专利名称：海底组装块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海底组装块即开采站，用于开采石油或天然气，该海底组装块包含至少两个连接着开采树的井口以及一个导管，该开采树和导管安装在一个底座(垫板)上面或附近。这样的一个组装块可以通过一根或多根升管，优选弹性软管型升管，连接着海面上的开采船。
在近海油气田的开发中，保持低费用是很重要的。在现有的开发方式中，一个基本费用因素是由位于开采井的开采树与产品接收场所，例如一个平台或一个浮动开采船之间的海底导管和电缆造成的。通常，它们的长度可达2公里。可以注意到，因为钻出的孔洞或井可以有多个分支，所以，现代钻井技术中通过减少开采树的数量而降低费用。这样，在某些情况下，在开发近海油气田时，可以将少量的井口和开采树组合成一个位于海底的通用海底组装块即开采站。
申请日为96年8月7日的国际专利申请PCT/NO96/00201中提出了一个系统，其通过采用一个停锚开采船来开采碳氢化合物。本发明可以认为是对该技术的一个发展，本发明基于这样一个思想，即开采船可以直接位于海底组装块的直接上方或附近，而且井内的流体直接在组装块与开采船之间传输，不需要在海底加设导管和电缆。为此，本发明并不象上述的国际专利申请那样完全依靠停锚定位的开采船，而是还可以采用现有的动态定位的开采船。
因此，在上面提及的组装块中，本发明的创新和特征首先是，在垫板上装有一个旋转装置，该旋转装置与导管连通，还带有优选横向伸展的连接部件，以连接从海面上的开采船伸下来的若干升管和一根控制缆。
基于这种基本解决办法，在实际应用中可以以各种形式的结构实施，因此可以获得许多优点，下面将特别指出其中的一些优点-不需在海底铺设管路和电缆，因此节省了费用，-相对于普通的开采船来说，不需对开采船作任何值得提及的修改，因而费用相对较低，-同一条开采船就可以用于安装并可能回收旋转装置，或者还能用于开采井的维修，从而可以使费用降低，-采用这种新式设备可以使很小的近海油气田受益，从而提高油气田的开采效率，-该设备可以从一个油气田移到另一个油气田，从而可以重复使用。
下面将通过参考附图对本发明进行更详细的解释，附图包括
图1是一个整体系统简化了的全景图，其中一条开采船与位于海底的一个组装块相连，图2是一个本发明的海底组装块的实施例的俯视图，图3是图2中所示的海底组装块放大了的主视图，图4是图2中所示的海底组装块的第一个替换结构，图5是图2中所示的海底组装块的第二个替换结构，图6是本发明的海底组装块中的一个旋转装置实施例的局部剖开后的详细的主视图，图7是图6中所示旋转装置的一个侧视图。
图1中显示了一个开采船3与位于海底1的一个海底组装块100协同工作的情景。升管或软管44从组装块100开始通向海面2上的开采船3。在船3上简要显示了一个处理系统3A。在组装块100与船3的头部的锚定装置之间连接着一根锚绳45。锚绳45的中部区域装有飘浮元件，在升管或软管44的较低区域也装有若干飘浮体，用于将升管抬起以离开海底1。这种总体结构在上述国际专利申请中被详细地介绍过。
图2和图3显示了一个垫板5，垫板5通过现有的本身公知的根基结构13而安置在海底1上。在本例中，所显示的垫板5的基本形状为正方形，但很显然，可以有多种基本形状。在垫板5的中央有一个导管6，在垫板的三侧装有开采树7、8和9。这些开采树机械式连接着垫板并通过横梁7B、8B和9B而支撑在垫板上。此外，如图3所示，有一个简要显示的流体连接管路7C连接着开采树7和导管6。显然，这种连接管路中可能包含着若干分开的流体通道或管路。
在垫板5的一侧(左侧)还显示了一个旋转装置10，该旋转装置安装在一个支撑架10A上，而支撑架10A则通过横梁10B或类似结构机械式连接着垫板5。支撑架10A在原理上与开采树7和横梁7B的支撑架7A相同。开采树的支撑架7A和/或旋转装置10的支撑架10A还可以通过现有的方式，例如打桩，而直接在海底1上有一个根基，这样，它们就不是完全被垫板5所支撑或负载着了。
在旋转装置10和导管6之间有一个类似于连接管路7C的流体连接管路10C，连接管路10C中可能包含着若干流体通道和电气和/或液压控制管路。连接管路10C中包含的各种流体通道和控制管路中的大部分经过旋转装置10而通向升管44和控制缆43，升管44和控制缆43则向上伸展至海面上相连的开采船，如图1所示。
图3中还显示了一个叉架46，开采船的锚绳45的下端连接着叉架46。叉架和旋转装置10的详细结构将在下文中通过参考附图6和7作出解释。
作为可替代的结构，图4和5中显示的垫板15和25要比图2中的垫板相对大些。在两个替代结构中，分别包含有一个安装在垫板中央的导管16和26，迄今为止，两个替代结构均处于模拟试验阶段，它们均分别有四个位置用于安装开采树，即图5中的22、27、28和29以及图4中的17-19，在图4中有一个旋转装置20安装在一个开采树的位置上。这样，在图4中，各部位16、17-19和20均单独定位并分别直接支撑在垫板或底座15上。
在图5中，导管26以及四个开采树22、27-29分别直接支撑在垫板25上。在本例中，旋转装置30安装在导管26上并由此向上延伸。在某些情况下，这样的导管是不必要的，此时，旋转装置30可以安装在垫板26的中央并直接由垫板支撑着。
图6和7中更详细地显示了一个旋转装置10的结构，图3中的一些元件又在此出现了，但为了说明旋转装置的基本原理，在图6和7中对这些元件作了一些修改。一个支撑架70大致相当于图3中的支撑架10A，在本例中，支撑架70通过一个吸锚80或类似的装置而直接在海底1上具有根基。当然，虽然在图6和7中采用了修改过的根基，但也可以如图3所示那样，用垫板5支撑旋转装置。由于旋转装置要受到吸锚力和其它应力的作用，因此图6和7中所示的根基以及其它一些部件会受到作用力，但根基上的作用力不会传递到该旋转装置所在的垫板上。
旋转装置10上有一个静止的中心孔部件35，中心孔部件35中包含若干轴向通孔，这些轴向通孔向下连通着图3中所示的连接管路10C。此外，旋转装置10上还有两个或多个带密封与支撑元件的环形液体流道环绕着中心孔部件35，它们整体上以代号37表示。现在已有这样的流体旋转装置，例如挪威专利177.780中显示了一个可以轴向分开的旋转装置，这种装置原本用于其它用途。
在一条锚定开采船作旋转动作时，有一个旋转外壳34可以旋转，该旋转外壳34在其下部通过螺栓固定在一个可旋转壳体或轴套60上。而可旋转壳体60在其下部安装在轴颈67中，轴颈67则安装在一个基础结构或底架69上。底架69由若干竖直板件构成并在底部连接着支撑架70。
如图7所示，在旋转装置10上对于每个升管44均装有一个连接部件44A，升管44可以采用弹性软管的形式。升管的整体连接方式如图1所示。用于流体传输的连接部件44A对中安装在旋转装置10上并沿着横向伸展，用于连接一根控制缆43的连接部件43A则安装在旋转装置10的上部。在连接部件43A的高度上有一个单独的旋转部件38以使连接部件43A与控制或操纵装置之间具有电气和液压通讯能力，从而实现控制等的要求，这种控制或操纵装置在海底组装块中被普遍采用。在旋转装置10的顶部装有一个专用容壳39，用于将旋转部件38完全封闭住。
为了建立起如图3中的连接管路10C那样的连接结构，在图6和7中显示了连接器91、92和93，还有一个电气/液压连接器94经过旋转装置10而与控制缆43相连。在这三个流体连接器中分别安装着一个隔离阀91A、92A和93A，这些隔离阀与其他一些部件一起工作，用于紧急状态下关闭管路。如图6所示，有一个连接管93B从连接器93以及相连的隔离阀93A开始向上通往旋转装置10的底部。当然，其他连接器91、92和94也带有相应的连接管。
支撑或负载结构包含支撑架70和底架69，二者通过代号77所示的螺栓连接起来。此外，还有一个定位销71，用于安装和回收支撑架70上方的部件，这种技术和方法已被用于海底安装中。
坚固的圆盘状壳体60、旋转外壳34及其内部的可旋转装置可以绕着图7中所示的一个中心轴线10X旋转。两个沿径向安装的固定部件61以伸出销钉的形式从壳体60上伸出，用于可旋转地连接叉架腿46的下端，叉架腿46的上端64用于连接一根或多根锚绳，如图3所示。两个叉架腿46在上端64处会合，并在两个叉架腿的上端之间形成一个横档。叉架46可以绕着二固定部件61之间的一个径向水平轴在各种倾斜位置上摆动，其向上摆动的倾斜位置至少可以接近竖直位置，而向下的最低倾斜位置在实际工作中则受控制缆43和/或升管44的限制。
在实际应用中，控制缆43和升管44沿着横向伸展时，优选基本上从两个叉架腿46的中央通过。此外，在所有工作状态下、船位置以及系锚力变化时，优选使得升管44以及控制缆43沿着一个比叉架46更为水平的位置从旋转装置10上伸出。由于叉架46的固定部件61以及升管44的连接部件44A、控制缆43的连接部件43A的安装位置均相对较高，因此，在锚定开采船工作时所产生的各种作用力可以以另人满意的方式被基础结构承担。在将旋转装置以及相连的管道、电缆、管路或软管安装在垫板上面或附近时，其安装位置相对于垫板上的其他部件来说，应确保不与前面所述的管道、电缆、升管/软管相冲突。
权利要求
1．一种海底组装块，用于海上开采石油或天然气，包含一个或多个井口，与井口相连的开采树(7-9,17-19,22,27-29)则安装在一个底座(垫板)(5,15,25)的上面或附近，其特征在于，在垫板(5,15,25)的上面或附近安装着一个旋转装置(10,20,30)，该旋转装置中具有流体连接管路(10C)通向一个或多个开采树，还装有连接部件(44A,43A)用于连接从海面(2)上的一条开采船(3)上伸下来的升管(44)和一根控制电缆(43)。
2．根据权利要求1的海底组装块，其特征在于，其包含一个导管(6)，该导管(6)安装在垫板(5)的中央，开采树(7,8,9)安装在垫板的侧面，以及旋转装置(10,20,30)也安装在垫板的侧面，优选位于没有安装开采树(7,8,9)的一侧。
3．根据权利要求1的海底组装块，其垫板(15)上有若干地点或位置用于安置开采树(17-19)，而这些开采树侧被垫板支撑着，其特征在于，旋转装置(20)安置在一个开采树的位置上，以及一个导管(16)安装在垫板(15)的中央。
4．根据权利要求1的海底组装块，其特征在于，一个导管(26)安装在垫板(25)的中央，而旋转装置(30)则由该导管支撑着。
5．根据权利要求1的海底组装块，其特征在于，旋转装置(30)安装在垫板(25)的中央。
6．根据权利要求1至5中任意一款的海底组装块，其特征在于，在低于旋转装置(1O)的位置上装有固定部件(61)，以固定一个叉架(46)并使该叉架能绕着一个水平轴线在一定角度内转动，而叉架的外端(64)则连接着开采船的至少一根锚绳(45)，以及该固定部件(61)安装在一个壳体(60)上，该壳体可以绕一个竖直的中心轴线(10X)旋转，该中心轴线与旋转装置的轴线重合。
7．根据权利要求1至5中任意一款的海底组装块，其特征在于，其壳体(60)可旋转地安装在一个基础结构(49)上，该基础结构(49)则被一个支撑架(10A)支撑着，以直接承担从固定部件(61)传来的系锚力，而不会有任何较大的应力施加到旋转装置(10)上。
8．根据权利要求6的海底组装块，其特征在于，其壳体(60)可旋转地安装在一个基础结构(69)上，该基础结构(69)则被一个支撑架(70)支撑着，通过一个锚定装置(80)，例如一个吸锚，可使该支撑架在海底(1)上有一个独立的根基，从而使系锚力直接从固定部件(61)传递到锚定装置(80)上，而不会有任何较大的应力施加到旋转装置(10)或垫板(5)上。
9．根据权利要求6、7或8的装置，其特征在于，其旋转装置(10)与壳体(60)机械式连接在一起，从而使旋转装置与壳体能够共同旋转。
10．根据权利要求6至9中任意一款的装置，其特征在于，所述升管(44)的下端对中连接在旋转装置(10)上并从旋转装置向外伸出，优选从叉架腿(46)的中央通过。
11．根据权利要求10的装置，其特征在于，其升管(44)在几乎所有工作状态下均能沿着一个比叉架腿(46)的倾斜位置更为水平的倾斜位置从旋转装置(10)上伸出。
12．根据权利要求10或11的装置，其特征在于，用于连接一根控制缆(43)的连接部件(43A)位于旋转装置(10)的上部，而且在相同高度上有一个用于管路连接的旋转部件(38)，例如一个电气/液压滑环，安装在旋转装置(10)上。
全文摘要
一种海底组装块,包含一个或多个井口,与之相连的开采树(7—9,17—19,22,27—29)安装在一个底座(垫板)(5,15,25)的上面或附近。在底座(垫板)(5,15,25)的上面或附近安装着一个旋转装置(10,20,30),该旋转装置中有流体连接管路(10C)通向一个或多个开采树,还装有连接部件(44A,43A)用于连接从海面(2)上的一条开采船(3)上伸下来的升管(44)和一根控制缆(43)。
文档编号E21B43/017GK1228825SQ97197454
公开日1999年9月15日 申请日期1997年8月21日 优先权日1996年8月27日
发明者阿特勒·B·英厄布里斯腾, 约尔延·艾德 申请人:挪威国家石油公司