CN111386382B - 在海底油井中插入装置的方法、从海底油井中移除装置的方法、以及用于在海底油井中插入和移除装置的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及将工具和/或机器人插入海底油井中和/或从海底油井中移除的方法。在这种情况下，本发明提供一种用于在海底油井(20)中插入和移除装置(30)的系统，所述系统包括：(i)WCT组件(10)，所述WCT组件(10)包括可移除的保护盖(40)；和(ii)WCT工具(50)，所述WCT工具(50)连接至接收器(60)，接收器(60)内包括装置(30)，其中WCT工具(50)适合于插入耦接保护盖(40)的位置，其中接收器(60)和WCT工具(50)中的至少一者能够被打开或关闭，以将装置(30)释放到海底油井(20)中或将装置(30)保留在接收器(60)内。本发明进一步提供了将装置(30)插入海底油井(20)中和从海底油井(20)中移除装置(30)的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年7月13日提交的BR 10 2017 015062-3的优先权权益，通过引用将其作为整体结合在此。
技术领域
本发明涉及将工具和/或机器人插入海底油井中和/或从海底油井中移除的方法。
背景技术
在现有技术中，众所周知的是，石油和天然气是从位于地下数百至数千米的多孔岩石中提取的。为了将其排出，建造了称为井的生产单元。这种建造是使用为此目的的专用船舶(vessel)来完成的，称为钻机(rig)。
这些船舶进行井的钻探，然后，将称为套管的钢管放置在井的内部与地层(formation)之间，以确保系统的完整性。最后，在井内安装各种设备，诸如安全阀、控制阀、泵送系统等。该设备的目的是确保井中受控、安全的生产。
然而，这些井在其整个使用寿命期间不能连续生产。可能需要执行维护操作。这种类型的操作称为大修(workover)。进行这些操作的一些常见原因是：某些设备出现故障、生产管柱中的孔、由于规模而导致的限制、水或天然气产量的增加、产生砂等。
在现有技术中，使用专用钻机对井执行这些维护操作。
为了执行这些维护操作，首先进行干预计划。完成此步骤后，可使用锚或通过动态定位系统将钻机移向井并将其定位在井上方。然后，钻机从采油树(Christmas tree)上移除盖子，也称为树盖。
接下来，将一组管道降低，称为立管，并与采油树工具连接，以便将线(wire)工具(钢丝工具)、缆工具(也称为线绳(wireline)工具)或软管工具(也称为盘管工具)在立管内降低。这些工具在井中执行维护操作。
这种方法的主要问题是成本，因为钻机的日费率相当高，尤其是在近海环境中。此外，为了实施这些干预，必须等到钻机可用为止，这可能要花费数月的时间，使得从故障到维修，这些井一直关闭或减少产量，这可能会在高产井中产生相对较高的产量损失。
为了解决上述问题，文献WO2011159563A2提供了一种用于进行水下作业的系统。该系统包括支撑在浮动单元上的维修设备，从而无需用于海底井的维护操作的钻机。然而，在井中的整个大修操作过程中，仍然需要依靠浮式船舶。
为了在整个使用期间消除对修井作业专用的任何船舶的需要，在井中使用驻留自主机器人来执行必要的维护操作。机器人在整个使用寿命期间都留在井中，只有在发生故障时才被移除或更换。例如，文献US6378627B1公开了一种用于油井的自主设备，其包括：(a)将被定位在井中的主体；(b)电力源；(c)用于监测至少一个参数的至少一个传感器；(d)从传感器接收数据的微处理器；(e)连接至微处理器的存储器；(f)由微处理器控制的运输机构，用于在井内移动设备的主体；(g)在井内进行操作的工作端。自主设备是远程控制的，用于在井内执行维护任务或数据收集。
然而，由于文件US6378627B1中的设备永久地驻留在井中，因此每个井都必须拥有自己的机器人，这意味着与使用钻机进行干预相比，成本很高。
如下面将更详细地呈现的，本发明旨在以实用和有效的方式解决上述现有技术的问题。
发明内容
本公开内容旨在提供一种在海底油井中插入和移除装置的方法，从而不需要专用于该服务的钻机。
还公开了在海底油井中插入和移除装置(诸如自主装置)的方法，以使一个装置和相同装置能够在不同的海底油井中执行维护任务，而无需使装置驻留在井内。
本公开内容提供一种在海底油井中插入装置(诸如自主装置)的方法，所述方法包括以下步骤：(i)从湿式采油树(WCT)组件移除保护盖；(ii)将WCT工具插入先前耦接保护盖的位置，其中所述WCT工具连接至接收器，所述接收器内包括所述装置；和(iii)打开所述接收器和WCT工具中的至少一者，以便将所述自主装置释放到海底油井中。
可选地，所述接收器具有与所述装置的形状相对应的形状。
可选地，所述接收器和WCT工具中的至少一者被配置用于打开和关闭。
可选地，所述方法进一步包括以下步骤：将WCT工具和包括有所述装置的接收器的组合借助于辅助船和/或ROV在海面和海床之间运输。
可选地，所述方法进一步包括：在所述装置被释放到海底油井中之后，从WCT组件移除WCT工具。
可选地，所述方法包括：在移除WCT工具之后，更换WCT组件上的保护盖。
可选地，接收器和WCT工具二者都被配置为打开和关闭，并且其中打开步骤包括打开接收器和WCT工具二者。
此外，本公开内容提供一种从海底油井中移除装置(诸如自主装置)的方法，所述方法包括以下步骤：(i)从湿式采油树(WCT)组件移除保护盖；(ii)将WCT工具插入先前耦接保护盖的位置，其中所述WCT工具连接至接收器，所述接收器适于将装置接收在内；和(iii)将自主装置从海底油井内部引导至接收器。
可选地，所述接收器具有与所述装置的形状相对应的形状。
可选地，所述接收器和WCT工具中的至少一者被配置用于打开和关闭。
可选地，所述方法进一步包括以下步骤：将WCT工具和包括有所述装置的接收器的组合借助于辅助船和/或ROV在海面和海床之间运输。
可选地，所述方法进一步包括以下步骤：将WCT工具和包括有所述装置的接收器的组合从WCT组件断开。
此外，本公开内容提供一种用于在海底油井中插入和移除装置(诸如自主装置)的系统，所述系统包括：(i)WCT组件，所述WCT组件包括可移除的保护盖；以及(ii)WCT工具，所述WCT工具连接至接收器，所述接收器内包括所述装置，其中WCT工具适于插入耦接保护盖的位置，其中接收器和WCT工具中的至少一者能够打开或关闭，以将装置释放到海底油井中或将装置保留在接收器中。
可选地，所述装置包括至少一组可伸展臂。
可选地，所述装置包括中央主体和四组可伸展臂，其中两组可伸展臂位于中央主体的第一端，而两组可伸展臂位于中央主体的第二端。
可选地，每组可伸展臂包括三个可伸展臂。
可选地，每个可伸展臂被配置为弹簧类型的弹性体。
可选地，每个可伸展臂包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件。
可选地，在中心点处定位有滑动轮。
可选地，所述系统进一步包括用于所述滑动轮的支撑件，并且其中所述弹性元件固定至所述支撑件。
可选地，每个弹性元件包括具有双扭结和直的中部的弹簧元件。
可选地，将滑动轮定位成相对于所述装置的运动轴线倾斜。
可选地，倾斜轮被配置成在海底油井内产生装置的螺旋或双螺旋运动。
还披露了一种在通过包括可移除保护盖的湿式采油树(WCT)组件将装置插入海底油井期间、或者在从中移除装置期间使用的设备，所述设备包括：WCT工具，所述WCT工具被配置为插入耦接WCT组件的保护盖的位置；和接收器，所述接收器连接至所述WCT工具，用于存储自主装置，其中接收器和WCT工具中的至少一者能够打开或关闭，以将装置释放到海底油井中或将WCT工具保留在接收器中。
根据第一方面，存在一种将自主装置(30)插入海底油井(20)中的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：从WCT组件(10)移除保护盖(40)；将WCT工具(50)插入先前耦接保护盖(40)的位置，其中WCT工具(50)连接至接收器(60)，所述接收器内包括所述自主装置(30)；以及打开接收器(60)和WCT工具(50)中的至少一者，以便将自主装置(30)释放到海底油井(20)中。
根据第二方面，存在根据第一方面所述的方法，其特征在于，所述接收器(60)包括与所述自主装置(30)的形状相对应的形状。
根据第二方面，存在根据第一或第二方面所述的方法，其特征在于，接收器(60)和WCT工具(50)中的至少一者被配置用于打开和关闭。
根据第二方面，存在根据第一至第三方面中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括以下步骤：将由WCT工具(50)和包括有自主装置(30)的接收器(60)形成的组件借助于辅助船和ROV中的至少一者在海面和海床之间运输。
根据第五方面，存在一种从海底油井(20)移除自主装置(30)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：移除WCT组件(10)的保护盖(40)；将WCT工具(50)插入先前耦接保护盖(40)的位置，其中WCT工具(50)连接至接收器(60)，所述接收器适于将自主装置(30)接收在内；以及将自主装置(30)从海底油井(20)内部引导至接收器(60)。
根据第六方面，存在根据第五方面所述的方法，其特征在于，所述接收器(60)包括与所述自主装置(30)的形状相对应的形状。
根据第七方面，存在根据第五或第六方面所述的方法，其特征在于，接收器(60)和WCT工具(50)中的至少一者被配置用于打开和关闭。
根据第八方面，存在根据第五至第七方面中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括以下步骤：将由WCT工具(50)和包括有自主装置(30)的接收器(60)所形成的组件借助于辅助船和ROV中的至少一者在海面和海床之间运输。
根据第九方面，存在根据第五至第八方面中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括以下步骤：将由WCT工具(50)和包括有自主装置(30)的接收器(60)所形成的组件从WCT组件(10)断开。
根据第十方面，存在一种用于在海底油井(20)中插入和移除自主装置(30)的系统，其特征在于，所述系统包括：WCT组件(10)，所述WCT组件(10)包括可移除的保护盖(40)；和WCT工具(50)，所述WCT工具(50)连接至接收器(60)，所述接收器内包括自主装置(30)，其中WCT工具(50)适合于插入耦接保护盖(40)的位置，其中接收器(60)和WCT工具(50)中的至少一者能够被打开或关闭，以将自主装置(30)释放到海底油井(20)中或将自主装置(30)保留在接收器(60)内。
根据第十一方面，存在根据第十方面所述的系统，其特征在于，所述自主装置(30)包括至少一组(9)可伸展臂(1)，其中每组(9)可伸展臂(1)包括三个可伸展臂(1)。
根据第十二方面，存在根据第十或第十一方面所述的系统，其特征在于，所述系统包括四组(9)可伸展臂(1)，每组均具有三个可伸展臂(1)，其中两组(9)可伸展臂(1)位于中央主体(5)之前，而两组(9)可伸展臂(1)位于工具(5)之后。
根据第十三方面，存在根据第十一或第十二方面所述的系统，其特征在于，所述可伸展臂(1)是弹簧类型的弹性元件。
根据第十四方面，存在根据第十一至第十三方面中的任一项所述的系统，其特征在于，所述可伸展臂包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件(11)，其中在中心点处定位有滑动轮(2)。
根据第十五方面，存在根据第十四方面所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于滑动轮(2)的支撑件(3)，其中所述弹性元件(11)固定至所述支撑件(3)。
根据第十六方面，存在根据第十四或第十五方面所述的系统，其特征在于，每个弹性元件(11)包括具有双扭结和直的中部的弹簧元件。
根据第十七方面，存在根据第十四至第十六方面中的任一项所述的系统，其特征在于，所述滑动轮(2)被定位成相对于所述自主装置(30)的运动轴线倾斜，其中倾斜的轮被配置成用于在海底油井(20)内产生自主装置(30)的螺旋或双螺旋运动。
附图说明
下面呈现的详细描述参照附图及其各自的附图标记。
图1示出了应用根据优选实施方式的方法的WCT组件和海底油井的截面图。
图2示出了图1中的视图，另外示出了连接至接收器的WCT工具，所述接收器内包括自主装置。
图3示出了自主装置的优选配置。
图4示出了根据自主装置的可选配置的可伸展臂的独立视图。
具体实施方式
首先，强调以下描述是基于优选实施方式的。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于该具体实施方式。
图1示出了应用根据优选实施方式的方法的湿式采油树(wet Christmas tree,WCT)组件10和海底油井20的截面图。
首先，提供了一种将诸如自主装置30的装置插入海底油井20中的方法。根据优选实施方式的方法的第一步骤包括从WCT组件10移除保护盖40(称为树盖)。
在插入方法的第二步骤中，将WCT工具50(称为树下入工具)或其他等效接口工具插入先前耦接保护盖40的位置。WCT工具50的插入可包括以与耦接保护盖40相同的方式将WCT工具50耦接至WCT组件10。
优选地，WCT工具50连接至接收器60，所述接收器60适于将自主装置30接收在内。优选地，接收器60包括与自主装置30的形状相对应的形状。在图2所示的示例中，接收器60和自主装置30具有细长的形状。
优选地，接收器60能够被打开和关闭。更优选地，接收器60的底端是可闭合开口，自主装置30可从该可闭合开口通过。
可选地，WCT工具50能够被打开和关闭，从而允许或不允许自主装置30通过。
在插入方法的第三步骤中，打开接收器60和/或WCT工具50，以便将自主装置30释放到海底油井20中。如果接收器60和WCT工具50二者都能够被打开和关闭，则在该步骤中可以将接收器60和WCT工具50二者都打开。
一旦释放了装置30，优选地是移除WCT工具50并重新放置保护盖40。
进一步提供了一种从海底油井20移除诸如自主装置30的装置的方法。根据优选实施方式的移除方法的第一步骤也包括从WCT组件10移除保护盖40，假定在装入装置后已重新放置了保护盖40。如果WCT工具50仍然与相关联的接收器60连接，则可以省略本步骤和下面提到的第二步骤。
在移除方法的第二步骤中，将WCT工具50或其他一些等效接口工具插入先前耦接保护盖40的位置。
优选地，WCT工具50连接至空的接收器60，该空的接收器60适于将自主装置30接收在内。
最后，将装置30从海底油井20内部引导至接收器60。如果该装置是完全自主的，则引导步骤可以自动发生(即，装置30可以自我引导)。可替代地，装置30可以由操作员远程引导。
可选地，接收器60在内部具有自主装置30的情况下被封闭。同样可选地，WCT工具50被关闭，以便即使当接收器60本身打开时也将自主装置30限制在接收器60中。
优选地，由WCT工具50和包括有自主装置30的接收器60所形成的组合或组件通过辅助船和/或ROV(Remotely Operated Vehicle,远程操作运输工具)在海面和海床之间运输。
进一步提供了一种用于在海底油井20中插入和移除诸如自主装置30的装置的系统。所述系统包括：WCT组件10，所述WCT组件10包括可移除的保护盖40；和WCT工具50，所述WCT工具50连接至接收器60，所述接收器60内包括自主装置30，其中WCT工具50适于插入耦接保护盖40的位置。
在本系统中，取决于正在执行的方法(插入或移除)，接收器60和WCT工具50中的至少一者能够被打开或关闭，以将自主装置30释放到海底油井20中或将自主装置30保留在接收器60内。
优选地，如图3所示，该装置是适于在海底油井20内执行大修作业的自主装置30，诸如自主机器人。
从图3和图4中可以看出，自主装置30包括中央主体5和可伸展臂1。每个可伸展臂1包括至少一个滑动轮2，所述滑动轮2被配置成用于接触管道的内壁。
可选地，自主装置30包括至少一组9可伸展臂1。例如，每个组9例如可包括三个可伸展臂1。与其他配置相比，具有三个可伸展臂1的配置可通过允许其更好地定心而具有优势。
在所描述的任何一种配置中，每个可伸展臂1包括至少一个滑动轮2，所述滑动轮2配置成接触管道的内壁。这样，当采用具有三个可伸缩臂1的配置时，将采用三个滑动轮2，即每个可伸缩臂具有一个滑动轮。
在替代配置(图中未示出)中，可采用仅一组9可伸展臂1。这可以通过提供由可伸展臂1包围的中央主体5来实现。在这些配置中，优选地采用三个可伸展臂1。
图4示出了根据可选配置的可伸展臂1的独立视图；在该配置中，可伸展臂1是弹簧类型的弹性体。更具体地，可伸展臂1包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件11。滑动轮2可定位在中心点处。在该配置中，还可以采用用于滑动轮2的支撑件3，其中可伸展臂1将固定至支撑件3。
在该可选配置中，可以看出，每个弹性元件11包括具有双扭结和直的中部的(弹簧组件类型的)弹簧元件。换句话说，弹性元件11由可被压缩然后弹回其原始形状的柔性材料制成。因此，可以实现这样的配置，该配置的轮廓减小以包括较大的直径范围。
可选地，滑动轮2被定位成使其相对于中央主体5的运动轴线(或在使用中是管道的中心轴线)倾斜，从而在管道内产生螺旋运动。
在可选配置中，如图3中所示，其中采用了四组9可伸展臂1，例如，每组9具有三个臂1，两组9可以定位在中央主体5之前，而两组9可以定位在中央主体5之后。在这些配置中，所有的滑动轮2可以是倾斜的，从而在前部和后部提供两组9倾斜的轮。于是，中央主体5在其穿过管道时遵循双螺旋路径，这意味着其牵引能力是执行螺旋运动的传统机器人的两倍。
在该可选配置中，具有三个可伸展臂1的组9通过连接元件在可伸展臂1的端部处连接。这些元件可以是任何已知的连接元件。
此外，可以采用连杆4，将最靠近中央主体5的那组9可伸展臂1与离中央主体5较远的那组9连接到一起(在每个端部处)。这种连杆4可以是刚性或柔性的，以便允许旋转和弯曲运动。
因此，提供了方法和系统，其不需要用于该服务的专用钻机。此外，由于装置30不是驻留的，因此它能够以实用的方式且低成本地在不同的海底油井中执行维护任务。
允许落入本申请的保护范围内的无数变化。这强化了本发明不限于上述配置/具体实施方式的事实。由此，对上述设备和方法的修改、可行的不同变化之间的组合、以及对本领域技术人员而言显而易见的本发明的各方面的变化均在权利要求书的精神和范围内。
Claims (21)
1.一种在海底油井中插入装置的方法，其中所述方法包括以下步骤：
从湿式采油树组件移除保护盖；
将湿式采油树工具插入先前耦接所述保护盖的位置，其中所述湿式采油树工具连接至接收器，所述接收器内包括所述装置，和
打开所述接收器和所述湿式采油树工具中的至少一者，以便将所述装置释放到所述海底油井中，
其中所述装置为自主装置，其包括至少一组可伸展臂，每个可伸展臂包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件，在所述中心点处定位有滑动轮，所述滑动轮被配置成用于接触管道的内壁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收器包括与所述装置的形状相对应的形状。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述接收器和所述湿式采油树工具中的至少一者被配置用于打开和关闭。
4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述湿式采油树工具和包括有所述装置的所述接收器的组合借助于辅助船和/或远程操作运输工具在海面和海床之间运输。
5.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：在所述装置被释放到所述海底油井中之后，从所述湿式采油树组件移除所述湿式采油树工具。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：在移除所述湿式采油树工具之后，更换所述湿式采油树组件上的保护盖。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述接收器和所述湿式采油树工具二者都被配置为打开和关闭，并且其中打开步骤包括打开所述接收器和所述湿式采油树工具二者。
8.一种从海底油井中移除装置的方法，所述方法包括以下步骤：
从湿式采油树组件移除保护盖；
将湿式采油树工具插入先前耦接所述保护盖的位置，其中所述湿式采油树工具连接至接收器，所述接收器适于将所述装置接收在内；和
将所述装置从所述海底油井内部引导至所述接收器，
其中所述装置为自主装置，其包括至少一组可伸展臂，每个可伸展臂包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件，在所述中心点处定位有滑动轮，所述滑动轮被配置成用于接触管道的内壁。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述接收器包括与所述装置的形状相对应的形状。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述接收器和所述湿式采油树工具中的至少一者被配置用于打开和关闭。
11.根据权利要求8或9所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述湿式采油树工具和包括有所述装置的所述接收器的组合借助于辅助船和/或远程操作运输工具在海面和海床之间运输。
12.根据权利要求8或9所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述湿式采油树工具和包括有所述装置的所述接收器的组合从所述湿式采油树组件断开。
13.一种用于在海底油井中插入和移除装置的系统，所述系统包括：
湿式采油树组件，所述湿式采油树组件包括可移除的保护盖；和
湿式采油树工具，所述湿式采油树工具连接至接收器，所述接收器内包括所述装置，其中所述湿式采油树工具适于插入耦接所述保护盖的位置，
其中所述接收器和所述湿式采油树工具中的至少一者能够打开或关闭，以将所述装置释放到所述海底油井中或将所述装置保留在所述接收器中，
其中所述装置为自主装置，其包括至少一组可伸展臂，每个可伸展臂包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件，在所述中心点处定位有滑动轮，所述滑动轮被配置成用于接触管道的内壁。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述装置包括中央主体和四组可伸展臂，其中两组可伸展臂位于所述中央主体的第一端，而两组可伸展臂位于所述中央主体的第二端。
15.根据权利要求13或14所述的系统，其中每组可伸展臂包括三个可伸展臂。
16.根据权利要求13或14所述的系统，其中每个可伸展臂被配置为弹簧类型的弹性体。
17.根据权利要求13所述的系统，进一步包括用于所述滑动轮的支撑件，并且其中所述弹性元件固定至所述支撑件。
18.根据权利要求13所述的系统，其中每个弹性元件包括具有双扭结和直的中部的弹簧元件。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述滑动轮被定位成相对于所述装置的运动轴线倾斜。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述倾斜的轮被配置成在所述海底油井内产生所述装置的螺旋或双螺旋运动。
21.一种在通过包括可移除保护盖的湿式采油树组件将装置插入海底油井期间、或者在从所述海底油井移除所述装置期间使用的设备，所述设备包括：
湿式采油树工具，所述湿式采油树工具被配置为插入耦接所述湿式采油树组件的所述保护盖的位置；和
接收器，所述接收器连接至所述湿式采油树工具，用于存储所述装置，其中所述装置为自主装置，所述自主装置包括至少一组可伸展臂，每个可伸展臂包括在中心点处结合在一起的两个弹性元件，在所述中心点处定位有滑动轮，所述滑动轮被配置成用于接触管道的内壁，
其中所述接收器和所述湿式采油树工具中的至少一者能够打开或关闭，以将所述装置释放到所述海底油井中或将所述湿式采油树工具保留在所述接收器中。
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