專利名稱：自由落體安裝一個水下井口的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將水下石油井口安裝在海底中的裝置和方法。
背景技術：
隨著在越來越深的水下發(fā)現產油田，用來安裝生產裝置的技術的使用已經越來越昂貴。因此，在石油和衍生物的勘探的所有的階段，特別是在上面提到的情況下，執(zhí)行特定任務所需的增加的時間造成整個產品成本的明顯提高。
在鉆一口油井的初始階段，包括將井口結構安裝到海底。此結構基本上包括一個埋在海底的管件，以便在鉆井時有利于鉆井以及安裝設備和部件。
現有技術中公知的將井口固定在海底主要有兩種方法。第一種采用打樁機，其被安裝在要固定在海底的管件中。然后管件被埋到海底，隨后安裝其余的設備和部件。
第二種方法，主要在巴西用于井的勘探，包括采用實際的鉆井設備安裝井口。有兩種用于此方法的工藝可以選擇。其一，海底用水沖擊(blasted)，并且同時將管件推入到所需的深度。其二，將海底鉆成一規(guī)定的深度，然后將管件粘接到此被鉆的部分內。
兩種工藝都有缺點。沖擊的方法除了非常艱苦，還時常破壞海底，降低管件的保持，并且甚至會引起下沉，隨后帶來設備的損失。鉆與接合的方法有操作風險，并且成本高。
在安裝井口的兩種方法中，過多地浪費時間，使鉆井工藝或者其他的專用工藝復雜化，例如現行的鉆井。而且，需要將沉重的專用設備運送到海底，執(zhí)行井口安裝操作，以及將安裝設備運回海面。這需要能量，并且需要時間。
還發(fā)現，在將井口固定在海底之前，井口的結構加強很困難。在一些情況下，在安裝之前加強井口是根本不可行的。
因此設計一種安裝井口的方法將是非常有利的，這種方法不花費時間和能量來將沉重的專用設備運送到海底，執(zhí)行井口安裝操作，以及將安裝設備運回海面。而且，有利的是提供一種方法，其中井口能夠在固定在海底之前進行結構加強，因為這樣的加強是在海面進行，比在井口安裝時進行更容易。因為在海底或者接近海底工作固有的困難，因此作為一般的需要，能夠說任何允許在海底的活動保持最小的方法會節(jié)省時間和能量。
發(fā)明概述本發(fā)明提出上面的問題，并且提供一種將井口安裝在海底的裝置，其能夠自由落體地發(fā)射，使得井口在海面或者接近海面的勢能由自由落體轉換為動能，該動能用于將井口埋入到海底。因此能夠不需要將沉重的專用設備運送到海底，并且運送回來，以及不需要為了安裝井口而在海底進行困難的或者復雜的鉆井和/或沖擊操作。不用任何工作將井口運送到海底并且安裝到海底，只是利用該裝置在海面擁有的勢能。
這樣地進行井口安裝，更快，并且不需要專用工藝，因為只需要使設備向著海底發(fā)射。
另外，本發(fā)明允許對井口進行結構加強，使得其埋入到海底時具有較大的承載能力。
本發(fā)明提供一種自由落體地安裝水下井口的裝置，所述裝置包括一個井口，隨著其自由落體而被埋入到海底。
另一方面，本發(fā)明提供安裝水下井口的方法，所述方法包括使一個包括所述井口的組件向著海底發(fā)射(launch)，使得所述組件以其自身重下落，并且將其自身埋入到海底。
作為本發(fā)明主題的裝置的實施例基本上包括兩個主要部件一個井口和一個鎮(zhèn)重管。將被固定到海底的井口包括一個固定有導向翼和結構翼的管。這些導向翼能夠與垂直板相連。大比重的鎮(zhèn)重管，包括一個管，其頂部具有連接件，使得它在井口安裝以后能夠被收回。
鎮(zhèn)重管放置于井口的內側，整個組件自由落體地向著海底發(fā)射(launch)(下落(drop))，由于組件的固有重量而被埋入到海底。在此固定操作之后，將鎮(zhèn)重管拉回海面，井口保持固定到海底。


現在參照附圖以舉例的方式對本發(fā)明進行描述。
圖1是本發(fā)明的自由落體地安裝井口的裝置的第一實施例的頂視圖；圖2是第一實施例的裝置沿著圖1的A-A線的橫剖圖，某些部分省去以有助于說明；圖3是第一實施例的裝置的兩個主要部件之間的接觸區(qū)域的細節(jié)；圖4是本發(fā)明的自由落體地安裝水下井口的裝置的第二實施例的頂視圖；圖5是第二實施例的裝置沿著圖4的B-B線的橫剖圖，某些部分省去以有助于說明；和圖6是第二實施例的裝置的兩個主要部件之間的接觸區(qū)域的細節(jié)。
本發(fā)明的詳細描述圖1、2和3表示自由落體地安裝一個水下井口的裝置的第一實施例，其基本上包括兩個部件-一個井口(1)和一個鎮(zhèn)重(ballast)部分(9)-正如圖3所示。井口(1)包括一個運載管(2)，這是固定到海底的主要元件，多個垂直延伸的導向翼(3)牢固地固定到運載管(2)的上部(4)，一個保持件(7)牢固地固定到運載管(2)的上部(4)，多個垂直延伸的結構翼(8)牢固地固定到運載管(2)的下部。
導向翼(3)在埋入到海底中時用于引導井口(1)的移動，并且在其固定之后，有利于在鉆油井期間安裝鉆井所需要的設備和部件。
導向翼(3)的上部設置有上部垂直板(6)，導向翼(3)的下部設置有下部垂直板(5)。上垂直板(6)和上垂直板(5)用于加強導向翼(3)形成的結構，并且當由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件穿透海底平面時幫助制動。
固定在運載管(2)上部的保持件(7)用于將鎮(zhèn)重件(9)支承在其上。固定在運載管(2)下部的結構翼(8)用于增加井口(1)的軸向和橫向承載能力。結構翼向井口提供所需的強度，使其能夠成功地穿透海底，而不被破壞或者彎曲。然而可以采取其他的加強裝置。導向翼(3)和結構翼(8)可以沿著運載管(2)相互連接。
鎮(zhèn)重件(9)包括一個管(10)，在井口(1)下面延伸，其長度設計成使得由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件的重心盡可能接近組件的下端，以便保證當組件向著海底發(fā)射(下落)時，鎮(zhèn)重件(9)的下端是接觸海底的第一部分。
一個連接件(12)和一個支承件(13)固定在管(10)的上部。連接件(12)用于在井口(1)已經固定以后抽出鎮(zhèn)重件(9)，支承件(13)用于將鎮(zhèn)重件(9)支承在井口(1)的保持件(7)上。
支承件(13)和保持件(7)優(yōu)選是環(huán)形的，環(huán)(13)在使用時安放于環(huán)(7)上。如圖3所示，環(huán)能夠設置有互補的傾斜的端部，以輔助安放。
鎮(zhèn)重管(10)可以充填有一定體積的高密度材料(19)，例如赤鐵礦，以便得到將井口(1)和鎮(zhèn)重件(9)形成的組件埋入到海底所需的重量。任何沉重的材料可用于此目的，赤鐵礦已經發(fā)現是沉重且便宜的材料。
在此實施例中，一條犧牲纜(15)的兩端與上垂直板(6)中的連接環(huán)(20)相連。一個板(17)優(yōu)選是三角形的，其具有一個與第一連接元件(25A)相連的第一頂點(17A)，犧牲纜(15)從第一連接元件(25A)內側穿過。板(17)的第二頂點(17B)作用于第二連接元件(25B)與發(fā)射和收回線(16)的一端相連。
以此方式，由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的整個組件可以由收回線(16)支承，因為鎮(zhèn)重件(9)安放在井口(1)的頂部，井口(1)的自身由犧牲纜(15)、三角形板(17)和發(fā)射和收回線(16)支承。
板(17)的第三頂點(17C)由一個第三連接元件(25B)連接到連接線(18)的一端。連接線(18)另一端與連接件(12)相連。連接線(18)只在井口(1)已經固定在海底時使用。
圖4、5和6表示自由落體地安裝一個水下井口的裝置的第二實施例。在此實施例中，基本上與第一實施例中的相同，為此同樣的標號用來表示相同的元件，為了使得描述更簡單，這些不再描述。
在第二實施例中，發(fā)射和收回線(16)直接與鎮(zhèn)重件(9)的連接件(12)相連，并且由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件繼而直接由發(fā)射和收回線(16)保持。
在此例中，鎮(zhèn)重件(9)必須牢固地連接到運載管(2)，以防止當由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件懸掛在發(fā)射和收回線(16)上時運載管滑落。
為此，采用一個可取下的固定銷(14)，將鎮(zhèn)重管(9)固定到井口(1)的運載管(2)上。應當指出，可以采用一個以上的固定銷(14)，或者其他固定裝置，以實現此固定，只采用一個固定銷(14)只是為了操作方便而選擇的。
在此實施例中，一個錐形尖端(11)固定到鎮(zhèn)重管(10)的底端，以加強井口(1)穿透海底的穿透力。此錐形尖端(11)還可以與上面描述的第一實施例結合。
現在描述采用自由落體地安裝一個水下井口的裝置的方法。此方法的優(yōu)點是簡單，因為其基于由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件自由落體發(fā)射的概念，采用組件初始的勢能使組件向下加速，使得海底被足夠的沖力沖擊，造成其穿透。
由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件起始時借助于發(fā)射設備例如一個絞盤的幫助慢慢地發(fā)射。由發(fā)射和收回線(16)支承的組件因此下落到一預定的深度，此階段的發(fā)射操作至此結束。
然后，組件被釋放，使得它能夠自由下落到海底。發(fā)射和收回線(16)保持與組件的連接，因此在此文中，“釋放”表示沒有或者有可能使組件在下落時減速的最小的張力出現在發(fā)射和收回線(16)中。在自由落體期間，導向翼(3)和鎮(zhèn)重件(9)允許組件的重心在其下部，因此保證組件在下落期間保持其移動路線直到埋入到海底。
必須計算組件移動的總的自由落體高度，使得組件達到海底的速度足夠快，使得其全部埋入到海底的所需的深度。在此計算中，組件的質量和形狀以及海底的材料可以全部考慮。
當組件已經滿意地埋入到海底中以后，在第一實施例中將犧牲纜(15)切斷，或者在第二實施例中將銷(14)取走，這些工作可以由潛水員或者一個遙控操作的運載工具進行。然后，鎮(zhèn)重件(9)由發(fā)射和收回線(16)升起。
在第一實施例中的犧牲纜(15)切斷之前，或者在第二實施例中將銷(14)取走之前，必須檢查并確定由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件是否已經正確地發(fā)射。如果發(fā)射未正確地執(zhí)行，則整個組件可以提起并且進行新的發(fā)射，重新定位，為此采用同樣的發(fā)射和收回線(16)。
除了可以改變發(fā)射的高度，還可以通過增加或者減少鎮(zhèn)重材料而改變鎮(zhèn)重件(9)的重量，從而調整由井口(1)和鎮(zhèn)重管(9)形成的組件到達海底的速度。
在本申請的實施例中，裝置的“發(fā)射”通過簡單地下落而實現，即允許裝置以其自身重量下落。但是，根據情況，這樣的發(fā)射可以是動力的，例如給裝置一個初始的“推力”。在淺水中這可能是有用的，在淺水中沒有時間使裝置達到理想的埋入速度。
這里的兩個實施例只是采用本發(fā)明基本概念的一些可能性，通過采用固有的重量作為固定操作的能量源使得將水下井口安裝在海底成為可能。
因此，這些實施例包括例如導向翼(3)的數目和形狀、將井口(1)固定到鎮(zhèn)重管(9)上的方法，或者使用或者不使用一個錐形尖端(11)等方面，不能認為是限定本發(fā)明，其只由權利要求的范圍限定。
權利要求
1.自由落體地安裝一個水下井口(1)的裝置，所述裝置包括一個井口(1)，其被構造并設置成以在自由下落之后埋入到海底。
2.根據權利要求1的裝置，還包括一個鎮(zhèn)重件(9)，其能直接或者間接地可釋放地安裝到所述井口。
3.根據權利要求2的裝置，其特征在于井口(1)包括一個運載管(2)，并且所述鎮(zhèn)重件(9)包括一個鎮(zhèn)重管(10)，鎮(zhèn)重管能安裝在所述井口(1)的運載管(2)的內側。
4.根據權利要求2或3的裝置，包括一個裝置(15，16，17，18，25；14，16)，用于保持和收回鎮(zhèn)重件(9)。
5.根據權利要求4的裝置，其特征在于用于保持和收回鎮(zhèn)重件(9)的所述裝置(15，16，17，18，25；14，16)可另外地操作以收回井口(1)。
6.根據權利要求4或5的裝置，其特征在于所述保持和收回裝置(15，16，17，18，25；14，16)包括一個安裝在鎮(zhèn)重件(9)上的發(fā)射和收回線(16，18；16)。
7.根據權利要求6的裝置，其特征在于所述保持和收回裝置還包括一個犧牲纜(15)，其兩端與井口(1)相連，并且穿過一個與所述發(fā)射和收回線(16，18)相關的部件(25A)，使得在切斷所述發(fā)射和犧牲纜(15)之前，所述井口(1)和所述鎮(zhèn)重件(9)被支承并且是可收回的，并且在切斷所述的犧牲纜(15)之后，只有所述的鎮(zhèn)重件(9)可以被收回。
8.根據權利要求6的裝置，其特征在于所述保持和收回裝置還包括一個固定裝置(14)，用于可釋放地將鎮(zhèn)重件(9)固定到井口(1)上，使得在釋放固定裝置(14)之前，井口(1)和鎮(zhèn)重件(9)被支承并且是可收回的，在釋放固定裝置(14)之后，只有所述的鎮(zhèn)重件(9)是可收回的。
9.根據權利要求8的裝置，其特征在于所述固定裝置包括一個固定銷(14)，穿過所述井口(1)的運載管(2)和鎮(zhèn)重件(9)的鎮(zhèn)重管(10)。
10.根據前面任一項的權利要求的裝置，包括導向翼(3)，當其穿過大海進入海底時引導井口(1)。
11.根據權利要求10的裝置，當從屬于權利要求3時，所述導向翼固定在所述運載管(2)的上部。
12.根據權利要求11的裝置，其特征在于一個上垂直板(6)設置在各導向翼的邊緣的上部，一個下垂直板(5)設置在各導向翼的邊緣的下部。
13.根據前面任一項的權利要求的裝置，包括結構翼(8)，用于增加井口(1)的軸向和橫向承載能力。
14.根據權利要求13的裝置，當從屬于權利要求3時，所述結構翼固定到所述運載管(2)的下部。
15.根據權利要求2至14中任一項的裝置，當從屬于權利要求2時，其中所述鎮(zhèn)重件(9)包括一定體積的高密度材料(19)，使得組裝成的裝置具有低重心。
16.根據權利要求2至15中任一項的裝置，當從屬于權利要求2時，還包括一個大致是錐形的尖端(11)，安裝到或者形成在鎮(zhèn)重件(9)的下端。
17.安裝一個水下井口(1)的方法，其特征在于所述方法包括使一個包括所述井口的組件向著海底發(fā)射，使得所述組件以其自身重下落，并且將其自身埋入到海底。
18.根據權利要求17的方法，其特征在于所述組件在其發(fā)射之前下降到大海的一預定深度。
19.根據權利要求17或18的方法，還包括在發(fā)射以后，在組件下落時采用安裝在所述組件上的導向翼為組件導向。
20.根據權利要求17、18或19的方法，還包括檢查組件是否已經正確地埋入到海底，并且若未正確埋入到海底，則收回組件并且重復權利要求17、18或者19的步驟，直到得到所需的埋入程度。
21.根據權利要求17到20中任一項的方法，其特征在于所述組件包括一個井口(1)和一個鎮(zhèn)重件(9)。
22.根據權利要求17到21中任一項的方法，還包括一旦所述組件被埋入到海底，則釋放一個固定裝置(15；14)，并且收回所述組件的鎮(zhèn)重件(9)。
23.根據權利要求20或22的方法，其特征在于執(zhí)行所述收回步驟，是通過提升一個安裝在鎮(zhèn)重件(9)上的收回線(16)，并且在權利要求20的情況下，收回線還直接或者間接地固定到所述井口(1)。
24.根據權利要求23的方法，當從屬于權利要求22時，其特征在于釋放固定裝置包括將把所述井口固連到所述收回線(16)上的一個犧牲纜(15)切斷。
25.根據權利要求23的方法，當從屬于權利要求22時，其特征在于釋放固定裝置包括取下一個將鎮(zhèn)重件(9)連接到井口(1)上的固定銷(14)，以便將收回線(16)拉起會升高鎮(zhèn)重件(9)，但不升高井口(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置和一種方法，用于將石油井口預安裝在海底上。本發(fā)明的該裝置包括兩個主要部件一個井口(1)和一個鎮(zhèn)重管(9)。井口包括一個固定有導向翼(3)和結構翼(8)的管件。鎮(zhèn)重管(9)包括一個管件，帶有一個保持件(12)，用于在井口(1)已經固定在海底以后將其收回。鎮(zhèn)重管(9)放置在井口(1)的內側，組件向著海底發(fā)射，由組件的固有重量埋入到海底。在井口(1)已經被固定以后，鎮(zhèn)重管(9)提升到水面。
文檔編號E21B33/035GK1623028SQ02828369
公開日2005年6月1日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權日2001年12月28日
發(fā)明者小西普里亞諾·若澤·德梅代羅斯 申請人:巴西石油公司