專(zhuān)利名稱(chēng)：海底井介入模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從水面船舶或海洋平臺(tái)在井內(nèi)執(zhí)行井介入操作的海底井介入模塊。本發(fā)明還涉及一種海底井介入系統(tǒng)和一種海底井介入方法。
背景技術(shù)：
在采油期間，可能需要在井內(nèi)執(zhí)行維修作業(yè)或打開(kāi)生產(chǎn)井。這種井作業(yè)稱(chēng)為井介入。將生產(chǎn)套管置于井內(nèi)，該生產(chǎn)套管在其上端由井口封閉。井口可位于陸地上、石油海洋平臺(tái)上或水下的海床上。當(dāng)井口位于深水下的海床上時(shí)，井介入更加復(fù)雜，因?yàn)檫B接至井口是在水下獲得的。
為了執(zhí)行這種海底介入操作，已知的做法是借助多個(gè)遠(yuǎn)程操作的潛水器(vehicle) (ROV)將介入模塊從水面船舶下降到井口結(jié)構(gòu)上。介入工具在下潛入井中之前被放入潤(rùn)滑器中。為了將工具下降到井內(nèi)和從井中升起并且向工具供電，介入工具在其頂部處連接至線(xiàn)纜，從絞盤(pán)經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑器供給該線(xiàn)纜。潤(rùn)滑器是裝配在井口頂部的長(zhǎng)的高壓管道，使得工具能夠被放入高壓井內(nèi)。潤(rùn)滑器的頂部包括高壓油脂噴射區(qū)段和圍繞線(xiàn)纜密封的密封元件。當(dāng)工具被放入潤(rùn)滑器中時(shí)，潤(rùn)滑器在井口的閥被打開(kāi)和工具下潛到井內(nèi)之前被加壓至井眼壓力。為了圍繞穿過(guò)潤(rùn)滑器的油脂噴射區(qū)段的線(xiàn)纜密封，將高壓油脂泵入周?chē)沫h(huán)面中以實(shí)現(xiàn)壓力密閉的動(dòng)態(tài)密封，在操作期間根據(jù)需要通過(guò)注入更多的油脂維持該動(dòng)態(tài)密封。油脂的輕微泄漏是正常的，添加新鮮的油脂使得能夠?qū)⒚芊獾囊恢滦跃S持在有效水平。這樣，在介入操作期間，油脂從油脂噴射區(qū)段泄漏到海中，這對(duì)于環(huán)境而言是不期望的。由于對(duì)環(huán)境的日益關(guān)注，需要一種更加環(huán)境友好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是通過(guò)提供一種更加環(huán)境友好的改進(jìn)的海底井介入模塊至少部分地克服上述已知的海底介入操作解決方案的缺點(diǎn)。從以下描述變得顯而易見(jiàn)的這一方面和優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)一種用于從水面船舶通過(guò)井口在井中執(zhí)行井介入操作的海底井介入模塊獲得的，該海底井介入模塊包括-支承結(jié)構(gòu)，-管道組件，所述管道組件緊固在支承結(jié)構(gòu)上并且具有兩個(gè)相對(duì)端部、內(nèi)徑和腔室，在所述腔室中布置有介入工具，所述介入工具用于在連接至井口或布置在井口頂部上的防噴器時(shí)、在井口的至少一個(gè)閥被打開(kāi)和所述工具下潛到井內(nèi)之前將腔室加壓至井眼壓力，-連接部件，所述連接部件與管道組件的第一端相連接以提供至井口或防噴器的連接，和-具有外徑并包括電力設(shè)備的無(wú)線(xiàn)介入工具。
其中，所述連接部件具有能夠與井口或防噴器連接的敞開(kāi)的第一端和提供從第一端到腔室的流體通道的通孔。連接部件是指用于提供至井口或防噴器的連接的任何類(lèi)型的連接裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線(xiàn)介入工具的外徑可以是管道組件的內(nèi)徑的至少50%，優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%。在另一實(shí)施例中，管道組件的內(nèi)徑可小于連接部件的內(nèi)徑。在又一實(shí)施例中，管道組件的內(nèi)徑可小于井口和/或防噴器的內(nèi)徑。另外,連接部件可具有至少為10cm、優(yōu)選至少15cm、更優(yōu)選至少20cm的內(nèi)高。此外，管道組件可具有至少為5米、優(yōu)選至少8米、更優(yōu)選至少10米的長(zhǎng)度。 并且，工具的外徑可小于43/4英寸或12cm。此外，管道組件可具有小于22cm、優(yōu)選小于20cm并且更優(yōu)選小于18cm的外徑。在一個(gè)實(shí)施例中，管道組件的第二端可具有連接設(shè)備。在另一實(shí)施例中，連接設(shè)備可為不使用油脂的。在又一實(shí)施例中，連接設(shè)備可形成第二端的罩子或蓋子。此外，連接設(shè)備可以是實(shí)心的。連接設(shè)備還可以是非流體連接裝置或?qū)嵭倪B接裝置(solid connection)。另外，管道組件可具有接頭，該接頭包括-用于與介入工具接合以便為介入工具再充電和/或向介入工具和從介入工具傳輸數(shù)據(jù)和/或指令的第一端，和-用于連接到電源和/或通信設(shè)備的第二端。在一個(gè)實(shí)施例中，接頭可布置在管道組件的第二端。并且，接頭可以是具有面向管道組件內(nèi)部的第一線(xiàn)圈設(shè)備和面向管道組件外部的第二線(xiàn)圈設(shè)備的感應(yīng)接頭。另外，接頭可包括接靠站，所述接靠站用于與介入工具接合以便為介入工具再充電和/或向介入工具和從介入工具傳輸數(shù)據(jù)和/或指令。此外，接靠站可包括用于與介入工具中的相應(yīng)連接器接合的濕連接器。另外，接靠站可布置在管道組件的第二端。根據(jù)本發(fā)明的海底井介入模塊可進(jìn)一步包括通信設(shè)備，并且管道組件的接靠站與所述通信設(shè)備連接。在一個(gè)實(shí)施例中，模塊可進(jìn)一步包括具有可生物降解流體的容器。所述容器可具有小于腔室容積的30%的容積。在另一實(shí)施例中，接頭可以是具有面向管道組件內(nèi)部的第一線(xiàn)圈設(shè)備和面向管道組件外部的第二線(xiàn)圈設(shè)備的感應(yīng)接頭。在一個(gè)實(shí)施例中，第一線(xiàn)圈設(shè)備可布置在介入工具的一個(gè)端部中。在另一實(shí)施例中，第二線(xiàn)圈設(shè)備可連接于線(xiàn)纜。在又一實(shí)施例中，接頭可包括電連接裝置。此外，電連接裝置可以是電隔離的。另外，接頭的第二端可包括用于可拆卸地連接至介入工具的裝置。并且，介入工具可包括用于可拆卸地連接至接頭的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，接頭和介入工具之間的可拆卸連接裝置可以是電連接裝置。在另一實(shí)施例中，模塊可進(jìn)一步包括具有多個(gè)電池的外殼，使得介入工具能為管道組件內(nèi)的電池充電。在又一實(shí)施例中，介入工具可包括用于將外殼中的電池更換為另一電池的替換設(shè)備。此外，連接設(shè)備可包括用于將該設(shè)備連接到管道組件的聯(lián)軸節(jié)或聯(lián)結(jié)螺紋套。另外，聯(lián)軸節(jié)或聯(lián)結(jié)螺紋套可包括至少一個(gè)密封裝置，例如O型圈。在另一實(shí)施例中，電力設(shè)備可以是電池，例如可再充電電池。在又一實(shí)施例中，模塊可進(jìn)一步包括適于調(diào)節(jié)下潛的井介入模塊的浮力的浮力系 統(tǒng)，和/或?qū)Ш窖b置，和/或井操控組件。通過(guò)為介入模塊提供浮力系統(tǒng)，可確保模塊不會(huì)劇烈碰撞在海床或井口上并由此損壞其自身或其它元件。此外，介入模塊更易于借助遠(yuǎn)程操作的潛水器(也稱(chēng)為R0V)操作。另外，海底井介入模塊可具有頂部和底部，底部的重量高于頂部。此外，支承結(jié)構(gòu)是具有外部形式并限定出容納井操控組件和導(dǎo)航裝置的內(nèi)部空間的框架結(jié)構(gòu)，井操控組件和導(dǎo)航裝置兩者均在所述外部形式內(nèi)延伸。另外，導(dǎo)航裝置可具有用于操縱水中的模塊的至少一個(gè)推進(jìn)單元。在一個(gè)實(shí)施例中，支承結(jié)構(gòu)可以是具有對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)船運(yùn)集裝箱的尺寸的高度、長(zhǎng)度和寬度的框架結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，模塊可進(jìn)一步包括用于控制井操控組件、導(dǎo)航裝置、浮力系統(tǒng)和/或介入操作的控制系統(tǒng)。在又一實(shí)施例中，支承結(jié)構(gòu)可以是具有外部形式并限定出容納控制系統(tǒng)的內(nèi)部空間的框架結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)在所述外部形式內(nèi)延伸。此外，導(dǎo)航裝置可包括至少一個(gè)用于夾持在另一結(jié)構(gòu)周?chē)员銓⑺瞿K引導(dǎo)就位的導(dǎo)引臂。另外，導(dǎo)航裝置可包括用于檢測(cè)介入模塊的位置的檢測(cè)裝置。另外，浮力系統(tǒng)可包括置換罐、用于控制罐的充填的控制裝置、和用于在向模塊提供浮力以補(bǔ)償介入模塊本身在水中的重量時(shí)從置換罐排出海水的膨脹裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)裝置可包括至少一個(gè)圖像記錄裝置。在另一實(shí)施例中，井操控組件可包括工具傳送系統(tǒng)，該工具傳送系統(tǒng)包括至少一個(gè)用于下潛到井內(nèi)的工具、以及用于將所述工具通過(guò)井口下潛到井內(nèi)的工具下潛裝置、至少一個(gè)用于連接至井口的井口連接裝置、以及井口閥控制裝置，該井口閥控制裝置用于至少操作第一井口閥以便允許工具通過(guò)井口連接裝置進(jìn)入井內(nèi)。在又一實(shí)施例中，工具可包括至少一個(gè)由電力設(shè)備提供動(dòng)力、用于在井內(nèi)向前驅(qū)動(dòng)所述工具的驅(qū)動(dòng)單元。此外，井操控組件可包括用于移除井口上的保護(hù)罩帽的罩帽移除裝置。另夕卜，電力設(shè)備可以是燃料電池、柴油電流產(chǎn)生器、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)生器(producer)等供電裝置。另外，模塊可進(jìn)一步包括布置在管道組件外部、用于為將模塊連接至井口或另一模塊提供動(dòng)力的供電系統(tǒng)，例如來(lái)自水面船舶的電纜、蓄電池、燃料電池、柴油電流產(chǎn)生器、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)生器等供電裝置。在另一實(shí)施例中，供電系統(tǒng)可具有一定量的儲(chǔ)備電力，該儲(chǔ)備電力的量足夠大以便控制系統(tǒng)將井口連接裝置與井口分離、將用于供電的電纜與供電系統(tǒng)分離、將線(xiàn)纜與介入模塊分離，或?qū)⒏浇友b置與井口結(jié)構(gòu)分離。在又一實(shí)施例中，支承結(jié)構(gòu)可至少部分地由中空構(gòu)型制成。此外，該中空構(gòu)型可包封一包括氣體的封閉件。本發(fā)明還涉及一種海底井介入系統(tǒng)，包括-井口和/或防噴器，以及-至少一個(gè)海底介入模塊，
其中海底介入模塊的連接部件可直接連接于井口或防噴器。海底井介入系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)用于將介入模塊導(dǎo)航到井口或另一海底模塊上的遠(yuǎn)程操作的潛水器。此外，井口可包括具有外徑的起重機(jī)插塞，并且管道組件的內(nèi)徑可小于起重機(jī)插塞的外徑。另外，連接部件可具有大于起重機(jī)插塞的高度的內(nèi)高。本發(fā)明還涉及一種海底井介入系統(tǒng)，包括-至少一個(gè)如上所述的海底介入模塊，以及-至少一個(gè)用于將介入模塊導(dǎo)航到井口或另一海底模塊上的遠(yuǎn)程操作的潛水器。海底井介入系統(tǒng)可進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于遠(yuǎn)程控制介入模塊的一部分或全部功能的遠(yuǎn)程控制裝置，所述遠(yuǎn)程控制裝置定位在水面上方。 通信設(shè)備可經(jīng)由線(xiàn)纜連接至水面并且可經(jīng)由具有衛(wèi)星裝置的浮子與遠(yuǎn)程站通信。海底井介入系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)自主通信中繼設(shè)備，其用于接收來(lái)自介入模塊的信號(hào)、將所述信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線(xiàn)電傳播信號(hào)并將所述無(wú)線(xiàn)電傳播信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程控制裝置，并且反之，接收和轉(zhuǎn)換來(lái)自遠(yuǎn)程控制裝置的信號(hào)并將所轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳輸至介入模塊。此外，系統(tǒng)可包括介入模塊或介入模塊的零件可由金屬如鋼或鋁制成，或者由重量輕于鋼的輕質(zhì)材料如聚合物或復(fù)合材料、例如玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的聚合物制成。另外，本發(fā)明涉及一種借助于根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的介入模塊執(zhí)行介入操作的海底井介入方法，包括以下步驟-將水面船舶或海洋平臺(tái)定位在海底井口附近，-將海底井介入模塊連接至船舶上的線(xiàn)纜，-使海底井介入模塊進(jìn)入水中，-將模塊操控到井口或防噴器上，-將模塊連接至井口，-使管道組件內(nèi)的工具達(dá)到井眼壓力，-打開(kāi)閥，以及-借助于介入工具進(jìn)入井中以執(zhí)行操作，-對(duì)管道組件中的電池再充電，并且其中所述將模塊連接至井口或防噴器的步驟是將模塊的連接部件直接連接至井口或防噴器。
所述方法還可包括以下步驟-更換管道組件中的電池，和/或-通過(guò)接頭發(fā)送和/或接收信息。所述方法還可包括以下步驟中的至少一個(gè)-對(duì)管道組件中的電池再充電，-控制介入模塊上的導(dǎo)航裝置，-控制所述控制系統(tǒng)以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)介入操作，-在執(zhí)行操作之后將模塊從井口分開(kāi)，
-通過(guò)拉動(dòng)線(xiàn)纜將模塊回收到水面船舶上，-將第二海底井介入模塊連接到船舶上的線(xiàn)纜，以及-在回收前一海底介入模塊之前，通過(guò)將模塊推動(dòng)越過(guò)船舶的側(cè)部或端部而將第二海底井介入模塊從水面船舶傾卸到水中。


下面參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中圖I是介入操作的示意圖，圖2是被接靠在井口上的根據(jù)本發(fā)明的介入模塊的示意圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明的介入模塊的示意圖，圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于安裝到模塊上的浮力系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施例的示意圖，圖6A是介入模塊的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，其中井口的罩帽被移除，圖6B是用于直接安裝到井口上的介入模塊的另一實(shí)施例的示意圖，圖6C是用于直接安裝到布置在井口上的防噴器上的介入模塊的另一實(shí)施例的示意圖，圖7是介入模塊的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，圖8示出了水下油井介入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，圖9示出了介入系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例，圖10示出了介入系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施例，圖11示出具有端部敞開(kāi)的連接部件的根據(jù)本發(fā)明的管道組件的一個(gè)實(shí)施例的截面圖，圖12示出具有端部敞開(kāi)的連接部件的管道組件的另一實(shí)施例的截面圖，以及圖13示出具有端部敞開(kāi)的連接部件的管道組件的又一實(shí)施例的截面圖。附圖僅為示意性的并基于說(shuō)明的目的示出。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種用于在如圖I所示的海底油井101上執(zhí)行介入操作的海底井介入模塊100。海底井介入模塊100例如僅通過(guò)將模塊100從船舶102的后部的甲板或越過(guò)船舶102的一側(cè)103推入海中而從水面船舶102入水。由于介入模塊的入水可以?xún)H通過(guò)將模塊100傾卸到水中而完成，因而可通過(guò)更多種類(lèi)的船舶來(lái)實(shí)現(xiàn)入水，包括更常見(jiàn)的船舶。因此，介入模塊100也可通過(guò)例如起重機(jī)(未示出)被投入水104中。另外，介入模塊可以直接從海洋平臺(tái)或者通過(guò)直升機(jī)被投入水104中。在介入模塊100已入水之后，介入模塊100如圖2所示借助導(dǎo)航裝置105或借助遠(yuǎn)程操縱潛水器(也稱(chēng)為R0V)航行至井101以執(zhí)行介入。在另一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)航裝置105包括允許例如位于水面船舶102上的操作人員經(jīng)由控制系統(tǒng)126遠(yuǎn)程控制介入模塊100的通信裝置。介入模塊可通過(guò)使用導(dǎo)線(xiàn)入水，并且當(dāng)模塊接靠在井口或防噴器上時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)斷開(kāi)使得船舶自由漂浮，這在暴風(fēng)雨天氣中尤其有用。用于導(dǎo)航裝置105的遠(yuǎn)程控制信號(hào)和為介入模塊100提供的電力可通過(guò)從電纜絞盤(pán)107繞出的諸如纜線(xiàn)或細(xì)纜的電纜106提供。此電纜隨后也可斷開(kāi)從而以無(wú)線(xiàn)方式或通過(guò)ROV或類(lèi)似裝置執(zhí)行通信。 如圖2和圖7所示，位于海床上的井口 120是井101的上端并包括兩個(gè)井口閥121和用于生產(chǎn)管線(xiàn)(未示出)的連接和用于各種永久和臨時(shí)連接的端子。閥121通?？杀粰C(jī)械地操作，或被液壓地操作，或兩者兼有。在其頂部，井口 120具有在繼續(xù)進(jìn)行其它介入任務(wù)之前必須被去除的保護(hù)罩帽123，如圖6A所示。通常，海底井口 120被承載結(jié)構(gòu)112包圍，以在外部單元連接時(shí)提供用于井口 120本身的卸載。承載結(jié)構(gòu)112可配設(shè)有兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)附接支柱113。介入模塊100的附接裝置111必須適合于待在其上接靠介入模塊的井口 120上的特定類(lèi)型的承載結(jié)構(gòu)112。附接裝置111可僅通過(guò)重力將介入模塊支承在承載結(jié)構(gòu)112上，或者附接裝置111可包括一個(gè)或多個(gè)鎖止裝置以在已進(jìn)行接靠之后保持模塊100在井口 120上就位。通過(guò)遠(yuǎn)程控制執(zhí)行介入模塊100的接靠。使介入模塊100航行至井口 120，被旋轉(zhuǎn)以與井口結(jié)構(gòu)對(duì)齊，并且被操縱以接靠在井口結(jié)構(gòu)上，如圖2所示。這可通過(guò)ROV (未示出)或者具有推進(jìn)裝置并設(shè)置在海底介入模塊100中的導(dǎo)航裝置105完成。根據(jù)本發(fā)明的海底井介入模塊100、160由支承結(jié)構(gòu)110和緊固在該結(jié)構(gòu)上的管道組件170形成。管道組件170、178具有長(zhǎng)形本體，該本體具有兩個(gè)相對(duì)端部和一腔室182，在該腔室中布置有介入工具171，其用于在井口 120的至少一個(gè)閥121被打開(kāi)和工具171下潛到井內(nèi)之前將腔室加壓至井眼壓力。管道組件170、178的第一端202經(jīng)由連接部件連接至井口 120。模塊100還包括無(wú)線(xiàn)介入工具，當(dāng)模塊100下潛入水時(shí)該無(wú)線(xiàn)介入工具以無(wú)線(xiàn)方式連接并布置在管道組件170、178中。介入工具171包括電力設(shè)備196，諸如電池組，并且因此不通過(guò)直接連接于工具一端的線(xiàn)纜提供動(dòng)力。因而，管道組件170(也稱(chēng)為潤(rùn)滑器(lubricator))不具有油脂連接頭或油脂注射系統(tǒng)，原因在于線(xiàn)纜不再必須能夠移動(dòng)穿過(guò)該潤(rùn)滑器。海底井介入模塊如圖6A和6B所示直接通過(guò)井口或者如圖6C所示通過(guò)布置在井口 120上的防噴器236在井101中執(zhí)行井介入操作。管道組件170、178通過(guò)連接部件122連接至井口或防噴器，連接部件122與管道組件的第一端202連接以提供至井口 120或防噴器236的連接。管道組件170、178具有腔室182，介入工具171布置在腔室182中。當(dāng)連接至井口 120或防噴器236上時(shí)，所布置的腔室在井口 120的至少一個(gè)閥121被打開(kāi)和工具下潛到井內(nèi)之前被加壓至井眼壓力。如圖6A、11-13所示，連接部件122具有能夠與井口120或防噴器236連接的敞開(kāi)的第一端237和提供從第一端到腔室的流體通道的通孔240。經(jīng)過(guò)連接部件流入管道組件的流體用箭頭指示。
連接部件在沒(méi)有任何中間連接的情況下直接連接在井口 120或防噴器236上，腔室在下降時(shí)充滿(mǎn)海水。這導(dǎo)致非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)連接到井口 120或防噴器236上時(shí)，腔室易于被加壓到井壓力。當(dāng)介入工具返回管道組件中時(shí)，壓力下降，并且在分離管道組件之前將管道組件中的井流體替換為更加能夠生物降解的非污染流體。如圖11-13所示，管道組件170、178具有內(nèi)徑Dp，無(wú)線(xiàn)介入工具171具有外徑Dt，外徑Dt是管道組件的內(nèi)徑的至少50%，優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%。通過(guò)使介入工具的外徑為管道組件的內(nèi)徑的至少75%，在加壓時(shí)排出的流體的量或者在分離管道組件之前更換的流體的量顯著小于現(xiàn)有技術(shù)潤(rùn)滑器。為了排出污染的井流體，模塊包括可生物降解的流體如乙二醇或其他非污染流體的容器239。通過(guò)使管道組件具有比已知潤(rùn)滑器顯著小的內(nèi)徑，容器也可顯著小于已知的容器。具有較小的容器減小了模塊的總體尺寸和模塊的重量。容器的體積小于腔室體積的30%。為了拉動(dòng)作為密封件布置在井口中的起重機(jī)插塞(crone plug)，現(xiàn)有技術(shù)潤(rùn)滑器的直徑稍微大于起重機(jī)插塞的直徑。潤(rùn)滑器中的工具拉動(dòng)第一起重機(jī)插塞并且分離潤(rùn)滑 器，將用于拉動(dòng)第二起重機(jī)插塞的第二工具連接至井口。如圖11-13所示，管道組件的內(nèi)徑小于連接部件的內(nèi)徑Dc。連接部件的內(nèi)徑對(duì)應(yīng)于起重機(jī)插塞的外徑，并且起重機(jī)插塞被保持在連接部件中而不是潤(rùn)滑器中。因此，潤(rùn)滑器或管道組件可通過(guò)具有比起重機(jī)插塞的外徑小的內(nèi)徑而制造得較小。管道組件的內(nèi)徑因此可小于井口和/或防噴器的內(nèi)徑。在圖11-13中，連接部件的尺寸使得當(dāng)連接到井口或防噴器上時(shí)，被介入工具拉動(dòng)的起重機(jī)插塞被連接部件包封。為了使連接部件具有這種較大直徑，連接部件的壁厚(Wc)大于管道組件的壁厚(Wp)。由于起重機(jī)插塞被保持在連接部件中而不是管道組件中，管道組件的壁厚可因此相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)潤(rùn)滑器減小。另外，連接部件122的內(nèi)部高度大于起重機(jī)插塞的高度。因此，連接部件的內(nèi)部高度為至少I(mǎi)Ocm,優(yōu)選為至少15cm,更優(yōu)選為至少20cm。海底介入模塊100在海洋之上這樣做準(zhǔn)備打開(kāi)管道組件170，并且借助于特定的操作工具諸如用于拉動(dòng)布置在井口 120或防噴器236中的第一和第二起重機(jī)插塞的連接器插入介入工具171。隨后，將特定的操作工具安裝在驅(qū)動(dòng)單元195諸如井下?tīng)恳?chē)和介入工具171上。隨后，管道組件170再次閉合，模塊準(zhǔn)備好下潛到海中。管道組件170具有使其能夠打開(kāi)和閉合的連接設(shè)備184。連接設(shè)備184是無(wú)油脂型的，意味著其不具有用于圍繞線(xiàn)纜流體密封該設(shè)備的單元。如圖11所示，管道組件具有接頭183，用以向介入工具傳輸電力以便為介入工具再充電或者向和/或從介入工具傳輸數(shù)據(jù)。接頭183包括用于提供到電源185和/或通信設(shè)備186的連接的第一端188和用于接合介入工具以便向介入工具再充電和/或與介入工具通信的第二端189。第二端可包括濕連接器238。接頭183是具有面向管道組件170內(nèi)部的第一線(xiàn)圈設(shè)備210和面向管道組件外部的第二線(xiàn)圈設(shè)備211的感應(yīng)接頭。如可看到的，第二線(xiàn)圈設(shè)備211連接于線(xiàn)纜185并由該線(xiàn)纜供電。線(xiàn)纜106也可在介入模塊上的另一位置處連接，其中線(xiàn)纜在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)延伸到管道組件。線(xiàn)纜還可包括不同于電纜的可分離的通信電纜。線(xiàn)圈圍繞貫穿連接設(shè)備184的一個(gè)芯部。這樣，電流從管道組件170的外部傳遞到組件的內(nèi)部，而不需要線(xiàn)纜穿過(guò)蓋子的頂部并且因此不需要油脂噴射系統(tǒng)。
介入工具171具有位于介入工具的面對(duì)接頭183的一端的內(nèi)部電力設(shè)備196，使得電力設(shè)備能夠通過(guò)接合接頭的第一端189而被再充電。介入工具171具有用于可拆卸地接合接頭183的裝置，例如濕連接器，以便被再充電，并且同樣地，接頭的第二端具有用于可拆卸地連接至工具的裝置，例如與濕連接器匹配的連接器。如上所述，接頭183可為穿過(guò)管道組件170傳輸電流的感應(yīng)接頭。在圖12中，第一線(xiàn)圈設(shè)備210布置在介入工具171的一端，并且當(dāng)工具需要再充電時(shí)，第一線(xiàn)圈設(shè)備接靠管道組件170的第二端203的內(nèi)壁以便傳輸電流并由此為工具171中的電力設(shè)備充電。這樣，工具能可拆卸地連接到接頭183。第二線(xiàn)圈設(shè)備211直接連接到供電線(xiàn)路以便為工具171供電。這也在操作期間或兩個(gè)操作之間發(fā)生。在圖11中，連接設(shè)備184借助于螺紋連接封閉管道組件170，在圖12中，連接設(shè)備184形成罩子或蓋子。連接設(shè)備184還可形成為管道組件的一部分并且因此不可附接地與之相連接。罩子或蓋子借助于螺紋連接或卡扣鎖定件在管道組件170的外側(cè)緊固到管道組件170上，在卡扣鎖定件中管道組件的突起接合蓋子中的凹槽。為了便于閉合管道組件170，連接設(shè)備184可包括聯(lián)軸節(jié)或聯(lián)結(jié)螺紋套以在不扭曲線(xiàn)纜的情況下將該設(shè)備連接到 管道組件。連接設(shè)備184是不使用油脂而是使用密封裝置212例如O形圈的緊密連接。連接設(shè)備184還可包括電隔離以避免系統(tǒng)短路的電連接，例如濕連接器238。接頭183和介入工具171之間的可拆卸連接可為電連接，工具和接頭的可拆卸連接因此是電插頭方案。在圖6B中，接頭包括接靠站127，用于與介入工具接合以便為介入工具再充電和/或向介入工具和從介入工具傳輸數(shù)據(jù)和/或指令。接靠站127可包括用于與介入工具中的相應(yīng)連接器接合的濕連接器238。接靠站127布置在管道組件的最遠(yuǎn)離井口 120的第二端。海底介入模塊100可包括通信設(shè)備186，管道組件170、178的接靠站127與通信設(shè)備連接以便向和從介入工具傳輸數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)然后被通信設(shè)備從遠(yuǎn)程控制中心接收或傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。工具設(shè)備中的電源可以是電池，例如可再充電的電池。在圖13中，管道組件170包括具有多個(gè)電池的外殼197，使得介入工具171能為管道組件內(nèi)的電池充電，而不必打開(kāi)管道組件并取出介入工具。為此，介入工具171包括用于以另一電池替換外殼中的電池的
替換設(shè)備。線(xiàn)纜還可以?xún)H用于或部分地用于從工具171向表面(surface)傳輸數(shù)據(jù)，或者接頭183在其外側(cè)可具有存儲(chǔ)器或通信設(shè)備186，如圖13所示。存儲(chǔ)器或通信設(shè)備186還可通過(guò)ROV或另一模塊以預(yù)定的時(shí)間間隔清空。為了獲得良好的豎向機(jī)動(dòng)性，導(dǎo)航裝置105設(shè)有適于調(diào)節(jié)下潛的井介入模塊100的浮力的浮力系統(tǒng)117。浮力系統(tǒng)如圖4和5所示。通過(guò)控制介入模塊100在下潛時(shí)的浮力，可使模塊在水104中下沉(負(fù)浮力)、維持一給定深度(零浮力)或上升(正浮力)。通過(guò)利用該原理來(lái)提供更好的豎向機(jī)動(dòng)性，甚至可以如利用此類(lèi)布置結(jié)構(gòu)的潛艇所示例的那樣有效地控制重物。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用適當(dāng)定向的豎向推進(jìn)單元116執(zhí)行微小的豎向位置調(diào)節(jié)。為井介入模塊100提供顯著增大的浮力所產(chǎn)生的附加效果是降低了模塊100的重量施加在井口 120上的合力。優(yōu)選地，介入模塊100應(yīng)被保持成接近零浮力，即為“失重的”。這降低了井口 120破裂的風(fēng)險(xiǎn)，否則這種破裂將導(dǎo)致巨大的環(huán)境災(zāi)害。為了輔助這種接靠程序，導(dǎo)航裝置105包括用于檢測(cè)介入模塊100在水104中的位置的檢測(cè)裝置109，如圖2所示。設(shè)置能夠在水104中獨(dú)立地移動(dòng)的介入模塊100減少了對(duì)水面船舶102的要求，這是因?yàn)榇?02僅需將介入模塊投入水104中，此后模塊100能夠根據(jù)其本身的命令降入水中，從而避免了需要昂貴的特別裝備的水面船舶，例如，帶有大的升沉補(bǔ)償起重機(jī)系統(tǒng)(未示出)的水面船舶。此外，海底介入模塊100的下部重于海底介入模塊的上部。這樣的目的是確保模塊在下潛時(shí)不會(huì)倒置，從而使模塊100的底部而不是頂部與井口結(jié)構(gòu)或待在其上安裝模塊100的另一模塊面對(duì)。介入模塊100可通過(guò)組合的電力/控制電纜106、185、通過(guò)獨(dú)立的電纜或甚至無(wú)線(xiàn)地進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。由于介入模塊100包括能夠使模塊在水104中自由移動(dòng)的導(dǎo)航裝置105， 所以不需要導(dǎo)引線(xiàn)或其它外部引導(dǎo)機(jī)構(gòu)來(lái)使模塊接靠到井口 120上。在某些情況下，需要斷開(kāi)水面船舶102與模塊100之間的線(xiàn)纜連接件108、118，并且在這些情況下，本發(fā)明的模塊仍然能夠繼續(xù)當(dāng)前的操作。此外，不需要投入其它潛水器例如ROV來(lái)控制介入模塊100。這使操作更簡(jiǎn)單，水面船舶102具有更大的靈活度，例如，從接近的物體等移開(kāi)。但是，ROV可用于使模塊接靠在井口 120或防噴器236上。導(dǎo)航裝置105可具有推進(jìn)單元115、116、檢測(cè)裝置109和/或浮力系統(tǒng)117。如果模塊100的導(dǎo)航裝置105具有推進(jìn)單元115、116和檢測(cè)裝置109兩者，則推進(jìn)單元能夠?qū)⒛K移動(dòng)到另一模塊上或海床上的井口結(jié)構(gòu)上的適當(dāng)位置。如果模塊100僅具有浮力系統(tǒng)117，則仍需要遠(yuǎn)程操作的潛水器來(lái)將模塊移動(dòng)到位，但浮力系統(tǒng)使導(dǎo)航更容易。此外，當(dāng)模塊100的底部重于頂部時(shí)，確保了模塊總是具有正確的定向。根據(jù)本發(fā)明的海底井介入模塊100、160由可在其上安裝介入模塊的各種子系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)110形成。子系統(tǒng)可以是如圖2所示的推進(jìn)單元或浮力系統(tǒng)117。支承結(jié)構(gòu)110包括用于以可去除的方式將支承結(jié)構(gòu)110附接到井口 120的結(jié)構(gòu)112上或井口的其它結(jié)構(gòu)上的附接裝置111。因此，附接裝置111允許介入模塊100被接靠在井口 120或防噴器236的頂部上。第一模塊用于去除井口 120的罩帽，而第二模塊用于在介入操作中將工具投入井101內(nèi)。當(dāng)一個(gè)介入模塊被接靠在井口 120或防噴器236上例如用于拉動(dòng)起重機(jī)插塞時(shí)，另一個(gè)介入模塊安裝有另一工具，以用于在井內(nèi)執(zhí)行第二操作，也稱(chēng)為第二輪操作。當(dāng)用于第二輪操作的模塊可用時(shí)，將該模塊傾卸到水104中并在井口 120附近等待以準(zhǔn)備在“第一輪操作”完成時(shí)安裝。這樣，可在執(zhí)行前一輪操作的同時(shí)完成用于下一輪操作的工具的安裝。因此，每個(gè)模塊可安裝有能夠減輕模塊在井口120上的重量的一個(gè)專(zhuān)用工具，因?yàn)槟K不具有帶有大量工具和用于操縱這些工具的裝置的大型工具傳送系統(tǒng)170，而是僅具有一個(gè)簡(jiǎn)單的管道組件170。這樣，避免了用于更換工具的中間投入導(dǎo)管，避免了污染海水的風(fēng)險(xiǎn)——因?yàn)檫@種導(dǎo)管將難以清空和用其它可生物降解的流體置換。此外，具有中間投入導(dǎo)管的這種模塊的容器會(huì)非常大，因而減小了模塊的重量。此外，不存在工具被卡在工具傳送系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。另外，它們可以更特別地為特定用途設(shè)計(jì)，因?yàn)榭舍槍?duì)該工具構(gòu)建其它輔助裝置，而這不可能在工具傳送系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，介入模塊100包括井操控組件125，該井操控組件125能夠使介入模塊執(zhí)行完成介入作業(yè)所需的各種井介入操作。此外，介入模塊100具有導(dǎo)航裝置105，該導(dǎo)航裝置105帶有用于使模塊在水104中側(cè)向移動(dòng)的推進(jìn)單元115、116。但是，推進(jìn)單元115、116也可被設(shè)計(jì)成使模塊100上下移動(dòng)。另外，介入模塊100具有用于控制井操控組件125、導(dǎo)航裝置105和介入操作(例如在井101內(nèi)操作的工具171)的控制系統(tǒng)126。支承結(jié)構(gòu)110制成允許水通過(guò)該結(jié)構(gòu)，從而使任何水流可作用在其上的截面積最小，如圖2-7所示。因此，可通過(guò)減小模塊的阻力而使模塊100能夠更快地在水中航行。此夕卜，開(kāi)口結(jié)構(gòu)使得能夠更容易地接近介入模塊100的構(gòu)件。
在另一個(gè)實(shí)施例中，支承結(jié)構(gòu)110至少部分地構(gòu)造為管架結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)使重量最輕。因此，支承結(jié)構(gòu)110可由中空構(gòu)型例如管設(shè)計(jì)而成，以使結(jié)構(gòu)的重量更輕。這種重量輕的介入模塊使得當(dāng)模塊被接靠在井口 120上時(shí)井口 120上的重量減輕，從而降低損壞井口的風(fēng)險(xiǎn)。此外，重量輕的介入模塊能夠使模塊100更易于操縱，例如在登上水面船舶102 時(shí)。支承結(jié)構(gòu)110可由金屬例如鋼或鋁制成，或者由輕于鋼的輕質(zhì)材料如復(fù)合材料、例如玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)型聚合物制成。支承結(jié)構(gòu)110的某些零件也可由聚合材料制成。介入模塊100的其它零件也可由金屬例如鋼或鋁制成，或者由輕于鋼的輕質(zhì)材料如聚合物或復(fù)合材料、例如玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)型聚合物制成。介入模塊100的這些其它零件可為介入模塊100的附接裝置111 ;井操控組件125 ;導(dǎo)航裝置105 ;推進(jìn)單元115、116 ;控制系統(tǒng)126 ;檢測(cè)裝置109 ;展開(kāi)本地線(xiàn)纜的絞盤(pán)；工具交換組件；工具傳送系統(tǒng)；蓄能系統(tǒng)119等裝置的至少一部分。支承結(jié)構(gòu)110也可由封裝了氣體的中空構(gòu)型制成，從而當(dāng)潛入海中時(shí)進(jìn)一步為模塊100提供浮力。圖3示出了介入模塊的一個(gè)實(shí)施例的支承結(jié)構(gòu)110如何將導(dǎo)航裝置105、控制系統(tǒng)126和井操控組件125完全容納在框架的外部形式內(nèi)。因此，支承結(jié)構(gòu)110保護(hù)導(dǎo)航裝置105、控制系統(tǒng)126和井操控組件125免于與例如海床或水面船舶102上的物體發(fā)生碰撞。因此，介入模塊100能夠承受在其下降時(shí)撞擊海床，并例如當(dāng)?shù)却唤涌吭诰?120上時(shí)直接置于海床上。為了執(zhí)行井介入，井口 120的罩帽必須被去除，隨后如圖7所示將工具投入井101內(nèi)。因此，接靠在井口 120上的第一模塊150是其中井操控組件125包括用于去除保護(hù)罩帽123的裝置的模塊，如圖6A所示。在如圖6B所示的下一介入步驟中，包括用于將工具171配制在井101內(nèi)的裝置的第二介入模塊160被接靠在第一模塊150上，如圖7所示。在圖6C中，防噴器236布置在井口 120的頂部。檢測(cè)裝置109使用超聲波、聲學(xué)裝置、電磁裝置、光學(xué)裝置或它們的組合來(lái)檢測(cè)模塊100的位置并將模塊導(dǎo)航到井口 120或另一模塊上。當(dāng)使用導(dǎo)航技術(shù)的組合時(shí)，檢測(cè)裝置109可檢測(cè)模塊100的深度、位置和定向?？墒褂贸暡▉?lái)測(cè)量介入模塊100下方的水深并確定豎向位置，同時(shí)，可使用陀螺儀來(lái)確定介入模塊的定向?？墒褂靡粋€(gè)或多個(gè)加速計(jì)來(lái)確定在水平面中相對(duì)于已知初始位置的運(yùn)動(dòng)。這種系統(tǒng)可提供關(guān)于介入模塊100的完整位置信息。在另一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)裝置109包括至少一個(gè)圖像記錄裝置，例如攝像機(jī)。此夕卜，該圖像記錄裝置包括用于經(jīng)由控制系統(tǒng)126將圖像信號(hào)傳送至水面船舶102的裝置。攝像機(jī)優(yōu)選被定向成在接靠程序期間顯示介入模塊100的附接裝置111及井口 120。這使得操作人員能夠例如在模塊被接靠在井口 120上時(shí)通過(guò)可視圖像引導(dǎo)介入模塊100。如圖2所示，圖像記錄裝置可被安裝在介入模塊100的支承結(jié)構(gòu)110上的固定位置處，或被安裝在可由操作人員遠(yuǎn)程控制的轉(zhuǎn)向座上。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，該可視圖像系統(tǒng)可包括任何數(shù)量的適當(dāng)光源，以照亮可視圖像系統(tǒng)的光路內(nèi)的物體。在另一個(gè)實(shí)施例中，圖像記錄裝置還包括用于分析所記錄的圖像信號(hào)的裝置，從而例如能夠使自主導(dǎo)航裝置系統(tǒng)通過(guò)可視圖像操控介入模塊100。為了實(shí)現(xiàn)介入模塊100在下潛時(shí)的更好的機(jī)動(dòng)性，必須能夠維持該介入模塊100在水104中的豎向位置，同時(shí)能夠在水平面中移動(dòng)，并能?chē)@豎直軸線(xiàn)114旋轉(zhuǎn)，從而允許 附接裝置111與井口 120的承載結(jié)構(gòu)112的附接支柱113對(duì)準(zhǔn)以便進(jìn)行接靠。水平機(jī)動(dòng)性及旋轉(zhuǎn)可由一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)單元115、116例如推力器、噴水式推進(jìn)器或任何其它適當(dāng)?shù)乃峦七M(jìn)裝置提供。在一個(gè)實(shí)施例中，推進(jìn)單元115、116被安裝到介入模塊100的固定位置上，即，每個(gè)推進(jìn)單元115、116相對(duì)于介入模塊100具有固定的推力方向。在本實(shí)施例中，使用至少三個(gè)推進(jìn)單元115、116來(lái)提供模塊100的可移動(dòng)性。在另一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)單元115、116的推力方向可通過(guò)旋轉(zhuǎn)推進(jìn)單元本身或通過(guò)例如利用方向舵裝置等引導(dǎo)水流來(lái)控制。這種設(shè)置可以通過(guò)與所述單元被固定在介入模塊100上的情況所需數(shù)量相比較少的推進(jìn)單元115、116來(lái)實(shí)現(xiàn)全部機(jī)動(dòng)性。介入模塊100可遠(yuǎn)程操作、通過(guò)自主系統(tǒng)操作或兩者結(jié)合。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，模塊的接靠由遠(yuǎn)程操作人員執(zhí)行，但自主系統(tǒng)在模塊100被附接至井口 120時(shí)保持例如零浮力。浮力系統(tǒng)117還可提供用于考慮到由于例如溫度或鹽度而引起的周?chē)Ｋ芏鹊淖兓{(diào)節(jié)浮力的裝置。圖4和圖5示出了浮力系統(tǒng)117的兩個(gè)不同的實(shí)施例。一般而言，浮力系統(tǒng)117必須能夠置換/排放與介入模塊100本身的總重量對(duì)應(yīng)的質(zhì)量的水。例如，如果模塊重30噸，則被置換的水的質(zhì)量必須為30噸，大致對(duì)應(yīng)于30立方米的體積，以確保零浮力。但是，并不需要將全部體積充填水以使模塊100下降，因?yàn)檫@樣會(huì)使模塊很迅速地下沉。因此，浮力系統(tǒng)117的一部分可布置成永久向模塊提供浮力，而浮力系統(tǒng)117的另一部分可置換一定體積以將浮力從負(fù)浮力調(diào)節(jié)為正浮力。浮力系統(tǒng)117的永久浮力可由充填有氣體或適當(dāng)?shù)牡兔芏炔牧先缥⑶蚪M合泡沫的置換罐130的密封隔室提供。最小浮力將取決于模塊100下降時(shí)所受的阻力。類(lèi)似地，可獲得的最大浮力應(yīng)選擇為使模塊100能夠以合理的高速度上升以允許方便的操作，但該速度不高于模塊100的安全航行所規(guī)定的速度。圖4示出了包括可被充填海水或氣體例如空氣的置換罐130的浮力系統(tǒng)117。為了增加模塊100的浮力，將氣體導(dǎo)入罐130內(nèi)，從而置換海水。為了降低浮力，通過(guò)控制裝置131將氣體從罐130導(dǎo)出，從而使海水進(jìn)入。用于控制對(duì)罐充填海水的控制裝置131可僅為一個(gè)或多個(gè)使罐130內(nèi)的氣體逸出的遠(yuǎn)程操作閥。該罐可具有開(kāi)口底部，或其可完全封裝內(nèi)容物。在開(kāi)口罐的情況下，當(dāng)氣體逸出時(shí)水將自動(dòng)充滿(mǎn)罐130，但在封閉罐的情況下，需要進(jìn)口閥來(lái)允許水進(jìn)入罐130。圖5示出了一浮力系統(tǒng)117，該浮力系統(tǒng)117包括多個(gè)可由膨脹裝置132充脹的可充脹裝置140?？梢栽O(shè)想任何數(shù)量的可充脹裝置140，例如，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多。可充脹裝置140可為氣球、氣密囊袋等形式，并且例如當(dāng)介入模塊100在介入程序之后要上升到海面時(shí)可被充脹以增加浮力。膨脹裝置132可包括壓縮氣體，例如空氣、氦氣、氮?dú)狻鍤獾?。或者，可充脹裝置140的充脹所需的氣體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，類(lèi)似于用于汽車(chē)中的氣囊的充脹的系統(tǒng)。可充脹裝置140必須由足夠牢固以承受在期望的操作深度處存在的水壓的材料制成。此類(lèi)材料可為使用芳族聚酰胺或碳纖維增強(qiáng)型聚合物材料、金屬或任何其它適合的增強(qiáng)材料。如圖5所示的浮力系統(tǒng)117可以可選地包括用于部分或完全從可充脹裝置440釋放氣體或甚至用于釋放整個(gè)可充脹裝置140本身的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，介入模塊100、160具有平行于井101的縱向長(zhǎng)度的縱向軸線(xiàn)，并且所述模塊圍繞其縱向軸線(xiàn)重量對(duì)稱(chēng)。這種對(duì)稱(chēng)的重量分布確保了介入模塊100在被接靠到井口上時(shí)不會(huì)扭轉(zhuǎn)井口 120和相關(guān)的井口結(jié)構(gòu)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，浮力系統(tǒng)117適于確保浮力作用于其上的浮力中心與介入模塊100的質(zhì)心位于相同的縱向軸線(xiàn)上，并且浮力中心位于質(zhì)心上方。本實(shí)施例確保了介入模塊100的方向穩(wěn)定性。如圖2所示，介入模塊100、160包括定位在模塊上的供電系統(tǒng)119。供電系統(tǒng)119可呈連接至水面船舶102的電纜106的形式或呈蓄電池、燃料電池、柴油電流產(chǎn)生器、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)生器等本地供電裝置的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，供電系統(tǒng)119對(duì)井操控組件125和/或使用液壓、加壓氣體、電等能量的模塊的其它裝置供電。通過(guò)向介入模塊100提供本地供電裝置或儲(chǔ)備電力，介入模塊能夠從井口 120或另一模塊自行釋放，并且如果需要的話(huà)，能夠提升井101內(nèi)的工具。這至少使得介入模塊100能夠在出現(xiàn)損壞或其它緊急情況的情況下自行浮上水面。在另一個(gè)實(shí)施例中，本地供電裝置允許介入模塊100在無(wú)外部電源的情況下獨(dú)立地執(zhí)行部分介入程序。在某些實(shí)施例中，供電系統(tǒng)119包括用于儲(chǔ)存所產(chǎn)生的能量的蓄能系統(tǒng)。該蓄能系統(tǒng)可包括機(jī)械儲(chǔ)存裝置，其可為張緊系統(tǒng)、氣動(dòng)儲(chǔ)存裝置、液壓儲(chǔ)存裝置或任何其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)械儲(chǔ)存裝置中的任何類(lèi)型。此外，介入模塊100的供電系統(tǒng)119可由用于從水面上方向介入模塊供電的至少一條電纜106供電。電纜106通過(guò)連接件108以可分離的方式連接至介入模塊100，所述連接件108能夠使電纜在水面船舶102需要移動(dòng)的情況下容易地與介入模塊分離。這種情況在圖6中示出，其中電纜106剛好分離。電纜106可適合為介入模塊100供應(yīng)來(lái)自水面船舶102的電力并且例如可作為纜線(xiàn)(umbilical)或細(xì)纜(tether)提供。與水面船舶102通信使得介入模塊100能夠被遠(yuǎn)程操作并且將各種測(cè)量和狀態(tài)數(shù)據(jù)傳回船舶。介入模塊100可有線(xiàn)地或無(wú)線(xiàn)地與水面船舶102或與下潛的或水面上的其它單元通信。通信導(dǎo)線(xiàn)可以是作為單獨(dú)的電纜或作為電纜內(nèi)的單獨(dú)的線(xiàn)提供的專(zhuān)用通信線(xiàn)，或電力傳輸導(dǎo)線(xiàn)連接，例如電力電纜。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖8和圖9所示，介入模塊100包括無(wú)線(xiàn)通信裝置，例如無(wú)線(xiàn)電頻率通信、聲學(xué)數(shù)據(jù)傳輸、光鏈路或任何其它適當(dāng)?shù)臒o(wú)線(xiàn)水下通信裝置。通信可使用指定的接受器直接進(jìn)行，或通過(guò)代理、即中間發(fā)送器和接收器單元例如中繼設(shè)備190進(jìn)行。通信裝置可實(shí)現(xiàn)雙向或單向通信，這種通信從介入模塊100傳送諸如在接靠程序期間的視頻反饋、位置、當(dāng)前深度讀數(shù)、子系統(tǒng)的狀態(tài)或例如來(lái)自井101內(nèi)的其它測(cè)量數(shù)據(jù)之類(lèi)的數(shù)據(jù)。對(duì)介入模塊100的通信例如可為對(duì)返回?cái)?shù)據(jù)、操控操作、用于井操控組件的控制數(shù)據(jù)即控制實(shí)際介入過(guò)程本身等的請(qǐng)求。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)126包括有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信裝置兩者，例如，使得可通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)傳輸高帶寬要求的視頻反饋，直到介入模塊100被接靠在井口 120上為止。當(dāng)模塊已被接靠時(shí)，可借助中繼設(shè)備190無(wú)線(xiàn)地執(zhí)行較低帶寬要求的通信，例如在介入本身期間所
需的通信。如果例如與電力電纜結(jié)合的通信導(dǎo)線(xiàn)從介入模塊100被釋放，則在任何表面或下潛的船舶與介入模塊之間沒(méi)有物理連接，因?yàn)榻槿肽K仍可通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接180、191控制。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)126包括用于使向系統(tǒng)供電的電纜、用于將介入模塊100連接至船舶102的線(xiàn)纜或附接裝置111分離的分離裝置108。繼分離之后，介入模塊100繼續(xù)依靠其自身的電源工作。當(dāng)電纜已從介入模塊100被釋放并在水面船舶102上被回收時(shí)， 船舶可自由航行離開(kāi)其位置，例如，以避免來(lái)自浮動(dòng)障礙物如冰山、船只等的危險(xiǎn)。為了將井操控組件125連接至井口 120，該組件還包括至少一個(gè)井口連接裝置173和用于至少操作第一井口閥121的井口閥控制裝置174，以使工具通過(guò)井口連接裝置173進(jìn)入井101內(nèi)。井口通常具有機(jī)械地或液壓地操作的閥。因此，由介入模塊控制系統(tǒng)126控制的井口閥控制裝置174包括用于操作閥控制裝置如機(jī)械臂或液壓接頭的裝置，以及用于將所需的機(jī)械或液壓力傳送至閥控制裝置的系統(tǒng)。在井101的一部分未大致豎直的情況下，可使用井下?tīng)恳?chē)作為驅(qū)動(dòng)單元來(lái)將工具一直驅(qū)動(dòng)到井內(nèi)的適當(dāng)位置。井下?tīng)恳?chē)是能夠在井下推動(dòng)或拉動(dòng)工具的任何種類(lèi)的驅(qū)動(dòng)工具，例如Well Tractor .支承結(jié)構(gòu)110是具有對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)船運(yùn)集裝箱的尺寸的高度、長(zhǎng)度和寬度的框架結(jié)構(gòu)。船運(yùn)集裝箱可具有不同尺寸，例如美國(guó)軍隊(duì)使用的8英尺(2. 438m)立方體(2. 44mX 2. 44mX 2. 44m)單元,或后來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化集裝箱,其具有更長(zhǎng)的長(zhǎng)度,例如10英尺(3. 05m)、20 英尺(6. 10m)、40 英尺(12. 19m)、48 英尺(14. 63m)和 53 英尺(16. 15m)。歐洲和澳洲的集裝箱可稍寬，例如寬2英寸(50. 8mm)。在又一個(gè)實(shí)施例中，供電系統(tǒng)119具有一定量的儲(chǔ)備電力，該儲(chǔ)備電力的量足夠大以便控制系統(tǒng)126將井口連接裝置173與井口 120分離、將用于供電的電纜與供電系統(tǒng)119分離、將線(xiàn)纜與模塊分離，和/或?qū)⒏浇友b置111與井口結(jié)構(gòu)分離。這樣，即使例如由于水面船舶102遇到風(fēng)險(xiǎn)而需要使纜索分離，介入模塊100也可重新浮上水面。在一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)使介入模塊100配設(shè)有能夠?qū)崿F(xiàn)所需操作的適當(dāng)數(shù)量的電池來(lái)提供所需的儲(chǔ)備電力。除帶有工具的構(gòu)型外，常見(jiàn)的介入操作需要井操控組件125的至少一個(gè)附加構(gòu)型。如所述的，該附加構(gòu)型可為罩帽去除組件151或第一和第二起重機(jī)插塞拉動(dòng)工具。這種罩帽去除裝置134可適于根據(jù)井口 120和/或保護(hù)罩帽123的設(shè)計(jì)來(lái)拉動(dòng)或旋松井101的保護(hù)罩帽123。此外，罩帽去除裝置134可適于使罩帽123振動(dòng)以松動(dòng)可能已經(jīng)沉積在罩帽上的碎屑和沉淀物。第一起重機(jī)插塞拉動(dòng)工具是與用于連接至起重機(jī)插塞的連接器相連接的介入工具，該介入工具拉動(dòng)被保持在連接部件中的第一插塞。然后，第二模塊接靠在井口上，并且利用類(lèi)似的或同一介入工具拉動(dòng)第二插塞。通過(guò)使用數(shù)個(gè)介入工具，第二模塊可在井口的附近等待，直至第一輪操作結(jié)束并且第一模塊被分離。如圖9所示，海底井介入系統(tǒng)100的某些實(shí)施例包括至少一個(gè)自主通信中繼設(shè)備190，其用于從介入模塊100、160無(wú)線(xiàn)接收水中傳播信號(hào)、將所述信號(hào)從模塊100轉(zhuǎn)換為無(wú)線(xiàn)電傳播信號(hào)191并且將所述無(wú)線(xiàn)電傳播信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程控制裝置192，并且反之亦然，接收和轉(zhuǎn)換來(lái)自遠(yuǎn)程控制裝置的信號(hào)并且將所轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳輸至介入模塊100。在一個(gè)實(shí)施例中，自主通信中繼設(shè)備190被設(shè)計(jì)為浮子并具有懸掛在下方的彈性通信電纜194、199。通信中繼設(shè)備190可為小船、小艇、浮子或任何其它適當(dāng)?shù)钠〗Y(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，中繼設(shè)備190包括導(dǎo)航裝置105，該導(dǎo)航裝置105能夠使中繼設(shè)備190從水面船舶102被遠(yuǎn)程控制，例如，以維持特定位置。而且，在某些實(shí)施例中，中繼設(shè)備190包括用于檢測(cè)其當(dāng)前位置的裝置，例如用于全球定位系統(tǒng)(GPS)的接收器193。在圖8中，彈性通信電纜194、199懸掛在船舶102下方，其中電纜的端部具有用于與第一模塊100和第二模塊160通信的裝置。 往返介入模塊100的無(wú)線(xiàn)電傳播通信在水下通信裝置與水面上方通信裝置如從圖9所見(jiàn)的天線(xiàn)192之間中繼。水下通信裝置可為連接至介入模塊100(參見(jiàn)圖10)的導(dǎo)線(xiàn)，或者其可以是例如利用無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)或光學(xué)的或聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)水下通信的裝置。如果使用無(wú)線(xiàn)通信，則通信中繼設(shè)備190可適于將水下通信裝置下降到深水處，例如，到達(dá)水深的10-100%、或25-75%或甚至40-60%的深度。這限制了所需的水下無(wú)線(xiàn)傳輸距離，因?yàn)樾枰苊怆姶泡椛湓诤Ｋ械倪^(guò)大傳輸損失。無(wú)線(xiàn)電傳播通信可通過(guò)水面船舶102或例如遠(yuǎn)程操作中心而發(fā)生。圖10示出了一實(shí)施例，其中中繼設(shè)備190的水下通信裝置是連接至介入模塊100并且可在介入模塊下降時(shí)從中繼設(shè)備190拉出的通信導(dǎo)線(xiàn)199。中繼設(shè)備190可設(shè)有用于繞出(spool out)導(dǎo)線(xiàn)199的裝置，或者所述導(dǎo)線(xiàn)可僅在模塊下降時(shí)由于介入模塊100的重量而被從卷軸拉出。導(dǎo)線(xiàn)199可通過(guò)電子機(jī)械裝置例如絞盤(pán)或通過(guò)純機(jī)械裝置例如張緊系統(tǒng)提升。利用了根據(jù)本發(fā)明的介入模塊的海底井介入因此包括以下步驟將水面船舶102定位在海底井口 120附近，將海底井介入模塊100連接至船舶上的線(xiàn)纜，通過(guò)推動(dòng)海底井介入模塊100越過(guò)船舶的邊緣而將該模塊從水面船舶102傾卸到海中，控制介入模塊100上的導(dǎo)航裝置105，將模塊100操控到井口 120上，將模塊100連接在井口 120上，控制控制系統(tǒng)126以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)介入操作，在執(zhí)行所述操作之后將模塊100與井口 120分離，以及通過(guò)拉拽線(xiàn)纜而將模塊100回收到水面船舶102上。水面船舶102不需要被精確地定位在井口 120上方，因?yàn)槟K100獨(dú)立地航行并且不從所述船舶懸掛。此外，由于模塊100可僅被推動(dòng)越過(guò)水面船舶102的一側(cè)103，因此將介入模塊配置到水中的通常關(guān)鍵的現(xiàn)有技術(shù)程序得以明顯簡(jiǎn)化。這使得介入模塊100能夠在否則不能夠進(jìn)行介入操作的不利條件下進(jìn)行配置。而且，由于模塊100是遠(yuǎn)程操作的，所以不需要配置另外的潛水器，例如R0V，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了介入操作。在根據(jù)本發(fā)明的介入方法的某些實(shí)施例中，在第一模塊之后或與第一模塊同時(shí)順次地傾卸一個(gè)或多個(gè)另外的海底井介入模塊。當(dāng)?shù)谝唤槿肽K執(zhí)行其指定操作時(shí)，可在水面船舶102上準(zhǔn)備下一介入模塊并將其投入海中以朝井口 120下降。當(dāng)?shù)谝唤槿肽K已執(zhí)行其操作后，第一介入模塊可通過(guò)其自身的裝置返回水面而第二介入模塊在井口 120附近等待被接靠在井口上。與需要通過(guò)起重機(jī)例如經(jīng)由一組導(dǎo)引線(xiàn)將多個(gè)介入模塊下降到井口 上的情形(在該情況下，需要更多的時(shí)間來(lái)執(zhí)行介入)相比，通過(guò)提供等待的第二介入模塊可以實(shí)現(xiàn)從一個(gè)介入模塊到下一介入模塊的快速變換。
權(quán)利要求
1.一種用于從水面船舶(102 )通過(guò)井口在井(101)中執(zhí)行井介入操作的海底井介入模塊(100)，包括 -支承結(jié)構(gòu)(110)， -管道組件(170，178)，所述管道組件緊固在所述支承結(jié)構(gòu)上并且具有兩個(gè)相對(duì)端部、內(nèi)徑(Dp)和腔室(182)，在所述腔室中布置有介入工具(171 )，所述介入工具用于在連接至井口( 120 )或布置在井口頂部上的防噴器(236 )時(shí)、在井口( 120 )的至少一個(gè)閥(121)被打開(kāi)和所述介入工具下潛到井內(nèi)之前將所述腔室加壓至井眼壓力， -連接部件(122 )，所述連接部件與管道組件的第一端(202 )相連接以提供至井口的連接， -無(wú)線(xiàn)介入工具(171 )，所述無(wú)線(xiàn)介入工具具有外徑(Dt)并包括電力設(shè)備(196)， 其中，所述連接部件具有能夠與井口或防噴器連接的敞開(kāi)的第一端(237)和提供從所述第一端到所述腔室的流體通道的通孔(240)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海底井介入模塊，其中所述無(wú)線(xiàn)介入工具的外徑是所述管道組件的內(nèi)徑的至少50%，優(yōu)選至少75%，更優(yōu)選至少90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的海底井介入模塊，其中所述管道組件的內(nèi)徑小于所述連接部件的內(nèi)徑(D。)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的海底井介入模塊，其中所述管道組件具有比所述連接部件的壁厚(W。)小的壁厚(wp)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的海底井介入模塊，其中所述管道組件具有接頭(183)，所述接頭包括 -用于與所述介入工具接合以便為所述介入工具再充電和/或向所述介入工具和從所述介入工具傳輸數(shù)據(jù)和/或指令的第一端(189)，和 -用于提供到電源(185)和/或通信設(shè)備(186)的連接的第二端(188)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的海底井介入模塊，其中所述接頭包括接靠站(127)，所述接靠站用于與所述介入工具接合以便為所述介入工具再充電和/或向所述介入工具和從所述介入工具傳輸數(shù)據(jù)和/或指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海底井介入模塊，其中所述接靠站包括用于與所述介入工具中的相應(yīng)連接器接合的濕連接器(238 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的海底井介入模塊，其中所述接靠站布置在所述管道組件的第二端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的海底井介入模塊，還包括通信設(shè)備(186)，并且所述管道組件的接靠站與所述通信設(shè)備連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海底井介入模塊，其中所述接頭是具有面向所述管道組件內(nèi)部的第一線(xiàn)圈設(shè)備(210)和面向所述管道組件外部的第二線(xiàn)圈設(shè)備(211)的感應(yīng)接頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的海底井介入模塊，其中所述第一線(xiàn)圈設(shè)備布置在所述介入工具的一個(gè)端部中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的海底井介入模塊，其中所述第二線(xiàn)圈設(shè)備連接于線(xiàn)纜。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的海底井介入模塊，其中所述支承結(jié)構(gòu)是具有外部形式并限定出容納井操控組件和導(dǎo)航裝置的內(nèi)部空間的框架結(jié)構(gòu)，所述井操控組件和所述導(dǎo)航裝置兩者均在所述外部形式內(nèi)延伸。
14.一種海底井介入系統(tǒng)(200)，包括 -井口和/或防噴器，以及 -至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I至13中的任一項(xiàng)所述的海底介入模塊， 其中所述海底介入模塊的所述連接部件直接連接于所述井口或所述防噴器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的海底井介入系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)用于將所述介入模塊導(dǎo)航到所述井口或另一海底模塊上的遠(yuǎn)程操作的潛水器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的海底井介入系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)用于遠(yuǎn)程控制所述介入模塊的一部分或全部功能的遠(yuǎn)程控制裝置(192)，所述遠(yuǎn)程控制裝置定位在水面上方。
17.一種借助于根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的介入模塊執(zhí)行介入操作的海底井介入方法，包括以下步驟 -將水面船舶或海洋平臺(tái)定位在海底井口附近， -將海底井介入模塊連接至所述船舶上的線(xiàn)纜， -使海底井介入模塊進(jìn)入水中， -將所述模塊操控到井口或防噴器上， -將所述模塊連接至所述井口， -使所述管道組件內(nèi)的工具達(dá)到井眼壓力， -打開(kāi)閥，以及 -借助于所述介入工具進(jìn)入井中以執(zhí)行操作， -對(duì)所述管道組件中的電池再充電，并且 其中所述將所述模塊連接至所述井口或防噴器的步驟是將所述模塊的所述連接部件直接連接至所述井口或防噴器。
18.海底井介入方法，還包括以下步驟 -更換管道組件中的電池，和/或 -通過(guò)接頭發(fā)送和/或接收信息。
全文摘要
一種用于從水面船舶(102)通過(guò)井口(120)在井(101)中執(zhí)行井介入操作的海底井介入模塊(100)，包括支承結(jié)構(gòu)(110)；管道組件(170)，所述管道組件緊固在所述支承結(jié)構(gòu)上并且具有兩個(gè)相對(duì)端部、內(nèi)徑和腔室(182)，在所述腔室中布置有介入工具(171)，所述介入工具用于在連接至井口或布置在井口頂部的防噴器時(shí)、在井口的至少一個(gè)閥(121)被打開(kāi)和所述工具下潛到井內(nèi)之前將腔室(182)加壓至井眼壓力；連接部件，所述連接部件與管道組件的第一端(202)相連接以提供至井口的連接；無(wú)線(xiàn)介入工具(171)，所述無(wú)線(xiàn)介入工具具有外徑并包括電力設(shè)備(196)。所述連接部件具有能夠與井口或防噴器連接的敞開(kāi)的第一端和提供從第一端到腔室的流體通道的通孔。
文檔編號(hào)E21B41/04GK102822443SQ201180013936
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
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