具有多个浮力室的自立提升机系统技术方案

多层式自立提升机系统包括一个或多个用来对相关的提升机组件的绳索提供上举力的中间浮力室。所述中间浮力室具有底部开口式或者底部封闭式容器设计。所述室可进一步包括辅助浮力材料，其混有或者包含射入所述室内的加压流体。所述自立提升机系统进一步包括低位提升机组件，其固定到主井钻夹具上。所述系统也包括高位提升机组件和一个或多个附加的浮力室，此一个或多个浮力室直接或间接地相互连接，并与相关操作所需要的钻井、生产和开采装置连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及一种应用在石油和天然气开采和生产操作中的自立提升机组件， 尤其涉及不限具体形式的一种自立提升机系统，其装备有多个适用于在各种水深和海洋条 件下开采的浮力室。
技术介绍
自立提升机(self-standing risers，下文简称SSR)用在石油和天然气工业中， 用来悬浮自海底生产单元引出的产品和注射线(injection line)，并支撑着与漂浮的近海 结构相连的支承钢筋束。已知的SSR可用来辅助标准的浅水(例如，在0英尺至600英尺 的水域)钻井单元，并通过在浮力室顶部设置井喷防护器(blow-out preventer)和采油树 (production tree)来使生产设备更具有成本效益。传统方式的SSR设计是采用一个大的浮力室来支撑提升机或者钢筋束负重。然 而，这种方式会引起浮力室在结构和安装上的成本增加。这些因素已导致SSR系统一直没 有显著的发展，因为开采者关注一个广泛的关联利益。不过，整体的行业需要降低石油天 然气产品的成本、减少钻井开采作业的时间延误，以及增大现有已发现地区的开发。因此， 存在一个长期需要的却未被满足的需求，这个需求就是需要一个更小型、更灵活的提升机 系统能够更迅速地制造和开采，以便在现有的已开采的石油天然气地区上获得可盈利的发 展。
技术实现思路
本专利技术提供一种适合于深水石油和天然气开采和生产的自立提升机系统，所述系 统包括与主井钻夹具相连的低位提升机组件、一个或多个与所述低位提升机组件连接的中 间浮力室，并且一个或者多个所述中间浮力室与中间提升机组件的一个或者多个局部连 接，其中，一个或者多个所述浮力室进一步包括底部开口底表面部分、与一个或多个高位浮 力室连接的高位提升机组件，其中，一个或多个所述高位浮力室进一步包括完全封闭部分。本专利技术还提供用在室内的压舱物、用于提升机组件的应力接头、系统开采和维护 的方法和工具、井喷防护器的方式、井口(wellhead)和采油树以及各种系统互连。附图说明参考下列附图，本领域技术人员可对本文所公开的实施例有更好的理解，同时各个部件、特征、优势将更明晰地显现。图IA是根据现有技术的示意性实施例的示意图，其显示的是在平静的水中具有 底部开口浮力室的自立提升机系统；图IB是具有底部开口浮力室的自立提升机系统的示意图，此时浮力室靠近泄漏点。图IC是具有底部开口浮力室的自立提升机系统的示意图，此时浮力室已倾斜到泄漏点之外；图2是描述底部封闭浮力室上的压力、温度和深度对其的影响的示意图；图3是根据本专利技术的示意性实施例的示意图，显示的是具有多个浮力室的自立提 升机系统；图4是根据本专利技术的示意性实施例的示意图，其描述具有多个浮力室的自立提升 机系统的安装过程。具体实施例方式现有的适用于石油和天然气开采和生产的潜水浮力室有两种类型，一种是封闭式 容器设计，另一种是底部开口式设计。两种类型的浮力室，如果被提升机加压和固定，会对 提升机施加一个向上的提升力。有些具体实施例也包括能为系统提供可调节性的技术特 征，这样的特征对本领域技术人员来说已知是有多种实现形式的。封闭式容器设计与潜水艇在某些方面类似，在容器中具有一个或多个典型的用来 盛放流体的载物室(ballast chamber)，所述流体例如轻型燃气、海水等。一旦达到所需的 一定比例的流体，通过阀门或者其它本领域公知的工具可将所述载物室封闭。底部开口浮力室包括设计有多种功能，这些功能与那些封闭式容器设计有很多是 相似的。不过，一旦达到所需的浮力特征，置于室内的流体被室的侧面和顶部限制在内。图IA所示的是与SSR相连的一个已知的底部开口浮力室，所述浮力室内填满流 体，如加压气体。由图可知，平静的水流、极小的外力以及足够的浮力共同作用在SSR上，产 生很小的侧向位移力。因此，图IA所示的浮力室相对于其垂直轴只有一点甚至没有倾斜， 室内的流体仍然被封闭在其中。不过，如果有足够大的力作用在室上，比如受到如图IB所示的强水流作用，SSR将 会开始倾斜而偏离其垂直轴。图IB还显示出随着系统倾斜并偏离其垂直轴，室内的流体如 何改变。但是，室可以承受一定的倾斜角(倾斜角很大程度上取决于设计的尺寸)，直到倾 斜角达到泄漏点的角度，流体开始从室内流出。图IC进一步显示了随着倾斜角达到临界值并超过临界值，底部开口浮力室内的 气体的泄漏比例会逐渐增大。尤其是，泄漏会导致浮力的更大程度的损失，因而倾斜角会同 比增大，从而引起越来越多的气体从室内漏出。最终，足够的气体流出后浮力减小到浮力室 不再能够支撑所述提升机，进而引起系统不能工作。尽管有这样的缺陷，底部开口浮力室能够在很深的水下工作，其比封闭式系统可 以相对少的考虑到结构破裂的问题，因为开口式设计在即使很大的深度下仍使得室内的液 压与周围的压力相同。另外，底部开口式设计的总体系统重量小，因为没有底部，壳体为了 承受深水的水压所需要的厚度小，故而整体需要的结构材料少。相反，封闭式容器浮力室较少地受到因水流和表面作用而引起倾斜的问题影响， 因而较为适合于那些水流和表面作用足够引起较大的偏离垂直轴的侧向位移的水域。不 过，如果上述浮力室二者中任何一种存在裂缝(例如，由容器破裂、阀门失效等引起)，气体 或者其他流体流走，则SSR就会失效，如图IC所示。封闭式容器浮力室必须同样坚固，以足够抵消外力如深水液压。如图2所示，此室 必须，达到一个临界值，具有足够的结构完整性和壁厚来抵抗预知的压力，防止这些压力弓丨起室体外壳的破裂。另外，当布置填充有气体的封闭浮力室时，内部气压和温度足够同比于 外部水压和温度，以便相关压力或温度梯度不会引起室内气体体积的有效变化，因为这种 提及变化可能引起室的外壳裂缝或者坍塌。通常来说，SSR系统都仅限于使用单一的浮力室，浮力室具有较大的尺寸。然而， 较大的浮力室设计增加了建造和安排所述作业系统的时间和成本。另外，事实证明在深水 (例如，> 500英尺或者类似)设置大的加压室是一件非常困难的事情。同时，随着浮力室 的直径的增大，在建造和实施过程中处理结构失效和翘曲的可能性也同样增大。下文的具体描述包括示意性的系统、方法和技术来使本专利技术主体更具体化。不过， 需要本领域技术人员理解的是，所描述的具体实施例可能没有描述到一个或多个所公开的 具体细节，又或者熟知的制造设备、标准、结构和技术并没有在具体描述中提到，以免引起 描述上的模糊不清。参考图3所示的实施例，所描述的SSR系统14包括多个下级浮力室，用来安装在 比任何现有已知的SSR系统更深的水域内。根据替换的实施例，SSR14可堆设有多个浮力 室，如图4A、4B、4C和4D所示。尽管图3所示只具有低位SSR组件10和高位SSR组件12， 整个SSR系统14可具有任何数目的独立的SSR组件。在图3所示的实施例中，低位SSR组件10最先布置。在一示例中，为了布置浮力 室，配备有特别设计的容器，并利用SSR组件。经过布置，低位SSR组件10与建在泥线附近 的匣形井口(casing wellhead)机械地连接。在一典型实施例中，所述匣形井口预设在钻 入相关的海底表面内的井孔中。再进一步的实施例中，一个或多个中间浮力室16装到低位SSR组件10上，从而在 深水或者动荡水域加强稳固。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于深水石油和天然气开采和生产的自立提升机系统，所述系统包括：低位提升机组件，其与主井钻夹具连接；一个或多个中间浮力室，其与所述低位提升机组件以及中间提升机组件的一个或多个部分连接，其中，一个或多个所述浮力室进一步包括底部开口部分；高位提升机组件，其与一个或多个高位浮力室连接，其中，一个或多个所述高位浮力室进一步包括底部开口部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-19 61/003,647一种适用于深水石油和天然气开采和生产的自立提升机系统，所述系统包括低位提升机组件，其与主井钻夹具连接；一个或多个中间浮力室，其与所述低位提升机组件以及中间提升机组件的一个或多个部分连接，其中，一个或多个所述浮力室进一步包括底部开口部分；高位提升机组件，其与一个或多个高位浮力室连接，其中，一个或多个所述高位浮力室进一步包括底部开口部分。2.根据权利要求1所述的自立提升机系统，其中，每个所述底部开口中间浮力室进一 步包括流体压舱物。3.根据权利要求2所述的自立提升机系统，其中，所述流体压舱物进一步包括气体压 舱物。4.根据权利要求2所述的自立提升机系统，其中，所述流体压舱物进一步包括液体压 舱物。5.根据权利要求2所述的自立提升机系统，其中，所述流体压舱物进一步包括同时含 有液体和气体的压舱物。6.根据权利要求2所述的自立提升机系统，其中，所述流体压舱物进一步包括辅助压 舱物，所述辅助压舱物为所述流体提供附加的压力和密度。7.根据权利要求6所述的自立提升机系统，其中，当所述底部开口中间浮力室相对于 其自身垂直轴倾斜而偏离到临界角之外，所述辅助压舱...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思K米尔姆，
申请(专利权)人：基思K米尔姆，
类型：发明
国别省市：US[美国]