專利名稱：海底油井修理船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底油井修理船(intervention vessel)。
背景技術(shù)：
烴開(kāi)采井利用旋轉(zhuǎn)鉆井裝置來(lái)建造。旋轉(zhuǎn)鉆井裝置從地表驅(qū)動(dòng)，對(duì)于海底油井來(lái)說(shuō)，通常由安裝在位于該油井上方的鉆井平臺(tái)上的鉆塔來(lái)驅(qū)動(dòng)。該鉆井平臺(tái)可安裝于海底或者可以是半潛式裝置，除了在最極端的條件下，該半潛式裝置可在所有情況下保持其位置。鉆井完成以后，該井以管道襯里以使烴液體從該管道延伸入的任何油氣儲(chǔ)藏地流經(jīng)該管道。在一些巖層中，烴液體和水占據(jù)相同的儲(chǔ)集層，烴液體在水的上部形成一層。如果油井的開(kāi)采油管穿透初始由烴液體占據(jù)的巖層，則當(dāng)液體流至油井管道時(shí)，會(huì)出現(xiàn)通常所說(shuō)的“水錐”現(xiàn)象，即烴液體與水之間的界面朝著油井向上傾斜。該效應(yīng)是由于液體通過(guò)該巖層流向油井管道而在儲(chǔ)集層巖層內(nèi)形成的壓力梯度引起的。如果錐形界面的尖端到達(dá)該油井管道，則大量的水會(huì)流入該油井管道，降低烴液體的產(chǎn)率并增加將所開(kāi)采的烴液體與水分離的成本。
在水錐已成為問(wèn)題的油井中，眾所周知的是進(jìn)行進(jìn)一步的鉆井作業(yè)以防止水錐的形成或?qū)⑺F的形成減至最小。例如，可利用底孔鉆井裝置(bottom hole drilling assembly)來(lái)鉆進(jìn)該烴液體托承巖層。這可利用常規(guī)的鉆井技術(shù)來(lái)完成，但這種技術(shù)需要關(guān)閉該油井，并經(jīng)常需要撤除該油井的管道襯里。這帶來(lái)相當(dāng)大的成本及風(fēng)險(xiǎn)。另外，烴液體托承巖層會(huì)被額外的鉆井作業(yè)所需的鉆井液破壞。
為了避免鉆井修理導(dǎo)致的油井損失或破壞的可能，已開(kāi)發(fā)出一種先進(jìn)的鉆井技術(shù)，該技術(shù)可以完成技術(shù)上困難的鉆探，而沒(méi)有破壞巖層的大的風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)被稱為“負(fù)壓(underbalanced)”鉆井。利用負(fù)壓鉆井，該油井一直運(yùn)轉(zhuǎn)(地面上是正壓)。這可以或者利用輕的鉆井液或者依賴使用特制的防噴器(blow out preventer)裝置的氣舉控制(gas lift control)來(lái)完成。一干凈的鉆井液被泵送到井下，并與允許流到井上的地層流體混合，該流動(dòng)將巖屑輸送到地面。然后將五相(氣、油、地層水、鉆井液和鉆井固體)分離。在陸地上，由于空間不是非常珍貴，所以這是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。然而，該設(shè)備較大并且被認(rèn)為不適于海上作業(yè)。
可利用常規(guī)的旋轉(zhuǎn)鉆井或者卷繞油管鉆井(coiled tubing drilling)進(jìn)行負(fù)壓鉆井。在北海的UK(英國(guó))區(qū)，已經(jīng)利用負(fù)壓旋轉(zhuǎn)鉆井鉆了4口油井，但這僅僅可以使用較大的固定(海底支撐)鉆井平臺(tái)。在陸地上，已經(jīng)使用了卷繞油管鉆井。在這些已知的應(yīng)用中，一根存放在一卷軸上的長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管通過(guò)一抵抗工作井壓的噴射泵(injector)推入該油井中。一渦輪鉆具安裝于該管的底端，并且水壓通過(guò)該管而傳遞到該渦輪鉆具上。這驅(qū)動(dòng)該渦輪并使鉆井得以進(jìn)行。該管的小直徑(通常為1至27/8″)使得該管能夠穿過(guò)現(xiàn)有的油井內(nèi)襯管(通常被稱為完井(completion))，從而不引發(fā)由于撤除該襯管而造成的相當(dāng)大的成本和風(fēng)險(xiǎn)。
可使用輕型修理船，其使諸如油井的維修(例如測(cè)井和日常維護(hù))的操作得以進(jìn)行。然而，這種船對(duì)于需要鉆井的修理工作來(lái)說(shuō)不是合適的鉆井平臺(tái)，這是由于它們對(duì)于這種操作來(lái)說(shuō)不夠穩(wěn)定，而且不能進(jìn)行負(fù)壓鉆井，因?yàn)樗鼈兲∫灾劣诓荒苎b載這種鉆井所產(chǎn)生的大量材料。此外，輕型修理船與其所產(chǎn)生的收益相比需要大的資本投入，特別是由于它們?cè)趷毫犹鞖庀聵O易受損壞，從而修理成本相對(duì)較高并且時(shí)間利用率較低。當(dāng)然可以利用半潛式鉆井平臺(tái)來(lái)進(jìn)行油井修理，但是半潛式鉆井平臺(tái)迄今為止還不能用于負(fù)壓鉆井。即便這種方法也需要輔助船來(lái)裝盛所產(chǎn)生的液體和固體。因此，還沒(méi)有在浮動(dòng)單元上使用負(fù)壓卷繞油管鉆井的嘗試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種海底油井修理船，其能夠以這樣的方式再進(jìn)入現(xiàn)有的生產(chǎn)井，該方式可使油井修理工作得以實(shí)施，而不用取消油井的生產(chǎn)模式，并且不會(huì)使海底開(kāi)采系統(tǒng)受到例如鉆井固體的油井修理排出物的污染。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種海底油井修理船，其包括一可動(dòng)態(tài)定位的油輪以及安裝在該油輪甲板上的直接油井修理設(shè)備(direct well interventionequipment)，該直接油井修理設(shè)備包括負(fù)壓非旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備(equipment forunderbalanced non-rotating drilling)以及與該油輪的儲(chǔ)罐相連的烴液體分離設(shè)備，從而分離出的烴液體可被儲(chǔ)存在油輪中。
本發(fā)明還提供一種進(jìn)行海上負(fù)壓鉆井的方法，其中具有安裝在其甲板上的直接油井修理設(shè)備的油輪被動(dòng)態(tài)定位在自海底油井延伸的豎管(riser)的上方，將該油井修理設(shè)備與豎管相連，進(jìn)行負(fù)壓非旋轉(zhuǎn)鉆井，最終的多相混合物在油輪上被分離，并且分離出的烴液體被儲(chǔ)存在油輪的儲(chǔ)罐中。
術(shù)語(yǔ)“非旋轉(zhuǎn)鉆井”在此處被用來(lái)包括鉆柱不旋轉(zhuǎn)的任何鉆井，其包括但不局限于使用通過(guò)不旋轉(zhuǎn)鉆柱驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)鉆頭的負(fù)壓鉆井。
油井修理設(shè)備可以被安裝于常規(guī)穿梭油輪(shuttle tanker)的主甲板之上的上部結(jié)構(gòu)上。卷繞油管設(shè)備可鄰近滑行甲板(skid deck)安裝，該滑行甲板可被移動(dòng)到船舷外卷繞油管設(shè)備與之相連的油井豎管上方。于是通過(guò)將穿梭油輪動(dòng)態(tài)定位在油井豎管附近、將滑行甲板移動(dòng)到船舷外的位置上、將卷繞油管設(shè)備連接至該豎管、并在該豎管所連接的油井內(nèi)執(zhí)行所需的修理，油井修理得以完成，在卷繞油管鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的液體和固體用安裝在上部結(jié)構(gòu)上的設(shè)備分離，并且將烴液體從分離設(shè)備輸送到該穿梭油輪的油庫(kù)中保存。
作為將可移動(dòng)的滑行甲板設(shè)置在船舷外位置處的替換方案，該鉆井設(shè)備可鄰近穿過(guò)該油輪甲板而延伸的月池(moon pool)來(lái)安裝。


現(xiàn)在將參照附圖，通過(guò)舉例來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是從可得到的資料中獲得的表示水錐現(xiàn)象的略圖；圖2是從公開(kāi)的資料中獲得的表示在圖1所示的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行卷繞油管鉆井以提高烴液體的產(chǎn)率的結(jié)果的再一個(gè)示圖；圖3是含有本發(fā)明的直接油井修理設(shè)備的公知北海穿梭油輪的側(cè)視圖；圖4是圖3的側(cè)視圖所示的直接油井修理設(shè)備的示意布置圖；以及圖5是油輪的示意圖，該油輪具有月池，通過(guò)月池可進(jìn)行卷繞油管鉆井。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，該圖示出了含有位于水托承層2之上的烴托承層1的一系列巖層。油井3鉆通巖層1和2。烴液體和水中存在壓力，使得形成了向油井3的流動(dòng)。作為該流動(dòng)的結(jié)果，在油井3的周圍形成“水錐”4，結(jié)果在烴液體和水之間形成錐形界面5。如果油井3用鋼管襯里向下直至巖層1的頂部，并且水錐到達(dá)油井襯里部分附近，則會(huì)開(kāi)采出大量的水。顯然，這是非常不利的，因此在受到水錐效應(yīng)影響的油井中進(jìn)行修理已是公知的。圖2說(shuō)明了這種修理的結(jié)果。
參照?qǐng)D2，示出一個(gè)支井(branch well)6，該支井被鉆入巖層1中。鉆這樣一個(gè)支井6可顯著地提高由烴液體組成的開(kāi)采液體的比例。眾所周知，是采用卷繞油管鉆井技術(shù)來(lái)形成如圖2的支井6的支井。然而，當(dāng)采用這種技術(shù)時(shí)為了避免鉆探固體破壞該油井，有必要保持負(fù)壓條件(underbalanced conditions)(即在井3的頂部保持正壓)。這種技術(shù)從未在海上應(yīng)用，因?yàn)樗a(chǎn)生的大量的材料僅能在大的裝置中裝運(yùn)。
圖3說(shuō)明了實(shí)施本發(fā)明的穿梭油輪。圖3基于從“第一奧爾遜油輪”提取的圖，并且顯示了在北海上廣泛使用的穿梭油輪的類型。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)穿梭油輪所作的唯一改動(dòng)在于在油輪的主甲板上上部結(jié)構(gòu)7的安裝，例如在大約3m的高度上，從而越過(guò)已安裝的甲板管道和通風(fēng)孔。在該上部結(jié)構(gòu)上，安裝了直接油井修理所需的全部設(shè)備，包括一吊車8。圖3的上部結(jié)構(gòu)上所安裝的設(shè)備的設(shè)計(jì)詳圖在圖4中示出。
參照?qǐng)D4，滑行甲板9居中安裝在上部結(jié)構(gòu)7上與龍門吊10相鄰。常規(guī)型式的卷繞油管鉆井設(shè)備11毗鄰龍門吊10安裝。分離器總成12和輔助鉆井配套設(shè)備總成13也安裝在上部結(jié)構(gòu)7上。完成所需的直接油井修理所需的其他所有設(shè)備也安裝在上部結(jié)構(gòu)7上。分離器總成12與適當(dāng)布置的火炬煙囪相連，例如在該船的船尾處(未示出)，并與該油輪的儲(chǔ)罐相連，從而使開(kāi)采出來(lái)的烴液體可被存儲(chǔ)以備隨后的運(yùn)輸。
使用中，該油輪被動(dòng)態(tài)定位在海底油井豎管附近。接著，滑行甲板9移動(dòng)到舷外位置(未示出)豎管上方以使卷繞油管裝置11連接至該豎管。接著通過(guò)該豎管可進(jìn)行適當(dāng)?shù)男蘩恚⑶?，特別是，卷繞油管鉆井可按一種方式進(jìn)行，該方式產(chǎn)生多相混合物，該混合物隨后在分離器總成12中分離成各自不同的相。
參照?qǐng)D3和4描述的系統(tǒng)代表了在海上鉆井、測(cè)試、廢物處理和油井維護(hù)上的突破。油輪貨艙在負(fù)壓鉆井期間可被用來(lái)收集開(kāi)采出的石油。該系統(tǒng)使得能直接測(cè)試海底油井以延長(zhǎng)其使用期限。該系統(tǒng)可被用于長(zhǎng)期注水試驗(yàn)，并且還允許將廢物處理到海底油井中。相反，現(xiàn)有系統(tǒng)不能進(jìn)行卷繞油管鉆井并且不能收集開(kāi)采出的石油，在鉆井過(guò)程中石油被開(kāi)采出來(lái)的情況下，需要一個(gè)單獨(dú)的穿梭油輪。
此外，穿梭油輪的最初的特征被保留下來(lái)，因此當(dāng)不被用于直接油井修理時(shí)，該船仍可在租船市場(chǎng)上被雇用。因此，本發(fā)明提供了用卷繞油管鉆井完成直接油井修理的問(wèn)題的一種解決方法，并且沒(méi)有與建造和運(yùn)行專用船有關(guān)的大的成本。
一艘?guī)?dòng)態(tài)定位的標(biāo)準(zhǔn)北海用穿梭油輪可以很容易地包租下來(lái)，并在已安裝的甲板管道及通風(fēng)孔的上方安裝新的甲板。在該甲板上可以安裝合適的設(shè)備，諸如一個(gè)具有海底控制板的滑動(dòng)安裝的井架升降機(jī)操作單元；用于海底油井修理設(shè)備的樁(stump)；一管道架；卷繞油管卷盤、控制單元和電源組；灌漿單元(cementing unit)和混合器；開(kāi)采測(cè)試設(shè)備，包括節(jié)流總管、加熱處理器、分離器、除氣罩和廢氣炬；壓井泥漿罐；一密閉循環(huán)系統(tǒng)，用來(lái)處理負(fù)壓鉆井過(guò)程中的鉆井泥漿和鉆孔產(chǎn)生的固體；化學(xué)和固體廢物儲(chǔ)罐；用于海底設(shè)備和備件的吊車工時(shí)(craneage)；用于工作和觀察任務(wù)的遙控運(yùn)載工具；用于冷卻和救火的供水系統(tǒng)；大概的情況是有大約2000口海底完井現(xiàn)在正在運(yùn)行。利用本發(fā)明，這些完井每天用大約100,000美元即可運(yùn)行，而與此相反，當(dāng)前報(bào)出的成本為每天大約200,000到300,000美元。這樣，本發(fā)明極大地影響處于經(jīng)濟(jì)緊縮環(huán)境中的海上工業(yè)的技術(shù)能力，該工業(yè)面臨著此環(huán)境。
卷繞油管鉆井解決方案包括用于標(biāo)準(zhǔn)泥漿循環(huán)系統(tǒng)的低成本的井底裝置以及一基于電纜的底部鉆孔裝置，該底部鉆孔裝置充分利用了通管鉆井(through-tubing drilling)的優(yōu)點(diǎn)，包括使用發(fā)泡和空氣系統(tǒng)。本發(fā)明使得陸地負(fù)壓鉆井技術(shù)可以轉(zhuǎn)用到海上而不需很大的設(shè)備改進(jìn)。它還允許開(kāi)采大量的烴而不需附加的貯存罐，因此減小了對(duì)資金周轉(zhuǎn)的需求，同時(shí)避免了由于鉆井操作對(duì)油井造成的破壞。較大的穿梭油輪的運(yùn)動(dòng)特性較可用的相對(duì)較小的或更輕便的其他船更適于精密負(fù)壓鉆井操作。這增加了天氣允許作業(yè)的時(shí)間量，并減小了連續(xù)油管上在其從該油輪送入海底油井豎管處的疲勞應(yīng)力。本發(fā)明還使得修理后可對(duì)油井進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧崳虼吮苊饬宋廴就舾械拈_(kāi)采系統(tǒng)。鉆井廢物可以優(yōu)選的方式處理，并且只要有大的甲板空間，所有這些都可相對(duì)安全地完成。如果使用常規(guī)的半潛式船或常規(guī)的特制油井修理船，則所有這些優(yōu)點(diǎn)都沒(méi)有。
在參照附圖3和4描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，本發(fā)明的操作所需的部件被安裝在可移動(dòng)到船舷外位置上的滑行甲板上。在圖5所示的可選的布置中，這些部件安裝在穿過(guò)不同的傳統(tǒng)油輪的結(jié)構(gòu)而延伸的月池附近。
參照?qǐng)D5，兩個(gè)月池13和14垂直延伸穿過(guò)改進(jìn)了的穿梭油輪的結(jié)構(gòu)。三個(gè)吊車15、16和17可延伸越過(guò)月池、以及表示貨物總管18、井架模塊19以及一擱置區(qū)20的區(qū)域的上方。區(qū)域21放置氣體壓縮和處理單元，區(qū)域22是火炬燃燒臂(flare boom)，區(qū)域23是火炬分離鼓滑板(flare knock-outdrum skid)，區(qū)域24是利用吊車25的又一擱置區(qū)。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的雙船體穿梭油輪，生產(chǎn)可如本發(fā)明那樣工作的圖5示意性示出的船所需的改進(jìn)將是提高其動(dòng)態(tài)定位能力，安裝用于修理工作的第一月池(8m2)，安裝用于遠(yuǎn)距離操作的運(yùn)載工具的工作的第二月池(4m2)，安裝吊車、處理設(shè)備和用于甲板安裝設(shè)備的擱置區(qū)，以及安裝火炬設(shè)施和相關(guān)裝置。
權(quán)利要求
1.一種海底油井修理船，其包括一可動(dòng)態(tài)定位的油輪和安裝于油輪甲板上的直接油井修理設(shè)備，該直接油井修理設(shè)備包括負(fù)壓非旋轉(zhuǎn)鉆井設(shè)備以及與所述油輪的儲(chǔ)罐相連使得分離后的烴液體可儲(chǔ)存在油輪中的烴液體分離設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的船，其中，油井修理設(shè)備安裝在一穿梭油輪的主甲板上方的上部結(jié)構(gòu)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的船，其中，卷繞油管鉆井設(shè)備安裝在滑行甲板附近，該滑行甲板可被移動(dòng)到船舷以外的位置與卷繞油管鉆井設(shè)備相連的油井豎管的上方。
4.如權(quán)利要求1或2所述的船，其中，卷繞油管鉆井設(shè)備鄰近油井豎管上方的月池而安裝，卷繞油管鉆井設(shè)備將與該油井豎管相連。
5.一種進(jìn)行海上負(fù)壓鉆井的方法，其中，其甲板上安裝有直接油井修理設(shè)備的油輪被動(dòng)態(tài)定位在自海底油井延伸的豎管的上方，該油井修理設(shè)備與該豎管相連，并進(jìn)行負(fù)壓非旋轉(zhuǎn)鉆井，所得的多相混合物在油輪上分離，且分離后的烴液體被儲(chǔ)存在油輪的儲(chǔ)罐中。
6.一種大致如參照附圖中的圖3和4、或圖5所述的海底油井修理船。
7.一種大致如參照附圖所述的進(jìn)行海上負(fù)壓鉆井的方法。
全文摘要
一種海底油井修理船，包括一可動(dòng)態(tài)定位的油輪以及安裝在該油輪甲板上的直接油井修理設(shè)備。直接油井修理設(shè)備可以被安裝在位于該油輪主甲板上方的上部結(jié)構(gòu)上，并且包括用于負(fù)壓非旋轉(zhuǎn)鉆井以及烴液體分離的設(shè)備。該液體分離設(shè)備與該油輪的儲(chǔ)罐相連，從而裝盛分離出的烴液體以貯存。
文檔編號(hào)E21B15/00GK1413286SQ0081765
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者安東尼·P·海恩斯, 科林·瓊斯 申請(qǐng)人:多種經(jīng)營(yíng)油船服務(wù)公司