系泊组件的制作方法

1.本发明涉及用于将船舶附接至海底井的系泊组件。本发明还涉及用于将船舶的系泊组件安装至海底井的方法、以及用于将船舶系泊至海底井的方法，其中，在系泊好后，船舶能够围绕海底井进行旋转运动。系泊组件允许对井的控制以及从井到船舶的生产。


背景技术：

2.当前在石油和天然气领域开发自然资源的解决方案的成本意味着许多较小规模的石油和天然气田无法经济地开发。
3.本发明寻求提供这样一种解决方案，其通过允许在没有许多传统上需要的部件的情况下对井进行生产，使得能够安全地实现小规模油气田的商业化。


技术实现要素：

4.根据本发明的第一方面，提供一种用于将船舶附接至海底井的系泊组件，海底井包括井导管，系泊组件包括：
5.(a)用于井导管的壳体；
6.(b)限定用于海底地面的界面的底座；及
7.(c)可旋转地安装的船舶附接点；
8.其中，在使用中，系泊至海底井的船舶能够围绕海底井进行旋转运动。
9.根据本发明的第二方面，提供一种用于将船舶的系泊组件安装至海底井的方法，海底井包括井导管，该方法包括以下步骤：
10.(a)提供包括底座的系泊组件；及
11.(b)在海底地面或海底地面附近将系泊组件可旋转地安装至井导管；
12.其中，在使用中，系泊至海底井的船舶能够围绕海底井进行旋转运动。
13.根据本发明的第三方面，提供一种将船舶系泊至海底井的方法，该方法包括通过本文所述的系泊组件将船舶附接至海底井的步骤，其中，在系泊好后，船舶能够围绕海底井进行旋转运动。
14.应当认识到，通过包括具体实施方式、示例、附图及所附权利要求的本说明书，本发明的其他方面、优选形式和优点将变得明显。
15.附图简要说明
16.为了便于更好地理解本发明，下面将参照附图对本发明的优选实施例进行说明，附图中：
17.图1a为根据本发明第一方面的第一实施例的系泊组件的侧视图；
18.图1b为图1a所示系泊组件的俯视图；
19.图1c为图1a所示系泊组件的立体图，其包括部分剖面以示出该系泊组件的进一步细节；
20.图2a为根据本发明第一方面的第二实施例的系泊组件的侧视图；
21.图2b为图2a所示系泊组件的俯视图；
22.图2c为图2a所示系泊组件的立体图，其包括部分剖面以示出该系泊组件的进一步细节；
23.图2d为沿图2b中剖面线a
‑
a的剖视图；
24.图3a
‑
图3h为一系列示意图，示出了根据本发明第二方面的一实施例的用于将船舶的系泊组件安装至海底井的方法；
25.图3i和图3j示出了图3h中的安装有系泊组件的生产井，其结合了流量控制器(采油树)和用于附接至浮式生产船的锚索(图3j)；及
26.图4为包括一剖面的立体图，示出了作为生产井的一部分的图1a所示的系泊组件。
具体实施方式
27.根据本发明的第一方面，提供一种用于将船舶附接至海底井的系泊组件，该海底井包括井导管，该系泊组件包括：
28.(a)用于井导管的壳体；
29.(b)限定用于海底地面的界面的底座；及
30.(c)可旋转地安装的船舶附接点；
31.其中，在使用中，系泊至海底井的船舶能够围绕海底井旋转运动。
32.本发明中使用的术语“井导管(well conductor)”可包括任何井管道、壳体(外壳)、管路或任何其他适于提供海底井的主要支撑结构的类似部件，并且包括位于或靠近钻井孔的导管套管(conductorpipe/conductor casing)。井导管可包括位于海底表面孔处的钻井孔上方的部分。井导管还可以包括位于钻井孔下方的部分。
33.优选地，系泊组件在海床上限定单个系泊点。
34.系泊组件可适于允许系泊在其上的船舶在360度内随风向改变。优选地，系泊组件适于允许系泊在其上的船舶在任一方向上随风向改变。
35.优选地，系泊组件包括导向底座，例如，永久导向底座(permanent guide base)。
36.优选地，上述壳体限定用于井导管的管道。
37.优选地，上述管道位于上述壳体内的中心位置。
38.优选地，上述管道包括圆形横截面。
39.优选地，上述管道限定上端和下端、及位于其间的内表面，所述内表面的轮廓的尺寸和形状被设计成允许上述壳体围绕井导管形成套管或护套。
40.优选地，上述壳体包括固定装置，以使得其能够相对于井导管固定就位。
41.优选地，上述固定装置适于允许上述壳体和井导管形成摩擦接合。甚至更优选地，上述固定装置包括设置在上述壳体上的第一配合面，并且与井导管上的第二配合面兼容。在本发明的一个特定形式中，第一配合面设置在上述壳体的内表面上，并且与设置在井导管的外表面上的第二配合面兼容。第一配合面可包括销、球、孔、突起、叶片或通道。
42.优选地，第一配合面与包括销、球、孔、突起、叶片或通道的第二配合面兼容。
43.优选地，上述壳体还包括用于在其中定位井套管的定位装置。在这点上，当从上方安装井套管时，所述定位装置使得更容易着地和安装井套管，或至少有助于将井套管引导到钻井孔中。
44.优选地，上述井套管是井表层套管。
45.优选地，上述定位装置适于将井套管居中在上述壳体中，或者，当上述壳体包括管道时，将井套管居中在所述管道中。
46.优选地，上述定位装置与上述管道一体地设置。
47.优选地，上述定位装置位于或朝向上述管道的上端。
48.优选地，上述定位装置包括用于井套管的前端的接触面，并且从上述管道的内表面向外延伸。
49.上述接触面可围绕管道的整个上端延伸或围绕管道的上端的一部分延伸。
50.优选地，上述定位装置包括突部，例如，唇部或肩部。
51.优选地，上述定位装置包括周向突部。
52.优选地，上述壳体还包括导向装置，以进一步帮助将套管放置在壳体内。
53.优选地，上述导向装置包括限定孔的主体，该孔具有比上述管道的上端处的开口宽的开口。
54.优选地，上述导向装置包括管状、漏斗状、圆筒漏斗状(drum funnel)或桶状构件。
55.优选地，上述导向装置紧邻上述定位装置并位于其上方。甚至更优选地，上述导向装置与上述定位装置一体地设置。
56.优选地，上述壳体限定用于上述可旋转地安装的船舶附接点的安装点。优选地，所述安装点位于上述管道的外表面上。优选地，所述安装点是具有合适尺寸和形状的表面，其与上述可旋转地安装的船舶附接点兼容。
57.优选地，上述底座包括至少一个用于海底地面的接合装置。甚至更优选地，上述底座包括多个所述接合装置。
58.用于海底地面的上述接合装置至少限制上述底座相对于海底地面的运动，例如，横向和/或旋转运动。优选地，上述接合装置将上述系泊组件相对于海底地面固定就位。在这点上，优选的是，上述接合装置将上述系泊组件锁定至海底地面(例如，海床)，使得系泊组件不能旋转、轴向移动(拉出)或横向移动(倾斜)。
59.优选地，用于海底地面的上述接合装置围绕上述底座布置。甚至更优选地，所述接合装置围绕底座等距地分开布置。
60.优选地，用于海底地面的上述接合装置包括突部，例如，脚部、腿部、刺状体(stab)或叶片。
61.用于海底地面的上述接合装置可包括至少一个臂或撑杆，其自上述底座横向延伸以允许上述界面在海底地面的更大区域上延伸。当所述接合装置包括臂或撑杆时，上述突部可设置在臂或撑杆的远端或远端附近。
62.优选地，用于海底地面的上述接合装置适于在使用时插入海底地面。或者，用于海底地面的上述接合装置可适于接收额外的锚固件，例如，桩(stake/pile)、螺钉或尖状物(spike)，以增大与海底地面的接合强度。
63.上述底座可包括间隔装置，以允许在使用时在底座与海底地面之间形成空隙。
64.上述间隔装置可以是底座的上述突部或其他特征。
65.优选地，上述间隔装置自上述底座的最低的表面延伸。
66.当在其中用水泥固定井导管时，所述空隙允许从视觉上确认返回地面的水泥。
67.当没有空隙形成或以另外的方式不能通过视觉确认返回的水泥时，上述壳体还可包括至少一个检查口或观察窗，以允许确认返回的水泥。
68.优选地，上述空隙或检查口适于允许诸如砂浆、胶或混凝土等固定材料通过至与底座下部相邻的区域。优选地，所述区域是底座与海底地面之间、底座与系泊组件的另一特征之间、和/或底座与海底井(例如，井导管)之间的区域中的一个或多个。
69.优选地，上述底座包括自上述壳体的主纵向轴沿径向向外延伸的裙座。优选地，所述裙座位于上述管道的下端，并且与上述管道、接合装置和/或间隔装置中的一个或多个一体地设置。
70.优选地，上述底座用于加固系泊组件和/或为系泊组件的至少一个其他部件(例如，可旋转地安装的船舶附接点，更具体地是轴承构件(在下文中更详细地描述))起支撑作用。
71.优选地，上述可旋转地安装的船舶附接点安装至上述壳体上。甚至更优选地，上述可旋转地安装的船舶附接点在上述定位装置下方的点处安装至壳体上。
72.优选地，上述可旋转地安装的船舶附接点包括至少一个轴承构件。甚至更优选地，可旋转地安装的船舶附接点包括多个轴承构件。
73.优选地，上述轴承构件限定锥形轴承面。
74.优选地，上述锥形轴承面朝着其下端逐渐变细。
75.优选地，上述轴承构件是滚子轴承，例如，圆锥滚子轴承或滚子圆锥轴承(roller cone bearing)。
76.优选地，上述轴承构件包括至少一个用于将润滑剂输送至所述至少一个轴承构件的端口，例如，可由rov进入的端口。
77.优选地，上述可旋转地安装的船舶附接点包括用于可释放地接收船舶锚索或缆索(hawser)的附接构件。
78.优选地，上述附接构件包括眼板(padeye)、环(loop)或钩环(shackle)。
79.优选地，上述可旋转地安装的船舶附接点包括至少一个位于轴承构件与附接构件之间的延伸臂，以在附接构件与轴承构件之间提供横向间隔。甚至更优选地，可旋转地安装的船舶附接点包括两个臂构件。
80.根据本发明的第二方面，提供了一种用于将船舶的系泊组件安装到海底井的方法，该海底井包括井导管，该方法包括以下步骤：
81.(a)提供包括底座的所述系泊组件；及
82.(b)将所述系泊组件在海底地面或其附近安装至所述井导管；
83.其中，在使用中，系泊至所述海底井的船舶能够围绕海底井进行旋转运动。
84.优选地，所述系泊组件是本文所述的系泊组件。
85.优选地，所述系泊组件通过使其在井导管上着地安装至井导管上。
86.优选地，所述系泊组件与井导管摩擦接合，或可固定或紧固至井导管。
87.优选地，所述系泊组件可旋转地安装到井导管上，使得它在底座与海底地面之间的界面处限定空隙或以其他方式允许当用水泥在其中固定井导管时可通过视觉确认水泥返回海底地面。
88.优选地，该方法还包括将所述系泊组件固定到井导管的步骤。优选地，将系泊组件
固定到井导管的步骤包括将系泊组件闩锁或以其他方式牢固地紧固至井导管。
89.优选地，该方法还包括通过将另一井套管安装至所述系泊组件来延伸井导管的步骤。
90.优选地，该方法还包括将流量控制装置(例如，采油树)安装至井导管的步骤。
91.根据本发明的第三方面，提供一种用于将船舶系泊到海底井的方法，该方法包括通过本文所述的系泊组件将船舶附接到海底井的步骤，并且，当系泊后，该船舶能够围绕海底井进行旋转运动。
92.综述
93.本领域技术人员将理解，除了本文具体描述的那些之外，可对本发明进行各种变型和修改。本发明包括所有这些变型和修改。本发明还包括在说明书中单独或共同提及或指出的所有步骤和特征以及任意和所有组合或任何两个或更多个步骤或特征。
94.在本文中引用的每篇文献、参考文献、专利申请或专利均通过引用将其全部内容明确地并入本文中，这意味着读者应其对进行阅读并将其认为成是本文的一部分。为了简洁起见，本文中未对引用的文献、参考文献、专利申请或专利作重复说明。然而，所引用的资料或该资料中包含的信息均不应被理解为公知常识。
95.本发明的范围不受本文描述的任何特定实施例的限制。这些实施例仅用于示例性目的。功能等效的产品和方法显然在本文所述的本发明的范围内。
96.本文描述的本发明可包括一个或多个数值范围(例如，尺寸等)。数值范围将被理解为包括该范围内的所有值，包括限定该范围的值、以及与该范围邻近的值(这些值导致与限定范围边界的值紧邻的值相同或基本相同的结果)。
97.在本说明书中，除非上下文另有要求，否则“包括”一词将被理解为暗指包含指定的对象或对象的组，但不排除任何其他对象或对象的组。
98.本文使用的所选术语的其他定义可在本发明的具体实施方式部分中找到并适用于全文。除非另有定义，否则本文使用的所有技术术语都与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。
99.现在将参考附图更全面地描述本发明，其中，附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，不应被解释为限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。相同的附图标记指代相同的元件。
100.优选实施例
101.根据本发明第一方面的一个实施例的系泊组件在图1a至图1c中整体上由附图标记10表示，包括用于井导管的壳体，该壳体限定位于中心的具有圆形横截面14的管道12。管道12具有上端16和下端18、及其之间的内表面20，该内表面20的轮廓的尺寸和形状被设计成接收具有圆形横截面的标准井导管，例如，表层套管(surface casing)。系泊组件10可通过穿过安装的井导管的自由端来装配在该井导管上，以在该井导管上形成套管布置。
102.上述壳体包括固定装置(未示出)，以使得其能够以在内表面20上的第一配合面(未示出)的形式相对于井导管固定就位，该第一配合面被配置成与井导管的外表面上的第二配合面(未示出)配合。
103.上述壳体还包括用于将一套管定位在其中且呈肩部22形式的定位装置，其中，肩
部22与管道12的上端16一体设置且位于该上端16处。肩部22自管道12的整个上端16沿周向突出且围绕其延伸。
104.上述壳体还包括杯状体24形式的导向装置，该杯状体24与肩部22一体设置且与肩部22相邻地定位，并且，杯状体24位于肩部22上方。杯状体24限定具有比管道12的横截面14宽的开口和横截面的孔。
105.系泊组件还包括底座26，其限定用于海底地面的界面。底座26包括裙座28，其自管道12的主纵向轴沿径向延伸，且与管道12的下端18和呈多个叶片30形式的接合装置一体设置，其中，该些叶片30包括脚部32，脚部32自裙座28向下延伸且在使用时适于刺入海底地面。包括脚部32在内的叶片30围绕裙座28布置且等距地间隔开。
106.包括脚部32的叶片30还形成间隔装置，以允许在使用时在裙座28与海底地面之间形成空隙。空隙34最好地示出于图3c中，允许在安装过程看到固定材料(例如，混凝土)的返回(参见图3a
‑
图3j)。
107.系泊组件10还包括呈一对延伸臂36a、36b形式的可旋转地安装的船舶附接点，该对延伸臂36a、36b在一端通过上、下向心轴承38a、38b形式的轴承构件安装至管道12，其中，上、下向心轴承38a、38b容置在轴承套40内。延伸臂36a、36b的另一端附接至用于可释放地接收船舶锚索或缆索的眼板42形式的附接构件。
108.根据本发明第一方面的另一实施例的系泊组件在图2a
‑
图2d中总体上用附图标记100表示。该实施例包括许多与第一实施例中的特征对应的特征，这些对应的特征在图2a
‑
图2d中用图1a
‑
图1c中使用的相应的附图标记表示。
109.图2a
‑
图2d中所示实施例的主要不同之处在于用于海底地面的界面。底座26包括裙座28，裙座28自管道12的主纵向轴沿径向延伸且与管道12的下端18一体设置，与图1a
‑
图1c中的实施例一样。但，接合装置为与三个等间隔的臂150a、150b和150c结合的多个改型叶片130的形式，其中，这些改型叶片130自裙座28向下延伸，臂150a、150b和150c自底座26横向地延伸，从而允许该界面在海底地面的更大区域上延伸。臂150a、150b和150c的每个远端包括脚部152a、152b和152c形式的突部，这些脚部152a、152b和152c限定孔眼154a、154b和154c，这些孔眼适于接收额外的锚固件，例如，桩(stake/pile)或尖状物(spike)。
110.以与图1a
‑
图1c所示第一实施例类似的方式，在第二实施例中，叶片30和脚部152a
‑
c形成间隔装置，以允许在使用中在裙座28与海底地面之间形成空隙，从而允许在安装过程中看到固定材料(例如，水泥或混凝土)返回(参见图3a
‑
图3j)。如果系泊组件与海底地面齐平，那么上述壳体还可以包括至少一个检查或观察口，以使得能够在安装过程中看到返回的固定材料或灌浆。
111.图3a至图3j示出了根据本发明第二方面的一实施例的安装系泊组件的方法。
112.在海底表面60上钻孔(图3a)并将井导管62引入其中(图3b)之后，系泊组件(总体上由附图标记110表示)在井导管62上于海底表面60或其附近着地(图3c)。系泊组件110中的间隔装置(未示出)允许在系泊组件110与海底地面60之间形成空隙34(图3c)，从而允许看到注入的用于固定井导管62的混凝土或水泥等固定材料112返回至海床或顶部钻孔的岩石层(图3d)。水泥112向下延伸到该钻孔内，以确保系泊组件110与井导管62之间牢固接合。
113.一旦系泊组件110与井导管用水泥固定好后，就可经由井导管62的上端安装其他井套管(图3e)，例如，表层套管114；进一步钻孔(图3f)，其他套管(例如，中间套管116，图
3g)的附接可根据常规钻井作业安装。最后，可安装生产油管118(图3h)和诸如采油树(christmas tree)120(图3i)等流量控制器来配置井用于生产。
114.安装一经完成(图3h)，就可以从海面上的通过锚索122经由系泊组件110系泊至井导管62上的浮式生产船(未示出)对油井进行采集(图3i和图3j)。该船舶在附接至系泊组件110的同时，可围绕海底井自由移动、转动或提供“风向标(weather vane)”。
115.图4为包括一剖面的示意图，示出了作为生产油井的一部分的根据第一实施例的系泊组件10，该生产油井包括流量控制器(即，采油树120)，其经由井口连接器180连接至套管。前面图示中的包括在图4中的特征使用相同的附图标记。