專利名稱：輕的且緊湊的海底介入組件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及海底介入組件，更具體的是涉及輕的且緊湊的海底介入組件(subsea intervention package)。
背景技術(shù)：
通常海底鉆井與平臺鉆井不在同樣的水平面工作，主要是由于維護海底鉆井高昂的費用，海底鉆井的維護在這里也指海底鉆井的介入。海底鉆井采油樹，這里也指產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，可以典型地或者是一個垂直的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹或者是一個水平的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，其中水平的海底產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹可以具有一個較大的內(nèi)徑。圖4A、4B、5A和5B展示了垂直或水平的海底產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹或采油樹的典型例子。海底介入組件優(yōu)選地具有將多種海底樹連接以在保持對海底鉆井的完全控制的同時實現(xiàn)油井維護操作的裝置。
如果必要，海底介入組件應(yīng)該具有裝置，該裝置用于在緊急情況下隔絕和密封鉆井，比如在動態(tài)定位鉆井船或無錨半潛水平臺無法維持其在海底鉆井上方的位置的時候。緊急的分離系統(tǒng)應(yīng)該優(yōu)選地能夠可靠地用于通過采油樹延伸的任何管道系統(tǒng)和/或有線線路，并且然后在由于緊急情況而有必要同鉆井分離的情況下將鉆井密封和隔絕?，F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)在實現(xiàn)這些功能的操作上速度很慢，并且有時候在完成隔絕之前會造成大量的液體泄漏。更期待的是提供一種更有效且有利環(huán)境的海底介入組件。
對于介入組件來講其最大內(nèi)徑是至關(guān)重要的尺寸，因為內(nèi)部的采油樹栓塞正常情況下必須通過這個尺寸可以收回。樹栓塞尺寸的微小增加經(jīng)常會造成介入組件的尺寸的顯著增加。水平的海底采油樹趨于具有較大內(nèi)徑的樹栓塞。水平產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的冠栓塞或樹栓塞趨于具有最大為大約六又四分之三英寸的直徑，并且可以相當?shù)販p少。由于在海底鉆井周圍存在著多種結(jié)構(gòu)，所以期望海底介入組件緊湊且沒有從海底介入組件的設(shè)計尺寸向外延伸的元件。
最通常使用的用于完井的海底介入組件包括與海底鉆井BOP和用于進入鉆井的海底采油管(marine riser)相結(jié)合的一個高壓采油管系統(tǒng)(riser system)。這個系統(tǒng)非常重而且體積大。一個海底鉆井BOP介入系統(tǒng)重量可以在500000到1000000噸的范圍之間。本系統(tǒng)可以經(jīng)常需要可半潛水平臺的能力，半潛水平臺需要錨來下降和提升介入組件。因此，移動平臺就位并固定錨所需時間是非常長的。龐大的系統(tǒng)還必須被降低、安裝、然后移除。利用海底鉆井BOP介入系統(tǒng)的介入操作的整個成本是非常高的，但是系統(tǒng)提供了完成任何類型的期望工作的裝置。
產(chǎn)生輕的系統(tǒng)的其它嘗試具有的限制在于不適合一些類型的介入工作。
因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明是針對上面的問題而提出的輕且緊湊的海底介入組件，所述組件可以更迅速地被運輸、安裝、然后從海底鉆井移除，以提供寬范圍的操作，并且所述組件可以操作以在故障保護模式下切除和密封其中的任何工作線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提出一種改進的輕的介入組件。
另一個目的是提出一種系統(tǒng)，其能夠操作以在提供給切斷部件的液壓動力失去的情況下以故障保護模式控制一個海底鉆井。
本發(fā)明的另一個目的是能夠操作水平和垂直采油樹井樓。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種輕的介入組件，用于使用7-3/8英寸的鉆，并且如果必要的話可以操作來維護2-7/8英寸的盤卷管路和/或維護具有0.204壁厚的產(chǎn)品管路，并且/或者如果期望，在不需要維護的情況下可靠而可重復(fù)地切斷至少2-3/4″或更多的管路。
本發(fā)明的這些以及其它目的、特征和優(yōu)勢將通過這里給出的附圖、描述以及所附的權(quán)利要求而變得清楚。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的上面列出的目的和/或優(yōu)勢只是為了幫助理解本發(fā)明的各個方面，決不是用于限制，因此沒有形成目的和/或特征和/或優(yōu)勢的全面的或限制性的列舉。而且，本發(fā)明的范圍不限于其字面描述，而是包含所有所述權(quán)利要求的等同物。
因此，本發(fā)明包括在維護海底鉆井中使用的一種輕的海底介入組件。所述海底鉆井可以包括至少一個垂直采油樹或水平采油樹。所述海底介入組件優(yōu)選地可以操作用于控制所述海底鉆井，同時在所述海底鉆井的維護期間使用在緊急情況下需要被切斷的管路、管、桿、盤卷管路或有線線路中的至少一個。所述海底介入組件可以包括一個或多個元件，比如無論所述海底鉆井是否包括所述垂直采油樹或水平采油樹，能夠與所述海底鉆井相連的一個下組件。所述下組件可以進一步包括至少兩個液壓致動閥，其中優(yōu)選地兩者都不是B.O.P.式的。至少兩個液壓致動閥的至少一個優(yōu)選地可以操作來切斷管路、盤卷管路、有線線路和/或其它元件，并且然后關(guān)閉以形成密封來將所述海底鉆井密封。在一個可能的實施例中，所述下組件可以限定通過所述兩個液壓致動閥的一個大于7英寸的孔。在一個優(yōu)選實施例中，所述輕的海底介入組件可以足夠輕，并且限定足夠小的占地面積，使得所述輕的海底介入組件可以利用處理能力小于半潛水平臺的船只來安裝到所述海底鉆井上。
在一個實施例中，所述輕的海底介入組件重量在10到40噸之間。所述輕的海底介入組件可以進一步包括一個緊急分離機構(gòu)，所述緊急分離機構(gòu)包括一個第一部分和一個第二部分。所述緊急分離機構(gòu)的所述第一部分可以固定到所述下組件上。所述緊急分離機構(gòu)的所述第一部分和第二部分可以選擇性地分離?？梢跃哂心軌虬惭b到所述緊急分離機構(gòu)的所述第二部分上的一個緊急分離組件。如果期望，所述緊急分離機構(gòu)可以進一步包括至少一個液壓致動閥，所述液壓致動閥限定了通過所述至少一個液壓致動閥的大于7英寸的一個孔。
所述下采油管組件的所述兩個液壓致動閥和所述緊急分離組件的所述至少一個液壓致動閥也可以限定一個大于七又八分之一英寸的通孔或者可以限定一個大于六又八分之一英寸的孔。一般地，所述孔越大就越好。
所述緊急分離組件優(yōu)選地可以固定到一個采油管(riser)上。所述緊急分離組件優(yōu)選地可以操作以在所述緊急分離機構(gòu)被激活的情況下來密封所述采油管的一個下端，以將所述緊急分離組件與所述下組件相分離。
在一個實施例中，一個優(yōu)選的液壓致動閥包括安裝到一個閥體的一側(cè)上的一個故障保護致動器以及安裝到所述閥體的相對側(cè)上的一個手動代用致動器。在一個當前優(yōu)選的實施例中，一個液壓致動閥包括一個閘門閥，所述閘門閥包括一個刀具和密封組件。
本發(fā)明還包括一種制造用于維護海底鉆井的輕的海底介入組件的方法。所述方法可以包括一個或多個步驟，例如，提供可與所述海底鉆井相連的一個下組件，而無論所述海底鉆井是否包括所述垂直采油樹或水平采油樹。另外一個步驟可以包括使所述下組件包括至少一個液壓致動閥，所述液壓致動閥可以操作來切斷延伸通過所述閥的所述管路、盤卷管路、伸長件和/或有線線路，并且然后關(guān)閉以形成密封來將所述海底鉆井密封。額外的步驟可以包括使所述下組件限定通過所述液壓致動閥的大于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹帽的一個孔。其它步驟可以包括假定所述輕的海底介入組件足夠輕，并且限定足夠小的占地面積，使得所述輕的海底介入組件可以利用處理能力小于半潛水平臺的船只來安裝到所述海底鉆井上。
在一個實施例中，所述方法進一步包括使所述下組件重量在10到40噸之間，并且/或者使所述緊急分離組件重量在5到20噸之間。
所述方法可以進一步包括提供一個緊急分離機構(gòu)，所述緊急分離機構(gòu)包括一個第一部分和一個第二部分，使得所述緊急分離機構(gòu)的所述第一部分可以固定到所述下組件上，并且所述緊急分離機構(gòu)的所述第一部分和第二部分可以選擇性地分離。額外的步驟可以包括使所述緊急分離組件能夠安裝到所述緊急分離機構(gòu)的所述第二部分上，并且提供用于所述緊急分離機構(gòu)的至少一個液壓致動閥，所述液壓致動閥限定了通過所述至少一個液壓致動閥的大于7英寸的一個孔。
在另一個實施例中，所述方法可以包括提供至少兩個用于所述下組件的液壓致動閥并且/或者使所述緊急分離組件可以固定到一個采油管上。額外的步驟可以包括使所述緊急分離組件可以操作以在所述緊急分離機構(gòu)被激活的情況下來密封所述采油管的一個下端，以將所述緊急分離組件與所述下組件相分離。最好使用海底潤滑器，所述方法可以進一步包括使所述緊急分離組件可以用一個海底潤滑器替換以允許在沒有使用采油管的情況下操作海底有線線路。
在一個使用采油管的實施例中，所述方法可以進一步包括提供用于采油管的一個一體的旋轉(zhuǎn)接頭和井口自噴器，以允許船只根據(jù)所述采油管周圍的氣候狀況來支持所述采油管。所述一體的旋轉(zhuǎn)接頭和井口自噴器還通過支持船只、鉆塔或用于控制所述海底鉆井介入的其它裝置來提供所述采油管系統(tǒng)的令人驚奇的改善的處理能力。
所述方法可以進一步包括假設(shè)至少一個液壓致動閥包括安裝到一個閥體的一側(cè)上的一個故障保護致動器以及安裝到所述閥體的相對側(cè)上的一個手動代用致動器。這個布置減少了重量，并且防止元件延伸到所述設(shè)計尺寸外部，同時提供了一個大的鉆孔。此外，所述方法可以進一步包括在所述海底介入組件上安裝一個獨立的液壓流體供應(yīng)器，并且假定至少一個液壓致動閥包括安裝到所述至少一個液壓致動閥的一側(cè)上的一個致動器，所述至少一個液壓致動閥可以操作來利用所述獨立的液壓流體供應(yīng)器。


為了進一步理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，應(yīng)該參考隨后的結(jié)合附圖的詳細描述，其中同樣的元件具有同樣的或類似的標號，圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個可能的實施例的海底介入組件的正視圖；圖1A是用于根據(jù)本發(fā)明的一個可能的實施例的圖1的海底介入組件的優(yōu)選的下采油管組件的元件的正視圖；圖1B是用于根據(jù)本發(fā)明的一個可能的實施例的圖1的海底介入組件的緊急分離組件的元件的正視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于具有采油管系統(tǒng)的海底介入組件的一個裝置的示意圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的同介入組件一起使用的表面設(shè)備的示意圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的可以同海底介入組件使用的采油管系統(tǒng)的詳細示意圖；圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一個可能的實施例的用于介入組件的詳細結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的用于海底鉆井的水平采油樹的大體示意圖；圖4B是圖4A的水平采油樹的鉆孔的示意圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的用于海底鉆井的垂直采油樹的大體示意圖；圖5B是圖5A的垂直采油樹的鉆孔的示意圖。
盡管本發(fā)明將結(jié)合當前的優(yōu)選實施例來描述，應(yīng)該理解，其目的并不是限制這些實施例。相反，其目的在于覆蓋包括在本發(fā)明的本質(zhì)內(nèi)以及如所附權(quán)利要求所限定的所有的變化、修改和等價物。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，尤其是圖1，圖中展示了根據(jù)本發(fā)明的一個輕且緊湊的海底介入組件10的一個實施例。由于井筒周圍的實際空間限制，比如已經(jīng)在海底井筒周圍就位的設(shè)備，所以期望海底介入組件10盡可能緊湊，很少或者沒有框架外的延伸。沒有實質(zhì)上突出到海底介入組件邊界外的元件也使得海底介入組件10更容易操作和實施。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，海底介入組件10可以用在采油管模式或海底有線模式和/或海底盤卷管道模式，如后面詳細描述的那樣。海底介入組件10模塊化以允許用最短時間且有效地從一個操作模式轉(zhuǎn)變到另一個操作模式。在一個優(yōu)選實施例中，海底介入組件10具有一個可控管道80(見圖2)穿過這個具有一個7-3/8英寸的內(nèi)部最小直徑的管道，同時具有一個相對緊湊的海底介入組件。如后面討論的，海底介入組件10可以操作來切斷其內(nèi)具有有線線路的至少達到2-7/8英寸的盤卷管道。
海底介入組件10優(yōu)選地包括總體上在12處示出的一個緊急分離組件以及總體上在14處示出的一個下采油管組件。緊急分離組件和下采油管組件每個都可以包括一個或多個不同類型的閘門閥，這在圖1A和1B中更清楚地展示了。如果在操作中必要的話，一個緊急分離機構(gòu)15用于將緊急分離組件12與下采油管組件14相分離。在一個優(yōu)選實施例中，緊急分離機構(gòu)15通過夾頭或其它可釋放的夾緊裝置來操作，比如卡爪、插銷、遠程控制銷以及類似物，這些裝置可以選擇性或者當很大的力施加于其上時緊固地夾持，或者如果必要被迅速釋放以允許完全分離。分離機構(gòu)15包括一個上部19和一個下部21，如果分離機構(gòu)15被激活，那么上部和下部就分離。緊急分離機構(gòu)12被固定到上部19，并且下采油管組件14被固定到下部21。
介入組件10優(yōu)選地可安裝到像適配器框架16那樣的一個標準井樓適配器框架上。適配器框架16可以在海底井樓上和/或建立同海底鉆井的一個界面。從支柱20到支柱22的距離可以是大約14英尺或者其它標準值。應(yīng)該注意，本發(fā)明事實上包含在這些尺寸范圍內(nèi)，沒有顯著突出到這些尺寸外的元件?？蚣芸梢杂芍еM成，比如框架支柱30和/或框架支柱26，它們可以插入像框架槽28那樣的框架槽內(nèi)。海底介入組件10優(yōu)選地利用任何現(xiàn)有的標準連接裝置來迅速安裝。在操作中，一個ROV(遠程操作船)可以引導(dǎo)框架槽與框架支柱對齊并且/或者可以以其它合適的方式幫助海底介入組件布置。
現(xiàn)在參考圖1A，多種類型的液壓閘門閥致動器可以在下采油管組件14內(nèi)使用，比如用于操作相應(yīng)的可滑動閘門來將井筒封閉的故障保護閘門閥致動器36和液壓致動器38。故障保護閘門閥致動器的一個典型例子在前面參考的專利中公開了，這些專利在此結(jié)合以供參考。在本發(fā)明中，閘門閥用于密封，但也需要用于在必要時切斷管道和/或有線線路。圖1所示的海底介入組件10是可以用在很深的水中的類型，水深達到并超過5000英尺或10000英尺或更多。
上閥36和下閥38可以優(yōu)選地安裝在一件或單一的部件34內(nèi)。這個單一結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是根據(jù)本發(fā)明的。每個閘門閥優(yōu)選地包括一個致動器和一個手動代用致動器，比如手動代用致動器40。手動代用致動器可以由一個ROV操作。手動代用致動器40位于單一部件34與相應(yīng)的液壓致動器48相對的一側(cè)。這個對稱結(jié)構(gòu)顯著地減少了閘門閥的整體尺寸和重量。在一個優(yōu)選實施例中，閘門閥致動器可以被移除以在沒有移除閥帽的情況下操作。具有可通過ROV從外側(cè)看到的一個閥位置指示器。多種指示器可以用來指示手動代用致動器的位置和/或前面描述的專利所討論的致動器的位置。上閘門閥36和下閘門閥38優(yōu)選地每個都包括一特殊外形的用特殊密封組件來操作的可滑動閘門，閘門能夠切斷有線線路，比如編織纜線或光滑線，如在前面提到的專利中詳細描述的。上和下閘門閥36和38還可以用于切斷產(chǎn)品管路和盤卷管路，如前面提到的專利中詳細描述的。上和下閘門閥36和38每個都可以在一個開放位置和一個關(guān)閉位置之間單獨移動，藉此通過管道或井筒80(見圖2)的液流可以被控制。
如前面討論的，下采油管組件14的上閘門閥36連接于緊急分離機構(gòu)15。如果緊急分離機構(gòu)15被激活，那么下采油管組件14保持在固定于海底井樓的適當位置處，并且通過具有冗余密封能力的閘門閥36和38來將海底鉆井密封。上閘門閥36包括在故障保護致動器42的殼體內(nèi)部的一個致動器彈簧，上閘門閥能夠切斷有線線路和/或管路，并且能夠操作以在18秒內(nèi)切斷以后關(guān)閉。如果液壓能量喪失，那么上閘門閥36就自動激活，因為致動器42優(yōu)選地是一個故障保護致動器，其移動到一個預(yù)選位置，比如閉合位置，如果液壓能量不發(fā)生。在故障保護致動器42內(nèi)的致動器彈簧優(yōu)選地在內(nèi)部與液壓流體隔離，以防止暴露在外，并藉此提供延長的使用期限操作、減少的維護和更安全的滿彈簧設(shè)計強度。致動器彈簧可以優(yōu)選地在一個預(yù)拉緊彈簧腔內(nèi)。因為彈簧腔防止了彈簧延伸經(jīng)過一個預(yù)定的長度，并且因為彈簧腔是可拆卸的，所以高拉伸彈簧可以安全地拆卸并替換，即使在這種高能量彈簧的拆卸否則是潛在的安全危險的場所。單一部件34大體上對稱，使得故障保護致動器42和相應(yīng)的手動代用致動器可以轉(zhuǎn)換到合適位置，并且在海底介入組件10內(nèi)提供更經(jīng)濟的空間和重量。
下致動器38可以被操作用于一個獨立的海底積聚庫，比如庫17(見圖1)或者液力存儲庫。這保證了在給出一個緊急關(guān)閉信號以將井筒80(見圖2)關(guān)閉來防止或減少液體泄漏的情況下有快速響應(yīng)時間。下采油管組件14具有如上面所述的小的外形，使得它容易操縱和發(fā)射。通常在大約1.5到3萬噸范圍內(nèi)的小的重量允許下采油管組件14通過相對更機動、更小、更便宜的船來操縱和/或布置，藉此顯著地減少時間、設(shè)備租賃費用以及海底介入操作的其它費用。
參考圖1B，緊急分離組件12包括閘門閥54，閘門閥具有液壓故障保護致動器46和在其對面安裝的手動代用致動器44。部件32是對稱的，使得故障保護致動器46和手動代用致動器44能夠設(shè)置在優(yōu)選為單一部件32的任一側(cè)。閘門閥54優(yōu)選地利用了一個導(dǎo)航操作快速傾斜閥，藉此液壓的損失造成閘門閥54關(guān)閉。當閘門閥54關(guān)閉并且假設(shè)介入組件10操作在采油管模式的時候，那么閘門閥54關(guān)閉了采油管的底部，藉此防止了如現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中發(fā)生的從分離的采油管中的溢油。閘門閥54可以操作用來切斷有線線路和/或管路。連接器56可以如此后討論的那樣連接到一個采油管上，并且優(yōu)選地在一個小的海底介入組件中提供大的7-3/8英寸的鉆孔。下連接器57連接到緊急分離機構(gòu)15上，緊急分離機構(gòu)可以在緊急情況下自動與下采油管組件14分離。
緊急分離組件10可以典型地重量小于大約20噸，并且緊急分離組件12可以重量小于大約10噸。輕的重量和流線型結(jié)構(gòu)允許系統(tǒng)被較小的船操縱，藉此減少介入的時間和成本。
圖2以及更詳細的圖3B和3C展示了海底介入組件10或者其有代表性的視圖，用于在采油管模式的操作中使用，其中下采油管組件14的框架58連接于如圖1和圖1B所詳細示出的一個緊急分離組件。如果期望在例如有線線路模式下操作，具有有線線路BOP和/或有線線路閘門閥的潤滑器可以代替緊急分離組件12來使用。潤滑器在壓力控制上與采油管非常相似，但是卻非常短，因為它僅僅需要覆蓋在海底介入中使用的一個向下鉆進的工具，比如穿孔槍或裝配工具。ROV可以與潤滑器配合使用，比如用于將向下鉆進工具刺入潤滑器內(nèi)。
如圖2-圖3C所示，采油管系統(tǒng)110優(yōu)選地包括多個元件，這些元件可以使用井口自噴裝置90和旋轉(zhuǎn)接頭92(見圖3A)在表面密封。在一個最優(yōu)選的實施例中，采油管系統(tǒng)包括一個井口自噴裝置，井口自噴裝置具有如前面提到的專利和專利申請所詳細討論的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)接頭，藉此采油管系統(tǒng)更容易布置和采油?？缃悠?4可以用來使井口自噴裝置與內(nèi)旋轉(zhuǎn)接頭配合以適應(yīng)多種不同尺寸的采油管系統(tǒng)。
參考圖2，采油管系統(tǒng)110的壓力接頭64和壓力接頭緩沖件(saversub)66被用來吸收存在于采油管系統(tǒng)110的下側(cè)的大部分的彎曲力，例如由于海流、波浪、動態(tài)定位船只的移動以及類似物所引起的彎曲力。采油管系統(tǒng)110的多種其它通常元件，如圖2和圖3B所示，包括采油管夾鉗68、多重采油管70以及臍夾組件72。其它多種元件可以用于支撐采油管系統(tǒng)110，比如采油管支架(未示出)、潤滑器閥跨接器98、潤滑器閥96、可以彼此結(jié)合為一體的旋轉(zhuǎn)接頭組件92/井口自噴組件90，操控/測試件(handling/test sub)88和操控框架86。如本實施例所示，采油管系統(tǒng)110可以用于多種目的，包括實施鉆井的檢驗以預(yù)測價值，或者預(yù)測鉆井，包括流量、預(yù)期壽命以及其它變量。采油管系統(tǒng)110可以用于寬泛種類的不同的介入目的，比如安裝柱塞、打孔、膠接以及類似目的。控制件，比如緊急停止系統(tǒng)112、擠壓岐管100和/或海底扼流岐管102，可以在檢驗程序中使用。
多種控制線優(yōu)選地同采油管系統(tǒng)110配合使用，比如臍帶74和環(huán)線76。像卷盤78那樣的多種槽輪、滑輪或類似物可以用于引導(dǎo)纜線從船只進入海底環(huán)境。環(huán)形纜線卷盤78和臍帶纜線卷盤84可以用來供應(yīng)并操作這些控制纜線。臍帶纜線卷盤82和臍帶纜線卷盤84可以被緊急關(guān)閉系統(tǒng)112控制。在緊急情況下，纜線卷盤可以程序控制以在關(guān)閉期間自動向上纏繞。如果使用了有線線路和/或盤卷管路，那么那些卷盤也可以結(jié)合進入緊急關(guān)閉系統(tǒng)112以開始向上纏繞并在緊急情況下施加張力，藉此在使用此前討論的閘門閥來切斷和密封井筒時提供幫助，閘門閥優(yōu)選地也被緊急關(guān)閉系統(tǒng)112控制。優(yōu)選地是讓有線線路和/或管路在切斷之前處于張力狀態(tài)以藉此獲得最佳切割，并且還使得張力牽引切斷物不礙事地豎直進入采油管，藉此允許更快地密封采油管底部。圖3C以分解形式展示了海底介入組件10的一般結(jié)構(gòu)，包括與分離組件12相關(guān)的緊急連接于井筒80、環(huán)線76和臍帶74的結(jié)構(gòu)。如圖3C進一步所示，通常的測試框架60和62或者類似的測試框架結(jié)構(gòu)可以用于輸送、測試、以及/或者下采油管組件14、緊急分離組件12和/或適配器框架或用戶接口連接16的框架的操控。像卷軸63那樣的卷軸可以用于多種預(yù)期目的。環(huán)形線76和/或臍帶44提供了控制線、壓力線以及類似物，它們在操作、控制、和/或修理海底鉆井以及/或者操作海底介入組件10和/或操作其它設(shè)備時是非常有用的。
本發(fā)明對垂直產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹以及水平產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹二者都是可以操作的。圖4A中示意性地展示了水平產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹104，其中卷軸105的結(jié)構(gòu)使得整個鉆孔可以用于工具或設(shè)備以維護鉆井，如圖4B所示。圖6A中示意性地展示了垂直產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹106，其中卷軸107的結(jié)構(gòu)使得像鉆孔108和110那樣的稍小的不同鉆孔必須用于維護鉆井，如圖5B所示。現(xiàn)有技術(shù)的海底介入組件通常不能回收在水平產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中使用的典型的較大的結(jié)構(gòu)樹栓塞，因為需要較大尺寸鉆孔通過，而整個空間受限并且優(yōu)選要減少成本。
在操作中，本發(fā)明的外形小且輕的海底介入組件10相對容易運輸、發(fā)射、利用和回收，藉此非常顯著地節(jié)約成本并允許海底鉆井更有效地操作。如果液壓動力失去，那么在下采油管組件14和緊急分離組件12中的故障保護致動器(假定采油管操作模式)將關(guān)閉和密封。如果任何像編織纜線或光滑線那樣的盤卷管路、產(chǎn)品管路和/或纜線在閥中，比如在有線線路操作期間可能會發(fā)生的那樣，那么這些元件將被切斷。盡管相信模塊能非?？煽康厍懈詈兔芊猓謩哟弥聞悠鬟€是可以通過ROV(遠程操作船)來使用，以完成關(guān)閉或切斷或者作為后備程序或其它選擇。緊急分離組件12的關(guān)閉迅速密封了采油管的底部以防止任何材料泄漏，藉此與現(xiàn)有技術(shù)相比極大增強了環(huán)境保護。舉個例子，如果采油管是1000英尺并且充有液體，那么這些液體可以防止從其泄漏。
在一個緊急情況下，緊急切斷控制系統(tǒng)112發(fā)送信號以關(guān)閉上面所討論的閘門閥。同樣，用于任何盤卷管路和/或有線線路的卷軸也可以被激活以牽引其上的張力，因此如果切斷，它們將在采油管被密封之前立即移動到采油管內(nèi)。如果期望，緊急分離組件12上的閘門閥會即時地延時操作幾秒鐘，以允許盤卷管路/有線線路在采油管關(guān)閉之前能牽引到采油管中。
如果期望，那么緊急分離組件12會被移除并用一個海底潤滑器組件及類似物替換，藉此一個ROV能夠?qū)⒂芯€線路和/或盤卷管路插入潤滑器內(nèi)并用填料函、滑油頭或類似物來密封潤滑器頂部。潤滑器通常是像采油管那樣的加壓/可密封容器管，但是典型地更短，因為它僅僅覆蓋有線線路工具或類似物，例如穿孔槍或灌漿栓塞安裝工具。有線線路BOP可以使用，或者有線線路閘門閥切割器能夠使用在潤滑器上。
大體上，應(yīng)該理解，像“上”、“下”、“垂直”以及類似這樣的詞是參考附圖的，和/或這些裝置可以不在所有時間都布置在這些位置，其位置依賴于操作、運輸、安裝以及類似的變化。而且，附圖用于描述本發(fā)明的概念，因此本發(fā)明提出的優(yōu)選實施例將明白地揭示于本領(lǐng)域技術(shù)人員，但不是用于最終產(chǎn)品的制造水平的圖紙或說明，并且可以包括簡化的概念性的視圖，期望使本發(fā)明更簡單快速地理解或解釋。在對本說明書審視的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解元件的相對尺寸和形狀可以與所示的具有很大不同，并且本發(fā)明仍然可以根據(jù)這里教導(dǎo)的新穎的要點來操作。
對于海底閥，也應(yīng)該理解，根據(jù)水深，可以作出合適的修改以彌補水深壓力。而且，不同的密封和/或安全閥等等可以使用在閥系統(tǒng)中，比如閥帽、手動代用殼體、致動器殼體以及類似物。而且，用于致動器、閥或類似物的一個殼體可以包括多種部件或元件，它們可以包括或者不包括用于另一目的的另一個殼體的一部分，因此殼體被簡單地構(gòu)造成用于某些元件的容器，例如致動器殼體是用于致動器元件的一個容器或主體，殼體可以以多種方式構(gòu)造，并且可以包括或不包括像閥套那樣的一個不同類型的殼體。
因此，本發(fā)明提出一種方法，用于將一個閘門閥安裝到井筒殼體/采油管上。閘門閥優(yōu)選地可以操作以控制流體和/或切斷管路或有線線路。所述方法包括一個或多個步驟，比如將閘門閥安裝到海底介入組件上以在優(yōu)選還沒有使用BOP在介入組件上的情況下來控制流體流動，將一個可滑動閘門安裝到閘門閥內(nèi)，在可滑動閘門具有一個第一側(cè)和與第一側(cè)相對的一個第二側(cè)的情況下，為可滑動閘門提供第一和第二底座，使得閘門的第一側(cè)優(yōu)選地鄰近第一底座并且閘門的第二側(cè)優(yōu)選地鄰近第二底座，在閘門閥的可滑動閘門上提供單獨一個切削刃，使得可滑動閘門限定了通過可滑動閘門的一個孔，定位單獨的切削刃使得孔在切削刃處具有最小直徑，鄰近閘門的第一側(cè)形成切削刃，以及/或者在閘門上提供一個傾斜表面，使得傾斜表面限定了至少孔的一部分，使得孔在遠離切削刃的軸向距離上增加了直徑，使得孔向著閘門的一個相對側(cè)具有最大直徑。
其它步驟可以包括將閘門閥安裝在海底介入組件10中。在本發(fā)明方法的一個實施例中可以進一步包括假設(shè)第一底座優(yōu)選是通過將兩個底座部件彼此相互嵌套互連而形成，假設(shè)第二底座優(yōu)選是通過將兩個底座部件彼此相互嵌套互連而形成，以及/或者假設(shè)孔在可滑動閘門的第一側(cè)具有最小直徑。
在另一個實施例中，提供了一種方法，用于確定切斷位于閘門閥內(nèi)的管路/有線線路而在閘門上所需的力。閘門閥優(yōu)選地可以安裝到一個海底介入組件上，使得管路優(yōu)選地被設(shè)置在井筒套內(nèi)。本方法可以包括一個或多個步驟，比如提供一個用于滑動支撐一個測試閘門的測試體，測試閘門可以具有與閘門相關(guān)的尺寸，插入一個測試管通過測試體和測試閘門，測試管可以具有與管路相關(guān)的尺寸，給測試閘門施加力，直到管被測試閘門切斷，以及測量切斷測試管所需的測試閘門上的力。所述方法還包括設(shè)計一個用于閘門的致動器，使得致動器能夠產(chǎn)生力和/或利用液壓來給測試閘門施加力。
在另一個實施例中，提供了一種方法，用于利用一個閘門閥來切斷井筒內(nèi)的一個管，使得管被推離閘門閥內(nèi)的閘門。所述方法包括一個或多個步驟，例如沿著通過閘門的孔在閘門的一側(cè)上給閘門閥提供單獨一個切削刃，在通過閘門的孔上提供一個傾斜表面，使得孔在單獨的切削刃末端開放一個最大的直徑，將管插入井筒內(nèi)穿過閘門閥，關(guān)閉閘門閥內(nèi)的閘門，以及在閘門關(guān)閉的時候切斷管，使得傾斜表面在管上產(chǎn)生一個力來將管遠離閘門移動。
因此提出一種裝置，包括用于一海底介入組件的閘門閥，閘門閥可以具有無論什么B.O.P.，以節(jié)約空間和重量。所述裝置包括一個或多個元件，比如閘門閥內(nèi)的滑動閘門、安裝在滑動閘門的一側(cè)上的單獨一個切削刃、與切削刃相鄰的一個傾斜表面使得單獨的切削刃和傾斜表面限定了通過滑動閘門的一個孔、以及用于閘門閥的一個液壓致動器，可以操作來施加足夠的力給滑動閘門以切削管路。在一個實施例中，傾斜表面相對于通過孔和閘門閥的流程的軸線具有3度到20度的角度。盡管本發(fā)明是描述尤其適合于下采油管組件的海底閥系統(tǒng)，如果期望，本發(fā)明的閥系統(tǒng)可以用于表面閥系統(tǒng)、管道以及任何其它應(yīng)用。
本發(fā)明前面的公開和描述是說明和解釋性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在沒有脫離本發(fā)明實質(zhì)的情況下，在尺寸、形狀、材料以及所示的多種核心元件的結(jié)構(gòu)或特征的結(jié)合的細節(jié)上可以做出多種變化。而且，本發(fā)明的范圍不限于其字面描述，而是包含所有所述權(quán)利要求的等同物。
權(quán)利要求
1.在維護海底鉆井中使用的一種輕的海底介入組件，所述海底鉆井包括至少一個垂直采油樹或水平采油樹，所述海底介入組件可以操作用于控制所述海底鉆井，同時在所述海底鉆井的所述維護期間使用至少一個管路、盤卷管路或有線線路，所述海底介入組件包括無論所述海底鉆井是否包括所述垂直采油樹或水平采油樹，能夠與所述海底鉆井相連的一個下組件，所述下組件包括至少兩個液壓致動閥，所述兩個液壓致動閥都不是B.O.P.式的，所述至少兩個液壓致動閥的至少一個可以操作來切斷管路、盤卷管路或有線線路，并且然后關(guān)閉以形成密封來將所述海底鉆井密封，所述下組件限定了通過所述至少兩個液壓致動閥的一個大于六又八分之一英寸的孔；一個分離機構(gòu)，包括一個第一部分和一個第二部分，所述分離機構(gòu)的所述第一部分固定到所述下組件上，所述分離機構(gòu)的所述第一部分和第二部分可以選擇性地分離；能夠安裝到所述分離機構(gòu)的所述第二部分上的一個緊急分離組件，所述分離機構(gòu)包括至少一個液壓致動閥，所述緊急分離組件限定了通過所述至少一個液壓致動閥的大于六又八分之一英寸的一個孔，所述輕的海底介入組件足夠輕并且限定足夠小的占地面積，使得所述輕的海底介入組件可以利用處理能力小于半潛水平臺的船只來安裝到所述海底鉆井上。
2.如權(quán)利要求1所述的輕的海底介入組件，其中，所述至少兩個液壓致動閥和所述至少一個液壓致動閥限定了一個大于七又八分之一英寸的通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的輕的海底介入組件，其中，所述下組件重量在10到30噸之間，并且所述緊急分離組件重量在5到20噸之間。
4.如權(quán)利要求1所述的輕的海底介入組件，其中，所述緊急分離組件可以固定到一個采油管上，并且其中所述緊急分離組件可以操作以在所述分離機構(gòu)被激活的情況下來密封所述采油管的一個下端，以將所述緊急分離組件與所述下組件相分離。
5.如權(quán)利要求1所述的輕的海底介入組件，其中，所述至少兩個液壓致動閥的一個第一閥包括安裝到一個閥體的一側(cè)上的一個故障保護致動器以及安裝到所述閥體的相對側(cè)上的一個手動代用致動器。
6.如權(quán)利要求1所述的輕的海底介入組件，其中，所述至少兩個液壓致動閥的一個第一閥包括一個閘門閥，所述閘門閥包括一個刀具和密封組件。
7.在維護海底鉆井中使用的一種輕的海底介入組件，所述海底鉆井包括至少一個垂直采油樹或水平采油樹，所述海底介入組件可以操作用于控制所述海底鉆井，同時在所述海底鉆井的所述維護期間使用至少一個管路、盤卷管路或有線線路，所述海底介入組件包括無論所述海底鉆井是否包括所述垂直采油樹或水平采油樹，能夠與所述海底鉆井相連的一個下組件，所述下組件包括至少兩個液壓致動閥，所述兩個液壓致動閥都不是B.O.P.式的，所述至少兩個液壓致動閥的至少一個可以操作來切斷管路、盤卷管路或有線線路，并且然后關(guān)閉以形成密封來將所述海底鉆井密封，所述下組件限定了通過所述至少兩個液壓致動閥的一個大于7英寸的孔，所述輕的海底介入組件足夠輕并且限定足夠小的占地面積，使得所述輕的海底介入組件可以利用處理能力小于半潛水平臺的船只來安裝到所述海底鉆井上。
8.如權(quán)利要求7所述的輕的海底介入組件，其中，所述下組件重量在10到40噸之間。
9.如權(quán)利要求7所述的輕的海底介入組件，進一步包括一個分離機構(gòu)，包括一個第一部分和一個第二部分，所述分離機構(gòu)的所述第一部分固定到所述下組件上，所述分離機構(gòu)的所述第一部分和第二部分可以選擇性地分離；能夠安裝到所述分離機構(gòu)的所述第二部分上的一個緊急分離組件，所述分離機構(gòu)包括至少一個液壓致動閥，所述緊急分離組件限定了通過所述至少一個液壓致動閥的大于7英寸的一個孔。
10.如權(quán)利要求9所述的輕的海底介入組件，其中，所述至少兩個液壓致動閥和所述至少一個液壓致動閥限定一個大于七又八分之一英寸的通孔。
11.如權(quán)利要求9所述的輕的海底介入組件，其中，所述緊急分離組件可以固定到一個采油管上，并且其中所述緊急分離組件可以操作以在所述分離機構(gòu)被激活的情況下來密封所述采油管的一個下端，以將所述緊急分離組件與所述下組件相分離。
12.如權(quán)利要求7所述的輕的海底介入組件，其中，所述至少兩個液壓致動閥的一個第一閥包括安裝到一個閥體的一側(cè)上的一個故障保護致動器以及安裝到所述閥體的相對側(cè)上的一個手動代用致動器。
13.如權(quán)利要求7所述的輕的海底介入組件，其中，所述至少兩個液壓致動閥中的一個第一閥包括一個閘門閥，所述閘門閥包括一個刀具和密封組件。
14.一種制造用于維護海底鉆井的輕的海底介入組件的方法，所述海底鉆井包括至少一個垂直采油樹或水平采油樹，所述海底介入組件可以操作用于控制所述海底鉆井，同時在所述海底鉆井的所述維護期間使用至少一個管路、盤卷管路或有線線路，所述海底介入組件包括提供可與所述海底鉆井相連的一個下組件；使所述下組件包括至少一個液壓致動閥，所述液壓致動閥可以操作來切斷所述管路、盤卷管路或有線線路，并且然后關(guān)閉以形成密封來將所述海底鉆井密封；使所述下組件限定了通過所述至少兩個液壓致動閥的大于六又八分之五英寸的一個孔；以及使所述輕的海底介入組件足夠輕，并且限定足夠小的占地面積，使得所述輕的海底介入組件可以利用處理能力小于半潛水平臺的船只來安裝到所述海底鉆井上。
15.如權(quán)利要求14的方法，進一步包括使所述下組件重量在10到40噸之間。
16.如權(quán)利要求14的方法，進一步包括提供一個分離機構(gòu)，所述分離機構(gòu)包括一個第一部分和一個第二部分；使所述分離機構(gòu)的所述第一部分可以連接到所述下組件上；使所述分離機構(gòu)的所述第一部分和第二部分可以選擇性地分離；使一個緊急分離組件能夠安裝到所述分離機構(gòu)的所述第二部分上；以及提供用于所述分離機構(gòu)的至少一個液壓致動閥，所述液壓致動閥限定通過所述至少一個液壓致動閥的大于7英寸的一個孔。
17.如權(quán)利要求16的方法，進一步包括提供至少兩個用于所述下組件的液壓致動閥。
18如權(quán)利要求16的方法，進一步包括使所述緊急分離組件可以固定到一個采油管上；以及使所述緊急分離組件可以操作以在所述分離機構(gòu)被激活的情況下來密封所述采油管的一個下端，以將所述緊急分離組件與所述下組件相分離。
19如權(quán)利要求16的方法，進一步包括使所述緊急分離組件可以用一個海底潤滑器替換以允許在沒有使用采油管的情況下操作海底有線線路。
20如權(quán)利要求14的方法，進一步包括提供用于所述采油管的一個一體的旋轉(zhuǎn)接頭和井口自噴器，以允許船只根據(jù)所述采油管周圍的氣候狀況來支持所述采油管。
21如權(quán)利要求14的方法，進一步包括使所述至少一個液壓致動閥包括安裝到一個閥體的一側(cè)上的一個故障保護致動器以及安裝到所述閥體的相對側(cè)上的一個手動代用致動器。
22如權(quán)利要求14的方法，進一步包括在所述海底介入組件上安裝一個獨立的液壓流體供應(yīng)器；以及使所述至少一個液壓致動閥包括安裝到所述至少一個液壓致動閥的一側(cè)上的一個致動器，所述至少一個液壓致動閥可以操作來利用所述獨立的液壓流體供應(yīng)器。
23如權(quán)利要求14的方法，進一步包括使所述至少一個液壓致動閥包括一個閘門閥，所述閘門閥包括一個一體的刀具和密封裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于輕的海底介入組件的裝置和方法，所述海底介入組件可以使用比半潛水平臺提升能力小的船只來安裝，使得海底介入組件可以以更少的時間和成本來運輸、安裝以及從海底鉆井中移除。在一個實施例中，本發(fā)明包括一個利用兩個液壓致動閥的下采油管組件，用于控制海底鉆井。一個緊急分離組件利用一個分離機構(gòu)固定在下采油管上。緊急分離組件能夠操作以在分離機構(gòu)激活的情況下密封采油管底部，從而使采油管的液體泄漏最小化。
文檔編號E21B34/04GK1806088SQ200480016810
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者A·孫達拉拉賈恩, T·麥克雷迪 申請人:環(huán)球油田機械公司