專利名稱：海上平臺和使用該平臺的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種海上平臺及其使用該平臺的方法，特別涉及到為安裝一根或多根油井套管而在海底使用的平臺和方法。
通常在近海井鉆井時，在鉆油井的位置的海底上安裝一平臺。平臺一般包括由具有許多通道的管道建成的支架。平臺一般與樁子固定連接，這些樁子被打入海底，以保證平臺安全。這里所說的“海底”和“海上”平臺等應當包括任何水域，在其間可以鉆水下油井。
在保證安全的情況下，平臺提供一種裝置，以便隔開鉆入地層的各種井管。平臺也支撐油井套管、鉆井隔水管、防噴裝置以及鉆井和生產期間的負荷。
許多已有平臺都包括使平臺相對于非水平的海底保持水平的裝置作業(yè)要求這樣，以便平臺適于接受樁子、導管、鉆桿柱和各種隔水導管，而所有這些都沿基本垂直的方向從平臺和浮船接近海底。
保持平臺水平的設備和技術大大增加了平臺的成本，并且還需要使用水下驅動裝置或遙控操縱的設備，以便完成平臺測平工作。
有些例子中，平臺可以被安裝在基本上水平的海底，導管、樁子、鉆頭等可以沿基本上是非垂直方向靠近平臺。這是由于鉆桿柱相對平臺位置彎曲，而鉆桿柱是從該平臺放下的。在某些場合，將要求沿非垂直方向，穿過平臺放下鉆桿柱或套管柱，以便鉆出略有角度的井孔。已有的平臺以相對平臺基本垂直的方向接受導管、樁子、鉆桿柱等。
有必要提供一種平臺及其使用方法，該平臺可以固定到海底而不必對其進行測平。
還有必要提供一種平臺及其使用方法，該平臺的鉆桿柱、套管柱等可以穿過安裝在海底的平臺被接受，并可以不與平臺保持垂直。
本發(fā)明包括一平臺和使用該平臺的方法，該方法包括把平臺降到海底，樁子與平臺樞軸連接，并把樁子打入地層的步驟，隨后，油井套管與平臺樞軸連接并被打入地層。本發(fā)明的裝置包括完成該方法的結構。


圖1是根據(jù)本發(fā)明建造的平臺的頂視圖;
圖2是沿圖1的2-2線的剖面圖;
圖3是圖2的平臺的局部放大圖，包括幾個轉向位置時的導管和帶有導管的永久性導向基架。
圖4是圖2的平臺的局部放大圖，包括幾個轉向位置的樁子;
圖5是沿圖1的5-5線的剖視圖，它表明鉆井完成以及產品和輸油管安裝后的狀態(tài)。
本發(fā)明提供了一種海上鉆井平臺及其使用該平臺的方法。該平臺包括一個安裝在海底的支架;樞軸連接樁子和支架的裝置，當樁子這樣連接時支架允許樁子沿縱軸線運動;還包括樞軸連接油井套管與支架的裝置，當油井套管這樣連接時支架允許油井套管沿縱軸線移動，該平臺可以用來完成該發(fā)明的方法。
現(xiàn)在看圖1，以10來表示根據(jù)本發(fā)明的裝置建造的平臺，平臺10包括由許多諸如14、16一類的橫梁所構成的支架12。橫梁14是如圖中以虛線表示的寬緣橫梁。圖1中帶有虛線的其它橫梁也是寬緣橫梁。
泥漿層18包括固定在機架12下側的一塊板上，它的外圓周與機架12的外圓周相同。泥漿層包括一內周邊，它實際上是帶有側邊20、22、24、26、的方形。這樣，平板的中心位置包括一開口30、它由寬緣橫梁27、28成十字形隔開。
32表示樁子底座，34表示油井底座，在圖1中，可以看到平臺10總共包括四個樁座，它們實質上都與樁座32相同。平臺10還包括總共14個油井底座，每一個實質上都與油井底座34相同。
平臺10還包括一對輸油管底座，它們分別用36、38表示，另外，包括一對出油管底座，它們分別用40、42表示。
在圖3中，更詳細地描述了油井底座34。它包括穿過平臺通道44，在平臺10中，球形軸承連接器46放在里面。聯(lián)接器46和與其相關結構在后面將進一步描述，聯(lián)接器被看作是樞軸連接油井套管與機架的裝置。通道44由漏斗形部分52、上圓筒狀部分54(聯(lián)接器放在其中)、圓錐形部分56以及下圓筒部分58構成。
也被認為是第二個萬向接頭的聯(lián)接器46，包括具有一實質上為圓筒形開口62的球形軸承60。軸承60由帶有四個弧形部分的軸承座支撐，其中的兩個部分是64、66(見圖3)?；⌒尾糠?4、66由銷軸68、70固定，而銷軸68、70被固定在平臺支架上。在圖1中也可以看到銷軸68、70。另一對銷軸72、74固定象64、66一樣的另外兩部分。銷軸與這兩部分65、67(未表示)一起構成支撐軸承的支座，如圖1所示，軸承座的每個弧形部分確定了一約為30°弧的弧度角。
漏斗形部分76，在開口62的圓周，被安裝在軸承60的上部。
在圖3中，油井底座34帶有一個導管78，導管78也被看作一個油井套管。
導管78包括大量使用的永久性的安裝在導管上端的導向基座80、導管78的右側和導向基座80(用實線)基本上為垂直位置。處于反時針方向旋轉的最大位置、導管78和導向基座80的左側上部(圖中虛線)，當導管78的下部(圖中虛線)處于順時針旋轉的最大位置時(圖3)。這樣，確定導管78的縱向軸線位置便有三條線?？梢钥闯觯瑢Ч?8和導向基座80相對于縱向軸線實質上是對稱的。
象所看到的套管78的虛線位置，左側導管78碰著平臺的最下部，從而限制軸承60的轉動。
導管將碰到平臺的最下部而不管轉動方向，并將限制軸承轉動的角度。
82表示連接油井套管與油井套管的連接裝置，也可以作為固定套管與第二接頭的裝置。它包括在軸承60中開口62的內圓周而形成的環(huán)形槽84。另一環(huán)形槽86繞在導管78的外表面的圓周上。槽84和86高度基本相同。彈簧圈88具有一如圖3所示斷面的約300°弧度角的弧形線。當固定裝置82的部件如圖3所示時，彈簧圈88部分地放在槽84、86中，從而限制了導管78相對于軸承60的開口的軸向運動。
導向基座80包括一對相對直立的臂81、83，它們均有一縱向孔，如同后面的圖5所描述的那樣。系在凸耳85、87上的繩子，用安裝在上部的導向基座80來引導導管78進入井座34中，凸耳85、87固定在平臺的上部。
現(xiàn)在看圖4，包括樁座32的結構將更詳細地表示出來。其中包括穿過平臺而形成的通道90，該通道90包括下圓筒部分92，中間部分94和上部96，上部96形成了一個以通道90縱軸線為中心的環(huán)形空間。上部96由具有環(huán)形內圓周100的下環(huán)形板98，豎直的圓筒部分102，以及具有環(huán)形內圓周106的上環(huán)形板104也可以從圖1中看出。
在環(huán)形部分96內所安裝的是環(huán)形軸承支座108，該軸承支座108包括一上環(huán)板110，下環(huán)形板112、以及一豎直的圓筒部分114，114與上下環(huán)板110、112的外圓周相接合。實際上，環(huán)形軸承座116與板110、112內圓周相接合，并用以支撐球軸承連接器118。聯(lián)接器118及其有關結構將在以后更充分地描述。聯(lián)接器118被用來作為樞軸連接樁子與機架的裝置。也被看作為第一萬向接頭的軸承連接器118包括一球軸承120，該軸承有一實質上為圓柱形的開口122，開口112包括一帶有上肩126和下肩128的環(huán)形槽124。
可以看出，軸承座116不是做成在整個360°圓周上進行支撐，而是把它分成許多類似于井座34中那些支撐軸承60的弧形軸承座。
以實線表示的聯(lián)接器118，它包括樁子130。聯(lián)接器和樁子基本上處于垂直位置。樁子130包括一縱向圓管，該圓管有一端插在平臺正下方的地層里。后面將對此進一步描述。聯(lián)接器118的左側用虛線以其逆時針方向表示。樁子130的下端132以虛線表示其假想位置，當聯(lián)接器118和帶有樁子130的縱向軸線134呈順時針方向時，即處于該位置。
以虛線表示的軸承支座108的右側位于與通道90的縱軸線共軸的環(huán)形部 6內，這條軸線用135表示，象后面將更詳細地描述的那樣。把平臺安置在海底，用軸承座108把樁子130固定在海底，軸承108用銷釘138一類的緊固件將其固定。聯(lián)接器118的左側帶有可拿開或剪斷的銷子和處于最左側的軸承座108。對此，在后面將結合描述平臺的使用方法時進一步描述。
現(xiàn)在再來看圖4，一對轉動擋140、142安裝在漏斗136兩側的下表面。如圖4中左側所示。擋140緊貼板104的上表面或板110的上表面，以便在軸承支座108與其同軸時，阻止聯(lián)接器118的逆時針轉動。與此相似，擋142可以限制聯(lián)接器118的順時針轉動。在平臺的上部安裝一對凸耳144、146，它們作為引導繩(未表示)的錨，這些錨用來使下面的樁子130進入并穿過聯(lián)接器118，好此，在后面將進一步描述。
現(xiàn)在來看圖5，此時所表示的平臺10處于裝配狀態(tài)，以及在井座34中油井完成之后，輸油管36包括球軸承聯(lián)接器148，它在結構和運轉上與聯(lián)接器46相似。與通道44、90相似并穿過平臺而形成的通道150可容納泥漿管152，該管緊固地安裝在聯(lián)接器148的下端。導管154穿過通道150的壁進入該通道，其一端系在導管156上，導管156安裝在平臺上，而另一端系在與軸孔155有關的聯(lián)接器148的下端。導管156的另一端與出油管157相通，該出油管157與一通道(未示)相連，以便通過出油管157提供生產的液體，廣泛使用永久性導向基座159安裝在聯(lián)接器148上，并起到與導向基座80同樣的作用。廣泛應用的螺紋千斤頂161、163可以用來保持導向基座159處于水平，這將在與平臺操作有關的敘述中進行解釋。
通常采用的井口頭158安裝在聯(lián)接器148上，并與輸油管160的一端保持聯(lián)接，160的另一端與水面生產平臺相連。
與此相仿，通常采用的井口頭162安裝在導向基座80上。產品提升機164的一端與井口相接，另一端與表面平臺上的設備相連軸線166、168、170分別確定了樁子130、聯(lián)接器78(提升機164)以及提升機160的縱軸線。
作業(yè)時，通過升降船或半潛水的鉆井設備，將平臺10降至海底。在發(fā)明的一個實施例中，平臺10重約450噸，優(yōu)先采用升降船進行作業(yè)。
當平臺在海底不工作時，它可以不平行而是以一角度傾斜放置，如圖5所示。在平臺在海底不工作后，安裝象樁子130那樣的四根樁子的每一根，以便使平臺穩(wěn)定地停泊。從平臺伸出到表面的凸耳144、146上的繩(未表示)用于引導樁子130和吊起樁子的管線，所述的繩索用于將管線的下端帶入漏斗136。樁子130的下端穿過漏斗136進入聯(lián)接器118。樁子處于基本垂直狀態(tài)，即沿圖5中軸線166靠近井座34。樁子的下端由漏斗136引導進入開口122。開口122的軸線。由于和漏斗側面相對的樁子下端的作用，當樁子下端降低時，開口122的軸線與樁子的軸線對準。當開口的軸線被調準時，樁子穿過開口和通道90進入如圖5所示的平臺正下方的地層。樁子和管柱的重量將開始帶動樁子進入底部。因此，水可以穿過管柱進行循環(huán)，從而浸蝕樁子正下方的地層，因而，在平臺下面的地面中需要進一步嵌入樁子。
通常使用的液壓錘也可以用于安裝樁子130，在這種情況下，樁子的下端也沿軸線166靠近聯(lián)接器118，并象上邊所述的那樣被裝入。
在樁子被牢固地嵌入平臺正下方的地層后，安裝它的裝置移開，將通常使用的液壓設備(未表示)插入樁子166里，并在其中下降，直到該設備裝入開口122為止。該設備用來使靠近槽124的樁子的那部分沿徑向膨脹。這樣，使樁子膨脹進入如圖4所示的右側視圖中的槽。這樣的膨脹限制了樁子沿圖所示軸線155的軸向移動。
其余的每根樁子也類似的方式安裝，這樣，各個樁子就可以在平臺上傳遞負荷到正下方的地層上。
樁子安裝完畢后，帶有安裝在樁子上的永久性導向基座80的套管78下降直到導管的下端落入漏斗52內為止。導向基座80的兩個臂81、83由繩索承受，如圖5所示。這些繩索固定在平臺的凸耳85、87上，上述繩索引導導管，使其下端進入漏斗52內。漏斗52將導管的下端引向軸承60上的漏斗76導管78沿實質上為垂直的軸線168靠近平臺。當所述下端撞到漏斗時，它趨于帶動軸承60，因而，可以用靠近導筒的軸線來調準開口62的軸線。
彈簧圈88裝在導管78的槽86中，當導管進入平臺正下方時彈簧圈靠近軸承60。當彈簧圈在漏斗76中并靠近開口62時，它被壓入聯(lián)接器上的槽86中，在那里允許彈簧圈放在開口62里。當該圈靠近軸承60里的槽86時，它脹入槽86內一部分，并占據(jù)一定位置，如圖3所示，在那個位置，它限制導管78沿開口62的軸線的垂直運動。
導管安裝好后，開始鉆井。通過導向基座80上的導繩，鉆井設備進入并穿過聯(lián)接器78。在以常規(guī)方法鉆完井后，輸油管164和輸油管聯(lián)接器162被下降至一定位置，使用引導繩在位于導向基座80內側的井口上，安放上述輸油管164和輸油管聯(lián)接器162。
油井導管嵌入每個井座，在油井座中鉆井，鉆完井后，安放輸油管，其方式與所述的與井座34有關的相同。
位于輸油管引導架上的螺紋千斤頂161、163使引導架保持水平。隨后，圖5所示的泥漿被注入通道150，從而使聯(lián)接器148相對于平臺永久性地固定，輸油管160以象采油管那樣的方式安裝如上所述，當安裝和鉆完之后，每口井的產品由管子送到平臺表面。隨后，這些產品被通過導管154注入輸送管160，并被注入輸送管157以便輸送到管道。其它的輸油管和有關設備也從平臺接收產品，并以類似的方式把產品送到管道。
可以看出，本發(fā)明提供了一種用于安裝油井導管和樁子的萬向接頭的平臺，它能在不平坦的地面上使用，而不要在已有的平臺中是必要的昂貴的設備和保持水平工序。此時，應該注意到，由于從表面降下的管柱的彎曲，以及甚至當平臺基本水平時，樁子和導管可以以稍微不垂直的角度靠近平臺。應用本發(fā)明的平臺，在與漏斗相對的樁子或導管的下端作用下;球形導向軸承轉動，引導導管或樁子進入漏斗從而調準軸承開口以裝入導管或樁子。
由于地表面相當傾斜，在該過程中，保持水平應該被認為是必要的。鉆斜井時，在驅動象130一類的樁子進入確定地層之后和把樁子鎖到相應的軸承上之前，平臺一端可以升起以帶動平臺到一更水平的方位。由于每根樁子被緊密地安置在各自相應的軸承內，象圖4中138一類的銷子被剪斷以便準許軸承座的橫向移動，上述銷子138將軸承座108與通道90同軸固定。在平臺按要求定位后，所述每根樁子通過通道90被接收。每根樁子被固定到相應的軸承上，鉆井可以象所述的那樣進行。
由于每根樁子和導管被緊密地放在它們各自的軸承內，平臺和油管等的負荷被傳遞到樁子上及相應的地層。由于樁子和導管相對于各自的軸承沿軸向固定，油管和平臺等的軸向負荷也傳遞到樁子上，這些負荷提供了一很穩(wěn)定的機座和平臺。這樣，鉆井和其它的操作可以進行。
可以看出，在不違反本發(fā)明實質的情況下，還可以得到其它改進的實施例，這將在隨后的權利要求中限定。
權利要求
1.一種在水下地層中安裝油井套管的方法，其特征在于它包括以下步驟將平臺下降到水下；樞軸地連接樁子與平臺；將樁子打入地層；樞軸地連接油井套管與平臺；將油井套管打入地層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的方法還包括將樁子固定到平臺的步驟。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于所述的方法還包括油井套管固定到平臺的步驟。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于還包括樞軸地連接樁子與平臺的步驟，其方式為在允許樁子沿各個方向轉動時，也允許樁子沿其縱軸線移動。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于允許樁子沿各個方向轉動的步驟，包括在預定的角度段讜市磣友馗鞲齜較蜃牟街琛
6.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于樞軸地連接油井套管與平臺的步驟包括以下方式連接油井套管與平臺的步驟，該方式在允許油井套管沿各個方向轉動的同時，也允許油井套管沿其縱向軸線移動
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于允許油井套管沿各個方向轉動的步驟，包括在預定的角度范圍內允許油井套管沿各個方向轉動的步驟。
8.一種在水下地層中安裝油井套的平臺，其特征在于該平臺包括安放在水底的支架;用于樞軸地連接樁子與所述支架的裝置，在所述樁子如此連接時，所述樁子連接裝置允許樁子沿其縱軸線移動;用于樞軸地連接油井套管與所述支架的裝置，在所述油井套管如此連接時，所述油井套管連接裝置允許油井套管沿其縱軸線移動。
9.根據(jù)權利要求8所述的平臺，其特征在于所述的每一連接裝置的建造和安裝，都允許其沿各個方向轉動。
10.根據(jù)權利要求9所述的平臺，其特征在于所述平臺還包括固定連接所述樁子與所述樁子連接裝置的裝置。
11.根據(jù)權利要求9所述的平臺，其特征在于所述平臺還包括固定連接所述油井套管與所述油井套管連接裝置的裝置。
12.根據(jù)權利要求9所述的平臺，其特征在于所述沿各個方向的轉動限定在預定的角度范圍。
13.一種在天然水底上使用的平臺，其特征在于包括具有一對通道的基本為平面的架子;在所述通道之一中的第一萬向接頭，所述接頭具有一安放樁子的開口;當如此安裝時，所述樁子能沿各個方向轉動。用于固定所述樁子與所述第一接頭的裝置。用于固定所述油井套管與所述第二接頭的裝置。
14.根據(jù)權利要求13所述的平臺，其特征在于所述平臺還包括圍繞通道的周邊在所述平臺上安裝的一個漏斗，以便向所述第二接頭引導所述油井套管的一端在上述通道中安放所述第二接頭。
15.根據(jù)權利要求13所述的平臺，其特征在于所述平臺還包括圍繞所述開口的周邊，在所述第二接頭上安裝的漏斗，用來引導所述油井套管的一端進入所述開口。
16.根據(jù)權利要求13所述的平臺，其特征在于所述平臺還包括，限制萬向接頭相對通道的垂直軸線轉動一預定角度的裝置，所述接頭安放在所述通道中。
17.根據(jù)權利要求13所述的平臺，其特征在于用來固定所述油井套管與所述第二接頭的裝置包括一個沿徑向在所述油井套管外表面上形成的環(huán)槽;一個在所述槽中放置的弧形彈簧圈;一個在所述第二接頭開口的內表面上形成的環(huán)形槽，當所述彈簧圈降至所述第二接頭開口時，壓入所述油井套管槽內，當所述的圈靠近時，部分膨脹進入所述開口槽。
18.根據(jù)權利要求13所述的平臺，其特征在于所述平臺還包括橫向移動所述第一萬向接頭的裝置。
19.一種在水下地層中安裝油井套管的方法，其特征在于它包括以下步驟提供一座帶有一對萬向接頭的平臺，所述接頭的每一個具有基本上為圓筒形的開口;降低平臺直至它放在水底上;在所述萬能接頭之一的上面放置一根樁子，所述樁子相對于水面具有基本上為垂直方向。旋轉所述接頭以調準帶有所述樁子的開口;穿過所述開口下降所述樁子并進入地層。在所述另一個萬能接頭的上面，放置一油井套管，所述油井套管相對于水面基本上是垂直的方向;旋轉所述另一接頭以調準帶有所述油井套管的開口;穿過所述另一接頭開口，下降所述油井套管并進入地層。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于所述方法還包括在穿過所述開口下降所述樁子并進入地層的步驟之后，還要固定所述樁子與其相關的接頭。
21.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于所述方法還包括，在穿過另一接頭開口下降所述油井套管并進入地層后，還要固定所述油井套管與其相關的接頭。
全文摘要
海上平臺和使用該平臺的方法。海上平臺包括許多萬向接頭，用以安放樁子，樁子固定在海底。還包括許多安放油井套管的萬向接頭。平臺降至海底。樁子和油井套管沿基本上是垂直的軸線被打入各自的萬向接頭。最后定位時，樁子和油井套管與各自的萬向接頭相固定，以便滿足使平臺保持水平的需要。
文檔編號E02D23/16GK1034237SQ8810852
公開日1989年7月26日 申請日期1988年10月28日 優(yōu)先權日1987年10月28日
發(fā)明者約翰斯·尤金·霍爾, 塞繆爾·李·彭尼 申請人:阿莫科公司