JP3816535B2 - 海底坑井 - Google Patents

Description

本発明は、坑井頭と、坑井頭に取り付けられているクリスマスツリーと、海面の生産用作業船と接続している少なくとも１基の上昇管とをそなえていて、石油或いはガスを海洋生産するための海底坑井集成装置に関する。
海洋大陸棚限界生産田を開発する場合は、コストを低く維持することが重要である。通常の方式による開発に伴う実質的なコスト要因は、坑井に取り付けるクリスマスツリーと、生産物管理作業現場、例えば、プラットホーム或いは生産用浮き作業船との間の海底パイプラインと海底ケーブルである。この場合、主として、およそ２ｋｍという距離が問題になる。これに関して、現代の掘削技術によって、穿孔或いは坑井を枝分かれさせることができるので、クリスマスツリーの数を少なくしても、生産が可能になるということに留意すべきである。これによって、たとえば、一基だけの海底クリスマスツリーを使用して、海底生産田を開発することができる。
１９９６年８月７日付国際特許出願PCT／NO９６／００２０１は、係留された生産用作業船或いは船を使用した炭化水素の海洋生産システムに関する。本発明は、その更なる展開であると云ってもよく、生産用作業船を、海底のクリスマスツリーの真上或いは極く間近に漂駐することができ、且つ海底のパイプライン或いはケーブルに依存せずに、坑井からの流体の流れをクリスマスツリーと作業船との間に直接移送することができるという着想に基づいている。この点に関して、上述した国際特許出願に記載したように、本発明は、係留手段による生産用作業船の位置に、専ら、基礎をおくものではなく、それ自体既知である、作業船の動的位置決め手段をも採用することができる。
以下の明細書に記載される解決策は、海底にある既設の或いは既に取り付けられているクリスマスツリー及び従来のクリスマスツリーから生産に利用することができるか、或いは、本発明による集成装置に多少とも組み込まれる特殊な且つ好ましく簡単な形状にされるクリスマスツリーを使用することによって利用することができるが、このことは以下の記載により明らかにされる。
上記の序論で述べた集成装置において、本発明による新規で且つ特別な特徴は、主として、クリスマスツリーと連結しているスイベル装置が、クリスマスツリーの頂部に取り付けられていること、及びスイベル装置が、上昇管類或いはホース類及び接続管或いはケーブルを接続するための接続部材を具備していることにある。
実際には種々の形で具体化されるこの基本的な解決策に基づいて、多くの利点を得ることができるが、特に、その数例を下記に記載する。
使用する生産用作業船は、普通の船舶設計と比較して、特に言及しなければならない程度の改良を何等必要としないので、比較的費用がかからない。
スイベル装置を取付けたり、若しくは、場合によっては回収するのに、或いは坑井の保守に同じ生産用作業船を使用することができるので、操業費の削減に寄与する。
本発明の新規な集成装置を使用することによって、極めて小さな限界海底田からも利益をもたらすことができ、従って、その地帯の生産量が増加する。
使用する装置は、生産田から生産田へ移動させることによって、再利用することができる。
以下の記載により、図面を参照することによって、本発明は一層明確にされるであろう。ここに、
図１は、通常のクリスマスツリーを備えた従来の坑井完成体に基づいて立面図及び部分断面図で示した、本発明による集成装置の一実施例を示している。
図２は、同じような方法によって、本発明による一実施例を示しているが、ここで、特に集成装置に適用され、且つ海底において本発明の集成装置に係留された生産用作業船によるクリスマスツリーが使用されている。
図３は、図２による解決策の変形を示していて、集成装置の基礎に与っている吸着錨が使用されている。そして
図４は、海底で集成装置を随伴していて、且つ原則として図２及び図３の実施例に対応させた、係留されている生産用作業船の全システムの概略図である。
図１、図２及び図３には、各集成装置の部品類と構成部品類がハッチングで示してあるが、これらは、生産用作業船が、海上の風並びに天候及び他の条件の影響下で、海底坑井の回りを動く時に、揺動或いは回転運動にあずかっている。図１、図２及び図３に示すように、集成装置は、好ましくは、図１の坑井頭８と図２及び図３の坑井頭４８、即ち、生産用配管の頂部の軸と一致する中心の共通軸２０Ｘの周囲に組み立てられている。
図１に示した実施例のように、本発明による実施例は、坑井頭に既に取り付けられたクリスマスツリーが存在しているということを基礎として、坑井から海上の作業船に直接生産するため、海底に装置を取り付けることが望ましいという状況を出発点としている。要すれば、この実施例では、スイベル装置は、クリスマスツリーの頂部に直接取り付けられていて、如何なる改良をも全く必要としないか、或いは、どうしても必要ならば、最小量の改良を加えることもできる。この場合、海上の生産用作業船の位置は、それ自体既知の動的位置決め手段によって適切に維持することができるが、この動的位置決め手段には、好ましくは、たとば動的位置決めシステムが失敗したり若しくは強風や大波で、使用している上昇管類或いはホース類の張力が高くなった場合に、坑井へ緊急に接近したり、迅速に離脱する手段等が含まれる。
図１は、海底１の石油坑井或いはガス抗井の頂部における多少とも共通な構造を比較的詳細に示している。コンクリート板或いは基板５は、海底１に基礎を形成していて、さらに自動調整式玉継手型枠６を支持するための中央孔を具備しており、さらにこの自動調整式玉継手型枠６は共通の導管７と接続している。従来の方法によって、これは、海底１の直下の構造体の中に数十メートル延在することができる。導管７の中に、実際の生産用配管が懸吊されていて、そして、これは坑井頭８の頂部で端末になっている。
坑井頭８には、それ自体既知のクリスマスツリーが取り付けられているが、このクリスマスツリーは、バルブブロック１０の形をした主要部を備えている。バルブブロックには、図１に示すように、通常の方法によって多数のバルブを取り付けることができる。即ち、図１において、生産用マスタバルブ１１，環状マスタバルブ１２，生産ウイングバルブ１３，環状ウイングバルブ１４，交差バルブ１６，及び保守バルブ１８である。その他に、クリスマスツリーの中に、制御及び検査機能を果たす制御モジュール１９が示してある。
クリスマスツリー１０は、その下方部分において、それ自体既知の方法で坑井頭８に、好ましくは、脱着可能に取り付けられているコネクタ或いはコネクタ手段１０Ｂを具備している。さらに、頂部において、クリスマスツリー１０は、接続部材１０Ａを具備しているが、この接続部材１０Ａは、坑井頭８の上方端と似ていてもよく、且つスイベル装置２０の底部において接続手段２０Ｂと協同するようになっているが、このことは以下に詳細に説明される。
この方法によって協同する脱着可能なコネクタ或いは接続手段によって、交換或いは保守作業のため、クリスマスツリー１０及びスイベル装置２０を、海面に一緒に或いは別々に、分解し且つ回収することが実現される。さらに、クリスマスツリー１０とクリスマスツリー１０が組み込まれる全集成装置が、主として導管７、及びコンクリート製の基板５によっても、実施され且つ支持されることが分かる。
スイベル装置２０は、生産用内腔２１及び環状内腔２２を含む軸方向に貫通している内腔を備えた固定式の中央コア部材２５を具備している。これらは両方とも、バルブブロック１０内の対応する流体流路と一緒に下方向に走通しているが、それは、特に、それによって可能になる種々のバルブ機能を目的とするものである。さらに、コア部材２５の周囲のスイベル装置２０は、符号２７で一貫して示したシーリング類とベアリング要素類とを随伴した２基或いはそれ以上の環状流体流路を具備している。流体スイベルのこれらの部品類は、それ自体従来から知られていて、たとえば、ノルウェー特許第１７７，７８０号は、別の用途を意図するものであるが、軸方向に分割可能なスイベル装置を記載している。
スイベル装置２０は、水中を経て生産用作業船にまで上方に延在している上昇管或いはホース３１及び３２を接続するための、一貫して符号３１Ａ及び３２Ａで示した接続部材を具備している（図４）。流体移送のための接続部材３１Ａ及び３２Ａは、スイベル装置２０の比較的中央で、横方向に向いて配設されているが、接続管３３を接続する上方の接続部材３３Ａは、スイベル２０の上方部分に配設されているか、或いは、より限定すると、上述した回転運動の間に、軸２０Ｘの周囲を回転するようになっているスイベルハウジング２４に配設されている。ベアリング３０が、スイベルハウジング２４と、さらには全スイベル装置２０を支持しており、それによって集成装置全体が、クリスマスツリー１０の頂部に取り付けられているコネクタ手段２０Ｂに対して回転できるようになっている。
上述した接続部材３１Ａ及び３２Ａは、図１で示したように、閉鎖バルブを具備することができる。この特定なスイベルの例では、流体流路或いは内腔２１及び２２は、コア部材２５の頂部にまで完全に延在されていて、ハウジング２４の上で突出しているが、それによって、スイベル装置２０の頂部から、これらの内腔及びバルブブロック１０を経てバルブへ下降する入り口を確保することができ、スイベル装置２０の頂部から操業することが可能になる。通常の操業の間、これら内腔２１及び２２の上方の開口は、栓部材２９等によって閉鎖される。
接続部材３３Ａの高さにあるこのスイベル部品２８は、接続管３３と、特に、クリスマスツリー１０にある前述した制御モジュールとの間で、制御等の目的に必要な電気／油圧式伝達として機能している。点線は、スイベル装置２０を通過し、そして部分的にはクリスマスツリーの外部における伝達経路を概念的に示している。
第１に、図１の実施例は、動的位置決め手段によって位置を維持している生産用作業船と協同しようとするものであるが、図２及び図３の実施例は、作業船を、１本或いはそれ以上の索で海底の坑井頭集成装置に係留することに基づいている。これらの二つの実施例においては、海底機械設備或いは集成装置は、スイベル装置を組み込むように設計されている。上昇管類或いはホース類及びさらには接続管によって発生される力より大きな係留力は、これらの例では、実際のクリスマスツリー集成体と直接接続していない構造体によって吸収される。従って、クリスマスツリー自体、スイベル装置或いは実際の坑井頭は、言及する必要がある程度には、作業船を係留することによる応力を受けない。
図２の実施例には、基板４５並びに玉継手型枠４６及び導管４７が再度示してあるが、これらは図１に示したものと完全に対応している。それ以外に、図２には、集成装置全体を支持する基礎構造体４９が示してある。強固な支持構造要素を介して、基礎構造体４９は、係留力を伝達するための導管４７に直接接続されている。基礎構造体４９でジャーナル結合されているので、中心軸２０Ｘの周囲を回転できる強固な回転棚様のハウジング６０が示してある。ハウジング６０は、ヨーク６３を取り付けるための、突起スタッドの形状をした、好ましくは、直径方向に対向している取付要素６１を具備しているが、ヨーク６３の上方端部６４は、１本或いはそれ以上の係留索６９に接続されるようになっている。ヨーク６３は２本の脚を備えているが、これらは上端部或いは継手部品６４で結合されている事が分かる。ヨーク６３は、取付部材６１の間で直径方向に延在している水平軸の周囲を揺動することによって、種々の角位置を取ることができ、それにより、ヨークが移動する角度範囲は、少なくとも、概ね垂直位置にまで拡がり、一方、実用上の最小の角位置は、接続管３３及び／又は上昇管３１及び３２によって制限される。
係留されている生産用作業船で操業している間、これは、索類６９及びヨーク６３を介して、集成装置のハッチングで表した部分を軸２０Ｘの周囲を回転させる。同じ回転運動が、実際のスイベル装置にも発生するが、それによって、中央コア部材２５が、バルブブロック５０と共に静止状態にあり、一方、スイベルハウジング２４を始めとしてスイベルの残余の部品類は回転運動にあずかっている。
ハウジング６０の同時及び共通回転運動を確実に行うため、直立ロッドの形をした機械ジョイント或いはカップリング６６が示してあるが、この直立ロッドは、その両端部において、各々図２に略図で示してあるハウジング６０とスイベルハウジング２４に接続している半径方向のアームと協同している。このカップリング装置６６も、集成装置の部品類をハウジング６０或いはバルブブロック５０に取り付けたり、据え付けている間、利用することができる。この目的のため、スイベルハウジングアームの接続スリーブが、下方に拡がったコーン６６Ａを具備していて、据え付けている間、コーン６６Ａの中にロッド６６の上方端部を入れることができる。
図２及び符号２０−３０から明らかなように、実際のスイベル装置２０は、原則として、図１に関して示し且つ説明したものと同じである。然しながら、図２において、上昇管３１及び３２及び接続管３３が、好ましくは、２基のヨーク脚６３の間の中央で横方向外側に延在しているということに留意すべきである。さらに、この点に関して、あらゆる操業条件並びに作業船の変動する位置及び係留力の間、上昇管３１及び３２及びさらには接続管３３が、ヨーク脚６３の角位置よりも水平な角位置で、スイベル装置２０から外方に延在していることが好ましい。
図２に示した一層完全な或いは適応させた実施例では、、２基のバルブ、即ち、生産マスタバルブ５１と環状マスタバルブ５２だけを具備したバルブブロック５０の上に組み立てた簡略にしたクリスマスツリーを使用することに利点がある。必要ならば、２個以上のバルブを使用することもできる。クリスマスツリーも、制御モジュール５９を具備している。
図３に示した本発明による集成装置の実施例は、吸着錨８０を追加したことを除いて、図２とほぼ一致している。ここでは、実際のスイベル装置２０をそれ程詳しくは示さなかったが、上昇管類／ホース類／ケーブル類／３１／３２／３３が、前の実施例と同じように記載されている。同じように、クリスマスツリー５０は、図２のものと同じ設計でよい。係留索或いはケーブル７９に接続されている末端部品７４を具備したヨーク７３に対しても同じことが適用され、それにより、ヨークは、その脚の下方端部で、回転可能なハウジング７０の上で、取付部材７１ｂと接続している。これは、特に係留力を吸着錨８０へ伝達するという観点から、図２のハウジング６０より比較的大きな直径を有している。吸着錨８０は、上部取付板或いは枠８８を具備していて、この上部取付板或いは枠８８の上に、ハウジング７０が回転可能に支持されている。そして、その底面で、枠８８は、図２による構造体と同じ様な方法で、坑井頭の周囲で構造体の中に組み込まれている基礎構造体８９に接続している。かくて、支持枠８８は、吸着錨８０によって、海底１に独立した基礎を形成しているが、この吸着錨８０は、他の投錨手段と置き換えることができる。この方法により、クリスマスツリー５０，スイベル装置２０、或いは坑井頭の構成部品４５−４８に顕著な程度の応力を与えることなく、索７９からの係留力は、ヨーク７３及び取付部材７１を経て、投錨手段８０へ直接移動される。
最後に、図４は、生産用作業船或いは船３が、海底１に概念的に４で示した坑井頭を具備した坑井と協同して操業している場合の全システムを概観した図である。図４では、前述した上昇管３１或いは３２が、船３にまで延びていて、船３で、極めて概念的に示したプロセスユニット３Ａと接続している。さらに、係留索７９が全体として、即ち、海面２を抜けて船３の船首の係留手段にまで延在しているように示してある。係留索７９の中間部分には、浮力要素が取り付けてあり、そして同じように、上昇管３１及び３２は、下方部分に、上昇管類或いはホース類を海底１から立ち上げるための浮力体類を具備している。この概説したシステムは、前述した国際特許出願により詳しく記載されている。

Claims (11)

1. 坑井頭（５−８，４５−４８）、坑井頭に取り付けられるクリスマスツリー（１０−１９，５０−５９）及び海面（２）において生産用作業船（３）と接続する少なくとも１本の上昇管（３１−３２）を具備している石油或いはガスを海洋生産するための海底坑井集成装置であって、
   クリスマスツリー（１０−１９，５０−５９）の頂部に、該クリスマスツリーと連結（２１，２２）しているスイベル装置（２０）が取り付けられていること、
   スイベル装置が、上昇管或いはホース（３１，３２）及び接続管或いは制御ケーブル（３３）のための、好ましくは、横方向を向いている接続部材（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ）を具備していること、
   スイベル装置（２０）より低い位置に、水平軸の周囲を一定角度の範囲で回転するようになっていて且つその外方端（６４，７４）で、生産用作業船を係留するための少なくとも１本の係留索（６９，７９）と接続されるようになっているヨーク（６３，６４，７３，７４）を取り付けるための取付部材（６１，７１）が取り付けられていること、
   前記取付部材（６１，７１）が、前記スイベル装置の軸と共軸になっている中心の垂直軸（２０Ｘ）の周囲を回転できるハウジング（６０，７０）の上に取り付けられていること、及び
   実際のクリスマスツリー（５０）或いはスイベル装置（２０）に何等顕著な応力を与えることなく、係留力を前記取付部材（６１，７１）から前記基礎（４７，８０）に直接移動させるため、前記ハウジング（６０，７０）が、基礎構造体（４９，８９）の上に回転可能に取り付けられていることを特徴とする海底坑井集成装置。
2. 坑井頭が導管を備えている請求の範囲第１項に記載の集成装置であって、
   前記基礎構造体（４９）が、導管（４７）に強力に接続されていて、前記基礎を構成していることを特徴とする集成装置。
3. 前記基礎構造体（８９）が、吸着錨のような投錨要素（８０）によって、海底（１）の上に独立した基礎を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の集成装置。
4. 前記スイベル装置（２０）と前記ハウジング（６０）を協同して回転させるために、該スイベル装置と該ハウジングとの間に、機械カップリング（６６）が取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１、２又は３項に記載の集成装置。
5. スイベル装置（２０）のコア部材（２５）を軸方向に貫通している中央の流体流路（２１，２２）が、該スイベル装置の頂部にまで、その全長を延在していて、該スイベル装置の頂部には、流体流路（２１，２２）を閉鎖するための脱着可能な閉鎖部材（２９）が取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１−４項のいずれか１つに記載の集成装置。
6. 前記上昇管（３１，３２）の下方端部が、スイベル装置（２０）の中央に接続されていて、且つ、好ましくは、ヨーク脚（６３，７３）の間の中央で、該スイベル装置から外方に向かって延在していることを特徴とする請求の範囲第１−５項のいずれか１つに記載の集成装置。
7. 実質的にあらゆる係留条件下において、前記上昇管（３１，３２）が、ヨーク脚（６３，７３）の角位置以上の水平の角位置で、前記スイベル装置（２０）から延在していることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の集成装置。
8. 接続管（３３）を接続するための接続部材（３３Ａ）が、前記スイベル装置（２０）の上方部分に配設されていること、及びこれが、同じ位置で、ケーブル接続類のための、電気／油圧式スリップリング装置のようなスイベル部材（２８）を備えていることを特徴とする請求の範囲第６又は７項に記載の集成装置。
9. 前記クリスマスツリー（１０，５０）が、その下方部分、及び、好ましくは、その頂部に、抗井頭（８，４８）と協同する脱着可能なコネクタ手段（１０Ａ、１０Ｂ、５０Ｂ）を備えていて、そして前記クリスマスツリー（１０，５０）とスイベル装置（２０）とを一緒に或いは別々に回収するための協同手段（２０Ｂ）を、スイベル装置（２０）の底部に備えていることを特徴とする請求の範囲第１−８項のいずれか１つに記載の集成装置。
10. 前記クリスマスツリー（５０）が、従来の設計に比べて簡素化されたクリスマスツリーであって、実質的に、１基の生産マスタバルブ（５１）と１基の環状バルブ（５２）とを具備していることを特徴とする請求の範囲第１−９項のいずれか１つに記載の集成装置。
11. 前記接続部材（３１Ａ、３２Ａ）が、ウイングバルブとして機能するようになっているバルブ類を備えていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の集成装置。

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