專利名稱：雙井架抗冰型自升式鉆井單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)式海上鉆井單元，通常稱為“自升式”鉆井單元或鉆機(jī)，其用于淺水，通常小于400英尺，用于油氣的勘探或開發(fā)鉆井。
背景技術(shù)：
在對油氣的不斷搜尋中，已開發(fā)許多技術(shù)來尋找新的油藏和資源，并且為了尋找新發(fā)現(xiàn)，已搜遍世界上大部分地區(qū)。很少有人期望在靠近人口密集地區(qū)和容易到達(dá)的地方仍然能找到任何較大的、未被發(fā)現(xiàn)的資源。取而代之，是在更具挑戰(zhàn)性并難以抵達(dá)的地區(qū)找到新的大儲(chǔ)量。一個(gè)極有可能的地區(qū)是在北極海上。然而，北極寒冷、遙遠(yuǎn)，且水上的海冰對勘察油氣造成相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。多年來，普遍認(rèn)為對于每個(gè)可盈利的井必須鉆出六個(gè)無法盈利的井。如果這實(shí)際上是真的，那么肯定希望鉆出無法盈利的井不那么昂貴。然而，在北極，沒有什么是不昂貴的。目前，在如北極的天氣寒冷之地的淺水中，從自升式或移動(dòng)式海上鉆井單元(MODU)的勘探鉆井可在短期，開放水域的夏季使用約45到90天。預(yù)測鉆井季節(jié)何時(shí)開始和結(jié)束是一種機(jī)率游戲，并且已采取許多努力來確定自升式平臺(tái)何時(shí)可安全地拖曳到鉆井位置以及何時(shí)可開始鉆井。一旦開始，具有相當(dāng)?shù)木o迫性來完井以避免不得不在完井之前海冰侵入的情況下斷開并退出。即使在幾周的開放水域期間，浮冰對所在位置上的自升式鉆機(jī)存在顯著危害，并且自升式鉆機(jī)的樁腿暴露，并且很容易受損壞。自升式鉆機(jī)是移動(dòng)式、自起升、海上鉆井和修井平臺(tái)，配備有樁腿，其可下放到海床，直到建立基礎(chǔ)以支撐船體為止，其含有鉆井和/或修井設(shè)備，升降系統(tǒng)、船員倉、裝載和卸載設(shè)施、塊體和液體材料的存儲(chǔ)區(qū)、直升機(jī)降落甲板和其它相關(guān)設(shè)備。自升式鉆機(jī)被設(shè)計(jì)用來拖曳到鉆井點(diǎn)并從水中頂舉出來，使得波浪作用僅影響具有相當(dāng)小的橫截面的樁腿。然而，自升式平臺(tái)的樁腿提供很小的針對浮冰碰撞的防御，且任意較大尺寸的浮冰能夠?qū)е乱粋€(gè)或多個(gè)樁腿的結(jié)構(gòu)性損壞，和/或?qū)@機(jī)推離所在位置。如果這種類型的情況在鉆井操作暫停并且已完成適當(dāng)?shù)撵柟毯蜅壘鞍l(fā)生，那么可能會(huì)出現(xiàn)油氣泄漏。在石油和天然氣產(chǎn)業(yè)中，即使是很小的這種泄漏風(fēng)險(xiǎn)對于監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及對于公眾來說也是完全不能接受的。因此，一旦確定在這個(gè)短季期間已鉆出潛在可盈利的井，可將非常大、基于重力的生產(chǎn)系統(tǒng)或類似結(jié)構(gòu)引入，并設(shè)置在海床上以用于鉆井和生產(chǎn)油氣的長期過程。這些基于重力的結(jié)構(gòu)非常大且非常昂貴，但是被建造用來承受常年的冰力。US4819730公開一種浮動(dòng)工作平臺(tái)，其具有在其上提供的兩個(gè)井架。然而，所述專利涉及半潛式船只，如鉆井船。與自升式鉆機(jī)不同，半潛式船只本質(zhì)上受制于波浪和浮冰的影響兩者，且因此無法承受北極的極端條件。EP1094193公開一種海上鉆井船，其具有雙活動(dòng)鉆井總成，使得在實(shí)質(zhì)深水中鉆井所涉及的時(shí)間可縮短。然而，這個(gè)專利也涉及無法在北極的惡劣天氣條件下維持所需的高穩(wěn)定性的鉆井船。此外，所公開的雙活動(dòng)鉆井總成一次僅可以鉆一個(gè)井，出于勘探和生產(chǎn)目的，尤其在僅可用非常窄的操作窗口之處，這在本質(zhì)上是低效的。US6491477描述具有雙懸臂總成的自起升鉆井單元，其允許在小平臺(tái)上雙鉆井，其中每個(gè)鉆井單元可按8X8間隔運(yùn)行。然而，這種鉆機(jī)仍然受制于變幻莫測的天氣，并且沒有解決北極或北海鉆井中存在的海冰問題。因此，需要一種可同時(shí)承受在北極的極端條件并提供高效勘探能力和移動(dòng)性的鉆井系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，其用于在海上區(qū)域中潛在結(jié)冰條件下對油氣進(jìn)行勘探鉆井，其包括浮動(dòng)船體，所述浮動(dòng)船體在其甲板上具有兩個(gè)井架，以及浮動(dòng)船體的防冰形狀或部分，其用于彎曲和破裂海冰，或使海冰偏離樁腿。對于一些實(shí)施方案，浮動(dòng)船體包括沿著其下部且圍繞浮動(dòng)船體的外圍延伸的海冰彎曲形狀。海冰彎曲形狀從船體靠近甲板水平或其底部的區(qū)域延伸，且向下延伸，且在靠近底部處向內(nèi)漸縮?？贡w可使鉆井季節(jié)增加一倍或兩倍，且因此價(jià)值是巨大的。海冰彎曲形狀可包括任選的海冰偏轉(zhuǎn)部分，其繞底部海冰彎曲形狀的底部周邊延伸以在船體周圍而非船體下方引導(dǎo)海冰。這個(gè)偏轉(zhuǎn)部分是大致垂直的，但可以在偏離垂直5度到10度內(nèi)，且可具有任選的漏斗形向外最底端。這種海冰偏轉(zhuǎn)部分可以是浮動(dòng)船體的部分(因此增加浮力體積)，或可作為突出邊緣從浮動(dòng)船體向下懸垂。一般而言，出于制造便利和成本考慮，船體的海冰彎曲部分由平板(舭緣)組成，但是這不是必需的，且平滑彎曲表面和其組合也包括在本發(fā)明的范疇內(nèi)。鉆機(jī)還包括定位在船體周邊內(nèi)的至少三個(gè)或四個(gè)樁腿，其中樁腿被配置用來從海床提起，使得鉆機(jī)可被拖曳通過淺水，并且還延伸到海床，并進(jìn)一步延伸以將船體部分或完全從水中提起。升降機(jī)構(gòu)與每個(gè)樁腿相關(guān)，并用于按需要升高和降低樁腿。樁腿可以是開放式桁架腿-一種類似由縱橫交錯(cuò)的管狀型鋼制成的電塔的設(shè)計(jì)。樁腿也可以是由大型鋼管制成的柱形腿。雖然制造柱形腿比開放式桁架腿更廉價(jià)，但是其較不穩(wěn)定，且無法像開放式桁架腿這樣良好地適應(yīng)水中的應(yīng)力。有鑒于此，在測量大于250英尺深的水中不使用柱形腿自升式平臺(tái)。自升式鉆機(jī)還包括安裝在甲板上的至少兩個(gè)井架。井架定位在甲板的相同側(cè)，或針對改進(jìn)平衡，優(yōu)選地定位在甲板的相對側(cè)。在兩個(gè)井架定位在甲板相同側(cè)的情況中，可在與兩個(gè)井架相對的甲板相對側(cè)上提供附加平衡構(gòu)件，但如果單個(gè)平衡構(gòu)件適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉趦烧咧g，那么可能不需要附加平衡構(gòu)件。在這個(gè)實(shí)施方案中，可利用至少四個(gè)樁腿。雙井架系統(tǒng)尤其在利用方向鉆井時(shí)使鉆機(jī)的鉆井潛能翻倍。自升式鉆機(jī)可以是槽口式自升式平臺(tái)，也稱為鍵槽式自升式平臺(tái)。鉆井槽口自升式平臺(tái)建有鉆井甲板中的開口或月池，且井架定位在其上。然而，優(yōu)選的設(shè)計(jì)是懸臂自升式平臺(tái)。在此，鉆井井架安裝在從鉆井甲板向外延伸的臂上。在使用懸臂自升式平臺(tái)的情況下，可通過現(xiàn)有平臺(tái)以及在其外部進(jìn)行鉆井。由于懸臂所提供的運(yùn)動(dòng)范圍，過去十年內(nèi)所建的大多數(shù)自升式平臺(tái)是懸臂自升式平臺(tái)。本發(fā)明還涉及一種用于在易結(jié)冰的水中勘探或開發(fā)鉆井的方法，其中鉆出井以確定海底油藏中油氣儲(chǔ)量的存在和經(jīng)濟(jì)可行性。所述方法包括將浮動(dòng)船體拖曳到勘察點(diǎn)，所述浮動(dòng)船體在其上部具有相對平坦的甲板和沿著其下部的海冰彎曲形狀。所述海冰彎曲形狀向下和向內(nèi)漸縮。至少三個(gè)樁腿定位在船體周邊內(nèi)。每個(gè)樁腿向下頂舉使得樁腿接合海床，并且當(dāng)海冰沒有威脅到鉆機(jī)時(shí)將船體提起并完全從水中提出來?？贡w也可以下放到水中，進(jìn)入防冰型構(gòu)造，使得海冰彎曲形狀在海平面上方和下方兩者延伸，以彎曲和破裂抵靠鉆機(jī)而浮動(dòng)的任何海冰。從雙井架鉆井可在這些階段的任一者期間發(fā)生，且因此鉆井潛能尤其在兩個(gè)井架上利用不同方向的方向鉆井時(shí)，比單甲板、無邊緣的鉆機(jī)設(shè)計(jì)改進(jìn)至少400%到
600% ο如本文中所使用，術(shù)語“海冰彎曲”指浮動(dòng)抗冰船體的形狀和船體與海水之間的角度，其被設(shè)計(jì)成使得與抗冰船體接觸的海冰將由于由海冰彎曲形狀的局部限制和由海水施加的持續(xù)浮力而被彎曲并破裂成更小海冰。這些相反的力導(dǎo)致應(yīng)力積聚和海冰破裂。因此，海冰彎曲船體大致隨深度向內(nèi)延伸，使得越高的部分越大，且越低的部分越小，就如錐形船的船體。如本文中所使用，“淺水”指具有距海床不大于400英尺的深度的水。除非上下文另外指示，否則詞“一(a或an)”的使用，當(dāng)在權(quán)利要求或本說明書中與術(shù)語“包括”結(jié)合使用時(shí)，意味著一個(gè)或多于一個(gè)。術(shù)語“約”意味著所述的值加上或減去測量誤差幅度，或如果沒有指示測量方法，那么加上或減去10%。除非明確指示僅指替代或如果替代是相互排斥的，否則權(quán)利要求中術(shù)語“或”的使用是用于意指“和/或”。術(shù)語“包括(comprise)”^具有”、“包括(include)”和“含有”(和其變型)是開放式連系動(dòng)詞，并且在權(quán)利要求中使用時(shí)允許添加其它元件。短語“由…組成”是封閉式的，且排除所有附加元件。短語“基本上由…組成”排除附加材料元件，但是允許包括不在實(shí)質(zhì)上改變本發(fā)明的本質(zhì)的非關(guān)鍵元件。


圖1是示例性現(xiàn)有技術(shù)的鉆機(jī)。圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方案的正視圖，其中鉆機(jī)浮于水中，且可用于拖曳到鉆井點(diǎn)。圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方案的第二正視圖，其中鉆機(jī)從水中頂舉出來以用于傳統(tǒng)的開放水域鉆井。圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方案 的第二正視圖，其中鉆機(jī)被部分下放到冰/水界面，但仍然由其樁腿支撐，處于在潛在結(jié)冰條件期間用于鉆井的防御型構(gòu)造。圖5a是不出圖3構(gòu)造的本發(fā)明的第一實(shí)施方案的一個(gè)末端的放大局部正視圖,其中海冰抵靠鉆機(jī)移動(dòng)。圖5b是不出抗冰船體的第二實(shí)施方案的一個(gè)末端的放大局部正視圖。圖5c是示出抗冰船體的第三實(shí)施方案的一個(gè)末端的放大局部正視圖。圖5d是示出抗冰船體的第四實(shí)施方案的一個(gè)末端的放大局部正視圖。圖6a是本發(fā)明的第一實(shí)施方案的俯視圖，其中懸臂井架被定位用來鉆穿月池。圖6b是本發(fā)明的第一實(shí)施方案的俯視圖，其中懸臂井架被定位用來在甲板邊緣上鉆井。圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方案的俯視圖，其中井架相對于彼此而定位。圖8a是本發(fā)明的另一實(shí)施方案的俯視圖，其中兩個(gè)懸臂井架定位在甲板的左側(cè)，且艙室單元定位在甲板右側(cè)。圖Sb是圖8a中所示的實(shí)施方案的正視圖，其中井架已在甲板邊緣上伸出懸臂進(jìn)行使用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用具有防冰能力和安裝在甲板上的至少兩個(gè)井架的自升式鉆機(jī)而示例。一般而言，船體具有至少一個(gè)海冰彎曲部分，其環(huán)繞船體，并隨著其從甲板靠近其外圍處向下懸垂而向內(nèi)漸縮。在海冰彎曲部分的底部也可以存在大體垂直的邊緣或海冰偏轉(zhuǎn)器，其防止海冰在船體下方滑動(dòng)，并取而代之使其在船體周圍偏轉(zhuǎn)。海冰偏轉(zhuǎn)器最基部的向外成尖頭的唇緣也可以有益于偏轉(zhuǎn)海冰。一般而言，船體的破冰部分應(yīng)該是厚鋼(25mm到50mm厚)，但是如果內(nèi)側(cè)上用額外內(nèi)部肋條加固，和/或附加的二級船體定位在外部船體內(nèi)，那么可將厚度最小化。在破冰船的技術(shù)中已知如何用橫向、縱向或斜向的框架構(gòu)件建立船體框架，以及根據(jù)框架風(fēng)格、框架肋條之間的距離、峰值壓力和補(bǔ)片壓力而改變殼板厚度，等等。(參見例如，通過1862年紐約州立法機(jī)構(gòu)法案成立的美國船級社公布的⑶IDANCE NOTES ON ICE CLASS (2008)(其以引用的方式并入本文中)?？舍槍?qiáng)度和低摩擦而使用特別配制的船體聚合物涂料以涂布防冰邊緣。具體地，INTERNATIONAL MARINE COATINGS 的 Intershieldl63Inertal60 可以是優(yōu)選的涂層?，F(xiàn)在參考本發(fā)明的優(yōu)選配置或多個(gè)配置的詳細(xì)描述，應(yīng)理解，本發(fā)明特征和概念可體現(xiàn)為其它配置，且本發(fā)明的范疇不限于所述或所示的實(shí)施方案。本發(fā)明的范疇旨在僅受限于下文權(quán)利要求的范疇。實(shí)例I圖1是更詳細(xì)示出自升式鉆機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)的鉆機(jī)100，其包括經(jīng)由樁腿140而起升至水位180上方的起升船體120、直升機(jī)場310、起重機(jī)200、具有帶鉆臺(tái)660的井架260的懸臂鉆井部分220，和降入裸眼井300中穿過海床160并在結(jié)束于鉆頭280的鉆柱240。也示出鏟形罐座，但未標(biāo)注。從這個(gè)圖中省略相當(dāng)多細(xì)節(jié)，包括各種安全和控制系統(tǒng)、管道、船員倉、海上設(shè)備、任務(wù)設(shè)備和起升設(shè)備，但是可看到，自升式鉆機(jī)具有有限空間和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在下文中，為查看的簡明起見，在一定程度上簡化自升式鉆機(jī)的圖。如圖2中所示，抗冰型自升式鉆機(jī)大致由箭頭10指示。在圖2中，示出自升式鉆機(jī)10，其中其船體20浮于海中，且樁腿25處于起升配置，其中樁腿25的大部分長度在船體20的甲板21上方延伸。井架30、30’在甲板21上，其用于鉆井。在圖2中所示的構(gòu)造中，自升式鉆機(jī)10可從一個(gè)勘察現(xiàn)場拖曳到另一個(gè)現(xiàn)場，以及拖曳到岸上基地以及從岸上基地拖曳出來進(jìn)行維護(hù)和其它岸上服務(wù)。如圖3中所示，當(dāng)自升式鉆機(jī)10被拖曳到淺水中的勘察鉆井點(diǎn)時(shí)，樁腿25被下放穿過船體20中的開口 27，直到樁腿25底端的足部26接合海床15為止。在優(yōu)選實(shí)施方案中，足部26連接到鏟形罐座28以將鉆機(jī)10固定到海床?；蛘?，可使用襯墊(未示出)。一旦足部26接合海床15，開口 27內(nèi)的升降鉆機(jī)或起升構(gòu)件將樁腿25向下推，且因此，船體20從水中起升。在船體20完全被頂舉出水的情況下，與波浪對大型浮力對象(如船體20)的影響相比，任何波浪作用和風(fēng)濤海面更容易穿過樁腿25。如圖3中所示，在所述區(qū)域無海冰的時(shí)候，鉆井操作可按常規(guī)程序開始。然而，當(dāng)海平面12上開始形成海冰時(shí)，對于傳統(tǒng)自升式鉆機(jī)，浮冰接觸并損壞樁腿25或僅僅將自升式鉆機(jī)10從鉆井點(diǎn)推開的風(fēng)險(xiǎn)變?yōu)橹卮髥栴}，且這種鉆機(jī)通常在開放水域季節(jié)結(jié)束時(shí)從鉆井點(diǎn)移除?？贡妥陨姐@機(jī)10被設(shè)計(jì)來通過呈現(xiàn)如圖4中所示的一種防冰型、水中船體構(gòu)造而抵御浮冰。在圖4中，海冰易于抑制波浪和風(fēng)濤海面，所以海平面12看起來威脅較小，然而，海洋環(huán)境的危害只是改變，并沒有減少。當(dāng)抗冰型自升式鉆機(jī)10呈現(xiàn)其防冰型、水中船體構(gòu)造時(shí)，船體20被下放至水中以接觸水，但是不到船體20將開始浮動(dòng)的程度。鉆機(jī)10大部分重量優(yōu)選地仍在樁腿25上以抵抗浮冰可能帶來的任何壓力而將鉆機(jī)10的位置保持在鉆井點(diǎn)上。鉆機(jī)10被下放使得向內(nèi)傾斜的海冰彎曲表面41 (在圖5A中示出)橋接海平面12或冰/水界面以接合任何可能在鉆機(jī)10上出現(xiàn)的浮冰。圖5A示出抗冰船體的一個(gè)邊緣的特寫圖。傾斜的海冰彎曲表面41從肩部42向下延伸到頸線44。海冰偏轉(zhuǎn)器45從頸線44向下延伸，且可大體垂直或在其5度到10度之內(nèi)。海冰具有在4MPa到12MPa范圍內(nèi)的大壓縮強(qiáng)度，但相對于以0.3MPa到0.5MPa范圍內(nèi)的典型屈曲強(qiáng)度的彎曲要弱很多。如圖5a中所示，浮冰51沿著海平面12移動(dòng)的力導(dǎo)致前緣在海平面12下方滑動(dòng)，且導(dǎo)致部分52和53斷開。較小的部分易于在未施加大浮冰影響的情況下浮動(dòng)經(jīng)過和圍繞浮冰10。例如，可想象跨幾百英尺的浮冰可能朝鉆機(jī)10襲來。如果浮冰破裂成最長尺寸小于二十英尺的小海冰，那么這些小海冰能夠繞過鉆機(jī)10而沒有太大問題。預(yù)期如圖5B至圖中所示的其它海冰彎曲形狀。圖5B示出略微偏離垂直(-10° )的海冰偏轉(zhuǎn)器部分145，其中海冰彎曲形狀141從浮動(dòng)船體121的肩部142輕微插入，在此情況下其也具有肩部142上方的傾斜上邊緣。浮動(dòng)船體優(yōu)選地是雙壁船體，其之間具有加固的梁，以更好地承受浮冰影響。圖5C示出凸起的海冰彎曲形狀241，針對海冰后坐力，在海冰偏轉(zhuǎn)器245上具有向外傾的彎曲唇部。圖示出內(nèi)凹的海冰彎曲形狀341，其具有類似向外偏轉(zhuǎn)的末端345。為另外抵御浮冰可能在鉆機(jī)10上施加的力，樁腿的足部26可被配置成連接到設(shè)置于海床中的罐座28，使得當(dāng)浮冰抵靠海冰彎曲表面41時(shí)，樁腿25實(shí)際上向下保持船體20并迫使浮冰彎曲，并抵御浮冰的升力，其在極端情況中可通過將鉆機(jī)10相對側(cè)上的足部26作為支點(diǎn)或樞軸而起升鉆機(jī)10的近側(cè)，并在其側(cè)上方推動(dòng)鉆機(jī)。對于其它應(yīng)用已知海床中的罐座，且足部26將包括適當(dāng)連接以按需要附接到罐座以及從罐座釋放。可能應(yīng)注意，從如圖3中所示的傳統(tǒng)開放水域鉆井構(gòu)造轉(zhuǎn)換為圖4中所示的水中船體、防冰型構(gòu)造取決于當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行鉆井的什么方面而可能需要大量規(guī)劃和適應(yīng)。雖然一些設(shè)備可適應(yīng)甲板21的高度轉(zhuǎn)換，但是其它設(shè)備可能需要斷開連接或重新構(gòu)造以適應(yīng)距海床15的新高度?？贡妥陨姐@機(jī)10被設(shè)計(jì)成像傳統(tǒng)自升式鉆機(jī)在開放水域中一樣運(yùn)行，但也被設(shè)計(jì)成以防冰位置安置在水中，且接著如果波浪作用變?yōu)閱栴}以及當(dāng)波浪作用變?yōu)閱栴}時(shí)重新獲得傳統(tǒng)姿態(tài)或構(gòu)造。正是抗冰船體20的形狀(以及其強(qiáng)度)提供了海冰彎曲和破裂能力。參考圖6A至圖6B和圖7，船體周邊可具有圓形、橢圓或尖頭橢圓構(gòu)造(橄欖球形，未示出)或多邊形，以便不論行進(jìn)原點(diǎn)或路徑的方向都呈現(xiàn)有利于在鉆機(jī)10的外圍周圍導(dǎo)引海冰的破裂小海冰和部分的形狀。海冰易于隨風(fēng)和海流(其易于非共線)或反映海洋和空氣兩者的影響的一些路徑而流動(dòng)。如圖7中所示，船體可具有刻面或多面的形狀，其提供圓形或橢圓形的優(yōu)點(diǎn)，但構(gòu)建較不昂貴，因?yàn)樵谄錁?gòu)造中可使用平板。然而，這可能不是必需的，且彎曲的抗冰船體形狀在圖5C至圖中示出。意識到水位隨著潮汐和風(fēng)暴和可能的其它影響而上下移位，破冰表面41將優(yōu)選地在水位上方延伸至少約五米。水位上方的高度適應(yīng)非常厚或具有遠(yuǎn)高于海平面12延伸的脊部的浮冰，但因?yàn)榧绮?2的高度遠(yuǎn)高于海平面12，所以高的浮冰將隨著其與鉆機(jī)10接觸而被下壓。同時(shí)，船體20頂部的甲板21應(yīng)夠遠(yuǎn)地高于水位，使得波浪無法沖刷跨過甲板。因而，甲板25優(yōu)選地為高于海平面12至少7米到8米。相反，頸線42優(yōu)選地為低于海平面12至少4米到8米，以充分彎曲浮冰以將其破裂成更多無害的小海冰。因此，總浮動(dòng)抗冰船體高度優(yōu)選地在5米到20米的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為8米到16米或11米到16米。還應(yīng)注意，樁腿25和開口 27 腿25通過開口 27連接到船體20)在保護(hù)性海冰偏轉(zhuǎn)器45的圓周內(nèi)，使得當(dāng)鉆機(jī)10處于其防冰條件構(gòu)造時(shí)(如圖4和圖5A中所示，且有時(shí)稱為水中船體構(gòu)造)，浮冰不太可能接觸樁腿。此外，鉆機(jī)10不需要處理每個(gè)浮冰威脅來為石油和天然氣公司顯著增加價(jià)值。如果鉆機(jī)10可將鉆井季節(jié)延長短達(dá)一個(gè)月，那么在一些易結(jié)冰地區(qū)將有百分之五十的改進(jìn)，且因此對本行業(yè)提供非?，F(xiàn)實(shí)的成本節(jié)省利益。參考圖6A和圖6B，如圖6A中所示，井架30、30’可被定位來鉆穿海冰偏轉(zhuǎn)器45的周邊內(nèi)的月池，或如圖6B中所示，可被配置來以懸臂方式在甲板21的側(cè)上方鉆井。圖7示出類似布局，但具有俯視圖中的多邊形船體。注意，雖然大多數(shù)圖示出3弦管樁腿，但是也可以使用四弦管樁腿。參考圖8A和圖8B,討論具有兩個(gè)鉆機(jī)的本發(fā)明的另一實(shí)施方案。如上文所提及，因?yàn)楸睒O的開放水域季節(jié)非常短，所以需要提高勘探效率。因此，在自升式鉆機(jī)的一端甲板21’上并排提供第一井架30和第二井架30’。井架30、30’以懸臂方式運(yùn)作以便直接穿過海水鉆井。然而，井架30、30’也可以被配置來鉆穿海冰偏轉(zhuǎn)器周邊內(nèi)的月池。此外，因?yàn)榫芎蛻冶劬哂邢喈?dāng)大的重量，為使其安全和穩(wěn)定地定位在甲板上，也可以在甲板21’上且優(yōu)選地在兩個(gè)井架的相對端上提供適應(yīng)模塊40。在這個(gè)配置中，適應(yīng)模塊對兩個(gè)井架30、30’提供平衡。當(dāng)然，井架不需要并排，但可如從圖7的俯視圖中所示彼此相對。
這種雙井架自升式鉆機(jī)的設(shè)計(jì)和操作是復(fù)雜的，主要是由于有限的甲板空間和北極的惡劣條件。自升式鉆機(jī)越大和越重，則越難頂舉并維持鉆機(jī)平衡。如可了解，井架和適應(yīng)模塊的放置因此對安全和有效操作是非常關(guān)鍵的。樁腿25相對于井架和/或適應(yīng)模塊40的數(shù)量和放置也可取決于安裝在甲板上的設(shè)備的重量、空間和配置而改變。優(yōu)選地，為具有更好的平衡，使用至少四個(gè)樁腿25。如果空間允許，也可以提供附加樁腿，但更多樁腿也意味著更多區(qū)域?qū)⑹苤朴诓ɡ撕透”挠绊?，且因此使樁腿的?shù)量和放置最優(yōu)化是至關(guān)重要的。以自升式鉆機(jī)中的海冰彎曲特征和雙井架能力，本發(fā)明提供有效、安全和具生產(chǎn)力的方式來顯著改進(jìn)北極的石油和天然氣儲(chǔ)量的勘探。相比于傳統(tǒng)自升式鉆機(jī)，本發(fā)明可通過將浮冰破裂成更小海冰而延長開放水域季節(jié)期間的操作周期，并且也通過在鉆機(jī)上利用兩個(gè)井架而使勘探能力翻倍，導(dǎo)致勘探操作中的顯著節(jié)省。最后，應(yīng)注意，任何參考文獻(xiàn)的討論不是承認(rèn)其是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，尤其是出版日期可能在本申請案的優(yōu)先權(quán)日期之后的任何參考文獻(xiàn)。同時(shí)，下文的每一條權(quán)利要求據(jù)此作為本發(fā)明的附加實(shí)施方案而并入本詳細(xì)描述或說明書中。雖然已詳細(xì)描述本文中所述的系統(tǒng)和過程，但是應(yīng)理解，可進(jìn)行各種改變、代替和變更而不脫離由下文權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范疇。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以研究優(yōu)選實(shí)施方案，并確認(rèn)不完全如本文中所述的其它方式來實(shí)踐本發(fā)明。發(fā)明者的意圖是本發(fā)明的變型和等效物是在權(quán)利要求的范疇內(nèi)，而描述、摘要和附圖不用于限制本發(fā)明的范疇。本發(fā)明明確地旨在范圍涵蓋下文權(quán)利要求和其等效物。以下參考文獻(xiàn)的全部內(nèi)容以引用的方式并入。1.US48197302.EP10941933.US64914774.通過1862年紐約州立法機(jī)構(gòu)法案而成立的美國船級社公布的GUIDANCE NOTESON ICE CLASS (2008)。5.國際船級社協(xié)會(huì)的關(guān)于POLAR CLASS的要求(2011)。
權(quán)利要求
1.一種鉆井自升式鉆機(jī)，所述自升式鉆機(jī)包括: i)具有大致平坦上甲板的浮動(dòng)船體； ii)所述浮動(dòng)船體的海冰彎曲部分，所述彎曲部分從所述甲板的外圍處或靠近所述甲板的外圍向下延伸并向內(nèi)漸縮； i i i )任選的海冰偏轉(zhuǎn)邊緣，所述海冰偏轉(zhuǎn)邊緣從所述海冰彎曲部分的底部外圍大致垂直向下延伸以在圍繞所述浮動(dòng)船體而非在所述浮動(dòng)船體下方引導(dǎo)海冰； iv)定位在所述浮動(dòng)船體周邊內(nèi)的至少三個(gè)樁腿； V)與每個(gè)樁腿相關(guān)的自升式裝置，以升高和降低每個(gè)樁腿；以及 vi)安裝在所述甲板上的至少兩個(gè)井架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，所述自升式鉆機(jī)還包括與每個(gè)樁腿的足部相關(guān)的錨定機(jī)構(gòu)，以對浮冰可能在所述鉆機(jī)上施加的力提供附加阻力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中所述海冰彎曲部分垂直延伸至少11米到16米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自升式鉆機(jī)，其中所述海冰彎曲船體距垂直方向的角度是在30度到60度的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中所述海冰彎曲部分包括繞所述浮動(dòng)船體的外圍延伸的多個(gè)相對平坦、傾斜區(qū)段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中所述海冰彎曲部分是加固表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中所述海冰彎曲部分是之間具有加固梁的雙壁船體表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中至少四個(gè)樁腿定位在所述浮動(dòng)船體的所述周邊內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中兩個(gè)井架定位在所述甲板的相同側(cè)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自升式鉆機(jī)，所述自升式鉆機(jī)還包括安裝在與所述甲板上的所述兩個(gè)井架的相對側(cè)上的艙室單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自升式鉆機(jī)，其中兩個(gè)井架定位在與所述甲板的相對側(cè)上。
12.一種用于在易結(jié)冰淺水中鉆井的方法，所述方法包括: a)提供自升式鉆機(jī)，所述自升式鉆機(jī)具有i)浮動(dòng)船體，所述浮動(dòng)船體在其上部具有相對平坦的甲板和沿著其下部的海冰彎曲形狀，其中所述海冰彎曲形狀從所述甲板向下并向內(nèi)延伸，ii)定位在所述浮動(dòng)船體周邊內(nèi)的至少三個(gè)樁腿，以及iii)安裝在所述甲板上的兩個(gè)井架； b)如果海冰沒有正在威脅所述鉆機(jī)，那么將每個(gè)樁腿向下頂舉以接合海床并且將所述船體從水中起升； c)如果海冰正在威脅所述鉆機(jī)，那么將所述浮動(dòng)船體下放到水中進(jìn)入防冰構(gòu)造，使得所述海冰彎曲形狀在海平面上方和下方延伸以破裂或偏轉(zhuǎn)抵靠所述鉆機(jī)的海冰；以及 d)在步驟b)和/或c)期間從所述兩個(gè)井架鉆井。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法還包括將所述樁腿錨定到所述海床以進(jìn)一步抵御所述浮冰力的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法還包括當(dāng)所述海冰威脅減小時(shí)，將所述浮動(dòng)船體從水中起升的步驟。
15.一種改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，所述改進(jìn)的自升式鉆機(jī)包括浮動(dòng)船體，所述浮動(dòng)船體具有平坦上甲板和可通過所述浮動(dòng)船體中的孔而下放以接觸海床的至少三個(gè)樁腿，所述改進(jìn)包括所述甲板上的兩個(gè)井架，并且所述浮動(dòng)船體包括海冰彎曲形狀，所述海冰彎曲形狀從所述甲板向內(nèi)漸縮，使得所述浮動(dòng)船體的底部具有比所述浮動(dòng)船體的頂部更小的面積。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，所述改進(jìn)的自升式鉆機(jī)還包括在所述海冰彎曲形狀的底部外圍上用于繞所述浮動(dòng)船體周圍偏轉(zhuǎn)海冰的大致垂直邊緣。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，其中所述浮動(dòng)船體是之間具有加固梁的雙壁船體。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，其中所述大致垂直邊緣在最底部邊緣上向外彎曲。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，其中所述大致垂直邊緣在所述浮動(dòng)船體外部。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改進(jìn)的自升式鉆機(jī)，其中所述大致垂直邊緣是所述浮動(dòng)船體的一部分。`
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗冰型自升式鉆機(jī)，其可延長在北極海上淺水或易結(jié)冰地區(qū)的鉆井季節(jié)。本發(fā)明鉆機(jī)將像傳統(tǒng)自升式鉆機(jī)一樣工作，同時(shí)在開放水域使船體從水中頂舉起來。然而，在結(jié)冰條件的情況下，所述船體被下放到水中，進(jìn)入防冰構(gòu)造。所述船體特別地成型，其下部是海冰彎曲表面，以在處于所述防冰構(gòu)造時(shí)彎曲和破裂與所述船體接觸的海冰。此外，所述抗冰型自升式鉆機(jī)包括至少兩個(gè)井架，以使勘探效率翻倍，并降低相關(guān)成本。
文檔編號E02B17/02GK103154378SQ201180049799
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者P·G·諾布爾, R·S·謝弗, D·P·伯塔, Y·Y·周, T·O·章, K·S·傅, C·K·柯, C·王 申請人:科諾科飛利浦公司, 吉寶岸外與海事科技中心私人有限公司