专利名称：安装井管的方法
技术领域：
本发明涉及近海平台井管，更确切地说，涉及在井管的安装中采用浮塞的方法。
在近海环境中，在平台固定就位后，随即安装井管以便支承随后穿插其中的井筒或其他钻井装置，井管一般为直径约是20英寸以上的大型管子，在安装这些井管时，通常采用下述几种方法第一种方法(这种方法在工业中随着现代在设备方面的改进已不再受欢迎)在于在井管的外表面上焊上支板或带孔垫板。这些支板支承在框架构件上(这些构件可以是永久性的，也可以是临时性的)，用以支承悬在平台顶部下面的整个管柱直至管柱自身支撑为止。因此，同时操作的管柱的数量受到这些框架件的强度和平台承受这种负荷总的能力的限制。
在安装过程中，在需要另装一些管段时，吊车从一供管船上先吊起一个管段，将其竖立插装就位。然后，在将此管段添装并固定在管柱上后，吊车吊起此整个管柱以便卸去下支板，再使管柱下降一个相当于此管段的长度，固定在此管段上端的支板于是支承在框架构件上，整个这一过程就再重新开始。可以想象得出，这种方法过于缓慢费时，并很费人力、吊车能力和时间，因为同一吊车需竖立此管段并吊起此整个管柱，不能分一部分操作给一个较小的吊车来完成。此外，制造支板和卸去支板所需费用往往也是相当可观的。
这种方法需采用专门的内夹头和外夹头，以夹起和支起井管而不用支板。此内夹头一般固定在吊车上而外夹头一般固定在平台上。这样，吊车用内夹头提升管段而置于管柱上以便随即进行焊接。外夹头此时支承管柱，到需使此管段从中下滑时为止(此时吊车支承整个管柱)。这一方法操作较快，因为不必再陆续地装卸支板，但仍需在平台上增设框架构件以便支承管柱直到其自身支撑为止，仍需很大的吊车以竖立井管并使整个管柱下降。
为缩短所需吊车操作时间，曾采用一种具有两个外夹头的装置，其中一个可通过一组起重器相对于另外一个移动。采用这种装置，大吊车和内夹头或几个支板和吊环仍可用以吊起管段并使之对准管柱以便焊接如前所述，但，随即通过起重器使一个外夹头(此夹头处于高位)向另一处夹头下降，此较低的外夹头此时松开使管柱从中下滑。这样，只是一或两个外夹头，而非吊车，始终支承着整个管柱。这种方法可不必使用大的吊车吨位，但这是一种很缓慢的操作方法，因为起重器的工作十分缓慢，行程很短。此外，框架构件仍必不可少，平台短时仍需承担很大的安装负荷。
因此，本发明的目的是提供一种在近海环境中安装井管的方法，这种方法可降低对高吨位吊车的需求。本发明的另一目的是提供一种基本上免用额外的框架构件的方法。本发明的再一个目的是提供一种降低平台安装或施工负荷从而可以构筑更为有效轻巧的结构的方法。本发明的再一个目的是提供一种比现有安装井管的方法更为迅速更为简便的方法。通过进一步的理解还可了解到本发明的其他一些目的。
本发明涉及一种近海环境中安装井管的方法，此方法包括堵塞一井管一端的步骤，使其在沉入水中时具有所需浮力。然后，将另一些管段添装在这第一个井管上，再沉入水中。还可取得管柱所需的额外的浮力或注水增重，从而可控制下沉速度而限制加在平台上的负荷。在取得自身支撑后，即可撤去管柱中的塞具或保留到钻井工作完毕再钻通以备插装井筒或其他钻井装置。
图1为在海域环境中安装井管常用方法的正视图。
图2为图1所示方法的平面图。;图3为本发明在海域环境中安装井管所用方法的正视图。
图4为本发明井管安装方法的平面图。
图5为本发明所用典型性井管塞具的部分剖示图。
图1和2示出了在海域环境中安装井管的常用方法。在此方法中，起重船或供管船10沿平台12锚定或用其他方法使其定位以备安装井管。由于管段具有相当的长度(通常从50英尺到200英尺以上)，通过起重船10上的吊车14将井管16提升并插进平台12上的导向装置中。一般船上吊车14通过一内夹头18将井管16吊离起重船10并按要求进行安装。在将井管16装妥并固定于管柱20顶端后，船上吊车14即使管柱20下降直至需添装另一井管16。按另一种方法，可采用一组装在起重器上的外夹头22支承管柱20而不用吊车14。但吊车14仍需提升和插装井管16如图所示，并还可能用以平衡和稳定井管16。这就不得不占用吊车14，在这种情况下，吊车远未充分利用。
无论如何，由于每根井管16的重量很大(一般按不同长度达5-30吨)，不多的管段就会使平台12承受相当可观的负荷，特别是还需考虑到这类平台有时离海底约达1000英尺左右。因此，必须在平台12上设置额外的框架构件24来支承这种负荷，并将这种负荷传递到平台12的支柱上。这种额外的施工或安装负荷在管柱20能自身支撑前一直是存在的。管柱20的重量一般决定着用以使管柱20降下的吊车的吨位或复杂的起重装置的能力。
此外，通常在一个平台(见图2)上都要安装上30个上下的管柱20，但，每次只能安装1或几个管柱。因此，很有必要发展一种快速可靠的安装这些管柱20的方法以节省时间和费用。显然，可同时安装的成批井管16的数量以及安装一个管柱所需时间取决于安装的速度要求。
图3、4和5示出了本发明在海域环境中安装井管16的方法和装置。不难看出，这里另外采用了一个吊车26用以为船上吊车14解脱使其不能充分发挥作用的一部分操作任务。这个外加的吊车26可以安装在平台上，也可以采用装在起重船10上的另一吊车。无论如何，采用本发明的方法，管柱的重量大大减轻，因而可采用较小的吊车26以使管柱20下降到海底。所以，在安装井管时，由于采用了吊车26或其他合适的吊车，几乎没有增加或增加很少的费用，即使增加了一些费用，也由于省去了较大的船上吊车14而迅即得到补偿。
此外，井管塞具28(图5)可在管柱20的一个或多个井管16中使用。塞具28封闭井管16的一个端部，使其具有水密性，如果其强度和直径对壁厚的比值适宜，井管16沉入水中时，实际上即可取得浮力而不致破裂。设置塞具28具有相当重要的性质，可有效地消除管柱20过重的问题，从而减少作用在平台12上的负荷。为将管柱20沉入水中而需进一步增重时，可将水注入管柱20内，从而使之下沉而不致浮起。这样，调整管柱20内的水面就可取得所需浮力。
管柱20取得的浮力直接省去了在安装中用以支承管柱20的外加的或加强的框架构件24。此外，由于平台12的施工负荷明显降低，对平台12就不需考虑这些过大的作用力，也就可采用较轻的结构。另外，还可采用较小的支板，因其受力也明显减小。外夹头22也可采用轻型的，因其所受负荷也较通常为小。
图5示出了一种典型的塞具28，在Carr et al发表的美国4804018号专利中有较详细的说明，其他设计结构的塞具也可采用，如Davis-Lynch公司制造的改型塞具。此外，砂浆、水泥聚合物材料、橡胶基材料或充气软胎都可采用，因为钻井后井管16内部的固定的障碍物必须清除对塞具28的唯一要求是在其作自身支撑前具有水密性，并可在管柱20安妥后钻通或可在装进井筒前除去。塞具28可沿管柱20装在不同部位以便控制管柱20的注水状况。
如前所述，一密封的钢制管件在其外径与壁厚的比值约为30∶1时可取得平衡作用或浮力。这一参数通常称作径厚比。密封管件的径厚比大于30∶1上下时会浮起，而小于30∶1时会沉入水中。平衡点比值的实际分子数随管件浸入其中的流体价质的比重而异。但，不论径厚比为何，封闭管柱20以免进水由于其排水作用会加大管柱20的浮力，因而减小其重量，从而减小相应吊车26的负荷。
因此，在管柱20内的底部或预定部位设置塞具28或一种临时性的密封件，管柱20的有效重量会明显减小。这就有利于减小平台12的负荷。同样，在增设一或多个吊车的情况下，船上吊车14就仅仅用以提升和插装添加的井管16以使其就位(这里吊车的高度是必要的)而较小的一或多个吊车26则可用以平衡、稳定插装的井管16。这样，安装操作就可加快，安装30左右的管柱20所需时间就会大幅度减少。
减小管柱20的负重的另一好处是较多的井管可处于悬置状态(指预装好的管段)，从而更加速了安装的过程。
本发明的方法是在较典型的做法中，将塞具28安置于最下面的一个井管16中还是安置在其他部位，这取决于所需浮力的大小。另一种方法是在安置塞具28之前沉下井管16，但这要求增加一道使下沉井管16在安置塞具28后减重的工序。不论采用何种安置塞具28的方法，都可采用适于操作较小负荷的较小吊车26使管柱20在其自重作用下下降，也可采用一组起重器支承的外夹头使其下降(图3中未示出)。如果管柱20的浮力过大，就可注水以使管柱20重新在其自重作用下下降。这样，船上吊车14仅用以提升和插装管段16以使其就位。由于船上吊车14的高度很大，可使两或多个管段在供管般10上在起吊前事先组装在一起。这可使已经减少的单个管柱20所需安装时间又减少了一半。
也还可以同时安装两个或多个管柱20。在这种情况下，在船上吊车14提升和插装一管柱20时，平台吊车26就可降下另一管柱20。这样，在完成插装操作时，下降操作基本也已完成，船上吊车14就可竖立一管段16用于刚下降的管柱而平台吊车26可降下刚插装的管柱20。同时安装三或多个管柱20也是可行的，这与以上所述操作情况是相仿的。
在管柱20本身插定或使其插定而能自身支撑后，吊车16和26就可腾出而着手安装其他的管柱20。也还可以卸去或钻去塞具28，这也不会使平台12承受任何明显的额外负荷。
在只需小型管段16的情况下，就可用较小的平台吊车26以安装井管而不再需要更大的船上吊车14。但在仅使用较小平台吊车26的情况下，安装各种管柱20所需时间就会增加，但这种安装方法的费用会大大减少，因为这里免去了船上吊车14的费用。
在安装好管柱20并钻去或卸去塞具28之后，就可将井筒插进管柱以备日后海底的开发工作。
采用堵塞井管16的底部并将管柱20钻进到海底以下所需深度(如若钻井不成即予废业)的好处是可将钻探工具直接装到管柱20内以确定其走向和斜度，不必事先钻出或喷射排出通常在不堵塞井管底部时留在井管16内的土壤，这本身就减少了一般情况下完成工作平台或生产平台所需的时间和费用。
权利要求
1.一种在一海域环境中安装井管的方法，此方法的步骤是(a)用一水密性塞具封住一井管，(b)将所述井管从一高架平台上沉入水中，(c)按要求将另一些管段添装在所述井管上以形成一管柱，(d)调整所述管柱的浮力以控制所述管柱沉降海底的操作，(e)在所述管柱达到所需钻进深度后钻通所述塞具。
2.权利要求1所述的方法，其中所述井管的直径对壁厚的比值应使所述井管取得所需浮力。
3.权利要求2所述方法，其中所述比值约为30∶1，此比值随所需浮力和强度有所变动。
4.权利要求2所述方法，此方法包括以下步骤，即选择沿所述管柱设置所述塞具的位置，从而取得所需浮力。
5.权利要求4所述方法，其中用平台吊车使所述井管和所述管柱在其自重作用下下降。
6.权利要求4所述方法，其中所述调整步骤包括按要求在所述管柱中设置另一些塞具或适量地注水到所述管柱中。
7.权利要求6所述方法，此方法还包括以下步骤，即每次将所述另一管段从一供管船用一单独的船上吊车竖起，并用所述船上吊车将所述另一管段穿过所述平台。
8.权利要求7所述方法，此方法还包括以下步骤，即同时安装两或多个这种管柱。
9.权利要求8所述方法，此方法还包括以下步骤，即在竖立所述管段之前连接两或多个所述管段。
10.在一海域环境中安装一井管的方法，此方法包括以下步骤(a)将一塞具装在一井管内使之具有水密性，所述井管具有一规定的直径对壁厚的比值，此比值取决于所述井管所需浮力和强度，(b)竖立所述井管并使所述井管穿过一高架平台，(c)使所述井管在其自重作用下从所述平台下降，(d)在所述井管上添装另一些管段从而构成一管柱，陆续地使所述管柱在其自重作用下从所述平台下降，(e)按要求调整所述管柱的浮力直至其自身支撑为止。(f)将所述塞具从所述管柱中钻出。
11.权利要求10所述方法，其中用船上吊车竖立并插装所述井管，还用一单独的吊车降下所述管柱。
12.权利要求11所述方法，其中所述调整步骤包括按要求在所述管柱中设置另一些塞具或适量注水到所述管柱中。
13.权利要求12所述方法，其中同时安装两或多个这种管柱。
14.权利要求13所述方法，其中在竖立前将两或多个所述管段连接在一起。
15.权利要求14所述方法，其中所述比值随所需浮力和强度有所变动。
全文摘要
本发明涉及一种安装井管的方法，此方法使平台负荷明显下降，因而不需另外添设框架构件。在这种方法中，在井管的一个端部区段内将其堵塞，使井管在直径对壁厚的比值约为30∶1的情况下取得平衡性浮力。适当调整井管浮力，如注水或增加浮力，就可加装另一些管段而不致对平台引起过大的负荷。这样，就可用较小的吊车使管柱下降而不需大得多的船上吊车，此船上吊车就可更有效地仅用以竖立和插装长管并使其穿过平台。
文档编号E21B17/01GK1064337SQ91109630
公开日1992年9月9日 申请日期1991年10月11日 优先权日1991年2月22日
发明者丹尼尔·马乔·胡瑟 申请人:麦克德莫特国际公司