悬臂系统以及使用方法
【专利摘要】一种用于钻井设施的悬臂系统包括：主体、耦合到主体的梁、耦合到梁的延伸部件以及从支承部件隔开并且被耦合到延伸部件的限制部件。梁的第一端部在主体的边缘上伸出并且梁的第二端部被定位在主体上。延伸部件增加梁的纵向长度。支承部件被布置成与主体的边缘相邻。限制部件被配置成当梁的第一端部在主体的边缘上伸出时沿着朝向主体的方向施加一个力到延伸部件。一种增加悬臂系统能力的方法包括：增加支承部件与限制部件之间的间距。
【专利说明】悬臂系统以及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明实施方式总体涉及用于自升式钻井设施的悬臂系统。尤其是，本发明实施方式涉及增加用于在自升式钻井设施上支承平台的悬臂系统的承载能力。
【背景技术】
[0002]自升式钻井设施为海上结构，通常包括:主体、多个腿和升降系统，该升降系统被配置成将腿下降至海底并且将主体升起至能够承受多种环境负载的位置同时提供稳定的作业甲板。从而可以从自升式钻井设施钻更多的井或者作业，悬臂系统已被集成到主体中以从主体的边缘伸出和缩回钻井台。悬臂系统可以安全地从主体伸出钻井台的距离越大，可以钻井的数量越多。在保持负载要求同时，已经在悬臂系统的伸展上付出了很多努力。
[0003]通常，悬臂系统包括一对彼此相邻设置的I型梁，该I型梁从底部支承钻井台。梁可从主体纵向伸出以使钻井台远离主体边缘。钻井台本身和/或平台上的用于钻井或作业的旋转钻井系统还可以沿着相对于梁的纵轴线在横向方向上进行移动以进一步增加可以钻井的区域。
[0004]悬臂系统必需能够支承钻井台和由平台支承的设备的重量。随着钻井台进一步从主体的边缘伸出，悬臂系统上的负载增加。为了增加悬臂系统的能力，梁可以由更强的材料形成和/或梁结构可以被增加从而使得梁更大且更重。然而，更强的材料可以极大地增加悬臂系统的成本，并且悬臂系统的尺寸和重量的增加要求对需要支承悬臂系统的钻井设施的主体和腿进行重大修改。
[0005]因此，需要新的、改进的悬臂系统和使用方法。
【发明内容】
[0006]在一个实施方式中，用于钻井设施的悬臂系统包括主体和可移动地耦合到主体的梁。梁的第一端可以在主体的边缘上伸出，而梁的第二端定位在主体上。延伸部件被耦合到梁的第二端以便延伸部件增加梁的纵向长度。限制部件从支承部件隔开以在不减少梁从主体的边缘的最大伸展的情况下增加梁支承的最大负载，其中限制部件被配置成当梁的第一端在主体的边缘上伸出时沿着朝向主体的方向施加反作用力到延伸部件。
[0007]在一个实施方式中，增加由钻井设施的主体支承的悬臂系统的负载能力的方法包括:在主体的边缘上伸出悬臂系统的梁的一部分；将延伸部件耦合到梁的端部并且梁的一部分在主体的边缘上伸出。该方法还包括:当梁的一部分在主体的边缘上伸出时，使用限制部件沿着朝向主体的方向施加反作用力到延伸部件，从而使得限制部件被耦合到延伸部件。该方法还包括:增加限制部件与支承部件之间的间距以在不减少梁从主体边缘的最大伸展的情况下增加梁支承的最大负载。
[0008]在一个实施方式中，增加由钻井设施的主体支承的悬臂系统的负载能力的方法包括:提供可移动地耦合到主体的梁以使得梁的一部分可在主体的边缘上伸出；提供延伸部件以连接到梁由此增加梁的总长度，其中当延伸部件被耦合到梁时梁具有可以从主体的边缘伸出的最大伸展；提供限制部件以将梁和延伸部件固定到主体；提供支承部件以在主体上支承梁；以及增加限制部件与支承部件之间的间距以由此增加在梁伸出至其最大伸展时梁支承的最大负载。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]以便可以详细地理解具有本发明的上述特征的方法，本发明的更具体描述、上述简要概括已参照实施方式，其中一些实施方式被示出在附图中。然而需要注意，附图仅仅示出本发明的典型实施方式并因此不应当被解释为限制范围，因为本发明可以允许其他等同效果的实施方式。
[0010]图1示出根据一个实施方式的具有处于收起位置的悬臂系统的钻井设施。
[0011]图2A和图2B示出悬处于伸出位置的臂系统的侧视图。
[0012]图3A示出图2A中示出的悬臂系统。
[0013]图3B示出根据一个实施方式的处于伸出位置的悬臂系统的侧视图。
[0014]图4A和图4B示出根据一个实施方式的处于伸出位置的悬臂系统的俯视图。
[0015]图5A和图5B示出呈现根据一个实施方式的悬臂系统的负载能力的负载图表。
[0016]图6A和图6B示出根据一个实施方式的限制部件。
【具体实施方式】
[0017]图1示出根据一个实施方式的具有悬臂系统(位于收起位置)钻井设施100。钻井设施100包括:多个腿10、主体20、一个或多个钻井设施建筑30和悬臂系统40。例如，钻井设施100可以包括三个或四个腿。主体20可以包括甲板21，钻井设施建筑30和悬臂系统40被支承在甲板21上。在一个实施方式中，钻井设施建筑30可以包括设备、住宅和/或自升式房。钻井设施建筑30占用主体甲板21的一部分，因此可能限制或阻碍收起在主体20上的悬臂系统40的长度/尺寸。在作业中，钻井设施100通常被输送到海上位置，腿10被下降至海底中，并且主体20被提升到高于海平面的高度以确保钻井设施100执行一个或多个钻井作业。
[0018]悬臂系统40的梁41被配置成在主体20的后缘25伸出和缩回平台45。如图1所示，当在收起位置时，由梁41支承的负载被传输到由钻井设施100的腿10支承的主体20。然而，随着梁41从主体20的后缘25向外伸出，梁41可能开始挠曲或弯曲。为了平衡这些负载，可以设置支承部件50以在主体20的后缘25处被动支承和/或主动施加一个力到梁41。支承部件50可以为主体20的表面或者是在后缘25处定位在主体20的表面上的结构。在一个实施方式中，支承部件50可以被布置在主体20的后缘25处并且可以被配置成提供与梁41上的负载的向下力相对的向上力或推力。还可以设置限制部件60以被动支承和/或主动施加一个力到梁41以平衡负载。限制部件60与支承部件50隔开并且可以被配置成在梁41上提供向下的反作用力或拉力以抵消生成在梁41中的力矩。限制部件60优选地被配置成从下面将梁41固定到主体20。支承部件50和/或限制部件60可以被耦合到梁41和/或可以被耦合到主体20或者与主体20粘接/成为一体。
[0019]悬臂系统40可以包括用于支承平台45的一个或多个梁41。在一个实施方式中，悬臂系统40可以包括并排定位以支承平台45的两个I型梁。例如，梁可以被彼此隔开大约60英尺和/或可以为大约26英尺的高度。在一个实施方式中，梁41可以从主体20的后缘25伸出大约60英尺至大约100英尺。
[0020]图2A和图2B示出悬臂系统40A在伸出位置的侧视图。在图2A中，梁41被伸出到一个位置以使得梁41最外端到达参照点5。梁41伸出距离L，该距离L为从主体20的后缘25到参照点5的距离。支承部件50和限制部件60彼此被隔开距离XI，以使得支承部件50被布置在主体20的后缘25处或附近，而限制部件60被布置在主体20上的梁41的端部处或附近。当在伸出位置时，悬臂系统40A可以支承最大负载W1。
[0021 ] 为了增加悬臂系统40A可以支承的最大负载，可以通过移动限制部件60远离主体20的后缘25而增加支承部件50与限制部件60之间的间距。在图2B中，支承部件50和限制部件60彼此被隔开距离X2。距离X2大于距离XI。由此，悬臂系统40A可以支承的最大负载增加到最大负载W2。最大负载W2大于最大负载W1。然而,如图2B所示，最大伸展从参照点5减少了距离Y。梁41伸出距离L减去Y，该距离L减去Y为从主体20的后缘25到梁41的最外端的距离。因此，虽然通过加大支承部件50与限制部件60之间的间距实现了最大负载的加大，但是平台45从主体20的后缘25的最大达到却减少，由此减少了可用于钻井作业的面积。
[0022]图3A示出了悬臂系统40A在伸出位置的侧视图，图3B示出了根据一个实施方式的悬臂系统40B在伸出位置的侧视图。图3A示出梁41伸出到一个位置以使得梁41的最外端到达参照点5，并且支承部件50与限制部件60彼此被隔开距离XI。支承部件50被布置在主体20的后缘25处或附近，而限制部件60被布置在主体20上的梁41的端部处或附近。当在伸出位置时，悬臂系统40A可以支承最大负载W1。
[0023]图3B也示出了悬臂系统40B的梁41伸出到一个位置以使得梁41的最外端到达参照点5。然而，不同于图3A中示出的悬臂系统40A，图3B中的悬臂系统40B包括一个或多个延伸部件47，并且通过将限制部件60定位在进一步远离主体20的后缘25的位置，支承部件50与限制部件60之间的间距增加。为了增加悬臂系统40B可以支承的最大负载，支承部件50和限制部件60彼此被隔开距离X3，距离X3大于距离XI，并且延伸部件47被用于增加梁41的纵向长度。延伸部件47被耦合到位于主体20上的梁41的端部，并且限制部件60被耦合到延伸部件47的端部。由此，悬臂系统40B可以支承的最大负载增加到最大负载W3，并且未减少从参照点5的最大伸展程度。最大负载W3大于最大负载W1。梁41伸出相同距离L，该距离L为从主体20的后缘25到参照点5的距离。因此，在不影响平台45从主体20的后缘25的最大伸展程度的情况下，延伸部件47以及隔开限制部件60的结合提供悬臂系统40B可以支承的更大的最大负载。
[0024]在实施方式中，选择性地，额外的限制部件65可以被设置以在支承部件50与限制部件60的位置处将梁41固定到主体20，如在与延伸部件47的连接相邻的梁41的端部处或附近。支承和/或限制部件50、60、65可以在主体20中被预安装预定位置处。在一个实施方式中，限制部件60可以被预安装在主体20中，并且限制部件65可以在延伸部件47被耦合到梁41之后被添加。在一个实施方式中，限制部件65可以被预安装在主体20中，并且限制部件60可以在延伸部件47被耦合到梁41之后被添加。
[0025]图4A和图4B分别示出图3A和图3B中示出的钻井设施100和悬臂系统40A和40B的俯视图。图4A示出在参照点5处延伸至最大伸出的梁41以及彼此隔开间距Xl的支承部件50和限制部件60。还示出了井眼作业点70，当井眼作业点70中心性地位于梁41之间时，其位于平台45上。井眼作业点70可以为平台45上的用于支承多种钻井/作业设备的点。图4B示出梁41伸出到参照点5，但是支承部件50与限制部件60之间的间距通过延伸部件47的添加而增加并且支承部件50与限制部件60之间的间距为距离X3，从而增加了悬臂系统40B可以支承的最大负载。
[0026]在图4B中进一步示出了平台45上的井眼作业点70沿着横向于梁41的纵轴线的方向移动到了新的位置75。例如，平台45的井眼作业点70沿着横向方向移动了距离Z至新的位置75以进行另一个井眼作业，并由此利用平台45的全部表面积。由于平台45重量的更大部分位于梁41b上导致梁41b将经受大于梁41a的负载。通过延伸部件47以及隔开限制部件60的结合而增加的悬臂系统40B可以支承的能力确保当梁41、平台45和/或井眼作业点70沿着纵向和/或横向方向充分伸出时梁41a和41b可以支承负载。
[0027]图5A和图5B分别示出呈现可以由悬臂系统40A和40B支承的负载量(千磅)的负载图表。图5A示出在支承部件50与限制部件60之间的间距Xl为约47.4英尺的情况下由悬臂系统40A支承的负载。图5B示出在通过使用延伸部件47而具有约57.4英尺的支承部件50与限制部件60之间的间距X3的情况下由悬臂系统40B支承的负载。在两个图表中，列L表示从主体20的后缘25到平台45上的井眼作业点70的距离。行Z表示从平台45上的初始井眼作业点70沿着横向方向的距离。结果显示，增加支承部件50与限制部件60之间的间距X3与使用延伸部件47的结合大大地增加了悬臂系统40B在梁41沿着纵向方向的伸出范围和井眼作业点70沿着横向方向的范围内的能力。
[0028]在一个示例中，在大约80英尺的伸展(即，从主体20的后缘25到平台45上的井眼作业点70的距离)以及大约8英尺的井眼作业点偏移(即，从平台45上的初始井眼作业点70沿着相对于梁41的纵轴线的横向方向上的距离)的情况下，悬臂系统40A可以支承113千磅力(kips),并且在相同伸展和偏移条件下,悬臂系统40B可以支承461千磅。在另一不例中，当在大约60英尺的伸展以及零偏移的情况下，悬臂系统40A仅仅可以支承2600千磅的负载，然而当在大约70英尺的伸展以及大约3英尺的偏移的情况下悬臂系统40B可以支承2600千磅的负载。在另一示例中，在在大约80英尺的伸展的情况下悬臂系统40B可以增加1920千磅的负载能力。在另一示例中，当在大约80英尺的伸展以及约15英尺的偏移的情况下悬臂系统40B可以增加1280千磅的负载能力。通常，在大约60英尺至大约80英尺上以及从大约O英尺至大约18英尺的偏移的情况下，悬臂系统40B的负载量大于悬臂系统40A的负载量。因此，悬臂系统40B可以在更宽范围的钻井作业面积上支承更大的负载量。
[0029]在一个实施方式中，悬臂系统40B的梁41被结构性地设计成支承必要的钻井设备并且承受当梁41被伸出到其最大伸出距离并且当井眼作业点70相对于梁41的纵轴线沿着横向方向移动至其最大距离时将经受的各种负载。在一个实施方式中，悬臂系统40B和/或平台45可以由气动、液压、机械、和/或电机组件伸出和缩回。在一个实施方式中，限制部件60、65可以通过凸缘连接耦合到主体20。
[0030]图6A示出限制部件60俯视图，图6B示出图6A沿着B-B线截取的剖视图。如图所示，梁41和/或延伸部件47包括沿着梁41和/或延伸部件47的纵向的凸缘部分42，其被用于通过限制部件60将梁/延伸部件固定到主体20。尤其是，凸缘部分42的底表面被定位在由板件66支承的如防滑导轨的第一支承部件61上。第一支承部件61可以被用于相对于主体20伸出和缩回梁/延伸部件。凸缘部分42的外缘可以与轴承件62接合，凸缘部分42的上表面可以与第二支承部件63接合，第二支承部件63还可以包括轴承表面，可操作为有助于梁/延伸部件相对于主体20和限制部件60的伸出和缩回。轴承件62和第二支承部件63可以被耦合到板件64，板件64在主体甲板21下方延伸并且被固定到主体20结构。支承、轴承和板件的多种其他配置可以被用于形成可以与本文中描述的悬臂系统40B的实施方式使用的一个示例的如图6A和图6B所示的限制部件60。
[0031] 虽然上文被指向本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围和由所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下可以被设计出本发明的其他和进一步实施方式。
【权利要求】
1.一种用于钻井设施的悬臂系统，包括: 主体； 梁，可移动地耦合到主体，其中所述梁的第一端能够在所述主体的边缘之上延伸，所述梁的第二端定位在所述主体上； 延伸部件，耦合到所述梁的所述第二端，其中所述延伸部件增加所述梁的纵向长度；以及 限制部件，与支承部件隔开以在不减少所述梁自所述主体的边缘的最大伸展的情况下增加所述梁支承的最大负载，其中所述限制部件被配置成当所述梁的所述第一端从所述主体的边缘伸出时沿着朝向所述主体的方向向所述延伸部件施加反作用力。
2.如权利要求1所述的系统，其中， 所述梁为I型梁。
3.如权利要求1所述的系统，还包括: 配置成支承所述主体的多个腿，其中所述主体能够相对于所述腿进行移动。
4.如权利要求1所述的系统，还包括: 第二限制部件，定位在所述支承部件与耦合到所述延伸部件的所述限制部件之间。
5.如权利要求4所述 的系统，其中， 所述第二限制部件被配置成当所述梁的所述第一端从所述主体的边缘伸出时沿着朝向所述主体的方向向所述梁施加一个力。
6.如权利要求5所述的系统，其中， 所述第二限制部件在所述延伸部件与所述梁的所述第二端之间的连接的邻近处耦合到所述梁的所述第二端。
7.如权利要求1所述的系统，其中， 所述支承部件被布置为与所述主体的边缘相邻。
8.如权利要求1所述的系统，其中， 所述支承部件和所述限制部件被预安装在所述主体中。
9.如权利要求1所述的系统，其中， 在所述延伸部件被耦合到所述梁的所述第二端之后，所述限制部件能够附接到所述述延伸部件和所述主体。
10.如权利要求1所述的系统，还包括: 两个或更多梁，其中每个梁均耦合到延伸部件、支承部件和限制部件。
11.一种增加由钻井设施的主体支承的悬臂系统的负载能力的方法，包括: 从所述主体的边缘伸出所述悬臂系统的梁的一部分； 在所述梁的所述一部分从所述主体的边缘伸出的同时将延伸部件耦合到所述梁的端部; 在所述梁的所述一部分从所述主体的边缘伸出时使用限制部件沿着朝向所述主体的方向向所述延伸部件施加反作用力；以及 增加所述限制部件与所述支承部件之间的间距以在不减少所述梁自所述主体的边缘的最大伸展的情况下增加所述梁支承的最大负载。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述梁为I型梁。
13.如权利要求11所述的方法，还包括: 使用所述支承部件在与所述主体的边缘相邻的位置处向所述梁施加推力。
14.如权利要求11所述的方法，还包括: 在所述支承部件与耦合到所述延伸部件的所述限制部件之间的位置处，将第二限制部件固定到所述梁。
15.如权利要求14所述的方法，还包括: 当所述梁的所述一部分从所述主体的边缘伸出时使用所述第二限制部件沿着朝向所述主体的方向向所述梁施加一个力。
16.如权利要求15所述的方法，其中， 所述第二限制部件在所述延伸部件与所述梁的端部之间的连接的邻近处耦合到所述梁的端部。
17.如权利要求11所述的方法，还包括: 将所述钻井设施的多个腿延伸至海底，并且相对于所述腿升起所述主体。
18.如权利要求11所述的方法，还包括: 将所述支承部件和所述限制部件预安装在所述主体中。
19.如权利要求11所述的方法`，还包括: 在所述延伸部件被耦合到所述梁的端部之后，将所述限制部件附接到所述延伸部件和所述主体。
20.如权利要求11所述的方法，其中， 所述悬臂系统还包括两个或更多个梁，其中每个梁均耦合到延伸部件、支承部件和限制部件。
21.一种增加由钻井设施的主体支承的悬臂系统的负载能力的方法，包括: 提供可移动地耦合到所述主体的梁以使得所述梁的一部分能够从所述主体的边缘伸出； 提供延伸部件以连接到所述梁从而增加所述梁的总长度，其中当所述延伸部件被耦合到所述梁时所述梁具有其所能够从所述主体的边缘伸出的最大伸展； 提供限制部件以将所述梁和所述延伸部件固定到所述主体； 提供支承部件以在所述主体上支承所述梁；以及 增加所述限制部件与所述支承部件之间的间距以增加在所述梁延伸至其最大伸展时所述梁支承的最大负载。
【文档编号】E02B17/00GK103620153SQ201180070600
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2011年12月15日 优先权日:2011年3月4日
【发明者】理查德·R·罗普尔 申请人:恩斯科国际公司