专利名称：轻的且紧凑的海底介入组件和方法
技术领域：
本发明大体上涉及海底介入组件，更具体的是涉及轻的且紧凑的海底介入组件(subsea intervention package)。
背景技术：
通常海底钻井与平台钻井不在同样的水平面工作，主要是由于维护海底钻井高昂的费用，海底钻井的维护在这里也指海底钻井的介入。海底钻井采油树，这里也指产品结构树，可以典型地或者是一个垂直的产品结构树或者是一个水平的产品结构树，其中水平的海底产品结构树可以具有一个较大的内径。图4A、4B、5A和5B展示了垂直或水平的海底产品结构树或采油树的典型例子。海底介入组件优选地具有将多种海底树连接以在保持对海底钻井的完全控制的同时实现油井维护操作的装置。
如果必要，海底介入组件应该具有装置，该装置用于在紧急情况下隔绝和密封钻井，比如在动态定位钻井船或无锚半潜水平台无法维持其在海底钻井上方的位置的时候。紧急的分离系统应该优选地能够可靠地用于通过采油树延伸的任何管道系统和/或有线线路，并且然后在由于紧急情况而有必要同钻井分离的情况下将钻井密封和隔绝。现有技术的系统在实现这些功能的操作上速度很慢，并且有时候在完成隔绝之前会造成大量的液体泄漏。更期待的是提供一种更有效且有利环境的海底介入组件。
对于介入组件来讲其最大内径是至关重要的尺寸，因为内部的采油树栓塞正常情况下必须通过这个尺寸可以收回。树栓塞尺寸的微小增加经常会造成介入组件的尺寸的显著增加。水平的海底采油树趋于具有较大内径的树栓塞。水平产品结构树中的冠栓塞或树栓塞趋于具有最大为大约六又四分之三英寸的直径，并且可以相当地减少。由于在海底钻井周围存在着多种结构，所以期望海底介入组件紧凑且没有从海底介入组件的设计尺寸向外延伸的元件。
最通常使用的用于完井的海底介入组件包括与海底钻井BOP和用于进入钻井的海底采油管(marine riser)相结合的一个高压采油管系统(riser system)。这个系统非常重而且体积大。一个海底钻井BOP介入系统重量可以在500000到1000000吨的范围之间。本系统可以经常需要可半潜水平台的能力，半潜水平台需要锚来下降和提升介入组件。因此，移动平台就位并固定锚所需时间是非常长的。庞大的系统还必须被降低、安装、然后移除。利用海底钻井BOP介入系统的介入操作的整个成本是非常高的，但是系统提供了完成任何类型的期望工作的装置。
产生轻的系统的其它尝试具有的限制在于不适合一些类型的介入工作。
因此，本领域技术人员将理解本发明是针对上面的问题而提出的轻且紧凑的海底介入组件，所述组件可以更迅速地被运输、安装、然后从海底钻井移除，以提供宽范围的操作，并且所述组件可以操作以在故障保护模式下切除和密封其中的任何工作线。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种改进的轻的介入组件。
另一个目的是提出一种系统，其能够操作以在提供给切断部件的液压动力失去的情况下以故障保护模式控制一个海底钻井。
本发明的另一个目的是能够操作水平和垂直采油树井楼。
本发明的另一个目的是提出一种轻的介入组件，用于使用7-3/8英寸的钻，并且如果必要的话可以操作来维护2-7/8英寸的盘卷管路和/或维护具有0.204壁厚的产品管路，并且/或者如果期望，在不需要维护的情况下可靠而可重复地切断至少2-3/4″或更多的管路。
本发明的这些以及其它目的、特征和优势将通过这里给出的附图、描述以及所附的权利要求而变得清楚。然而，应该理解，本发明的上面列出的目的和/或优势只是为了帮助理解本发明的各个方面，决不是用于限制，因此没有形成目的和/或特征和/或优势的全面的或限制性的列举。而且，本发明的范围不限于其字面描述，而是包含所有所述权利要求的等同物。
因此，本发明包括在维护海底钻井中使用的一种轻的海底介入组件。所述海底钻井可以包括至少一个垂直采油树或水平采油树。所述海底介入组件优选地可以操作用于控制所述海底钻井，同时在所述海底钻井的维护期间使用在紧急情况下需要被切断的管路、管、杆、盘卷管路或有线线路中的至少一个。所述海底介入组件可以包括一个或多个元件，比如无论所述海底钻井是否包括所述垂直采油树或水平采油树，能够与所述海底钻井相连的一个下组件。所述下组件可以进一步包括至少两个液压致动阀，其中优选地两者都不是B.O.P.式的。至少两个液压致动阀的至少一个优选地可以操作来切断管路、盘卷管路、有线线路和/或其它元件，并且然后关闭以形成密封来将所述海底钻井密封。在一个可能的实施例中，所述下组件可以限定通过所述两个液压致动阀的一个大于7英寸的孔。在一个优选实施例中，所述轻的海底介入组件可以足够轻，并且限定足够小的占地面积，使得所述轻的海底介入组件可以利用处理能力小于半潜水平台的船只来安装到所述海底钻井上。
在一个实施例中，所述轻的海底介入组件重量在10到40吨之间。所述轻的海底介入组件可以进一步包括一个紧急分离机构，所述紧急分离机构包括一个第一部分和一个第二部分。所述紧急分离机构的所述第一部分可以固定到所述下组件上。所述紧急分离机构的所述第一部分和第二部分可以选择性地分离。可以具有能够安装到所述紧急分离机构的所述第二部分上的一个紧急分离组件。如果期望，所述紧急分离机构可以进一步包括至少一个液压致动阀，所述液压致动阀限定了通过所述至少一个液压致动阀的大于7英寸的一个孔。
所述下采油管组件的所述两个液压致动阀和所述紧急分离组件的所述至少一个液压致动阀也可以限定一个大于七又八分之一英寸的通孔或者可以限定一个大于六又八分之一英寸的孔。一般地，所述孔越大就越好。
所述紧急分离组件优选地可以固定到一个采油管(riser)上。所述紧急分离组件优选地可以操作以在所述紧急分离机构被激活的情况下来密封所述采油管的一个下端，以将所述紧急分离组件与所述下组件相分离。
在一个实施例中，一个优选的液压致动阀包括安装到一个阀体的一侧上的一个故障保护致动器以及安装到所述阀体的相对侧上的一个手动代用致动器。在一个当前优选的实施例中，一个液压致动阀包括一个闸门阀，所述闸门阀包括一个刀具和密封组件。
本发明还包括一种制造用于维护海底钻井的轻的海底介入组件的方法。所述方法可以包括一个或多个步骤，例如，提供可与所述海底钻井相连的一个下组件，而无论所述海底钻井是否包括所述垂直采油树或水平采油树。另外一个步骤可以包括使所述下组件包括至少一个液压致动阀，所述液压致动阀可以操作来切断延伸通过所述阀的所述管路、盘卷管路、伸长件和/或有线线路，并且然后关闭以形成密封来将所述海底钻井密封。额外的步骤可以包括使所述下组件限定通过所述液压致动阀的大于产品结构树帽的一个孔。其它步骤可以包括假定所述轻的海底介入组件足够轻，并且限定足够小的占地面积，使得所述轻的海底介入组件可以利用处理能力小于半潜水平台的船只来安装到所述海底钻井上。
在一个实施例中，所述方法进一步包括使所述下组件重量在10到40吨之间，并且/或者使所述紧急分离组件重量在5到20吨之间。
所述方法可以进一步包括提供一个紧急分离机构，所述紧急分离机构包括一个第一部分和一个第二部分，使得所述紧急分离机构的所述第一部分可以固定到所述下组件上，并且所述紧急分离机构的所述第一部分和第二部分可以选择性地分离。额外的步骤可以包括使所述紧急分离组件能够安装到所述紧急分离机构的所述第二部分上，并且提供用于所述紧急分离机构的至少一个液压致动阀，所述液压致动阀限定了通过所述至少一个液压致动阀的大于7英寸的一个孔。
在另一个实施例中，所述方法可以包括提供至少两个用于所述下组件的液压致动阀并且/或者使所述紧急分离组件可以固定到一个采油管上。额外的步骤可以包括使所述紧急分离组件可以操作以在所述紧急分离机构被激活的情况下来密封所述采油管的一个下端，以将所述紧急分离组件与所述下组件相分离。最好使用海底润滑器，所述方法可以进一步包括使所述紧急分离组件可以用一个海底润滑器替换以允许在没有使用采油管的情况下操作海底有线线路。
在一个使用采油管的实施例中，所述方法可以进一步包括提供用于采油管的一个一体的旋转接头和井口自喷器，以允许船只根据所述采油管周围的气候状况来支持所述采油管。所述一体的旋转接头和井口自喷器还通过支持船只、钻塔或用于控制所述海底钻井介入的其它装置来提供所述采油管系统的令人惊奇的改善的处理能力。
所述方法可以进一步包括假设至少一个液压致动阀包括安装到一个阀体的一侧上的一个故障保护致动器以及安装到所述阀体的相对侧上的一个手动代用致动器。这个布置减少了重量，并且防止元件延伸到所述设计尺寸外部，同时提供了一个大的钻孔。此外，所述方法可以进一步包括在所述海底介入组件上安装一个独立的液压流体供应器，并且假定至少一个液压致动阀包括安装到所述至少一个液压致动阀的一侧上的一个致动器，所述至少一个液压致动阀可以操作来利用所述独立的液压流体供应器。
为了进一步理解本发明的本质和目的，应该参考随后的结合附图的详细描述，其中同样的元件具有同样的或类似的标号，图中图1是根据本发明的一个可能的实施例的海底介入组件的正视图；图1A是用于根据本发明的一个可能的实施例的图1的海底介入组件的优选的下采油管组件的元件的正视图；图1B是用于根据本发明的一个可能的实施例的图1的海底介入组件的紧急分离组件的元件的正视图；图2是根据本发明的用于具有采油管系统的海底介入组件的一个装置的示意图；图3A是根据本发明的同介入组件一起使用的表面设备的示意图；图3B是根据本发明的可以同海底介入组件使用的采油管系统的详细示意图；图3C是根据本发明的一个可能的实施例的用于介入组件的详细结构示意图；图4A是根据本发明的用于海底钻井的水平采油树的大体示意图；图4B是图4A的水平采油树的钻孔的示意图；图5A是根据本发明的用于海底钻井的垂直采油树的大体示意图；图5B是图5A的垂直采油树的钻孔的示意图。
尽管本发明将结合当前的优选实施例来描述，应该理解，其目的并不是限制这些实施例。相反，其目的在于覆盖包括在本发明的本质内以及如所附权利要求所限定的所有的变化、修改和等价物。
具体实施例方式
现在参考附图，尤其是图1，图中展示了根据本发明的一个轻且紧凑的海底介入组件10的一个实施例。由于井筒周围的实际空间限制，比如已经在海底井筒周围就位的设备，所以期望海底介入组件10尽可能紧凑，很少或者没有框架外的延伸。没有实质上突出到海底介入组件边界外的元件也使得海底介入组件10更容易操作和实施。
在本发明的一个优选实施例中，海底介入组件10可以用在采油管模式或海底有线模式和/或海底盘卷管道模式，如后面详细描述的那样。海底介入组件10模块化以允许用最短时间且有效地从一个操作模式转变到另一个操作模式。在一个优选实施例中，海底介入组件10具有一个可控管道80(见图2)穿过这个具有一个7-3/8英寸的内部最小直径的管道，同时具有一个相对紧凑的海底介入组件。如后面讨论的，海底介入组件10可以操作来切断其内具有有线线路的至少达到2-7/8英寸的盘卷管道。
海底介入组件10优选地包括总体上在12处示出的一个紧急分离组件以及总体上在14处示出的一个下采油管组件。紧急分离组件和下采油管组件每个都可以包括一个或多个不同类型的闸门阀，这在图1A和1B中更清楚地展示了。如果在操作中必要的话，一个紧急分离机构15用于将紧急分离组件12与下采油管组件14相分离。在一个优选实施例中，紧急分离机构15通过夹头或其它可释放的夹紧装置来操作，比如卡爪、插销、远程控制销以及类似物，这些装置可以选择性或者当很大的力施加于其上时紧固地夹持，或者如果必要被迅速释放以允许完全分离。分离机构15包括一个上部19和一个下部21，如果分离机构15被激活，那么上部和下部就分离。紧急分离机构12被固定到上部19，并且下采油管组件14被固定到下部21。
介入组件10优选地可安装到像适配器框架16那样的一个标准井楼适配器框架上。适配器框架16可以在海底井楼上和/或建立同海底钻井的一个界面。从支柱20到支柱22的距离可以是大约14英尺或者其它标准值。应该注意，本发明事实上包含在这些尺寸范围内，没有显著突出到这些尺寸外的元件。框架可以由支柱组成，比如框架支柱30和/或框架支柱26，它们可以插入像框架槽28那样的框架槽内。海底介入组件10优选地利用任何现有的标准连接装置来迅速安装。在操作中，一个ROV(远程操作船)可以引导框架槽与框架支柱对齐并且/或者可以以其它合适的方式帮助海底介入组件布置。
现在参考图1A，多种类型的液压闸门阀致动器可以在下采油管组件14内使用，比如用于操作相应的可滑动闸门来将井筒封闭的故障保护闸门阀致动器36和液压致动器38。故障保护闸门阀致动器的一个典型例子在前面参考的专利中公开了，这些专利在此结合以供参考。在本发明中，闸门阀用于密封，但也需要用于在必要时切断管道和/或有线线路。图1所示的海底介入组件10是可以用在很深的水中的类型，水深达到并超过5000英尺或10000英尺或更多。
上阀36和下阀38可以优选地安装在一件或单一的部件34内。这个单一结构优选地是根据本发明的。每个闸门阀优选地包括一个致动器和一个手动代用致动器，比如手动代用致动器40。手动代用致动器可以由一个ROV操作。手动代用致动器40位于单一部件34与相应的液压致动器48相对的一侧。这个对称结构显著地减少了闸门阀的整体尺寸和重量。在一个优选实施例中，闸门阀致动器可以被移除以在没有移除阀帽的情况下操作。具有可通过ROV从外侧看到的一个阀位置指示器。多种指示器可以用来指示手动代用致动器的位置和/或前面描述的专利所讨论的致动器的位置。上闸门阀36和下闸门阀38优选地每个都包括一特殊外形的用特殊密封组件来操作的可滑动闸门，闸门能够切断有线线路，比如编织缆线或光滑线，如在前面提到的专利中详细描述的。上和下闸门阀36和38还可以用于切断产品管路和盘卷管路，如前面提到的专利中详细描述的。上和下闸门阀36和38每个都可以在一个开放位置和一个关闭位置之间单独移动，藉此通过管道或井筒80(见图2)的液流可以被控制。
如前面讨论的，下采油管组件14的上闸门阀36连接于紧急分离机构15。如果紧急分离机构15被激活，那么下采油管组件14保持在固定于海底井楼的适当位置处，并且通过具有冗余密封能力的闸门阀36和38来将海底钻井密封。上闸门阀36包括在故障保护致动器42的壳体内部的一个致动器弹簧，上闸门阀能够切断有线线路和/或管路，并且能够操作以在18秒内切断以后关闭。如果液压能量丧失，那么上闸门阀36就自动激活，因为致动器42优选地是一个故障保护致动器，其移动到一个预选位置，比如闭合位置，如果液压能量不发生。在故障保护致动器42内的致动器弹簧优选地在内部与液压流体隔离，以防止暴露在外，并藉此提供延长的使用期限操作、减少的维护和更安全的满弹簧设计强度。致动器弹簧可以优选地在一个预拉紧弹簧腔内。因为弹簧腔防止了弹簧延伸经过一个预定的长度，并且因为弹簧腔是可拆卸的，所以高拉伸弹簧可以安全地拆卸并替换，即使在这种高能量弹簧的拆卸否则是潜在的安全危险的场所。单一部件34大体上对称，使得故障保护致动器42和相应的手动代用致动器可以转换到合适位置，并且在海底介入组件10内提供更经济的空间和重量。
下致动器38可以被操作用于一个独立的海底积聚库，比如库17(见图1)或者液力存储库。这保证了在给出一个紧急关闭信号以将井筒80(见图2)关闭来防止或减少液体泄漏的情况下有快速响应时间。下采油管组件14具有如上面所述的小的外形，使得它容易操纵和发射。通常在大约1.5到3万吨范围内的小的重量允许下采油管组件14通过相对更机动、更小、更便宜的船来操纵和/或布置，藉此显著地减少时间、设备租赁费用以及海底介入操作的其它费用。
参考图1B，紧急分离组件12包括闸门阀54，闸门阀具有液压故障保护致动器46和在其对面安装的手动代用致动器44。部件32是对称的，使得故障保护致动器46和手动代用致动器44能够设置在优选为单一部件32的任一侧。闸门阀54优选地利用了一个导航操作快速倾斜阀，藉此液压的损失造成闸门阀54关闭。当闸门阀54关闭并且假设介入组件10操作在采油管模式的时候，那么闸门阀54关闭了采油管的底部，藉此防止了如现有技术的系统中发生的从分离的采油管中的溢油。闸门阀54可以操作用来切断有线线路和/或管路。连接器56可以如此后讨论的那样连接到一个采油管上，并且优选地在一个小的海底介入组件中提供大的7-3/8英寸的钻孔。下连接器57连接到紧急分离机构15上，紧急分离机构可以在紧急情况下自动与下采油管组件14分离。
紧急分离组件10可以典型地重量小于大约20吨，并且紧急分离组件12可以重量小于大约10吨。轻的重量和流线型结构允许系统被较小的船操纵，藉此减少介入的时间和成本。
图2以及更详细的图3B和3C展示了海底介入组件10或者其有代表性的视图，用于在采油管模式的操作中使用，其中下采油管组件14的框架58连接于如图1和图1B所详细示出的一个紧急分离组件。如果期望在例如有线线路模式下操作，具有有线线路BOP和/或有线线路闸门阀的润滑器可以代替紧急分离组件12来使用。润滑器在压力控制上与采油管非常相似，但是却非常短，因为它仅仅需要覆盖在海底介入中使用的一个向下钻进的工具，比如穿孔枪或装配工具。ROV可以与润滑器配合使用，比如用于将向下钻进工具刺入润滑器内。
如图2-图3C所示，采油管系统110优选地包括多个元件，这些元件可以使用井口自喷装置90和旋转接头92(见图3A)在表面密封。在一个最优选的实施例中，采油管系统包括一个井口自喷装置，井口自喷装置具有如前面提到的专利和专利申请所详细讨论的内部旋转接头，藉此采油管系统更容易布置和采油。跨接器94可以用来使井口自喷装置与内旋转接头配合以适应多种不同尺寸的采油管系统。
参考图2，采油管系统110的压力接头64和压力接头缓冲件(saversub)66被用来吸收存在于采油管系统110的下侧的大部分的弯曲力，例如由于海流、波浪、动态定位船只的移动以及类似物所引起的弯曲力。采油管系统110的多种其它通常元件，如图2和图3B所示，包括采油管夹钳68、多重采油管70以及脐夹组件72。其它多种元件可以用于支撑采油管系统110，比如采油管支架(未示出)、润滑器阀跨接器98、润滑器阀96、可以彼此结合为一体的旋转接头组件92/井口自喷组件90，操控/测试件(handling/test sub)88和操控框架86。如本实施例所示，采油管系统110可以用于多种目的，包括实施钻井的检验以预测价值，或者预测钻井，包括流量、预期寿命以及其它变量。采油管系统110可以用于宽泛种类的不同的介入目的，比如安装柱塞、打孔、胶接以及类似目的。控制件，比如紧急停止系统112、挤压岐管100和/或海底扼流岐管102，可以在检验程序中使用。
多种控制线优选地同采油管系统110配合使用，比如脐带74和环线76。像卷盘78那样的多种槽轮、滑轮或类似物可以用于引导缆线从船只进入海底环境。环形缆线卷盘78和脐带缆线卷盘84可以用来供应并操作这些控制缆线。脐带缆线卷盘82和脐带缆线卷盘84可以被紧急关闭系统112控制。在紧急情况下，缆线卷盘可以程序控制以在关闭期间自动向上缠绕。如果使用了有线线路和/或盘卷管路，那么那些卷盘也可以结合进入紧急关闭系统112以开始向上缠绕并在紧急情况下施加张力，藉此在使用此前讨论的闸门阀来切断和密封井筒时提供帮助，闸门阀优选地也被紧急关闭系统112控制。优选地是让有线线路和/或管路在切断之前处于张力状态以藉此获得最佳切割，并且还使得张力牵引切断物不碍事地竖直进入采油管，藉此允许更快地密封采油管底部。图3C以分解形式展示了海底介入组件10的一般结构，包括与分离组件12相关的紧急连接于井筒80、环线76和脐带74的结构。如图3C进一步所示，通常的测试框架60和62或者类似的测试框架结构可以用于输送、测试、以及/或者下采油管组件14、紧急分离组件12和/或适配器框架或用户接口连接16的框架的操控。像卷轴63那样的卷轴可以用于多种预期目的。环形线76和/或脐带44提供了控制线、压力线以及类似物，它们在操作、控制、和/或修理海底钻井以及/或者操作海底介入组件10和/或操作其它设备时是非常有用的。
本发明对垂直产品结构树以及水平产品结构树二者都是可以操作的。图4A中示意性地展示了水平产品结构树104，其中卷轴105的结构使得整个钻孔可以用于工具或设备以维护钻井，如图4B所示。图6A中示意性地展示了垂直产品结构树106，其中卷轴107的结构使得像钻孔108和110那样的稍小的不同钻孔必须用于维护钻井，如图5B所示。现有技术的海底介入组件通常不能回收在水平产品结构树中使用的典型的较大的结构树栓塞，因为需要较大尺寸钻孔通过，而整个空间受限并且优选要减少成本。
在操作中，本发明的外形小且轻的海底介入组件10相对容易运输、发射、利用和回收，藉此非常显著地节约成本并允许海底钻井更有效地操作。如果液压动力失去，那么在下采油管组件14和紧急分离组件12中的故障保护致动器(假定采油管操作模式)将关闭和密封。如果任何像编织缆线或光滑线那样的盘卷管路、产品管路和/或缆线在阀中，比如在有线线路操作期间可能会发生的那样，那么这些元件将被切断。尽管相信模块能非常可靠地切割和密封，手动代用致动器还是可以通过ROV(远程操作船)来使用，以完成关闭或切断或者作为后备程序或其它选择。紧急分离组件12的关闭迅速密封了采油管的底部以防止任何材料泄漏，藉此与现有技术相比极大增强了环境保护。举个例子，如果采油管是1000英尺并且充有液体，那么这些液体可以防止从其泄漏。
在一个紧急情况下，紧急切断控制系统112发送信号以关闭上面所讨论的闸门阀。同样，用于任何盘卷管路和/或有线线路的卷轴也可以被激活以牵引其上的张力，因此如果切断，它们将在采油管被密封之前立即移动到采油管内。如果期望，紧急分离组件12上的闸门阀会即时地延时操作几秒钟，以允许盘卷管路/有线线路在采油管关闭之前能牵引到采油管中。
如果期望，那么紧急分离组件12会被移除并用一个海底润滑器组件及类似物替换，藉此一个ROV能够将有线线路和/或盘卷管路插入润滑器内并用填料函、滑油头或类似物来密封润滑器顶部。润滑器通常是像采油管那样的加压/可密封容器管，但是典型地更短，因为它仅仅覆盖有线线路工具或类似物，例如穿孔枪或灌浆栓塞安装工具。有线线路BOP可以使用，或者有线线路闸门阀切割器能够使用在润滑器上。
大体上，应该理解，像“上”、“下”、“垂直”以及类似这样的词是参考附图的，和/或这些装置可以不在所有时间都布置在这些位置，其位置依赖于操作、运输、安装以及类似的变化。而且，附图用于描述本发明的概念，因此本发明提出的优选实施例将明白地揭示于本领域技术人员，但不是用于最终产品的制造水平的图纸或说明，并且可以包括简化的概念性的视图，期望使本发明更简单快速地理解或解释。在对本说明书审视的基础上，本领域技术人员将理解元件的相对尺寸和形状可以与所示的具有很大不同，并且本发明仍然可以根据这里教导的新颖的要点来操作。
对于海底阀，也应该理解，根据水深，可以作出合适的修改以弥补水深压力。而且，不同的密封和/或安全阀等等可以使用在阀系统中，比如阀帽、手动代用壳体、致动器壳体以及类似物。而且，用于致动器、阀或类似物的一个壳体可以包括多种部件或元件，它们可以包括或者不包括用于另一目的的另一个壳体的一部分，因此壳体被简单地构造成用于某些元件的容器，例如致动器壳体是用于致动器元件的一个容器或主体，壳体可以以多种方式构造，并且可以包括或不包括像阀套那样的一个不同类型的壳体。
因此，本发明提出一种方法，用于将一个闸门阀安装到井筒壳体/采油管上。闸门阀优选地可以操作以控制流体和/或切断管路或有线线路。所述方法包括一个或多个步骤，比如将闸门阀安装到海底介入组件上以在优选还没有使用BOP在介入组件上的情况下来控制流体流动，将一个可滑动闸门安装到闸门阀内，在可滑动闸门具有一个第一侧和与第一侧相对的一个第二侧的情况下，为可滑动闸门提供第一和第二底座，使得闸门的第一侧优选地邻近第一底座并且闸门的第二侧优选地邻近第二底座，在闸门阀的可滑动闸门上提供单独一个切削刃，使得可滑动闸门限定了通过可滑动闸门的一个孔，定位单独的切削刃使得孔在切削刃处具有最小直径，邻近闸门的第一侧形成切削刃，以及/或者在闸门上提供一个倾斜表面，使得倾斜表面限定了至少孔的一部分，使得孔在远离切削刃的轴向距离上增加了直径，使得孔向着闸门的一个相对侧具有最大直径。
其它步骤可以包括将闸门阀安装在海底介入组件10中。在本发明方法的一个实施例中可以进一步包括假设第一底座优选是通过将两个底座部件彼此相互嵌套互连而形成，假设第二底座优选是通过将两个底座部件彼此相互嵌套互连而形成，以及/或者假设孔在可滑动闸门的第一侧具有最小直径。
在另一个实施例中，提供了一种方法，用于确定切断位于闸门阀内的管路/有线线路而在闸门上所需的力。闸门阀优选地可以安装到一个海底介入组件上，使得管路优选地被设置在井筒套内。本方法可以包括一个或多个步骤，比如提供一个用于滑动支撑一个测试闸门的测试体，测试闸门可以具有与闸门相关的尺寸，插入一个测试管通过测试体和测试闸门，测试管可以具有与管路相关的尺寸，给测试闸门施加力，直到管被测试闸门切断，以及测量切断测试管所需的测试闸门上的力。所述方法还包括设计一个用于闸门的致动器，使得致动器能够产生力和/或利用液压来给测试闸门施加力。
在另一个实施例中，提供了一种方法，用于利用一个闸门阀来切断井筒内的一个管，使得管被推离闸门阀内的闸门。所述方法包括一个或多个步骤，例如沿着通过闸门的孔在闸门的一侧上给闸门阀提供单独一个切削刃，在通过闸门的孔上提供一个倾斜表面，使得孔在单独的切削刃末端开放一个最大的直径，将管插入井筒内穿过闸门阀，关闭闸门阀内的闸门，以及在闸门关闭的时候切断管，使得倾斜表面在管上产生一个力来将管远离闸门移动。
因此提出一种装置，包括用于一海底介入组件的闸门阀，闸门阀可以具有无论什么B.O.P.，以节约空间和重量。所述装置包括一个或多个元件，比如闸门阀内的滑动闸门、安装在滑动闸门的一侧上的单独一个切削刃、与切削刃相邻的一个倾斜表面使得单独的切削刃和倾斜表面限定了通过滑动闸门的一个孔、以及用于闸门阀的一个液压致动器，可以操作来施加足够的力给滑动闸门以切削管路。在一个实施例中，倾斜表面相对于通过孔和闸门阀的流程的轴线具有3度到20度的角度。尽管本发明是描述尤其适合于下采油管组件的海底阀系统，如果期望，本发明的阀系统可以用于表面阀系统、管道以及任何其它应用。
本发明前面的公开和描述是说明和解释性的，本领域技术人员应该理解，在没有脱离本发明实质的情况下，在尺寸、形状、材料以及所示的多种核心元件的结构或特征的结合的细节上可以做出多种变化。而且，本发明的范围不限于其字面描述，而是包含所有所述权利要求的等同物。
权利要求
1.在维护海底钻井中使用的一种轻的海底介入组件，所述海底钻井包括至少一个垂直采油树或水平采油树，所述海底介入组件可以操作用于控制所述海底钻井，同时在所述海底钻井的所述维护期间使用至少一个管路、盘卷管路或有线线路，所述海底介入组件包括无论所述海底钻井是否包括所述垂直采油树或水平采油树，能够与所述海底钻井相连的一个下组件，所述下组件包括至少两个液压致动阀，所述两个液压致动阀都不是B.O.P.式的，所述至少两个液压致动阀的至少一个可以操作来切断管路、盘卷管路或有线线路，并且然后关闭以形成密封来将所述海底钻井密封，所述下组件限定了通过所述至少两个液压致动阀的一个大于六又八分之一英寸的孔；一个分离机构，包括一个第一部分和一个第二部分，所述分离机构的所述第一部分固定到所述下组件上，所述分离机构的所述第一部分和第二部分可以选择性地分离；能够安装到所述分离机构的所述第二部分上的一个紧急分离组件，所述分离机构包括至少一个液压致动阀，所述紧急分离组件限定了通过所述至少一个液压致动阀的大于六又八分之一英寸的一个孔，所述轻的海底介入组件足够轻并且限定足够小的占地面积，使得所述轻的海底介入组件可以利用处理能力小于半潜水平台的船只来安装到所述海底钻井上。
2.如权利要求1所述的轻的海底介入组件，其中，所述至少两个液压致动阀和所述至少一个液压致动阀限定了一个大于七又八分之一英寸的通孔。
3.如权利要求1所述的轻的海底介入组件，其中，所述下组件重量在10到30吨之间，并且所述紧急分离组件重量在5到20吨之间。
4.如权利要求1所述的轻的海底介入组件，其中，所述紧急分离组件可以固定到一个采油管上，并且其中所述紧急分离组件可以操作以在所述分离机构被激活的情况下来密封所述采油管的一个下端，以将所述紧急分离组件与所述下组件相分离。
5.如权利要求1所述的轻的海底介入组件，其中，所述至少两个液压致动阀的一个第一阀包括安装到一个阀体的一侧上的一个故障保护致动器以及安装到所述阀体的相对侧上的一个手动代用致动器。
6.如权利要求1所述的轻的海底介入组件，其中，所述至少两个液压致动阀的一个第一阀包括一个闸门阀，所述闸门阀包括一个刀具和密封组件。
7.在维护海底钻井中使用的一种轻的海底介入组件，所述海底钻井包括至少一个垂直采油树或水平采油树，所述海底介入组件可以操作用于控制所述海底钻井，同时在所述海底钻井的所述维护期间使用至少一个管路、盘卷管路或有线线路，所述海底介入组件包括无论所述海底钻井是否包括所述垂直采油树或水平采油树，能够与所述海底钻井相连的一个下组件，所述下组件包括至少两个液压致动阀，所述两个液压致动阀都不是B.O.P.式的，所述至少两个液压致动阀的至少一个可以操作来切断管路、盘卷管路或有线线路，并且然后关闭以形成密封来将所述海底钻井密封，所述下组件限定了通过所述至少两个液压致动阀的一个大于7英寸的孔，所述轻的海底介入组件足够轻并且限定足够小的占地面积，使得所述轻的海底介入组件可以利用处理能力小于半潜水平台的船只来安装到所述海底钻井上。
8.如权利要求7所述的轻的海底介入组件，其中，所述下组件重量在10到40吨之间。
9.如权利要求7所述的轻的海底介入组件，进一步包括一个分离机构，包括一个第一部分和一个第二部分，所述分离机构的所述第一部分固定到所述下组件上，所述分离机构的所述第一部分和第二部分可以选择性地分离；能够安装到所述分离机构的所述第二部分上的一个紧急分离组件，所述分离机构包括至少一个液压致动阀，所述紧急分离组件限定了通过所述至少一个液压致动阀的大于7英寸的一个孔。
10.如权利要求9所述的轻的海底介入组件，其中，所述至少两个液压致动阀和所述至少一个液压致动阀限定一个大于七又八分之一英寸的通孔。
11.如权利要求9所述的轻的海底介入组件，其中，所述紧急分离组件可以固定到一个采油管上，并且其中所述紧急分离组件可以操作以在所述分离机构被激活的情况下来密封所述采油管的一个下端，以将所述紧急分离组件与所述下组件相分离。
12.如权利要求7所述的轻的海底介入组件，其中，所述至少两个液压致动阀的一个第一阀包括安装到一个阀体的一侧上的一个故障保护致动器以及安装到所述阀体的相对侧上的一个手动代用致动器。
13.如权利要求7所述的轻的海底介入组件，其中，所述至少两个液压致动阀中的一个第一阀包括一个闸门阀，所述闸门阀包括一个刀具和密封组件。
14.一种制造用于维护海底钻井的轻的海底介入组件的方法，所述海底钻井包括至少一个垂直采油树或水平采油树，所述海底介入组件可以操作用于控制所述海底钻井，同时在所述海底钻井的所述维护期间使用至少一个管路、盘卷管路或有线线路，所述海底介入组件包括提供可与所述海底钻井相连的一个下组件；使所述下组件包括至少一个液压致动阀，所述液压致动阀可以操作来切断所述管路、盘卷管路或有线线路，并且然后关闭以形成密封来将所述海底钻井密封；使所述下组件限定了通过所述至少两个液压致动阀的大于六又八分之五英寸的一个孔；以及使所述轻的海底介入组件足够轻，并且限定足够小的占地面积，使得所述轻的海底介入组件可以利用处理能力小于半潜水平台的船只来安装到所述海底钻井上。
15.如权利要求14的方法，进一步包括使所述下组件重量在10到40吨之间。
16.如权利要求14的方法，进一步包括提供一个分离机构，所述分离机构包括一个第一部分和一个第二部分；使所述分离机构的所述第一部分可以连接到所述下组件上；使所述分离机构的所述第一部分和第二部分可以选择性地分离；使一个紧急分离组件能够安装到所述分离机构的所述第二部分上；以及提供用于所述分离机构的至少一个液压致动阀，所述液压致动阀限定通过所述至少一个液压致动阀的大于7英寸的一个孔。
17.如权利要求16的方法，进一步包括提供至少两个用于所述下组件的液压致动阀。
18如权利要求16的方法，进一步包括使所述紧急分离组件可以固定到一个采油管上；以及使所述紧急分离组件可以操作以在所述分离机构被激活的情况下来密封所述采油管的一个下端，以将所述紧急分离组件与所述下组件相分离。
19如权利要求16的方法，进一步包括使所述紧急分离组件可以用一个海底润滑器替换以允许在没有使用采油管的情况下操作海底有线线路。
20如权利要求14的方法，进一步包括提供用于所述采油管的一个一体的旋转接头和井口自喷器，以允许船只根据所述采油管周围的气候状况来支持所述采油管。
21如权利要求14的方法，进一步包括使所述至少一个液压致动阀包括安装到一个阀体的一侧上的一个故障保护致动器以及安装到所述阀体的相对侧上的一个手动代用致动器。
22如权利要求14的方法，进一步包括在所述海底介入组件上安装一个独立的液压流体供应器；以及使所述至少一个液压致动阀包括安装到所述至少一个液压致动阀的一侧上的一个致动器，所述至少一个液压致动阀可以操作来利用所述独立的液压流体供应器。
23如权利要求14的方法，进一步包括使所述至少一个液压致动阀包括一个闸门阀，所述闸门阀包括一个一体的刀具和密封装置。
全文摘要
本发明公开了用于轻的海底介入组件的装置和方法，所述海底介入组件可以使用比半潜水平台提升能力小的船只来安装，使得海底介入组件可以以更少的时间和成本来运输、安装以及从海底钻井中移除。在一个实施例中，本发明包括一个利用两个液压致动阀的下采油管组件，用于控制海底钻井。一个紧急分离组件利用一个分离机构固定在下采油管上。紧急分离组件能够操作以在分离机构激活的情况下密封采油管底部，从而使采油管的液体泄漏最小化。
文档编号E21B34/04GK1806088SQ200480016810
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月16日 优先权日2003年6月17日
发明者A·孙达拉拉贾恩, T·麦克雷迪 申请人:环球油田机械公司