用于干树半潜结构的立管张紧装置导体的制作方法
【专利说明】用于干树半潜结构的立管张紧装置导体
[0001]相关申请的交叉引用本申请要求于2013年4月15日提交的美国临时申请号61/812，106的权益。
【背景技术】
[0002]1.发明领域
本发明大体上涉及海上生产油气。更具体而言，本发明关注由半潜船支撑的干树(dry-tree)式竖直立管。
[0003]2.相关领域的描述，包括根据37 CFR 1.97和1.98公开的信息
半潜式是悬浮单元，其甲板由柱体支撑，以便使该单元能够对波浪几乎无反应并且提供有利的运动行为。该单元通过使用动态定位停靠和/或通过终止在海底中的木粧或锚定物上的悬链线系泊索来停泊。DeepDraftSemi?平台是一种半潜式单元，其配备有在超深水条件下操作的油气生产设施。该单元设计用于优化船运动以容纳钢悬链线立管(SCR)—一从深水中的悬浮船悬挂在悬链线配置上的钢管，以将液体流传输至海底或者从海底将液体流传输出去。
[0004]“圣诞树”(或“树”)是处于已完成井的管子的顶部处的阀门组件，用于控制油和/或气的流已经使能够进行特定操纵。如果圣诞树处于海床的水平，井则被描述为“海底完井”或“湿树”。如果该树处于平台的甲板上，井则被描述为“表面完井”或“干树”。
[0005]干树半潜结构(DTS)是一种带有表面完井的悬浮设施，S卩，圣诞树位于海表面上方，在半潜式上，与海床相对。
[0006]将树链接至井的刚性管道(管子、套管等)需要高张力以避免压曲。因此DTC处于恒定张力下以抵消船的升降运动。
[0007]通常，DTS还带有基本的钻井设备以允许以轻微辅助模式进行井下干预。DTS还可以具有完全钻井能力的特征。
[0008]井湾是海上平台的区域，圣诞树和井口位于该区域处。井湾通常由两个水平组成:让井口进入的下水平和让树进入的上水平，树经常与多个井控面板一起进入上水平，井控面板通常具有用于液压致动的阀门(包括井下安全阀门和环形安全阀门)的压力计和控制器。在具有钻井包的平坦上，井湾将直接位于该钻井包下方以促进钻井进入和井干预。
[0009]当使用气罐来进行立管张紧时，帆桅式平台并入有导体和龙骨接头扶正器。这些导体较大并且是气罐组件的一部分。安装或移除均需要重吊船来处理。这些系统通常具有用于龙骨引导件的钢对钢接触，并且因此向立管传递较大轴向张力变体。可替换地，液压气动张紧装置已经被用于张紧立管。这些系统的每种已知示例均具有每个立管四个缸。
[0010]在某些张紧腿平台上和在使用N-线"直接作用立管张紧系统(国民油井华高公司、休斯顿、德州77036)的深水钻井船上，张紧配置(悬挂缸)已经在六缸配置上使用。
[0011]费恩等人申请的美国专利号6，648，074描述了一种用于帆桅式悬浮平台的装有万向节的台地立管支撑系统，帆桅式悬浮平台具有竖直地穿过帆桅壳体的中央井的立管。装有万向节的台地支撑在帆桅壳体的上方。台地由附接至帆桅壳体的顶部的多个非线性弹簧支撑。非线性弹簧顺从地驱使台地旋转，以便允许台地响应于风致和涌流致环境载荷相对于帆桅壳体做有限程度的旋转移动。较大能力非线性弹簧放置为接近台地的中央以支撑大多数立管张力，而较小能力非线性弹簧放置为接近台地的周界以控制台地的旋转刚度。立管支撑台地包括相互连接的横梁的网格，相互连接的横梁具有开口，立管穿过该开口。非线性弹簧可以是弹性体载荷垫或液压缸的形式。立管的上端由立管张紧液压缸从台地支撑，立管张紧液压缸可被单独地致动以调整立管中的张力和立管的长度。弹性体折曲单元或珠承装置设置在立管张紧液压缸与台地之间，以允许在各个立管与台地之间的旋转移动。
[0012]奥腾等人申请的美国专利第7，013，824号公开了一种用于将侧向载荷从立管转移至平台壳体的立管扶正器，平台壳体包括安装在龙骨接头上的龙骨扶正器。龙骨扶正器容置于固定在支撑架中的龙骨导向套内，支撑架安装在平台壳体的下端部。龙骨扶正器包括非金属复合材料支承环，该支承环具有辐射式外围轮廓，以便使龙骨扶正器与立管和平台运动的极端处的龙骨导向套之间的接触压力最小化。龙骨导向套的内表面覆盖有抗腐蚀合金以及涂有耐磨陶瓷丰富涂层。
[0013]帕利尼等人申请的美国专利第7，632，044号描述了一种具有固定的导体和悬浮框架的冲压式(ram-type)张紧装置。用于海上悬浮平台的立管张紧装置具有安装至立管上部的框架。活塞和缸围绕立管周向地间隔开并且连接在框架与悬浮平台之间。管状引导件安装至悬浮平台，以便响应于波浪和涌流一致地移动。立管延伸通过引导件。导辊支撑件安装至引导件周围的框架并且从框架处向下延伸。一组导辊安装至导辊支撑件，因为引导件与平台一致地移动，导辊支撑件与引导件呈滚动接合。
[0014]帕利尼等人申请的美国专利第8，123，438号描述了一种冲压式张紧装置，该冲压式张紧装置包括:框架，其配置为固定地附接至立管；围绕立管间隔开的多个缸组件，各个缸组件具有缸和配置为可滑动地在缸内移动的活塞，活塞配置为连接至框架；导辊支撑件，其固定地安装至框架并且从框架处延伸；至少一个支承，其固定地附接至导辊支撑件；以及引导件，其配置为与指示一个支承呈滚动接合，因为缸相对于框架移动。
[0015]西维斯等人申请的美国专利第7，588，393号描述了一种方法，该方法通过使用船的吃水线上方的张紧装置组件将顶张紧式钻井和生产立管支撑在悬浮船上。该方法可包括:将在第一端部上的至少一个液压缸附接至悬浮船上的第一位置以及将在第二端部上的至少一个液压缸附接至第一位置下方的张紧框架。该方法的下一步骤可以是:在至少一个液压缸与至少一个主蓄压器之间形成流体连接。
[0016]西维斯等人申请的美国专利第7，886，828号描述了一种用于支撑顶张紧式钻井和生产立管的悬浮船，顶张紧式钻井和生产立管具有壳体和设置在壳体顶部上的操作甲板。张紧装置组件可移动地带有导体，导体从井口连通至井进入设备。井进入设备连接至悬浮船。张紧装置组件由悬浮船支撑。
[0017]对于干树半潜式(DTS)平台，需要一种张紧系统，张紧系统可提供较大冲程(大约30至45英尺)并且还可为立管提供足够的支撑和对齐。生产立管圣诞树和钻井立管防喷器(Β0Ρ)的连接牵索必须根据平台运动的需要自由移动，而且不会冲击甲板或张紧系统元件，同时防止立管发生碰撞。此外，半潜式配置用于两个主甲板，并且由于需要的张紧装置冲程和进入圣诞树、张紧接头和Β0Ρ的需要，张紧系统优选地具有柱塞或上推式配置。通过使用上推张紧装置，张紧装置缸筒可位于甲板上的下部并且能够进入系统的关键区域，比如张力环和表面树。此外，上推式部署允许井湾更加压缩。
[0018]然而，冲压式或上推配置易遭受压曲失效和高侧向载荷。因此需要一种方法:向立管提供稳定性而且不会影响DTS设计参数可需要的低张紧装置弹簧比率。需要用于立管的龙骨引导系统，用于将侧向立管载荷直接反应至壳体结构，而不是在张紧装置和甲板接口处支撑高立管侧向载荷。将立管侧向载荷反应在半潜式的浮筒水平处也可改善平台的整体稳定性。
【发明内容】
[0019]根据本发明的立管系统提供足够尺寸的导体，所述导体用于将需要的侧向载荷支撑在龙骨处并且允许钻井和生产锚固连接器穿过内部。所述导体机械地附接至上部张紧装置框架并且响应于平台运动与所述张紧装置一起移动。所述导体与龙骨引导件和张紧装置乳辊在所述导体的外部通过接口连接。在所述导体的内部，所述生产或钻井立管可配备有一个或多个扶正器，以将侧向载荷从所述立管传输至所述导体。在顶导体部段上的导体头部提供用于间隔适配器(spaceout adapter )的轮廓，所述间隔适配器支撑所述生产立管并且允许所述立管与张紧装置隔开。
【附图说明】
[0020]图1是根据本发明的一个实施例的、配备有竖直立管张紧系统的干树半潜式的井湾的示意侧视图。
[0021]图2是图1中图示的干树半潜式的平面图。
[0022]图3是根据本发明的竖直立管张紧系统的侧视图，部分截面图。
[0023]图3A是图3中指示的导体连接器的纵向截面放大图。
[0024]图4是图3中图示的竖直立管张紧系统的上部张紧装置框架和导体头部的细节侧视图，部分截面图。
[0025]图4A是图3中图示的竖直立管张紧系统的第一可替换实施例的上部张紧装置框架和导体头部的截面图。
[0026]图4B是图3中图示的竖直立管张紧系统的第二可替换实施例的上部张紧装置框架和导体头部的截面图。
[0027]图5是图3中图示的竖直立管张紧系统的立管龙骨接头和龙骨接头扶正器的截面图。
[0028]图6是图3中图示的竖直立管张紧系统的龙骨引导件壳体接口的侧视图，部分截面图。
[0029]图7是图3中图示的竖直立管张紧系统的龙骨引导件壳体接口的侧视截面图，其相对于支撑干树半潜式示出。
[0030]图8是下部甲板的侧视截面图，支撑结构在干树半潜式上，并且从下甲板处支撑立管张紧装置。
【具体实施方式】
[0031]本发明可通过在附图中图示的示例性实施例得以最佳理解，在附图中使用了如下参考标记:
10干树半潜式海上船(“DTS”)
12柱体
14浮筒
15附图的顶表面
16上甲板水平
17井湾
18下甲板水平
19浮筒的底表面
20张紧装置 22圣诞树 24竖直立管 24A钻井立管 24B生产立管 26导体
28龙骨引导件
30龙骨引导件支撑结构
32系泊索导线器
34钻机
36SCR走廊
38张紧装置缸杆；张紧装置柱塞
40尚压瓶
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