的抽吸基座(1)；
-将抽吸基座(1)以直立位置放置在海床(31)上的位置上用于建立一个或多个海底井，
其特征在于，该方法包括进一步的步骤：
-使抽吸基座(1)的裙缘(111a)邻接在海床(31)上；
-将附接到抽吸基座壳体(11)的一个或多个管(14、14a、14b)和抽吸基座壳体(11)的裙部(111)向下驱动到未固结物质(4)中，所述一个或多个管(14、14a、14b)向上突出到壳体(11)的顶部之上并且形成上部井管部分(141)，其形成井中高压屏障的一部分。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括以下额外步骤：
-在抽吸基座(1)被带到邻接海床(31)上之前，加长至少一个管(14、14a、14b)。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括以下额外步骤：
-在抽吸基座(1)被向下驱动到未固结物质(4)之前，在未固结物质(4)中形成一个或多个钻孔(41)，对应于集成在抽吸基座(1)的一个或多个直管(14)；
-将抽吸基座(1)以一取向放置在海床上，使得一个或多个直管(124)布置在相应的钻孔(41)上；和
-通过将壳体(11)的裙部(111)向下驱动到未固结物质(4)中，将直管(14)向下移动到相应的钻孔(41)中。
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