专利名称：干树浮动生产设施用的并行式钻井和完井的制作方法
技术领域：
本发明涉及海底液态和气态的烃类矿床(即天然气和石油)的海上钻 井和开采领域。更特别地，本发明涉及利用同一海上结构进行勘探和/或油 气田开发钻井、并且同时进行完井和开采作业的系统和方法。
背景技术：
用于海上油气藏矿层开发和生产的浮动结构或设施通常或者使用"干 式釆油树"(安装在采油立管系统顶部的采油结构和设备)本身，或者将 "千式采油树"与在立管系统的下方或海底端部的"湿式采油树"相结合。 干式采油树是井筒从海底穿过一立管和生产油管系统、直到浮动设施的生 产曱板区或井台的延伸。所述立管和生产油管悬挂在表面井口系统中，一 上张紧立管悬挂系统支撑该表面井口系统。该上张紧立管悬挂装置的目的 是支撑表面井口载荷，并补偿表面井口与浮动设施之间的相对运动。对能 够支撑这种立管系统的浮动设施，根据对整体相对运动的限制，对其运动 特征如垂直起伏和倾斜以及摇摆特征设定了严格的要求。
为完成以干树为基础的钻井和完井程序，当前存在几种不同的方法。 一种方法基于在安装永久性的浮动设施之前利用移动式海上钻机 (MODU)预钻开发井。随后部署的永久设施将使用较小的回接和完井钻 机，以便在采油立管上进行回接，然后进行最后的完井工作，以开始采油。可选地，可以使用补充钻井，其中MODU在非常接近一进行完井和 油气开釆工作的干树装置(DTU)处进行油气田开发钻井。 一固定的或可 滑动的钻具组安装在干树装置上，以进行相继的钻井和完井程序。该钻具 组可以是完整的带有支撑系统的钻机，或者是供应船辅助钻井(TAD)装 置。
除了补充钻井外，上述现行方法要求相继的执行程序，其中先进行油 气田开发钻井，再进行干树钻井，然后完井。允许同时进行油气田开发和 完井/采油的补充钻井，取决于对利用MODU和DTU进行靠近作业有利 的环境条件。
到现在，由于水深度和油藏深度足够浅而能够在两到四个月的时间框 架内进行每口井的钻井和完井，因此上面描述的顺序或环境严格的作业从 为完成初次采油和稳定产量的实施时间的观点来看是可以接受的。随着在 超深水域(如水深为2000-3500米或更深)中证实的新的巨大能源储量以 及在碱式盐或盐下地层以下的油气藏，水深、油藏深度、高压和高温以及 地层挑战的结合对每口单个井的钻井和完井时间有很大影响。探井可能需 要六到九个月的钻孔时间，并且在油气田开发方案中，钻井时间可能还另 外需要三到六个月，并且随后还需要三个月的完井设计。因此，对于超深 水环境(例如墨西哥湾)中的中等大小的油气田，盐下油气田开发方案可 能需要考虑整个油气田开发钻井程序需要七到九年。
因此，在现有技术中提供一种提高深水海上油气藏的油气田开发钻井 和完井/采油的效率、并且因此减少这些油气藏的投产花费的时间的系统和 方法将是很有利的。还很有利的是提高该效率，并减少从启动油气田开 发到开始采油花费的整个时间间隔，以便对环境条件的影响比迄今已经可 达到的更小。另外，提供这样一种允许油气田开发工作和完井/油气开采工 作同时地、并且仍完全独立进行以避免互相干扰的系统和方法也是很有利 的。
发明内容
整体上说，本发明一方面涉及以"并行，，(在时间含义而非物理含义 上)方式既进行油气田开发钻井、又进行完井/油气开采工作的系统。该系统包括一浮动设施，该设施包括带有月池和井台的甲板、固定在月池之上 于甲板上并可操作以经月池进行油气田开发钻井(包括探井)的第一钻机、 与活动安装在井台之上于甲板上并可操作以在第 一钻机进行油气田开发钻 井时经井台实施完井和采油功能的第二钻机。
另 一方面，本发明涉及利用单个浮动设施同时进行油气田开发钻井与 完井及采油功能的方法，浮动设施具有带钻井月池和井台的曱板，该方法
包括(a)使所述浮动设施在第一油气田开发位置就位，以便经由钻井月 池在第一井位进行油气田开发钻井；(b)使用第一钻机以经由所述钻井 月池在所述第一井位进行油气田开发钻井，其中所述第一钻机在所述钻井 月池之上固定于所述曱板；(c)将所述浮动设施移动到第二油气田开发位 置，以便在第二井位进行油气田开发钻井；(d)使用所述第一钻机，以 经由所述钻井月池在所述第二井位进行油气田开发钻井；(e)在第二井位 进行油气田开发钻井期间，必要时使设施在第一完井位置就位，在该位置 可经过井台通达第一井位；和(f)使用在所述井台之上活动安装在所述甲 板上的第二钻机，以经由所述井台在所述第一井位进行完井工作，与此同 时在第二井位进行油气田开发钻井。
提供该简要的发明内容，以便可以快速了解本发明的性质。可以通过 参照以下的结合附图对其优选实施方式进行的详细描述更全面地了解本发明。
图1是本发明的包括并行进行油气田开发钻井和完井的系统的海上浮 动设施或结构的轴测投影图2是图l设施的侧视图，表示根据本发明从第一固定钻井钻机延伸 的钻井隔水导管和从第二可移动钻机延伸的完井/采油立管；
图2A是可从图1设施的固定钻井钻机延伸的钻柱和钻井隔水导管的 细部图3从图2右侧看的图l设施的背视图4是沿图3的线4-4得到的图l设施的平面图5是沿图3的线5-5得到的图l设施的曱板的俯视图；示用于完井/油气开釆工作的钻井月池和井台、以及相应的海底井口布
置；
图7是位于图i设施的井台之上的活动完井钻机及其相关的液压千斤
顶滑动装置的俯视图8是沿图7的线8-8获得的图7所示液压千斤顶滑动装置的一部分 的横剖面图9是沿图8的线9-9实现的横剖面图IO是沿图8的线10-10实现的横剖面图11A-11D是图l设施的半示意性正视图，表示按照本发明使油气田 开发钻井与完井/油气开釆工作并行进行的方法的步骤。
具体实施例方式
参照附图，图1、 2和3示出海上浮动设施或结构10。所示的特殊结 构是已知类型的平台如可伸展式吃水平台(EDP)，但也可使用现有技术 中已知的其它类型的结构，例如张力腿平台(TLP) 、 SPAR平台(深水 浮筒平台)、和深吃水半潜式平台。实际上，如将要指出的，可以使用任 何能够支撑干树完井/采油系统的浮动结构。EDP、如结构10是现有技术 中熟知的，其如文献US 7,037,044中所例举描述的，该文献的公开内容通 过引用合并在此。简要地说，结构或可伸展式吃水平台10包括被几个(一 般为三个或四个)可调节浮力柱14支撑在水面之上的壳体结构12，可调 节浮力柱14在它们的下端部被连接在具有中心孔17的垂荡板16上。壳体 结构12包括几个甲板，图中只示出了顶部曱板或上曱板18。顶部甲板或 上甲板18支撑如下面将详细描述的钻井、完井和釆油装置，并支撑其它结 构和设备，例如工作人员居住区20以及一个或更多个起重机22。
EDP10通过系泊系统被固定于海底，所述系泊系统包括一组从所述维 构、如图所示从垂荡板16延伸的锚绳24。如下面将要描述的，锚绳24通 过绞车(未示出)加以控制，可操作绞车以便相对海底移动EDP10的位置。 可选地，可以使用现有技术中公知类型的(被供以动力的)动力定位系统。
壳体结构12配有两个穿过所有甲板延伸的开口或"月池"，以便提供到海底的通道。如下面将要描述的，第一较小的月池是钻井月池26 (见图 2、 5和6)，而第二较大的月池是容纳多个采油立管槽位的井台28。
第一或固定钻井钻机30在钻井月池26之上固定于上甲板18，钻井钻 机30可操作以深入到海底32以下的水下油气藏(未示出)中进行油气田 开发钻井。油气田开发钻井通过钻柱34进行，钻柱34由固定钻井钻机30 操纵并穿过钻井月池26延伸。有利的是，钻柱34穿过固定于水下井口 38 的高压钻井隔水导管36延长，水下井口 38通过固定钻井钻机30被安装。
第二活动钻机或完井钻机40活动地支撑在井台28之上，使其可以在 与上曱板18基本平行的一平面中相对井台28换位或平移。活动钻机40 的换位或平移有利地可以通过(下面将详细描述的)在井台28之上固定于 顶部曱板或上曱板18上的液压千斤顶滑动装置42完成。完井钻机40通过 布置釆油立管44进行"回接(tie-back)"作业，采油立管44穿过井台 28延伸，并且在它的下端部与井口 38连接。生产油管(未示出)通过完 井钻机40布置，穿过采油立管44并经由海底井口 38下到井(未示出)中。 生产油管悬桂在固定至采油立管44上端部的干树装置(未示出)的接头上。 在采油立管内的生产油管的上端部通过现有技术中公知的常规手段液压和 机械地连接至干树装置。井台28的尺寸确定成可容纳多个(一般为六到十 二个或更多)的预定位置或"槽"46 (见图5-7)，每个位置或槽接纳一 个采油立管44。为此，可以在井台28中安装一网格结构(未示出)，以 形成立管槽位46。例如参见其公开内容通过引用合并在此的文献US 6,692,193。
图6示意性地表示在一特殊水下井口区域48中完成一定数量的井后的 井口 38的典型布置("井伸展树(wellsplay)")，井的数量与井台28 中的采油立管槽位46的数量相对应。钻井月池26和钻井隔水导管36净皮表 示出在水下井口区域48中，并且多个釆油立管44也净皮表示出在井台28 中。井台28相对钻井月池26的布置使得采用下面描述的并行式开发钻 井和完井/采油方法，钻井隔水导管26和采油立管44能被布置且彼此没有 干扰地独立通过。
图7-10表示液压千斤顶滑动装置42,有利的是，活动的完井钻机40 安装在该滑动装置42上。滑动装置42包括高架轨道结构，该结构包括一对平行的纵梁50，所述纵梁50通过多个垂直支座52 (图2和3 )被支撑 在顶部或上甲板18之上、或被支撑在顶部或上曱板18上。 一滑台54滑动 地安装在一对平行的横梁56上，该对平行的横梁56接着又滑动地安装在 纵梁50上。每个梁50、 56都具有水平的翼缘58，翼缘58通过轨道零件 60固定在梁的上表面。完井钻机40固定至滑台；因此，滑台54具有孔口 62，完井钻机40安装在孔口 62之上，采油立管44穿过孔口 62延伸。
滑台54通过第一或纵向的液压夹紧千斤顶系统64可相对上甲板18 沿每个纵梁50纵向地平移，并且可通过第二或横向的液压夹紧千斤顶系统 66沿每个横梁56横向地平移。因此，优选有两个协同动作的纵向液压夹 紧千斤顶系统64和两个协同动作的横向液压夹紧千斤顶系统66。有利地， 液压夹紧千斤顶系统64、 66可以是美国加利福尼亚戈拉塔的Bardex公司 (Bardex Corporation, of Goleta， California ) (www.Bardex.com)销售的 商品名为"Bardex Gripper Jack"类型。简单地说，每个夹紧千斤顶系 统64、 66包括一对固定于液压摩擦锁定装置70的液压千斤顶缸68。每个 缸68包含一液压活塞杆72。在纵向液压夹紧千斤顶系统64中，活塞杆72 与横梁之一56相连接。在横向液压夹紧千斤顶系统66中，活塞杆72与滑 台54连接。每个摩擦锁定装置70滑动安装在梁50、 56其中之一的翼缘 58上。
为了使滑台54朝第一或前进方向纵向地移动，两个纵向夹紧千斤顶系 统64的摩擦锁定装置70被致动，以实现在它们各自纵梁50的翼缘58上 的锁定。然后纵向夹紧千斤顶系统64的缸68被作动，以伸出它们各自的 活塞杆72，使得通过使距离增加直至活塞杆72的整个可延伸长度来影响 滑台54的纵向平移。为了使滑台54移动下一距离增量，使摩擦锁定装置 70致动，以实现释放它们与翼缘58的锁合，并且使活塞杆72收缩回，从 而将摩擦锁定装置70拉向第一或前进方向。然后将摩擦锁定装置70锁定 在翼缘58上，并且重复该过程，直至达到希望的纵向位置。通过操纵缸 68和摩擦锁定装置70，完成在第二或相反方向上的纵向运动，这样因而摩 擦锁定装置70被推向所述相反方向。通过类似地操纵两个横向夹紧千斤顶 系统66的缸68和摩擦锁定装置70，完成滑台54沿横梁56的横向运动。 因此，通过适当地使平台56在井台28之上纵向和横向地移动，可以靠近每个采油立管槽位46，以便将采油立管44穿过立管槽位46进行安设。
要指出的是，上述液压千斤顶滑动装置42只是一种特别有利的用于使 可移动钻机换位或平移的机构。本技术领域中的技术人员可以提出其它适 当的换位或平移机构。
上述浮动设施IO可操纵，以便以在时间意义而非物理意义上的"并行" 方式进行油气田开发钻井和完井/油气开采工作。也就是说，可利用单一设 施或结构在第一口井上进行完井和油气开采工作一一而该第一口井是之前 已利用所述结构通过油气田开发钻井而钻好的，且同时利用该结构进行油 气田开发钻井，以在开发油田中实现第二口井。
特别是，如图11A所示，设施IO在第一开发位置就位，以便经由钻 井月池26在第一井位80a进行油气田开发钻井。在第一井位80a，利用第 一钻柱34a穿过钻井月池26进行油气田开发钻井，其中所述第一钻柱34a 穿过钻井隔水导管36 (参见图2A)由固定钻井钻机30操控。如图11B所 示，固定钻井钻机30使第一钻柱34a和第一钻井隔水导管36从第一井位 80a移离，并且设施10 (通过如锚绳24的部件或现有4支术中已知的其它部 件)被移动到第二油气田开发位置，以便在第二井位80b进行油气田开发 钻井。然后，如图11C所示，利用第二钻柱34b穿过钻井月池26在第二 井位80b开始油气田开发钻井，其中第二钻柱34b穿过钻井隔水导管36 由固定钻井钻机30操纵。在第二井位80b处进行油气田开发钻井的过程 中，设施10的位置可以根据需要调节到第一完井位置，在该第一完井位置， 可以通过井台28通达第一井位80a。最后，如图2、 3和11D所示的，在 油气田开发钻井仍在第二井位80b处进行时，通过活动完井钻机40在第 一井位80a处开始完井/油气开采工作，其中所述活动完井钻机40使釆油 立管44穿过井台28伸向第一井位80a。
在每个后续井位开始油气田开发钻井时，重复上面列举的步骤顺序， 且同时在最近新钻好井的井位进行完井/油气开釆工作。通过上面描述的液 压千斤顶滑动装置42，在井台28上方移动活动完井钻机40的位置，以便 靠近每个相继的采油立管槽位46。使用上张紧采油立管44(以及其中的生 产油管)，方便了在每个井位完成油气田开发钻井之后使活动完井钻机40 到达所述每个井位所需的设施10的位置移动。如将要指出的，以上公开的并在附图中示出的装置和方法只是一些实 施例，并且它们并不视为排除本领域技术人员可以提出的其它实施例和等 效的装置和方法。实际上，这些可以合理提出的等效的装置和方法仍被视 为在随附的权利要求所确定的本发明的理念和范围内。
权利要求
1.同时进行油气田开发钻井与完井或油气开采工作的浮动设施，该浮动设施包括-壳体结构，其包括甲板和第一开口及第二开口，每个所述开口提供穿过所述甲板到达海底的通道；-第一钻机，其在所述第一开口上方固定于所述甲板，所述第一钻机可操作以经由所述第一开口进行油气田开发钻井；和-第二钻机，其可移动地在所述第二开口上方位于所述甲板上，所述第二钻机可相对所述甲板水平地移动，并且可操作以便经由所述第二开口进行完井和油气开采工作；其中，所述第一钻机和第二钻机是可同时操作的。
2. 如权利要求1所述的浮动设施，其中，所述第二开口被构形成容纳 多个釆油立管槽位。
3. 如权利要求1所述的浮动设施，其中，所述第一钻机可操作，以使 钻柱穿过所述第一开口延伸并操纵该钻柱。
4. 如权利要求3所述的浮动设施，其中，所述钻柱穿过高压钻井隔水 导管延伸。
5. 如权利要求1所述的浮动设施，其中，所述第二钻机可操作，以使 采油立管和生产油管延伸到海底。
6. 如权利要求1所述的浮动设施，其中，所述第二钻机可在一与所述 甲板基本平行的平面内、沿第一轴线和沿基本垂直于所述第一轴线的第二 轴线移动。
7. 如权利要求1所述的浮动设施，其中，所述第二钻机安装在液压千 斤顶滑动装置上。
8. 如权利要求7所述的浮动设施，其中，所述液压千斤顶滑动装置包 括一对平行的支撑在所述甲板上或者支撑在该曱板之上的纵梁。
9. 如权利要求8所述的浮动设施，其中，所述液压千斤顶滑动装置还 包括一对平行的滑动安装在所述纵梁上的横梁。
10. 如权利要求9所述的浮动设施，其中，所述第二钻机安装在一滑 台上，所述滑台滑动地安装在所述横梁上。
11. 如权利要求9所述的浮动设施，其中，所述液压千斤顶滑动装置 还包括纵向液压夹紧千斤顶系统，其可操作以使所述第二钻机相对所述 纵梁平移；和横向液压夹紧千斤顶系统，其可操作以使所述第二钻机相对 所述横梁平移。
12. 用于进行油气田开发钻井与完井/油气开采工作的系统，该系统包括-浮动设施，其具有曱板以及月池和井台；國第一钻机，其在所述月池上方固定于所述甲板，并且可操作以经由 所述月池在海底中进行油气田开发钻井；以及-第二钻机，其在所述井台上方活动地安装在所述曱板上，并且可操 作以便在所述第 一钻机进行油气田开发钻井时经由所述井台在海底进行完 井和油气开采工作。
13. 如权利要求12所述的系统，其中，所述浮动设施选自由可伸展式 吃水平台、张力腿平台、SPAR平台、和深吃水半潜式平台构成的组。
14. 如权利要求12所述的系统，其中，所述第一钻机可操作以使钻柱 穿过所述第一开口延伸并操纵该钻柱。
15. 如权利要求14所述的系统，其中，所述钻柱穿过高压钻井隔水导 管延伸。
16. 如权利要求12所述的系统，其中，所述第二钻机可操作以使采油 立管和生产油管延伸到海底。
17. 如权利要求12所述的系统，其中，所述第二钻机可在一与所述甲 板基本平行的平面内、沿第一轴线和沿基本垂直于第一轴线的第二轴线移 动。
18. 如权利要求12所述的系统，其中，所述第二钻机安装在液压千斤 顶滑动装置上。
19. 如权利要求17所述的系统，其中，所述液压千斤顶滑动装置包括 一对平行的支撑在所述曱板上或该曱板之上的纵梁。
20. 如权利要求18所述的系统，其中，所述液压千斤顶滑动装置还包括一对平行的滑动安装在所述纵梁上的横梁。
21. 如权利要求20所述的系统，其中，所述第二钻机安装在滑动安装 于所述横梁上的滑台上。
22. 如权利要求20所述的系统，其中，所述液压千斤顶滑动装置还包 括纵向液压夹紧千斤顶系统，其可操作以使所述第二钻机相对所述纵梁 平移；和横向液压夹紧千斤顶系统，其可操作以使所述第二钻机相对所述 横梁平移。
23. 利用 一浮动设施同时进行油气田开发钻井与完井或油气开采工作 的方法，所述浮动设施具有甲板以及钻井月池和井台，该方法包括(a )使所述浮动设施在第 一油气田开发位置就位，以便在第 一井位进 行油气田开发钻井；(b)利用第一钻机经由所述钻井月池在所述第一井位进行油气田开 发钻井，其中所述第一钻机在所述钻井月池之上固定于所述曱板；(c )将所述浮动设施移动到第二油气田开发位置，以便在第二井位进 行油气田开发钻井；(d )利用所述第 一钻机经由所述钻井月池在所述第二井位进行油气 田开发钻井；和(e)在所述第二井位进行油气田开发钻井的期间，利用第二钻机经由 所述井台在所述第一井位进行完井或油气开釆工作，其中所述第二钻机在 所述井台之上活动地安装所述甲板上。
24. 如权利要求23所述的方法，其中，当所述浮动设施处于所述第二 油气田开发位置时，可经过所述井台通达所述第一井位。
25. 如权利要求23所述的方法，其中，利用第一钻柱在所述第一井位 进行油气田开发钻井；并且，利用第二钻柱在所述第二井位进行油气田开 发钻井。
26. 如^又利要求25所述的方法，该方法还包括在将所述浮动i殳施移动 到所述第二油气田开发位置之前用所述第 一钻机移离所述第 一钻柱。
27. 如权利要求23所述的方法，其中，在所述第二井位进行完井或油 气开采工作后，在后一井位进行油气田开发钻井，且同时在最近已完成油 气田开发钻井的前一井位处进行完井和 气开采工作。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述井台包括多个立管槽位， 每个立管槽位对应于一井位；并且，完井或油气开采工作的进行包括将所 述第二钻机移动到所述井台之上，以靠近每个相继的立管槽位。
全文摘要
利用一浮动设施进行油气田开发钻井与完井/油气开采工作，该浮动设施具有甲板与月池和井台、在月池上方固定于甲板的第一钻机、和在井台上方活动安装于甲板上的第二钻机。使用时，设施位于第一位置，以通过第一钻井经由月池在第一井位进行油气田开发钻井。将设施移动到第二位置，以通过第一钻机经月池在第二井位进行油气田开发钻井。在第二井位进行油气田开发钻井的过程中，移动设施，以可穿过井台通到第一井位。用第二钻机经井台在第一井位进行完井/油气开采工作。
文档编号E21B7/12GK101688433SQ200880015707
公开日2010年3月31日 申请日期2008年3月25日 优先权日2007年3月26日
发明者T·W·埃勒森 申请人:泰克尼普法国公司