CN1447876A - 海底干预系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的井的干预系统(3)是一种新型的海底部署的线缆，“刚性线”，挠性管或者卷绕的管子单元，其被下降到现有的海底井口组件或者采油树(4)上，其中该单元包括一个“转盘式”工具储存器(27)作为附加的新型的部件。该转盘件被利用，以允许在远距离更换在使用之前安装在该转盘件中的多个工具组，从而不需要到水面的“提升器”导管，不需要使工具穿过该提升器立柱，进行工具的更换。本发明还包括一个改进的方法，用于进行井的干预工作，其中该方法包括从一个转盘式工具储存器中选取一个用于井干预工作的工具的步骤，该工具储存器被定位于接近该井。

Description

海底干预系统
相关的申请
本申请是基于2000年8月11日申请的美国临时专利申请60/224,720。
技术领域
本发明涉及在水下的环境中钻井、完井、和修井操作。
背景技术
在海底的深海井中的井的干预(well intervention)的花费，通常每天超过$200,000(相当于每次干预花费$10,000,000)，该操作通常由浮置的深水钻井机进行。许多操作者正在研究采用特制的井用干预船的可行性，但是预计每天的操作费用超过$100,000(相当于每次干预花费$5,000,000)，对于许多油藏管理方案(reservoirmanagement option)来说，各种费用仍然很高，不经济。减少干预的费用会使得油藏管理的采收率和总产量最优化。
因此需要一种设备和操作方法，该设备和操作方法将允许在水下的环境中的钻井、完井和修井操作的费用降低。
发明概述
本发明提供一种设备和方法，用于从海底的位置将工具引入到一个海底井或者管线。该设备是一个用于从海底位置维护海底井或者管线的干预系统(intervention system)，包括：一个工具输送装置，一个保持该工具输送装置的卷筒，一个注入头(injectorhead)，一个转盘式工具储存器(carousel tool caddy)，一个防井喷的组件，一个动力装置(power pack)，一个控制盒(controlpod)，一个测试泵，和一个打开的空间框架(space frame)。该系统可能被断开分离成两部分，允许工具储存器(tool caddy)的取下，用于在远距离的位置更换工具。
本发明还包括一种改进的用于从海底处将工具引入到一个海底井或者管线的方法，包括(对于一个井)：(a)将一个井的干预系统连接到一个海底的采油树，其中，该井的干预系统包括一个卷绕的工具输送装置，和一个能够保持一个或多个工具的转盘式工具储存器；(b)转动该转盘式工具储存器，使得一个选定的工具被定位在井的上方；(c)将一个工具输送装置连接到该选定的工具；和(d)将该选定的工具引入到井中。这些工具被用于完成各种干预工作(interventionactivity)。
附图说明
图1是该干预系统的一个示意的正视图，该系统被成从一个船部署(deploy)到井口装置或者采油树上。
图2是该干预系统的一个示意的正视图，该系统包括该转盘式工具储存器，其能够被构造成型为用于井筒的操作。
图3是沿图2的3-3线的包括在一种干预系统中的两个转盘式工具储存器的顶视图。
图4是一个沿图3的4-4线的横剖图，表示包括在干预系统中的两个转盘式工具储存器。
本发明的详细描述
通过下面的详细描述和附图，本发明及其优点会更容易理解。本发明将以各种实施例被描述。但是，下面的描述具体到一个特定的实施例或者本发明的一个特定的使用，这只是为了说明，而不应被解释为限定本发明的范围。
本发明通过现有技术的新式的应用，降低了干预的费用，本发明将几个现有技术和/或工艺结合成一个海底使用的组合成系统，不限定于任何特定的船。本发明对于许多海底干预不需要钻井机。另外，不需要传统的张紧的提升器，减小了系泊和定位的需要，没有传统的“动力定位的”干预中发生的风险。
本发明的干预系统是一种新型的海底部署的线缆(wire line)、“刚性线(stiff wire)”(线缆定位在卷绕的管的内，或者嵌埋在管壁中)或者挠性管(coiled tubing)的单元它们被下降到现有的海底井口装置或者采油树上，其中该单元包括一个转盘式工具储存器作为附加的新型的元件。该转盘件被利用以允许在远距离更换在部署(deployment)之前安装在该转盘件中的多个工具组，从而不需要通到水面的提升器导管，或者不需要抽出(trip)工具穿过水柱到水面进行工具的更换。此优点在深水位置特别重要，因为运送工具组所需的时间很长。该干预系统的许多其它的部件在油气业是已知的，虽然不一定组合起来，或者在海底应用中使用。
所设计的干预系统可以被从任何装备有起重机或者船井的船上部署，被下降到海底采油树(不考虑形状构造)上，被压力测试(通过一个自备的海底泵进行)，并且然后被从远距离地操作以通过一个海底防井喷组件执行“活的”井干预。在基本的构成中，该系统能够执行井的干预工作，如油藏的监测(如测井操作)，流量控制(由穿孔或者机械运送塞，阀等进行)和流量保证(取出水合物、蜡及其它杂质)。本发明的系统还可以以类似的方式被使用，以进行带流量控制集管的流送管线或者管线的维修或者监视操作。
典型的操作过程是，首先传送组装的干预系统到海上的工地，在任何能够容纳该干预设备的重量和体积的船上。不需要一个专用的钻井船或者井干预船；一个带有辅助起重机的小型工作船是最经济的选择。在到达水面位置时，一个标准的遥控潜水器(remote operatedvehicle)(ROV)探测确定海底井的位置，并且拉外部的采油树盖。然后该干预系统被提升离开甲板，并且下落到一个下降缆上。该工作船和ROV在现有的海底采油树的上方移动该干预系统，一旦处在井口上方时，该干预系统经一连接件被固定到采油树上。
图1表示该干预系统安置在海上的位置处。一个航海船1把用控制脐带管缆2连接在船上的干预系统3输送到到海底采油树4。一个管线5允许生产出的油或者气运送到表面设施(未示出)。
干预系统的控制通过一个脐带管缆而被建立，该脐带管缆与下降缆一起运送布置，或者单独落下，并且由ROV系固在该单元上。脐带管缆束包括用于电力传输装置的连接件，一个循环回路的连接件，和通讯装置的连接件。控制件和电力件使该单元能够从水面远距离操作。当该单元降落，并且建立了该脐带管缆的连接以后，该连接到采油树或者承坐表面(landing surface)的压力完善性(pressureintegrity)被测试，测试采用一个通过该脐带管缆控制的海底泵部件。用包含在干预设备中的液压测试流体或者海水进行测试。然后该系统作好使用的准备。
图2表示该干预系统，其具有几个主要部件，包括：储存在一个偏置的卷筒22上(带有尺度卷绕装置(level wind device))的挠性管或者线缆21，一个带有控制盒24的海底动力装置23，其能够由一个ROV插入，一个低容量高压测试泵25，一个注入头26，一个其中容纳有特定工作所需的工具的转盘式工具储运系统或者工具储存器27，和一个挠性管防井喷装置(BOP)28(包括上下液压连接件)，所有的部件都被装配在一个三维的空间框架29中。此空间框架能够通过它的构件，围绕内部的干预设备部件传递载荷到现有的海底采油树4上。该空间框架可以在空间框架部分连接接头30处分成两个部分。
该干预系统被简单地包围在一个空间框架内侧，当部件被传送、部署、回收或者修理时，向部件提供结构支承。一些海底采油树可能需要一个辅助的支承框架，以从干预系统传递一部分载荷直接到海底，而不是只通过采油树传递到海底。整个干预系统的运送和操作是“湿式的”，不需要高压或者保护性的外壳。但是，干预系统的单个部件可能被封闭和/或加压，以防止侵入海水或者容纳井筒压力。例如，挠性管或者刚性线可能需要被加压，以防止管的破裂。
图3表示悬挂在空间框架内的两个转盘式工具储存器的顶视图。各工具储存器包括一个分度盘31和保持工具33的工具储存容器32。各分度盘包括一个转动销34，其允许工具储存器在挠性管BOP组件上方转动，以便使任何工具储存容器能直接接近井筒。
一些工具的构造可能需要它们的工具储存容器包含井筒压力。或者，注入头可能设置在转盘件的下面，考虑到在转盘件的上方采用一个微型注入器(mini-injector)。用于干预系统的分度盘或者工具储存器的最佳数目由特定的负载需要而定；即较轻的工具组件可能允许使用单个的“不平衡的”盘，需要许多小直径工具的干预可能使用两个以上的分度盘。两个分度盘或者两个工具储存器在干预系统中可能是最容易平衡的。为了在用水平采油树完井的井中进行干预，一个工具储存器通常保持至少三个工具，由于该干预系统必须在进行干预工作之前，从井上取下一个塞子，并且在工作完成时放置一个新的塞子在井中。
图4表示两个工具储存器的横剖图，表示挠性管21上带有固定好的工具连接件42，连接件42连接到工具储存容器32中的工具33上。挠性管包括一个在挠性管内的线缆41，以允许在井中控制工具。该挠性管通过注入头26进入到挠性管BOP组件的上方的工具储存器。还示出了不在挠性管BOP上方的工具储存器，一个工具33包含在工具储存容器32中，该工具储存容器中有一个工具保持件43，与工具储存容器中的工具接合并将该工具保持在工具储存容器中。
已经建立起连接和压力完整性(pressure integrity)，包含各种预先装载的工具的该转盘式工具储存器被转动到位以在井筒上使第一所需工具对中。该挠性管、刚性线、线缆、卷绕的管子或者其它工具输送装置穿过注入头进入到该圆筒，经过一个电的、液压的和/或机械的连接(湿连接)与工具相连。采用标准的“强行下入(snubbing)”工艺，该被连接的工具通过上部的橡胶刮泥器(stripper rubber)进入到加压的井筒。在重复进入现有的井筒的情况下，第一操作典型的是取下以前安装以保护井的任何机械阻挡件(盖，塞子等)。取下的阻挡件被拉入并且储存在回收工具转盘中。
一个典型的工具更换操作包括将一个用过的工具放回到其工具储存容器中，接合该工具保持件，释放工具连接件。该连接件然后进一步缩回到转盘上方的一个预定点。该分度盘然后转动到下一个所需的工具，并且重复该过程，使工具连接件下落，并且“锁定”在该工具上，该工具保持件释放，并且该工具“强行下入”到加压的井筒。
在向海底部署之前装载转盘时未预计到的工具被需要的情况下，或者如果需要比能够预先装载的工具多的情况下，在井的干预系统中包括设施以允许经一个ROV回收和装载单个工具。或者，井能够通过BOP组件而被保护，井的干预组件的上部，包括转盘，在空间框架连接接头处分开，并且返回到水面进行重新装载。
采用预装载到工具转盘中的工具，钻井、完井和修井操作能够在海底或者接近海底处进行。使用本领域人员公知的标准的强行下入工艺，这些操作能够在压力下进行，不需要液压静力平衡地层压力。除了传送工具，挠性管或者卷绕的管子用于传送电缆，并且可能用作泵送或者循环流体的导管。
可能被使用的工具包括用于井的监视的测井探测装置，用于取出干扰流动的介质如蜡或者气体水合物的装置，用于操作或者安装流量控制或者切断装置的工具(如井下阻流器，塞子，或者阀)，和用于进行修井的工具。在该工具是一种干预或者维修工具时，插入到工具储存器中的将不仅包括工具本身，还包括将被工具部署或回收的装置(如塞子)。而且，工具储存器以及工具储存器中的工具储存容器或圆筒可能是不同尺寸的。
本发明包括一种改进的方法，采用该井的干预系统进行海底的井的干预工作，其中该方法包括：从紧靠近井附件定位的转盘式工具储存器中选取一个用于井的干预工作的工具。井的干预工作包括井的监测(生产记录，机械完善性记录，压力监测，和流体抽样)，生产井和注入器中的流量控制(如井下阻流器和/或塞子的安装和取下)，修井/流量保证(安全阀插入物(inserts)，管修补(patch)，砾石填料的维修/更换，滤网安装和井下焊接)，和去除堵塞物质(如蜡，石蜡，水合物，和砂)。本发明还会被用于建井，完井以及其它应用。
在其优选的实施例中，本发明被用于刚性线或者线缆(不循环的)的操作，但是本发明还用于采用刚性线、挠性管、或者卷绕的管子的循环操作，其中流体在“闭环”(从水面，下到井筒并且返回到水面)或者“开环”(或者从水面下的泵，下到井筒，再返回到水面或者生产流送管线，或者表面泵，井下和出生产流水线)。
已经描述了实现本发明的装置，方法和最佳方式。应当明白，前面只是说明性的，不离开权利要求中给出的本发明的范围能够使用其它的装置和工艺。不离开的本发明的范围能够对具体描述的实施例进行改进和改变，本发明的范围由所附的权利要求的范围限定。

Claims (22)

1.一种用于从海底的位置维护海底井或者管线的干预系统，包括：
(a)一个工具输送装置；
(b)一个保持工具输送装置的卷筒；
(c)一个注入头；
(d)一个转盘式工具储存器；
(e)一个防井喷的组件；
(f)一个动力装置；
(g)一个控制盒；
(h)一个测试泵；和
(i)一个开放式的空间框架。
2.如权利要求1的系统，其中该工具输送装置选自包括线缆，刚性线，挠性管，和卷绕的管子的组。
3.如权利要求2的系统，其中该干预系统包括一个控制脐带管缆，作为一个附加的部件。
4.如权利要求3的系统，其中该工具输送装置是线缆。
5.如权利要求3的系统，其中该工具输送装置是刚性线。
6.如权利要求3的系统，其中该工具输送装置是挠性管。
7.如权利要求2的系统，其中该工具储存器包括一个分度盘和三个或三个以上的工具储存容器，保持三个或者三个以上的工具。
8.如权利要求7的系统，其中该干预系统包括至少两个工具储存器。
9.如权利要求8的系统，其中该工具储存器中的工具由工具保持件保持在位。
10.如权利要求8的系统，其中一个或多个工具储存容器被封闭，以防止海水的侵入，并包含井筒压力。
11.如权利要求3的系统，其中该干预系统允许由一遥控潜水器进行工具储存器中的工具的更换。
12.如权利要求3的系统，其中该空间框架能够被断开分离成两部分，一个第一部分包括一个转盘式工具储存器，和一个第二部分包括一个防井喷组件，其中第一部分可以从第二部分取下，以允许工具储存器中工具的更换。
13.一种使用权利要求3的系统从海底的位置将一个工具引入到一个海底井中的方法。
14.一种用于从海底的位置将一个工具引入到一个海底井中的方法，包括：
(a)将一个井的干预系统连接到一个海底的采油树，其中，该井的干预系统包括一个卷绕的工具输送装置，和一个能够保持一个或多个工具的转盘式工具储存器；
(b)转动该转盘式工具储存器，使得一个选定的工具被定位在井的上方；
(c)将一个工具输送装置连接到该选定的工具上；和
(d)将该选定的工具引入到井中。
15.如权利要求14的方法，其中该工具输送装置选自包括线缆，刚性线，挠性管，和卷绕的管子的组。
16.如权利要求15的方法，其中该工具输送装置是线缆。
17.如权利要求15的方法，其中该工具输送装置是刚性线。
18.如权利要求15的方法，其中该工具输送装置是挠性管。
19.如权利要求15的方法，其中该工具储存器包括一个分度盘和三个或三个以上的工具储存容器，保持三个或者三个以上的工具。
20.如权利要求15的方法，包括附加的步骤，即使用一个遥控潜水器，用另一个工具对工具储存器中的一个工具进行更换。
21.如权利要求15的方法，包括附加的步骤，即使用包括在井的干预系统中的BOP组件保护井，将空间框架断开分离成两个部分，取下包含转盘式工具储存器的部分，以允许更换工具储存器中的工具。
22.一种改进的海底干预系统，用于在海底的井或者油或者气的管线上进行海底干预工作，其中该改进包括一个包括到干预系统中的转盘式工具储存器，其保持一个或多个工具以便根据该干预工作而选取和使用。
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