专利名称：海上平台和使用该平台的方法
技术领域：
本发明涉及一种海上平台及其使用该平台的方法，特别涉及到为安装一根或多根油井套管而在海底使用的平台和方法。
通常在近海井钻井时，在钻油井的位置的海底上安装一平台。平台一般包括由具有许多通道的管道建成的支架。平台一般与桩子固定连接，这些桩子被打入海底，以保证平台安全。这里所说的“海底”和“海上”平台等应当包括任何水域，在其间可以钻水下油井。
在保证安全的情况下，平台提供一种装置，以便隔开钻入地层的各种井管。平台也支撑油井套管、钻井隔水管、防喷装置以及钻井和生产期间的负荷。
许多已有平台都包括使平台相对于非水平的海底保持水平的装置作业要求这样，以便平台适于接受桩子、导管、钻杆柱和各种隔水导管，而所有这些都沿基本垂直的方向从平台和浮船接近海底。
保持平台水平的设备和技术大大增加了平台的成本，并且还需要使用水下驱动装置或遥控操纵的设备，以便完成平台测平工作。
有些例子中，平台可以被安装在基本上水平的海底，导管、桩子、钻头等可以沿基本上是非垂直方向靠近平台。这是由于钻杆柱相对平台位置弯曲，而钻杆柱是从该平台放下的。在某些场合，将要求沿非垂直方向，穿过平台放下钻杆柱或套管柱，以便钻出略有角度的井孔。已有的平台以相对平台基本垂直的方向接受导管、桩子、钻杆柱等。
有必要提供一种平台及其使用方法，该平台可以固定到海底而不必对其进行测平。
还有必要提供一种平台及其使用方法，该平台的钻杆柱、套管柱等可以穿过安装在海底的平台被接受，并可以不与平台保持垂直。
本发明包括一平台和使用该平台的方法，该方法包括把平台降到海底，桩子与平台枢轴连接，并把桩子打入地层的步骤，随后，油井套管与平台枢轴连接并被打入地层。本发明的装置包括完成该方法的结构。
图1是根据本发明建造的平台的顶视图;
图2是沿图1的2-2线的剖面图;
图3是图2的平台的局部放大图，包括几个转向位置时的导管和带有导管的永久性导向基架。
图4是图2的平台的局部放大图，包括几个转向位置的桩子;
图5是沿图1的5-5线的剖视图，它表明钻井完成以及产品和输油管安装后的状态。
本发明提供了一种海上钻井平台及其使用该平台的方法。该平台包括一个安装在海底的支架;枢轴连接桩子和支架的装置，当桩子这样连接时支架允许桩子沿纵轴线运动;还包括枢轴连接油井套管与支架的装置，当油井套管这样连接时支架允许油井套管沿纵轴线移动，该平台可以用来完成该发明的方法。
现在看图1，以10来表示根据本发明的装置建造的平台，平台10包括由许多诸如14、16一类的横梁所构成的支架12。横梁14是如图中以虚线表示的宽缘横梁。图1中带有虚线的其它横梁也是宽缘横梁。
泥浆层18包括固定在机架12下侧的一块板上，它的外圆周与机架12的外圆周相同。泥浆层包括一内周边，它实际上是带有侧边20、22、24、26、的方形。这样，平板的中心位置包括一开口30、它由宽缘横梁27、28成十字形隔开。
32表示桩子底座，34表示油井底座，在图1中，可以看到平台10总共包括四个桩座，它们实质上都与桩座32相同。平台10还包括总共14个油井底座，每一个实质上都与油井底座34相同。
平台10还包括一对输油管底座，它们分别用36、38表示，另外，包括一对出油管底座，它们分别用40、42表示。
在图3中，更详细地描述了油井底座34。它包括穿过平台通道44，在平台10中，球形轴承连接器46放在里面。联接器46和与其相关结构在后面将进一步描述，联接器被看作是枢轴连接油井套管与机架的装置。通道44由漏斗形部分52、上圆筒状部分54(联接器放在其中)、圆锥形部分56以及下圆筒部分58构成。
也被认为是第二个万向接头的联接器46，包括具有一实质上为圆筒形开口62的球形轴承60。轴承60由带有四个弧形部分的轴承座支撑，其中的两个部分是64、66(见图3)。弧形部分64、66由销轴68、70固定，而销轴68、70被固定在平台支架上。在图1中也可以看到销轴68、70。另一对销轴72、74固定象64、66一样的另外两部分。销轴与这两部分65、67(未表示)一起构成支撑轴承的支座，如图1所示，轴承座的每个弧形部分确定了一约为30°弧的弧度角。
漏斗形部分76，在开口62的圆周，被安装在轴承60的上部。
在图3中，油井底座34带有一个导管78，导管78也被看作一个油井套管。
导管78包括大量使用的永久性的安装在导管上端的导向基座80、导管78的右侧和导向基座80(用实线)基本上为垂直位置。处于反时针方向旋转的最大位置、导管78和导向基座80的左侧上部(图中虚线)，当导管78的下部(图中虚线)处于顺时针旋转的最大位置时(图3)。这样，确定导管78的纵向轴线位置便有三条线。可以看出，导管78和导向基座80相对于纵向轴线实质上是对称的。
象所看到的套管78的虚线位置，左侧导管78碰着平台的最下部，从而限制轴承60的转动。
导管将碰到平台的最下部而不管转动方向，并将限制轴承转动的角度。
82表示连接油井套管与油井套管的连接装置，也可以作为固定套管与第二接头的装置。它包括在轴承60中开口62的内圆周而形成的环形槽84。另一环形槽86绕在导管78的外表面的圆周上。槽84和86高度基本相同。弹簧圈88具有一如图3所示断面的约300°弧度角的弧形线。当固定装置82的部件如图3所示时，弹簧圈88部分地放在槽84、86中，从而限制了导管78相对于轴承60的开口的轴向运动。
导向基座80包括一对相对直立的臂81、83，它们均有一纵向孔，如同后面的图5所描述的那样。系在凸耳85、87上的绳子，用安装在上部的导向基座80来引导导管78进入井座34中，凸耳85、87固定在平台的上部。
现在看图4，包括桩座32的结构将更详细地表示出来。其中包括穿过平台而形成的通道90，该通道90包括下圆筒部分92，中间部分94和上部96，上部96形成了一个以通道90纵轴线为中心的环形空间。上部96由具有环形内圆周100的下环形板98，竖直的圆筒部分102，以及具有环形内圆周106的上环形板104也可以从图1中看出。
在环形部分96内所安装的是环形轴承支座108，该轴承支座108包括一上环板110，下环形板112、以及一竖直的圆筒部分114，114与上下环板110、112的外圆周相接合。实际上，环形轴承座116与板110、112内圆周相接合，并用以支撑球轴承连接器118。联接器118及其有关结构将在以后更充分地描述。联接器118被用来作为枢轴连接桩子与机架的装置。也被看作为第一万向接头的轴承连接器118包括一球轴承120，该轴承有一实质上为圆柱形的开口122，开口112包括一带有上肩126和下肩128的环形槽124。
可以看出，轴承座116不是做成在整个360°圆周上进行支撑，而是把它分成许多类似于井座34中那些支撑轴承60的弧形轴承座。
以实线表示的联接器118，它包括桩子130。联接器和桩子基本上处于垂直位置。桩子130包括一纵向圆管，该圆管有一端插在平台正下方的地层里。后面将对此进一步描述。联接器118的左侧用虚线以其逆时针方向表示。桩子130的下端132以虚线表示其假想位置，当联接器118和带有桩子130的纵向轴线134呈顺时针方向时，即处于该位置。
以虚线表示的轴承支座108的右侧位于与通道90的纵轴线共轴的环形部 6内，这条轴线用135表示，象后面将更详细地描述的那样。把平台安置在海底，用轴承座108把桩子130固定在海底，轴承108用销钉138一类的紧固件将其固定。联接器118的左侧带有可拿开或剪断的销子和处于最左侧的轴承座108。对此，在后面将结合描述平台的使用方法时进一步描述。
现在再来看图4，一对转动挡140、142安装在漏斗136两侧的下表面。如图4中左侧所示。挡140紧贴板104的上表面或板110的上表面，以便在轴承支座108与其同轴时，阻止联接器118的逆时针转动。与此相似，挡142可以限制联接器118的顺时针转动。在平台的上部安装一对凸耳144、146，它们作为引导绳(未表示)的锚，这些锚用来使下面的桩子130进入并穿过联接器118，好此，在后面将进一步描述。
现在来看图5，此时所表示的平台10处于装配状态，以及在井座34中油井完成之后，输油管36包括球轴承联接器148，它在结构和运转上与联接器46相似。与通道44、90相似并穿过平台而形成的通道150可容纳泥浆管152，该管紧固地安装在联接器148的下端。导管154穿过通道150的壁进入该通道，其一端系在导管156上，导管156安装在平台上，而另一端系在与轴孔155有关的联接器148的下端。导管156的另一端与出油管157相通，该出油管157与一通道(未示)相连，以便通过出油管157提供生产的液体，广泛使用永久性导向基座159安装在联接器148上，并起到与导向基座80同样的作用。广泛应用的螺纹千斤顶161、163可以用来保持导向基座159处于水平，这将在与平台操作有关的叙述中进行解释。
通常采用的井口头158安装在联接器148上，并与输油管160的一端保持联接，160的另一端与水面生产平台相连。
与此相仿，通常采用的井口头162安装在导向基座80上。产品提升机164的一端与井口相接，另一端与表面平台上的设备相连轴线166、168、170分别确定了桩子130、联接器78(提升机164)以及提升机160的纵轴线。
作业时，通过升降船或半潜水的钻井设备，将平台10降至海底。在发明的一个实施例中，平台10重约450吨，优先采用升降船进行作业。
当平台在海底不工作时，它可以不平行而是以一角度倾斜放置，如图5所示。在平台在海底不工作后，安装象桩子130那样的四根桩子的每一根，以便使平台稳定地停泊。从平台伸出到表面的凸耳144、146上的绳(未表示)用于引导桩子130和吊起桩子的管线，所述的绳索用于将管线的下端带入漏斗136。桩子130的下端穿过漏斗136进入联接器118。桩子处于基本垂直状态，即沿图5中轴线166靠近井座34。桩子的下端由漏斗136引导进入开口122。开口122的轴线。由于和漏斗侧面相对的桩子下端的作用，当桩子下端降低时，开口122的轴线与桩子的轴线对准。当开口的轴线被调准时，桩子穿过开口和通道90进入如图5所示的平台正下方的地层。桩子和管柱的重量将开始带动桩子进入底部。因此，水可以穿过管柱进行循环，从而浸蚀桩子正下方的地层，因而，在平台下面的地面中需要进一步嵌入桩子。
通常使用的液压锤也可以用于安装桩子130，在这种情况下，桩子的下端也沿轴线166靠近联接器118，并象上边所述的那样被装入。
在桩子被牢固地嵌入平台正下方的地层后，安装它的装置移开，将通常使用的液压设备(未表示)插入桩子166里，并在其中下降，直到该设备装入开口122为止。该设备用来使靠近槽124的桩子的那部分沿径向膨胀。这样，使桩子膨胀进入如图4所示的右侧视图中的槽。这样的膨胀限制了桩子沿图所示轴线155的轴向移动。
其余的每根桩子也类似的方式安装，这样，各个桩子就可以在平台上传递负荷到正下方的地层上。
桩子安装完毕后，带有安装在桩子上的永久性导向基座80的套管78下降直到导管的下端落入漏斗52内为止。导向基座80的两个臂81、83由绳索承受，如图5所示。这些绳索固定在平台的凸耳85、87上，上述绳索引导导管，使其下端进入漏斗52内。漏斗52将导管的下端引向轴承60上的漏斗76导管78沿实质上为垂直的轴线168靠近平台。当所述下端撞到漏斗时，它趋于带动轴承60，因而，可以用靠近导筒的轴线来调准开口62的轴线。
弹簧圈88装在导管78的槽86中，当导管进入平台正下方时弹簧圈靠近轴承60。当弹簧圈在漏斗76中并靠近开口62时，它被压入联接器上的槽86中，在那里允许弹簧圈放在开口62里。当该圈靠近轴承60里的槽86时，它胀入槽86内一部分，并占据一定位置，如图3所示，在那个位置，它限制导管78沿开口62的轴线的垂直运动。
导管安装好后，开始钻井。通过导向基座80上的导绳，钻井设备进入并穿过联接器78。在以常规方法钻完井后，输油管164和输油管联接器162被下降至一定位置，使用引导绳在位于导向基座80内侧的井口上，安放上述输油管164和输油管联接器162。
油井导管嵌入每个井座，在油井座中钻井，钻完井后，安放输油管，其方式与所述的与井座34有关的相同。
位于输油管引导架上的螺纹千斤顶161、163使引导架保持水平。随后，图5所示的泥浆被注入通道150，从而使联接器148相对于平台永久性地固定，输油管160以象采油管那样的方式安装如上所述，当安装和钻完之后，每口井的产品由管子送到平台表面。随后，这些产品被通过导管154注入输送管160，并被注入输送管157以便输送到管道。其它的输油管和有关设备也从平台接收产品，并以类似的方式把产品送到管道。
可以看出，本发明提供了一种用于安装油井导管和桩子的万向接头的平台，它能在不平坦的地面上使用，而不要在已有的平台中是必要的昂贵的设备和保持水平工序。此时，应该注意到，由于从表面降下的管柱的弯曲，以及甚至当平台基本水平时，桩子和导管可以以稍微不垂直的角度靠近平台。应用本发明的平台，在与漏斗相对的桩子或导管的下端作用下;球形导向轴承转动，引导导管或桩子进入漏斗从而调准轴承开口以装入导管或桩子。
由于地表面相当倾斜，在该过程中，保持水平应该被认为是必要的。钻斜井时，在驱动象130一类的桩子进入确定地层之后和把桩子锁到相应的轴承上之前，平台一端可以升起以带动平台到一更水平的方位。由于每根桩子被紧密地安置在各自相应的轴承内，象图4中138一类的销子被剪断以便准许轴承座的横向移动，上述销子138将轴承座108与通道90同轴固定。在平台按要求定位后，所述每根桩子通过通道90被接收。每根桩子被固定到相应的轴承上，钻井可以象所述的那样进行。
由于每根桩子和导管被紧密地放在它们各自的轴承内，平台和油管等的负荷被传递到桩子上及相应的地层。由于桩子和导管相对于各自的轴承沿轴向固定，油管和平台等的轴向负荷也传递到桩子上，这些负荷提供了一很稳定的机座和平台。这样，钻井和其它的操作可以进行。
可以看出，在不违反本发明实质的情况下，还可以得到其它改进的实施例，这将在随后的权利要求中限定。
权利要求
1.一种在水下地层中安装油井套管的方法，其特征在于它包括以下步骤将平台下降到水下；枢轴地连接桩子与平台；将桩子打入地层；枢轴地连接油井套管与平台；将油井套管打入地层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的方法还包括将桩子固定到平台的步骤。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述的方法还包括油井套管固定到平台的步骤。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括枢轴地连接桩子与平台的步骤，其方式为在允许桩子沿各个方向转动时，也允许桩子沿其纵轴线移动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于允许桩子沿各个方向转动的步骤，包括在预定的角度段谠市碜友馗鞲龇较蜃牟街琛
6.根据权利要求1的方法，其特征在于枢轴地连接油井套管与平台的步骤包括以下方式连接油井套管与平台的步骤，该方式在允许油井套管沿各个方向转动的同时，也允许油井套管沿其纵向轴线移动
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于允许油井套管沿各个方向转动的步骤，包括在预定的角度范围内允许油井套管沿各个方向转动的步骤。
8.一种在水下地层中安装油井套的平台，其特征在于该平台包括安放在水底的支架;用于枢轴地连接桩子与所述支架的装置，在所述桩子如此连接时，所述桩子连接装置允许桩子沿其纵轴线移动;用于枢轴地连接油井套管与所述支架的装置，在所述油井套管如此连接时，所述油井套管连接装置允许油井套管沿其纵轴线移动。
9.根据权利要求8所述的平台，其特征在于所述的每一连接装置的建造和安装，都允许其沿各个方向转动。
10.根据权利要求9所述的平台，其特征在于所述平台还包括固定连接所述桩子与所述桩子连接装置的装置。
11.根据权利要求9所述的平台，其特征在于所述平台还包括固定连接所述油井套管与所述油井套管连接装置的装置。
12.根据权利要求9所述的平台，其特征在于所述沿各个方向的转动限定在预定的角度范围。
13.一种在天然水底上使用的平台，其特征在于包括具有一对通道的基本为平面的架子;在所述通道之一中的第一万向接头，所述接头具有一安放桩子的开口;当如此安装时，所述桩子能沿各个方向转动。用于固定所述桩子与所述第一接头的装置。用于固定所述油井套管与所述第二接头的装置。
14.根据权利要求13所述的平台，其特征在于所述平台还包括围绕通道的周边在所述平台上安装的一个漏斗，以便向所述第二接头引导所述油井套管的一端在上述通道中安放所述第二接头。
15.根据权利要求13所述的平台，其特征在于所述平台还包括围绕所述开口的周边，在所述第二接头上安装的漏斗，用来引导所述油井套管的一端进入所述开口。
16.根据权利要求13所述的平台，其特征在于所述平台还包括，限制万向接头相对通道的垂直轴线转动一预定角度的装置，所述接头安放在所述通道中。
17.根据权利要求13所述的平台，其特征在于用来固定所述油井套管与所述第二接头的装置包括一个沿径向在所述油井套管外表面上形成的环槽;一个在所述槽中放置的弧形弹簧圈;一个在所述第二接头开口的内表面上形成的环形槽，当所述弹簧圈降至所述第二接头开口时，压入所述油井套管槽内，当所述的圈靠近时，部分膨胀进入所述开口槽。
18.根据权利要求13所述的平台，其特征在于所述平台还包括横向移动所述第一万向接头的装置。
19.一种在水下地层中安装油井套管的方法，其特征在于它包括以下步骤提供一座带有一对万向接头的平台，所述接头的每一个具有基本上为圆筒形的开口;降低平台直至它放在水底上;在所述万能接头之一的上面放置一根桩子，所述桩子相对于水面具有基本上为垂直方向。旋转所述接头以调准带有所述桩子的开口;穿过所述开口下降所述桩子并进入地层。在所述另一个万能接头的上面，放置一油井套管，所述油井套管相对于水面基本上是垂直的方向;旋转所述另一接头以调准带有所述油井套管的开口;穿过所述另一接头开口，下降所述油井套管并进入地层。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述方法还包括在穿过所述开口下降所述桩子并进入地层的步骤之后，还要固定所述桩子与其相关的接头。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述方法还包括，在穿过另一接头开口下降所述油井套管并进入地层后，还要固定所述油井套管与其相关的接头。
全文摘要
海上平台和使用该平台的方法。海上平台包括许多万向接头，用以安放桩子，桩子固定在海底。还包括许多安放油井套管的万向接头。平台降至海底。桩子和油井套管沿基本上是垂直的轴线被打入各自的万向接头。最后定位时，桩子和油井套管与各自的万向接头相固定，以便满足使平台保持水平的需要。
文档编号E02D23/16GK1034237SQ8810852
公开日1989年7月26日 申请日期1988年10月28日 优先权日1987年10月28日
发明者约翰斯·尤金·霍尔, 塞缪尔·李·彭尼 申请人:阿莫科公司