專利名稱：海底干預系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及在水下的環境中鉆井、完井、和修井操作。
背景技術：
在海底的深海井中的井的干預(well intervention)的花費，通常每天超過$200,000(相當于每次干預花費$10,000,000)，該操作通常由浮置的深水鉆井機進行。許多操作者正在研究采用特制的井用干預船的可行性，但是預計每天的操作費用超過$100,000(相當于每次干預花費$5,000,000)，對于許多油藏管理方案(reservoirmanagement option)來說，各種費用仍然很高，不經濟。減少干預的費用會使得油藏管理的采收率和總產量最優化。
因此需要一種設備和操作方法，該設備和操作方法將允許在水下的環境中的鉆井、完井和修井操作的費用降低。
發明概述本發明提供一種設備和方法，用于從海底的位置將工具引入到一個海底井或者管線。該設備是一個用于從海底位置維護海底井或者管線的干預系統(intervention system)，包括一個工具輸送裝置，一個保持該工具輸送裝置的卷筒，一個注入頭(injectorhead)，一個轉盤式工具儲存器(carousel tool caddy)，一個防井噴的組件，一個動力裝置(power pack)，一個控制盒(controlpod)，一個測試泵，和一個打開的空間框架(space frame)。該系統可能被斷開分離成兩部分，允許工具儲存器(tool caddy)的取下，用于在遠距離的位置更換工具。
本發明還包括一種改進的用于從海底處將工具引入到一個海底井或者管線的方法，包括(對于一個井)(a)將一個井的干預系統連接到一個海底的采油樹，其中，該井的干預系統包括一個卷繞的工具輸送裝置，和一個能夠保持一個或多個工具的轉盤式工具儲存器；(b)轉動該轉盤式工具儲存器，使得一個選定的工具被定位在井的上方；(c)將一個工具輸送裝置連接到該選定的工具；和(d)將該選定的工具引入到井中。這些工具被用于完成各種干預工作(interventionactivity)。
圖1是該干預系統的一個示意的正視圖，該系統被成從一個船部署(deploy)到井口裝置或者采油樹上。
圖2是該干預系統的一個示意的正視圖，該系統包括該轉盤式工具儲存器，其能夠被構造成型為用于井筒的操作。
圖3是沿圖2的3-3線的包括在一種干預系統中的兩個轉盤式工具儲存器的頂視圖。
圖4是一個沿圖3的4-4線的橫剖圖，表示包括在干預系統中的兩個轉盤式工具儲存器。
本發明的詳細描述通過下面的詳細描述和附圖，本發明及其優點會更容易理解。本發明將以各種實施例被描述。但是，下面的描述具體到一個特定的實施例或者本發明的一個特定的使用，這只是為了說明，而不應被解釋為限定本發明的范圍。
本發明通過現有技術的新式的應用，降低了干預的費用，本發明將幾個現有技術和/或工藝結合成一個海底使用的組合成系統，不限定于任何特定的船。本發明對于許多海底干預不需要鉆井機。另外，不需要傳統的張緊的提升器，減小了系泊和定位的需要，沒有傳統的“動力定位的”干預中發生的風險。
本發明的干預系統是一種新型的海底部署的線纜(wire line)、“剛性線(stiff wire)”(線纜定位在卷繞的管的內，或者嵌埋在管壁中)或者撓性管(coiled tubing)的單元它們被下降到現有的海底井口裝置或者采油樹上，其中該單元包括一個轉盤式工具儲存器作為附加的新型的元件。該轉盤件被利用以允許在遠距離更換在部署(deployment)之前安裝在該轉盤件中的多個工具組，從而不需要通到水面的提升器導管，或者不需要抽出(trip)工具穿過水柱到水面進行工具的更換。此優點在深水位置特別重要，因為運送工具組所需的時間很長。該干預系統的許多其它的部件在油氣業是已知的，雖然不一定組合起來，或者在海底應用中使用。
所設計的干預系統可以被從任何裝備有起重機或者船井的船上部署，被下降到海底采油樹(不考慮形狀構造)上，被壓力測試(通過一個自備的海底泵進行)，并且然后被從遠距離地操作以通過一個海底防井噴組件執行“活的”井干預。在基本的構成中，該系統能夠執行井的干預工作，如油藏的監測(如測井操作)，流量控制(由穿孔或者機械運送塞，閥等進行)和流量保證(取出水合物、蠟及其它雜質)。本發明的系統還可以以類似的方式被使用，以進行帶流量控制集管的流送管線或者管線的維修或者監視操作。
典型的操作過程是，首先傳送組裝的干預系統到海上的工地，在任何能夠容納該干預設備的重量和體積的船上。不需要一個專用的鉆井船或者井干預船；一個帶有輔助起重機的小型工作船是最經濟的選擇。在到達水面位置時，一個標準的遙控潛水器(remote operatedvehicle)(ROV)探測確定海底井的位置，并且拉外部的采油樹蓋。然后該干預系統被提升離開甲板，并且下落到一個下降纜上。該工作船和ROV在現有的海底采油樹的上方移動該干預系統，一旦處在井口上方時，該干預系統經一連接件被固定到采油樹上。
圖1表示該干預系統安置在海上的位置處。一個航海船1把用控制臍帶管纜2連接在船上的干預系統3輸送到到海底采油樹4。一個管線5允許生產出的油或者氣運送到表面設施(未示出)。
干預系統的控制通過一個臍帶管纜而被建立，該臍帶管纜與下降纜一起運送布置，或者單獨落下，并且由ROV系固在該單元上。臍帶管纜束包括用于電力傳輸裝置的連接件，一個循環回路的連接件，和通訊裝置的連接件。控制件和電力件使該單元能夠從水面遠距離操作。當該單元降落，并且建立了該臍帶管纜的連接以后，該連接到采油樹或者承坐表面(landing surface)的壓力完善性(pressureintegrity)被測試，測試采用一個通過該臍帶管纜控制的海底泵部件。用包含在干預設備中的液壓測試流體或者海水進行測試。然后該系統作好使用的準備。
圖2表示該干預系統，其具有幾個主要部件，包括儲存在一個偏置的卷筒22上(帶有尺度卷繞裝置(level wind device))的撓性管或者線纜21，一個帶有控制盒24的海底動力裝置23，其能夠由一個ROV插入，一個低容量高壓測試泵25，一個注入頭26，一個其中容納有特定工作所需的工具的轉盤式工具儲運系統或者工具儲存器27，和一個撓性管防井噴裝置(BOP)28(包括上下液壓連接件)，所有的部件都被裝配在一個三維的空間框架29中。此空間框架能夠通過它的構件，圍繞內部的干預設備部件傳遞載荷到現有的海底采油樹4上。該空間框架可以在空間框架部分連接接頭30處分成兩個部分。
該干預系統被簡單地包圍在一個空間框架內側，當部件被傳送、部署、回收或者修理時，向部件提供結構支承。一些海底采油樹可能需要一個輔助的支承框架，以從干預系統傳遞一部分載荷直接到海底，而不是只通過采油樹傳遞到海底。整個干預系統的運送和操作是“濕式的”，不需要高壓或者保護性的外殼。但是，干預系統的單個部件可能被封閉和/或加壓，以防止侵入海水或者容納井筒壓力。例如，撓性管或者剛性線可能需要被加壓，以防止管的破裂。
圖3表示懸掛在空間框架內的兩個轉盤式工具儲存器的頂視圖。各工具儲存器包括一個分度盤31和保持工具33的工具儲存容器32。各分度盤包括一個轉動銷34，其允許工具儲存器在撓性管BOP組件上方轉動，以便使任何工具儲存容器能直接接近井筒。
一些工具的構造可能需要它們的工具儲存容器包含井筒壓力。或者，注入頭可能設置在轉盤件的下面，考慮到在轉盤件的上方采用一個微型注入器(mini-injector)。用于干預系統的分度盤或者工具儲存器的最佳數目由特定的負載需要而定；即較輕的工具組件可能允許使用單個的“不平衡的”盤，需要許多小直徑工具的干預可能使用兩個以上的分度盤。兩個分度盤或者兩個工具儲存器在干預系統中可能是最容易平衡的。為了在用水平采油樹完井的井中進行干預，一個工具儲存器通常保持至少三個工具，由于該干預系統必須在進行干預工作之前，從井上取下一個塞子，并且在工作完成時放置一個新的塞子在井中。
圖4表示兩個工具儲存器的橫剖圖，表示撓性管21上帶有固定好的工具連接件42，連接件42連接到工具儲存容器32中的工具33上。撓性管包括一個在撓性管內的線纜41，以允許在井中控制工具。該撓性管通過注入頭26進入到撓性管BOP組件的上方的工具儲存器。還示出了不在撓性管BOP上方的工具儲存器，一個工具33包含在工具儲存容器32中，該工具儲存容器中有一個工具保持件43，與工具儲存容器中的工具接合并將該工具保持在工具儲存容器中。
已經建立起連接和壓力完整性(pressure integrity)，包含各種預先裝載的工具的該轉盤式工具儲存器被轉動到位以在井筒上使第一所需工具對中。該撓性管、剛性線、線纜、卷繞的管子或者其它工具輸送裝置穿過注入頭進入到該圓筒，經過一個電的、液壓的和/或機械的連接(濕連接)與工具相連。采用標準的“強行下入(snubbing)”工藝，該被連接的工具通過上部的橡膠刮泥器(stripper rubber)進入到加壓的井筒。在重復進入現有的井筒的情況下，第一操作典型的是取下以前安裝以保護井的任何機械阻擋件(蓋，塞子等)。取下的阻擋件被拉入并且儲存在回收工具轉盤中。
一個典型的工具更換操作包括將一個用過的工具放回到其工具儲存容器中，接合該工具保持件，釋放工具連接件。該連接件然后進一步縮回到轉盤上方的一個預定點。該分度盤然后轉動到下一個所需的工具，并且重復該過程，使工具連接件下落，并且“鎖定”在該工具上，該工具保持件釋放，并且該工具“強行下入”到加壓的井筒。
在向海底部署之前裝載轉盤時未預計到的工具被需要的情況下，或者如果需要比能夠預先裝載的工具多的情況下，在井的干預系統中包括設施以允許經一個ROV回收和裝載單個工具。或者，井能夠通過BOP組件而被保護，井的干預組件的上部，包括轉盤，在空間框架連接接頭處分開，并且返回到水面進行重新裝載。
采用預裝載到工具轉盤中的工具，鉆井、完井和修井操作能夠在海底或者接近海底處進行。使用本領域人員公知的標準的強行下入工藝，這些操作能夠在壓力下進行，不需要液壓靜力平衡地層壓力。除了傳送工具，撓性管或者卷繞的管子用于傳送電纜，并且可能用作泵送或者循環流體的導管。
可能被使用的工具包括用于井的監視的測井探測裝置，用于取出干擾流動的介質如蠟或者氣體水合物的裝置，用于操作或者安裝流量控制或者切斷裝置的工具(如井下阻流器，塞子，或者閥)，和用于進行修井的工具。在該工具是一種干預或者維修工具時，插入到工具儲存器中的將不僅包括工具本身，還包括將被工具部署或回收的裝置(如塞子)。而且，工具儲存器以及工具儲存器中的工具儲存容器或圓筒可能是不同尺寸的。
本發明包括一種改進的方法，采用該井的干預系統進行海底的井的干預工作，其中該方法包括從緊靠近井附件定位的轉盤式工具儲存器中選取一個用于井的干預工作的工具。井的干預工作包括井的監測(生產記錄，機械完善性記錄，壓力監測，和流體抽樣)，生產井和注入器中的流量控制(如井下阻流器和/或塞子的安裝和取下)，修井/流量保證(安全閥插入物(inserts)，管修補(patch)，礫石填料的維修/更換，濾網安裝和井下焊接)，和去除堵塞物質(如蠟，石蠟，水合物，和砂)。本發明還會被用于建井，完井以及其它應用。
在其優選的實施例中，本發明被用于剛性線或者線纜(不循環的)的操作，但是本發明還用于采用剛性線、撓性管、或者卷繞的管子的循環操作，其中流體在“閉環”(從水面，下到井筒并且返回到水面)或者“開環”(或者從水面下的泵，下到井筒，再返回到水面或者生產流送管線，或者表面泵，井下和出生產流水線)。
已經描述了實現本發明的裝置，方法和最佳方式。應當明白，前面只是說明性的，不離開權利要求中給出的本發明的范圍能夠使用其它的裝置和工藝。不離開的本發明的范圍能夠對具體描述的實施例進行改進和改變，本發明的范圍由所附的權利要求的范圍限定。
權利要求
1.一種用于從海底的位置維護海底井或者管線的干預系統，包括(a)一個工具輸送裝置；(b)一個保持工具輸送裝置的卷筒；(c)一個注入頭；(d)一個轉盤式工具儲存器；(e)一個防井噴的組件；(f)一個動力裝置；(g)一個控制盒；(h)一個測試泵；和(i)一個開放式的空間框架。
2.如權利要求1的系統，其中該工具輸送裝置選自包括線纜，剛性線，撓性管，和卷繞的管子的組。
3.如權利要求2的系統，其中該干預系統包括一個控制臍帶管纜，作為一個附加的部件。
4.如權利要求3的系統，其中該工具輸送裝置是線纜。
5.如權利要求3的系統，其中該工具輸送裝置是剛性線。
6.如權利要求3的系統，其中該工具輸送裝置是撓性管。
7.如權利要求2的系統，其中該工具儲存器包括一個分度盤和三個或三個以上的工具儲存容器，保持三個或者三個以上的工具。
8.如權利要求7的系統，其中該干預系統包括至少兩個工具儲存器。
9.如權利要求8的系統，其中該工具儲存器中的工具由工具保持件保持在位。
10.如權利要求8的系統，其中一個或多個工具儲存容器被封閉，以防止海水的侵入，并包含井筒壓力。
11.如權利要求3的系統，其中該干預系統允許由一遙控潛水器進行工具儲存器中的工具的更換。
12.如權利要求3的系統，其中該空間框架能夠被斷開分離成兩部分，一個第一部分包括一個轉盤式工具儲存器，和一個第二部分包括一個防井噴組件，其中第一部分可以從第二部分取下，以允許工具儲存器中工具的更換。
13.一種使用權利要求3的系統從海底的位置將一個工具引入到一個海底井中的方法。
14.一種用于從海底的位置將一個工具引入到一個海底井中的方法，包括(a)將一個井的干預系統連接到一個海底的采油樹，其中，該井的干預系統包括一個卷繞的工具輸送裝置，和一個能夠保持一個或多個工具的轉盤式工具儲存器；(b)轉動該轉盤式工具儲存器，使得一個選定的工具被定位在井的上方；(c)將一個工具輸送裝置連接到該選定的工具上；和(d)將該選定的工具引入到井中。
15.如權利要求14的方法，其中該工具輸送裝置選自包括線纜，剛性線，撓性管，和卷繞的管子的組。
16.如權利要求15的方法，其中該工具輸送裝置是線纜。
17.如權利要求15的方法，其中該工具輸送裝置是剛性線。
18.如權利要求15的方法，其中該工具輸送裝置是撓性管。
19.如權利要求15的方法，其中該工具儲存器包括一個分度盤和三個或三個以上的工具儲存容器，保持三個或者三個以上的工具。
20.如權利要求15的方法，包括附加的步驟，即使用一個遙控潛水器，用另一個工具對工具儲存器中的一個工具進行更換。
21.如權利要求15的方法，包括附加的步驟，即使用包括在井的干預系統中的BOP組件保護井，將空間框架斷開分離成兩個部分，取下包含轉盤式工具儲存器的部分，以允許更換工具儲存器中的工具。
22.一種改進的海底干預系統，用于在海底的井或者油或者氣的管線上進行海底干預工作，其中該改進包括一個包括到干預系統中的轉盤式工具儲存器，其保持一個或多個工具以便根據該干預工作而選取和使用。
全文摘要
本發明的井的干預系統(3)是一種新型的海底部署的線纜，“剛性線”，撓性管或者卷繞的管子單元，其被下降到現有的海底井口組件或者采油樹(4)上，其中該單元包括一個“轉盤式”工具儲存器(27)作為附加的新型的部件。該轉盤件被利用，以允許在遠距離更換在使用之前安裝在該轉盤件中的多個工具組，從而不需要到水面的“提升器”導管，不需要使工具穿過該提升器立柱，進行工具的更換。本發明還包括一個改進的方法，用于進行井的干預工作，其中該方法包括從一個轉盤式工具儲存器中選取一個用于井干預工作的工具的步驟，該工具儲存器被定位于接近該井。
文檔編號E21B33/03GK1447876SQ01814025
公開日2003年10月8日 申請日期2001年7月26日 優先權日2000年8月11日
發明者杰夫·H·莫斯 申請人:埃克森美孚上游研究公司