[發明專利]用于監控升降式鉆塔的方法和設備

無效

• 申請號: 200880110169.5
• 申請日: 2008-09-30
• 公開（公告）號: CN101815826A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: J·S·格蘭特;B·蘭德斯
• 申請（專利權）人: 國民油井華高有限合伙公司
• 主分類號: E02B17/08
• 分類號: E02B17/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王會卿

技術領域

本發明涉及一種用于監控升降式鉆塔和便于升起該升降式鉆塔的方法和設備。

背景技術

存在很多類型的主要用于油氣井的構建、維護和修理的海上平臺。通常稱作“升降式平臺”的海上平臺是具有由升降單元驅動的向下延伸并且接觸海底的腿的浮船。“升降式”平臺是具有一條或多條腿的任何自升式海上平臺或甲板，每條腿包括一根或多根弦桿，所述“升降式”平臺用于進行下述多種操作中的任一種，所述操作包括但不限于：鉆井、生產、油井維修或其它海上操作或工作，所述“升降式”平臺具有被可下降至海底的腿支承的能力，可選地具有通過下述步驟從一個海上位置重新定位至另一海上位置的能力：降低到一浮動位置；運動到一新的海上位置；和再次自升到一升高位置。這種“海上”鉆塔和平臺是公知的并且通常包括通常安裝在多條腿(例如三條或更多條腿)上的鉆井鉆塔或“船體”，每條腿設有形成支撐腳(腿的“定位樁罐”)的基部。在某些系統中，每條腿具有一根或多根在結構上彼此連接從而形成一個單元(“腿”)的弦桿。現在使用的是具有一到四根弦桿的腿。每根弦桿具有一個或兩個(彼此相對的)齒條。每個齒條由一個或更多個小齒輪驅動。鉆塔或平臺放置在期望的位置處，然后被升高到海面之上的工作高度。鉆塔沿著其每條腿的機動化位移(“升起”)將鉆塔升高。每條腿可獨立于其它腿升高到某種程度，以使得操作者可例如對腿不均勻地穿入海床進行糾正。

鉆塔通過驅動每條腿的齒條-小齒輪組相對于每條腿被升高或降低，所述系統通常具有三條腿，所述三條腿在三角形結構的每個角或拐角中布置有三根弦桿和支撐(“弦桿”表示每條腿的每個“構件”)。這種類型的升降系統包括：至少一個細長齒條，所述齒條垂直安裝在豎立腿的外側表面上并且基本上延伸經過該豎立腿的整個長度；和多個與每個齒條嚙合的協同作用的小齒輪。每個小齒輪借助于相應馬達通過一系列減速齒輪被驅動。當平臺由海底上的豎立腿支承時，該支承受升降系統的齒條與小齒輪嚙合的影響。以這種方式，在海上操作期間，由平臺的自重和環境作用力(諸如風、波浪、涌流和其它作用力)構成的載荷施加在齒條與小齒輪嚙合的升降系統上。

當給定腿的位置改變時，與該腿相關的小齒輪沿相同方向并且以相同的理論速度同時進行操作。直線位移的速度取決于腿上的載荷。當腿傾斜時，具有最小載荷的弦桿通過其馬達比其它腿更快地被升高，導致相關腿上的“齒條路程差(rack?path?differential)”或齒條相位差(或“RPD”)的額外增加。在很多現有技術系統中，鉆塔(船體)和“腿”相對于海床的相對位置(系統的幾何形狀)相對于兩組固定參考點進行檢測，所述兩組固定參考點是鉆塔船體的底部和“升降結構”或“升降殼體”的頂部。

正確放置可受很多因素限制：例如操作者的錯誤放置；存在或出現主要橫向的應力或載荷，諸如由于涌流、波浪起伏和/或風引起的那些應力或載荷；腿的腳部的不均勻嵌入；非均勻的或傾斜的基礎；或提升馬達或制動器上的操作故障。常常很難確定涉及哪些因素。結構上的過大應力，特別是腿上的過大應力，具有損壞腿的風險，可能導致鉆塔停工和顯著減小鉆塔的使用壽命。

“齒條路程差”(給定齒條路程的差，即，對于給定數量的齒條凹口結構上的幾何差)是一種水平性缺陷。通常地，當鉆塔在現場時，腿被降低，直到它們的尖端擱置在海床上，然后鉆塔被升出水面，直至其工作位置。這包括根據海床的性質將尖端一定程度地穿入海床，但是通常腿保持豎直而且僅作用在單元上的作用力保持在設計鉆塔時所選定的強度范圍內。但是，在某些情況下，海床可以是傾斜的或不平坦的等等，這可導致一水平偏差，一條或更多條腿相對于豎直面的偏差，該偏差在所涉及的一條或多條腿上產生彎曲力矩。如果這些偏差影響兩條或三條腿，則這些偏差不是必然彼此平行的，這可使問題復雜化。這種彎曲使載荷在所涉及腿的三根弦桿上變得不相等，腿相對于其導向部處于歪斜位置。該不平衡可能使得不再可能移動鉆塔。鉆塔于是不得不再次降低至水面高度，到漂浮狀態以消除載荷，支承腿從海床收回已獲得的穿入部分，然后重新開始升降操作。這可能根據情況的嚴重性將位置的稍微移動以避免第一著陸區域(footprint)(盡管這種操作通常是不推薦的)與腿的前后運動(比如擴展)以糾正偏差相結合。這種動作顯然費時間而且不總是成功的。在某些嚴重情況下，不得不做出決定以將鉆塔從計劃的鉆井位置運動到離開50-100米的另一位置，重新開始具有同樣不確定性的操作。在鉆塔不得不定位在固定生產平臺旁邊時，可能實施后一種解決方案。在這種情況下，僅很小距離的富余可用于升起鉆塔。