专利名称：清除海底钻井钻中出泥沙的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和装置，用于清除在海底钻井期间钻出的泥沙(cutting)。
背景在地下地层钻井时，将产生钻出的泥沙，这些泥沙采用钻井流体传输到地面上。在海上钻油井和/或者气井时，在钻最上部一部分孔时，通常用水作钻井流体。因此，钻出的泥沙将形成杂物，并沉积在海底，钻一口井通常会产生约几百立方米的钻出泥沙。
因此需要将钻出的泥沙运离钻井，使其不会沉积为大的土堆，这种土堆会妨碍以钻井或者井口为工作对象的其他工作，并可能损害井的构件。
因为钻井是开销很大的操作，所以对运送钻出泥沙所用设备的操作可靠性和充分的清除能力提出了很高的要求，围绕钻井有导流座，钻杆组配置成穿过该导流座。通过将抽吸软管连接到这种导流座，可以清除钻孔期间钻出泥沙。
先有技术工艺已经提出若干种工艺来解决这一问题，例如挪威专利No.302043提出的工艺。这一工艺和其他先有技术工艺的缺点是，能耗很高，而且要求需要从地面单独供能的大设备。这一结果是需要将大的设备和全部操作人员送到钻机上，需要大设备例如绞盘机和供电装置的贮存空间，并且在钻机夹板上操作这种大设备和操作人员聚集是存在风险的。
另外，先有技术工艺中若干工艺的缺点是，抽吸系统的横截面是不时变动的，因此包含了发生堵塞和钻井临时停工的风险。众所周知，可以采用具有偏心喷头的喷射泵来抽吸沉积物(挪威专利No.312541)。然而该专利对于将沉积物传送多远受到严格限制。另外，还应当注意到，在钻井期间，ROV不能运转，因为清淤设备很靠近钻杆组。上述专利没有解决如何构成该设备的问题，使在手边具有备用单元，或者在手边总有不同特性的单元。
从例如挪威专利申请No.20014843，已知若干种不同设计的喷射泵，在这种泵中偏心配置一个或多个喷头，以避免喷射泵堵塞。
众所周知，为了清淤，可以采用具有两个入口的抽吸头，使抽吸头定位在沉积物的顶部而不会有任何抽吸软管发生堵塞的危险(挪威专利申请No.20016361)。
目的本发明的目的是提供一种方法和装置，以便以有效和只需极少设备的方式，输送钻井期间从海底钻井中钻出的泥沙。
发明概要本发明包括如权利要求1所述的方法和如权利要求10所述的装置。附属的权利要求公开了本发明的优选实施例。本发明的方法和装置能用一个和多个ROV向喷射泵提供动力，并在不需要输送沉积物时，将该一个或多个ROV用于其他方面。为了达到要求的通用性，ROV和喷射泵分别具有个自的管接头部分，这些管接头部分最好由ROV操作。在ROV上只安装一个具有特定连接软管的水泵，该ROV也可以用于一般的用途。
连接于喷射泵的管子或者软管系统最好具有恒定直径，或者至少从入口端到出口端的方向没有收缩部分，从而消除造成堵塞的障碍物。
本方法的优点是，可以在钻井期间连续地清除钻出泥沙，这样便形成本发明方法的优选实施例。
为了降低能耗，该喷射泵的出口侧设计为横截面逐渐增加，这种出口通常称为“扩散口”。
本发明方法和装置的另一优点是，该方法和装置包括以ROV为基础的重量轻的抽吸设备(对应于挪威专利312541)，可以通过受限的(狭窄的)进出通道清除场地的沉积物。因此可以利用ROV的标准电源向水泵供电，该水泵向喷射泵供水。该抽吸单元被设计成不仅能够出入狭窄的场地，而且还不损害易损部件和设备。
发明的详细说明
图1是示意图，示出本发明装置的实施例。
图2是本发明的具有抽吸管的“备用”喷射泵的视图。
图3是示意图，示出本发明的另一装置。
图4是图1所示的实施例图，还包括位于喷射泵压力侧的软管。
图5示出图1和4所示实施例的替代实施例。
图1示意示出组件(单元)1(圈住部分)如何靠近另一单元以及容易连接到该单元，该组件包括其上装有水泵3、连接软管4和管接头第一部分11a的ROV2，该另一单元包括具有抽吸软管6或者管子的喷射泵5，在此图中，示出为了从钻井中将钻出泥沙抽到与钻井7隔开一段距离的泥沙堆9上，该软管6连接于靠近海底8钻井7上。喷射泵5具有管接头11的另一部分11b，该部分适合连接于上述管接头的第一部分11a。
抽吸软管或者管子6沿其整个长度具有基本上恒定的横截面，并尽可能配置成直的。该喷射泵5包括直径基本上恒定的管道，该直径等于抽吸软管6的直径。在所示的实施例中，抽吸泵具有张开的出口端部分10，该出口端部分起扩散口的作用，有利于从可用的动力得到最大的抽吸力。该喷射泵包括一个和若干强力喷头(未示出)，该喷头由水泵3供水。本发明的喷射泵5最好是喷头配置在外面的那种喷头，如挪威专利No.312541所述。喷射泵5最好还具有直的喷射管，沿该喷射管对称配置两个或多个喷头，如挪威专利申请No.20014843所述。ROV2/水泵3/连接软管4构成的组件1利用管接头11容易连接于喷射泵5，并且如果需要可以容易与该喷射泵脱开。这样，还可以将ROV用于其他用途。另外，抽吸软管6适合于用另一管接头12连接于钻井7。管接头11和12最好是这样一种接头，使得这些接头可以由ROV操作，最好由要连接这些管接头的ROV操作。该管接头11通常是一般称作为快速连接管接头的那种接头。管接头11的结构不是太重要的，这种接头一般包括锁定部件，在稍许转动或者轴向运动时，该锁定部件便可以使连接部分11a和11b彼此密封地锁定。该锁定部件通常由配置在ROV上的普通外部机构手操作。第二管接头12可以与管接头11相同，或者是另一种管接头。
喷射泵5由水泵3供水。本发明方法的中心特征在于仅在需要清除沉积物时，才将通用的ROV连接于喷射泵5。因此同样的ROV2在不需要清除沉积物时，可以用于其他方面。如果向喷射泵送水的水泵3也配置成可以向配置在抽吸管6入口端上的或者靠近该入口端配置的至少一个喷头供水，以便反向冲击在入口开口处可能形成的沉积物，则更为合适。该至少一个喷头(未示出)也应当配置在软管或者管子6的外面，从而不限制软管的横截面。
喷射泵5通常可以利用通用ROV2上可用的动力，例如形式为水力的动力。若干操作级别的ROV具有相当于20-30kW的可用水力动力。与需要相比，这是一个相当有限的量。必须设计喷射泵5和软管6，达到最佳地利用这种量，以便达到可以充分清除产生泥沙量的抽吸力。另外，重要的是抽吸管6中的速度必须高到可以避免泥沙沉淀，并堵塞抽吸软管6或者选择性的排放软管14。图2示出具有软管6′的的“备用”喷射泵5′，该喷射泵5′具有管接头11和12的相应部分11b′12a′。该备用单元可以与图1所示的单元完全相同，但是该备用单元在直径和/或者长度方面可以不同于图1所示的单元。
本发明方法的优选特征是使包含喷射泵5′和抽泵软管6′的这种备用单元保持在备用状态，如果主要单元堵塞或者因为其他原因需要更换该主要单元时，该备用单元可以容易换上去。
处于备用状态的备用单元可以放在海底的钻井口旁边。另外，可以将一个备用单元或者若干备用单元装在通过钻杆组的导流底座上，使得可以快速换上备用抽吸软管/喷射泵单元。
这些备用单元的特性可以不同于主喷射泵5和抽吸软管6的特性。例如，抽吸软管6′的长度可以不同于抽吸软管6的长度。如果软管的长度变短，则抽吸能力增大，但是输送泥沙的距离变短。完全可以保持若干个要用的不同备用单元完全是可能的。
图3示出具有如图1所示水泵3、连接软管4和管接头11的ROV2如何与另一种类型的设备联用。图3所示的另一种类型设备是喷射泵15，该喷射泵装有基本上刚性的相对短的接口部分16，该喷射泵用于将沉积物移离通常很难接近的区域移走，例如从码头、桥墩等固定结构13的下面移走。
为了很多目的，抽吸软管6最好是软的，因为这种软管和刚性管相比操作更为简单，而且它可以更灵活地定位其出口端。抽吸软管的入口端靠近从钻井中排出钻出泥沙的场地。如果钻杆组配置在导流底座上，则需要将抽吸软管固定在导流底座上的装置。应当强调，本发明的范围还包括刚性管，刚性的铰接管或者刚性管和软管的组合管。
图4示出本发明的另一实施例，在此实施例中，排放软管14配置在喷射泵的出口侧或者压力侧，由此可以进一步增加钻井中钻出泥沙的输送距离。在排放软管的端部，有装置17，该装置用于在钻出泥沙的沙土堆9增大时，移动排放软管的最外端。和抽吸软管6一样，排放软管14也基本上是刚性管，然而排放软管的至少一部分最好是软的。
图5示出本发明的再一实施例。这一实施例的具体特征是，利用管接头12直接将喷射泵单元5连接于钻井的外壳等，而不用中间的抽吸软管。和图4所示的实施例一样，将钻出泥沙从喷射泵传送到沙土堆9的排放软管14连接于喷射泵。因为ROV等很难靠近钻井区域，所以从ROV2上的管接头11到喷射泵5配置加长的软管18。
在完成钻井之后，常常需要在钻井的旁边进行修整/清洗，或者需要清除很难接近的沉积物。为此，可以采用也能够定位在海底的以喷射泵为基础的清淤机。这种清淤机(或者如果需要一个以上的这种清淤机)可以装有尖头形的长抽吸头，该抽吸头最好用柔性材料如塑料等制造。因此，可以从很难接近的场所清除沉积物，而不会损害易损构件。该抽吸头也可以为双管形式，使得它没有堵塞管子的危险，即使操作在质密的沉积层上(见挪威专利申请No.20016361)如果需要，不会妨碍采用若干不同的清淤设备。
如果例如要从钻出泥沙堆上除去沉积物，则最好将抽吸头定位在土堆的顶部。在这种情况下，抽吸软管6、6′的入口端最好配置具有两个输入开口的抽吸头，该入口开口彼此垂直隔开一段距离，使得最上面的入口配置成只抽吸水，而最下面的入口开口配置成吸入沉积物和水。这种抽吸头可以不用管理，不需要控制和监视，没有发生堵塞的任何危险。
权利要求
1.一种用喷射泵(5)清除海底钻井期间钻出泥沙的方法，其特征在于，采用具有牢固固定水泵(3)的ROV(2)，通过连接软管(4)向喷射泵(5)提供动力，该连接软管具有管接头(11)的第一管接头部分(11a)，该第一管接头部分适合于连接于喷射泵(5)上的第二管接头部分(11b)，使得具有水泵(3)、连接软管(4)和第一管接头部件(11a)的上述ROV(2)，仅在要清除钻出泥沙时，连接于该喷射泵(5)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用适合于由ROV操作的管接头(11)。
3.如权利要求1-2所述的方法，其特征在于，在钻井的同时，从钻井(7)的顶部清除钻出泥沙。
4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，抽吸软管(6)的入口端用匹配管接头(12)连接于钻井开口上的导流底座。
5.如权利要求1-4所述的方法，其特征在于，向喷射泵(5)供水的水泵(3)由ROV(2)的标准电源供电。
6.如权利要求1-5所述的方法，其特征在于，该喷射泵(5)配置在抽吸软管(6)的出口端。
7.如权利要求1-6所述的方法，其特征在于，排放软管或者管子(14)连接于喷射泵的出口侧，使得可以将泥沙进一步送离钻井(7)。
8.如权利要求1-5或者7中任一项所述的方法，其特征在于，喷射泵(5)可以用适当的管接头(12)直接连接于围绕钻井(7)的导流底座，同时喷射泵(5)的出口侧连接于排放软管(14)，上述ROV最好用特殊的延伸软管(18)连接于喷射泵(5)。
9.如权利要求1-8所述的方法，其特征在于，使包括喷射泵(5′)和抽吸软管(6′)的一个或者多个备用单元(清淤设备)放在钻井(7)的附近，保持备用状态。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使具有不同长度或者直径的抽吸软管(6′)的不同备用单元保持在备用状态。
11.一种使用喷射泵清除钻井(7)中钻出泥沙的装置，其特征在于，该装置包括第一单元(1)和至少一个第二单元，前者形式为具有牢固固定水泵(3)的ROV(2)，该ROV(2)具有连接软管(4)，该软管结束于管接头(11)的第一管接头部分(11a)，后者包括抽吸软管(6)和喷射泵(5)，上述喷射泵具有上述管接头(11)的第二部分(11b)，上述管接头(11)的上述第一管接头部分(11a)和上述第二管接头部分(11b)适合于彼此连接。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，喷射泵(5)是一种具有喷射喷头的喷射泵，该喷头完全配置在喷射管管孔的外面。
13.如权利要求11-12所述的装置，其特征在于，在抽吸软管(6)的入口端，配置具有两个入口开口的管子或者抽吸头，其中一个抽吸头配置成只抽吸水，而另一个配置成抽吸沉积物和水的混合物。
14.如权利要求11-13所述的装置，其特征在于，该抽吸软管(6)和喷射泵具有共同的基本上恒定的横截面。
15.如权利要求11-14所述的装置，其特征在于，该喷射泵(5)是直线形的喷射泵，具有两个或多个对称配置的喷头。
16.如权利要求11-15所述的装置，其特征在于，喷射泵(5)的出口端(10)成形为具有逐渐增大的横截面。
17.如权利要求11-16所述的装置，其特征在于，在水泵(3)和喷射泵(5)之间的管接头(11)配置成可以由ROV操作。
18.如权利要求11-17所述的装置，其特征在于，由泵(3)供水的至少一个喷头(未示出)配置成靠近抽吸软管(6)的入口端，以便使反向冲击的水冲过软管(6)，从而清洗不时粘在上述入口端的沉积物。
全文摘要
一种用喷射泵(5)、水泵(3)和抽吸软管(6)清除海底钻井中钻出泥沙的方法和装置，该喷射泵(5)由牢固固定于ROV(2)的水泵(3)提供动力，上述喷射泵(5)是具有外部喷头的喷射泵，而装有水泵(3)的上述ROV(2)仅在要清除钻出泥沙时，连接于该喷射泵。
文档编号E02F3/88GK1777720SQ200480010873
公开日2006年5月24日 申请日期2004年4月22日 优先权日2003年4月24日
发明者T·雅各布森, T·法格沃尔 申请人:弗苏拉公司