在船舶上用于无立管钻井、修井、海底施工等的移动设备.pdf

一种在具有船井(8)的能够动态定位的船舶上用于无立管钻井、修井、海底施工等的移动设备，其包括：位于船井(8)上的两个桅杆(1)；在桅杆之间延伸并可移动地布置在桅杆上的叉形件(6)；安装于叉形件的液压顶部驱动装置(7)；和可安装成与船井(8)相连的钻台(3，4)。

1.  在具有船井(8)的能够动态定位的船舶上在无立管钻井、修井、海底施工等期间使用的移动设备，其特征在于，该移动设备包括：位于船井(8)上的两个桅杆(1)；在桅杆之间延伸并可移动地布置在桅杆上的叉形件(6)；安装于叉形件上的液压顶部驱动装置(7)；和能够安装成与船井(8)相连的钻台(3，4)。

2.  如权利要求1所述的移动设备，其特征在于，相应的桅杆(1)布置在底座(2)上。

3.  如权利要求2所述的移动设备，其特征在于，相应的桅杆(1)可借助于位于底座(2)与该桅杆之间的至少一个液压缸(11)进行折叠。

4.  如权利要求3所述的移动设备，其特征在于，相应的桅杆(1)通过旋转连杆(10)连接于底座。

5.  如前述任一权利要求所述的移动设备，其特征在于，相应的桅杆(1)为液压桅杆缸的形式而用于移动叉形件(6)，该液压桅杆缸具有链传动部或齿条传动部等。

6.  如前述任一权利要求所述的移动设备，其特征在于，叉形件(6)为宽度可调类型。

7.  如前述任一权利要求所述的移动设备，其特征在于，钻台(3，4)能够移动地布置在底座(2)上。

8.  如前述任一权利要求所述的移动设备，其特征在于，钻台(3，4)是可分离的，在相应的钻台半上制有切口(12)。

9.  如权利要求8所述的移动设备，其特征在于，钻台(3，4)包括铁钻工(5)。

10.  如权利要求9所述的移动设备，其特征在于，铁钻工(5)能够移动地布置在钻台(3，4)上。

在船舶上用于无立管钻井、修井、海底施工等的移动设备
技术领域
本发明涉及在具有船井的能够动态定位的船舶上用于无立管钻井、修井(well intervention)、海底施工期间等的移动设备，更尤其涉及其组成。
背景技术
当今，涉及海上油气勘探或开采的许多工序都是在专门设计的钻井船舶或平台上进行，钻井船舶或平台上具有供此时用的固定井架。另外，必须租用诸如平台供给船(PSV)、锚定处理船(AHV)和多用途船(MPV)各种其他船舶类型。这些另外的船舶一般能够动态定位，并具有船井。
毫无疑问，如果也能够使用上述船舶类型，例如与烃类勘探期间的现有钻井结合，是成本低廉的。这可能意味着：对操作者来说增加利用所租用的容器，同时减少了在整个工序期间使用不同船舶类型的需要。
发明内容
因此，本发明的主要目的之一在于，减少在烃类勘探或开采期间这样的昂贵钻井船舶或平台的使用，使得无立管钻井、修井、海底施工等都可以在例如具有船井的已有能够动态定位的船舶上进行。该目的是利用引言中所述类型的移动设备来实现的，正如权利要求1的特征部分所披露的，该设备包括：位于船井上的两个桅杆；在桅杆之间延伸并可移动地布置在桅杆上的叉形件(yoke)；安装在叉形件上的液压顶部驱动装置；和可安装成与船井相连的钻台。同时还希望在所述船舶上具有空间经济性和最小重量增加，希望可以在船舶没有大的改变和改装的情况下安装移动设备，以及希望具有低重心。
与具有固定井架的专门设计的钻井船舶相比，低重心意味着设备被降低相当多，例如其总重量的约85％比船舶主甲板低4米，以及例如钻台本身被建造在距离主甲板1米之内的水平上。对标准类型的井架来说，也减少了空间需求。
相应的桅杆可以安装在优选预制类型的底座上，并可以利用至少一个液压缸下放在船舶甲板上。因而，对于底座作业和桅杆的折叠来说，所述船舶只需要极小的船舶特殊修改。此外，叉形件可以设计成宽度可调，从而容许桅杆底座变更位置。在从一个位置重新定位至另一个位置期间和在维修和安装期间或拆除设备期间，带有安装的叉形件和顶部驱动装置的桅杆折叠到船舶甲板上的一个位置具有显而易见的优点。
钻台可以形成容易分离的，且在中心具有一切口，用于安装卡瓦(slip)。这容许钻台易于位移，例如，在必须移除钻台以进入整个船井的时候。切口也可以形成钻台中的通孔，例如，用于穿过钻柱。在钻台上可设置铁钻工(roughneck)，所述铁钻工可动地布置在钻台上，同样还可设置气动绞车、液压操纵器臂等。应该明白，当这种类型的装置将放在钻台上时，钻台的低总高度带来了很多优点。此外，桅杆底座可以作为可分离钻台的引导器。
附图说明
现在参考附带的视图，这些视图显示了本发明的优选实施例，其中
图1是在船舶上的依照本发明的设备的纵向示意侧视图；
图2显示了图1中所示的设备从横向看的视图；
图3显示了图1中所示的设备从顶端看的视图；
图4是依照本发明的设备在工作位置的透视图；和
图5是依照本发明的设备在用为维修的下降位置或在船舶重新定位期间的透视图。
具体实施方式
正如上面已经提到的，本发明旨在用于能够动态定位并具有船井的已有PSV、AHV、MPV和类似船舶。但是，这不妨碍该设备同样适用于投入使用在新建船舶上。在例如钻井和修井期间适用的另一种状态是，船舶具有用于钻井泥浆、散装重晶石/高岭土和散装水泥的充足的贮槽容积。除此之外，还必须收容钻井人员，例如，15张床。床的需求稍微小于海底施工作业。
依照本发明的设备旨在特别用于无立管钻井、修井、海底施工期间在具有船井8的能够动态定位的船舶上使用。该设备的主要组成包括：位于船井8两侧的两个桅杆1；在桅杆之间延伸并可移动地布置在桅杆上的叉形件6；安装在叉形件上的液压顶部驱动装置7；和可定位在船井8之上的钻台3、4。
在图1和2中，通过举例子的方式只显示了从液压顶部驱动装置7向下延伸的一个钻杆14和安装在钻杆下端的一个海底附件15。再举例来说，海底附件可以由引导基座16和适当直径的导管17构成。
各个桅杆1具有本领域中已知的任何具有足够高度和载荷能力的适当结构。选择桅杆高度以便搬运例如长度为9-13米的钻杆。桅杆的下端附着于桅杆底座2。该底座的尺寸设计成分布来自桅杆的载荷，不会导致过载和由此造成的对船舶甲板9及其下面的支撑结构的破坏。该底座通过焊接或螺接附着。
为容许桅杆和位于其上的设备在水平位置放置在船舶甲板上，参见图5，在底座2与桅杆1之间布置有至少一个液压缸11，所述桅杆1可以利用合适的旋转连杆10固定。液压缸以任何合适的方式、例如使用枢轴节固定于底座和桅杆。当然，使桅杆水平地平放在船舶甲板上或靠近船舶甲板放置的这种可能性对船舶从一个位置定位到另一个位置期间的稳定是非常有利的。
叉形件6可以为任何合适的类型，如上所述，其布置成在实际作业过程中沿着桅杆1上下运动。沿桅杆的这种运动在本领域是公知的，可以这样实施(在视图中没有显示)，相应的桅杆采用独立的液压桅杆缸形式，形成有链传动部、齿条传动部等。另外还可设定，叉形件为宽度可调类型，例如，这意味着桅杆底座2的位置可变。
液压顶部驱动装置7安装在叉形件6上。此外，如图2所示，在顶部驱动装置下方还设置扣环装置12和升降装置13。也可以设置任意适当类型的升沉补偿(未显示)，其设置成与顶部驱动装置相连。
钻台3、4优选是可分离的，这意味着，需要时，通过推动钻台半使之分开而不是首先选择移除例如钻柱，就可以露出整个船井8。应当理解，钻台半能够可位移地支撑在桅杆底座2上。每个钻台半制成具有切口。因而，当定位在船井上方时，钻台上即形成一通孔。标准钻台通常具有约1.32米的最大开度。在相应的钻台半3、4的钻台开口中还安装有卡瓦(未显示)。另外，钻台还包括铁钻工5。铁钻工例如使用未示出的导轨而优选可动地布置在钻台上。由于钻台位于靠近船舶甲板9的水平上，这允许例如利用滑橇而易于搬运钻井甲板上的其他诸如操纵器臂、气动绞车等的工具(在视图中未显示)。
除了如上所述依照本发明的设备的部件之外，可以简要提及的是，还需要有：例如，液压单元、发电机(如果船舶没有动力)、驾驶室、用于在设备与船舶甲板之间搬运管道的坡道(ramp)、用于在船舶甲板上的储存地点与坡道之间提升管道的可动钻管搬运吊车、设备容器、远程操纵潜水器(ROV)单元、钻井和修井期间的泥浆泵、和移动式水泥搅拌机。
目的是应当尽可能多地使用船舶本身的系统，免得不必要地占用船舶上的甲板空间。依照本发明的设备还需要极小地改造船舶本身，通常仅仅是与桅杆底座有关的地方。
涉及使用依照本发明的移动设备的工序中最需要的是钻井过程，其可以利用例如下列方式进行：
-将松开的钻井器具、套管、井头、泥、水泥、重晶石和高岭土装载到船舶上。
-将船舶移动到钻井位置，并动态定位在钻井场所上方。
-部署ROV，使之朝海床下降。将一篮子应答器利用气动绞车向下输送。利用钻管搬运吊车，从船舶甲板的储存空间抓取钻管，并将其放在坡道上。利用升降装置，从坡道上拿起钻井组件，，将钻井组件在卡瓦上放下，并由铁钻工排列布置，所述钻井组件包括钻头、方向测量工具、钻铤和钻杆。当钻井组件下到紧挨着海床上方时，钻杆停止下钻。
-钻80.7cm的孔。核对船舶和钻井组件的位置。在定位于底部以后，钻孔至设计深度，通常在海床以下65-75米。该区段钻进时带有海水以及由泥浆泵泵送的粘性水基泥浆塞(plug)。海水从大海直接抽取，而粘性泥浆塞从泥浆贮槽泵出。钻柱由顶部驱动装置驱动旋转，新的钻杆在下钻期间不断地引入。更具体地，钻柱被放置在或悬撑在卡瓦上，旋开顶部驱动装置，取来放在坡道上备用的新钻杆，新钻杆被放置在卡瓦上的钻柱的顶部，钻杆被铁钻工旋拧在一起，顶部驱动装置被旋入新钻杆，从卡瓦释放钻柱，持续钻进，直到新钻杆已经下钻。当达到设计深度时，从孔中排除从泥浆贮槽泵出的配制泥浆。拉出钻柱，而各个钻杆彼此旋开，并被放入到船舶甲板上的存储空间中。也就是说，拔起钻柱，直到螺纹接头位于钻台之上的正确高度，钻柱被放到卡瓦上，铁钻工向前移动，旋开钻杆，将钻杆从卡瓦上的钻杆箱中提出来，悬撑在升降装置中的钻杆通过用于将钻杆引导至坡道的操纵器臂移动至坡道，当将管下放在坡道上时，释放升降装置。利用ROV观察钻进过程。
-安装76.2cm的导管。利用钻管搬运吊车将导管放置在坡道上。利用升降装置移动管，将其放在卡瓦上。取新管并装入，待装入的最后一根管是导管外壳。管通常具有约12米的长度。76.2cm的导管安装/延伸在钻杆上。91.4cm孔的进入由ROV监测。如果在进入孔期间需要调整，则移动船舶。导管放置在孔的底部，导管外壳的顶部在海床之上大约1.5米。随后通过泵送水泥，水泥穿过下井的钻柱、即钻柱，沿钻柱向下，从钻柱底部出来，然后向上到外部粘结导钻柱，直到水泥在海床上流出来。利用海水排出水泥。排出后，在整个导管钻柱外部及其底部内5米都是水泥。在导管底部设有回流阀，其用以防止水泥流回导管中，由于水泥混合物的密度的原因，外部比内部的压力高。水泥在移动水泥搅拌机中混合。水泥从船舶的散装水泥贮槽打到搅拌机的专用箱。当水泥混合物具有希望的密度时，水泥混合物被向下泵送至钻柱中。在张力下保持导管，直到水泥凝固约6小时。然后释放运行的钻柱/钻杆，并可以拔起摆放在船舶甲板上。
-在安装和粘结76.2cm的导管之后，通常从导管的底部下钻66cm的孔。当完成这个额外的孔时，安装和粘结50.8cm的套管。钻井的进行与如上所述的安装和粘结相同。套管柱的顶管为井头的形式。在船舶离开完成的钻孔之前，在井头顶部放置防拖网保护盖。该盖可以利用气动绞车放入适当位置。
-如果不再利用依照本发明的移动设备进行更多的处理，船舶则上岸以拆除设备，这需花费约两天。
-当昂贵的钻机最后到达如上所述准备好的同一位置时，BOP(防喷器)和立管可以直接连接于已经安装的井头，同时利用气动绞车并行取回保护盖。因而，与常规操作相比，成本节省明显，现有的钻机解决了钻孔的所有钻进。