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海上钻探船及方法

基本信息

  • 申请号 CN201811376987.1 
  • 公开号 CN109591972B 
  • 申请日 2015/03/03 
  • 公开日 2020/08/11 
  • 申请人 伊特里克公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 J·鲁登伯格 D·B·韦宁  
  • 主分类号 B63B35/44 
  • 申请人地址 荷兰,斯希丹 
  • 分类号 B63B35/44;E21B19/09 
  • 专利代理机构 北京戈程知识产权代理有限公司 11314 
  • 当前专利状态 发明专利授权公告 
  • 代理人 程伟 
  • 有效性 有效专利 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明涉及一种海上钻探船及方法,所述海上钻探船(1)包括经受波浪升沉运动的浮动船体。
船体包括船井(5)和钻塔。
设置钻管存储架(10,11)以用于钻管(15)的存储。
船包括波浪升沉运动补偿支撑装置,适配为在实施相对于船的波浪升沉运动的波浪升沉补偿运动的同时支撑滑动装置(30)。
支架装置(140)设置有波浪升沉运动同步系统(200),其适配为使从处于波浪升沉运动的存储架收存的管件竖直运动,该竖直运动与管柱滑动装置的波浪升沉补偿运动同步。
支架装置包括竖直轨道(145)和安装在竖直轨道上的至少两个单独的移动臂组件(141,142)。
每个移动臂组件包括其自有的竖直驱动器(161,161),该竖直驱动器(161,161)电连接至波浪升沉运动同步系统。
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权利要求书


1.一种海上钻探船(1),该船包括:-浮动船体(2),其经受波浪升沉运动,该船体设置有船井(5),-钻塔(4),其在船井处或者在船井附近,-钻管存储架(10、11),所述钻管存储架(10、11)适配为存储钻管,-管柱滑动装置(30),该滑动装置适配为支撑管柱的重量,该管柱沿着作业线悬挂在管柱滑动装置上,-波浪升沉运动补偿支撑装置(25),其适配为在相对于船的波浪升沉运动船体进行波浪升沉补偿运动的同时支撑所述滑动装置(30),-支架装置(140),其适配为使管件(15)在存储架与作业线位于管柱滑动装置(30)上方的位置之间移动,从而允许形成新管件与悬挂的管柱(115)之间的连接,或者将管件从管柱移除,其特征在于,所述支架装置(140)包括:-竖直轨道(145、145’),-至少两个单独的移动臂组件(141、142、143;141’、142’、143’),其安装在所述竖直轨道上,其中,每个单独的移动臂组件沿着所述竖直轨道通过其自身的竖直驱动器竖直移动,其中所述支架装置(140)设置有波浪升沉运动同步系统,其具有电动波浪升沉运动补偿控制器(200),其中所述波浪升沉运动同步系统适配为使由从钻管存储架(10、11)收存的管件(15)进行竖直运动,该竖直运动与管柱滑动装置(30)的波浪升沉补偿运动同步,从而允许在滑动装置(30)相对于船(1)的波浪升沉运动船体进行波浪升沉补偿运动的同时实现管件与悬挂的管柱的连接,并且每个竖直驱动器电连接至波浪升沉运动同步系统的电动波浪升沉运动补偿控制器(200)。
2.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,所述波浪升沉运动补偿支撑装置(25)包括移动的工作甲板,其支撑所述管柱滑动装置(30),并且其中波浪升沉运动补偿支撑装置(25)包括工作甲板波浪升沉运动补偿系统,所述工作甲板波浪升沉运动补偿系统设配成提供所述移动的工作甲板的波浪升沉补偿运动。
3.根据权利要求1或2所述的海上钻探船,其中,所述竖直轨道(145、145’)包括竖直齿条(160),其中每个移动臂组件(141、142、143;141’、142’、143’)的竖直驱动器包括一个或多个马达驱动的小齿轮(161),其与所述齿条接合。
4.根据权利要求1或2所述的海上钻探船,其中,所述竖直轨道(145、145’)包括竖直齿条(160),其中每个移动臂组件的竖直驱动器包括一个或多个马达驱动的小齿轮(161),其与所述齿条接合,并且其中所述齿条竖直移动,从而进行至少一部分的波浪升沉补偿运动。
5.根据权利要求1或2所述的海上钻探船,其中,所述竖直轨道(145、145’)包括竖直齿条(160),其中每个移动臂组件的竖直驱动器包括一个或多个马达驱动的小齿轮(161),其与所述齿条接合,并且其中所述齿条竖直移动,从而进行至少一部分的波浪升沉补偿运动,其中所述齿条连接至齿条的专用的竖直驱动器。
6.根据权利要求2所述的海上钻探船,其中,所述竖直轨道(145、145’)包括竖直齿条(160),其中每个移动臂组件的竖直驱动器包括一个或多个马达驱动的小齿轮(161),其与所述齿条接合,并且其中所述齿条竖直移动,从而进行至少一部分的波浪升沉补偿运动,其中所述齿条连接至所述移动的工作甲板。
7.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,所述竖直轨道(145、145’)包括竖直齿条(160),其中每个移动臂组件(141、142、143;141’、142’、143’)的竖直驱动器包括一个或多个马达驱动的小齿轮(161),其与所述齿条接合,其中所述齿条固定的安装至船体。
8.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,每个单独的移动臂组件的每个竖直驱动器包括自身专用的液压动力单元(154),其包括电动马达驱动的泵、油舱和阀门。
9.根据权利要求8所述的海上钻探船,其中,所述液压动力单元(154)通过至少一个脐状线缆(171)而连接至控制器(200),脐状线缆的一端在浮动船体上的固定位置处连接至控制器,而另一端连接至在移动臂组件上的液压动力单元(154),其中,脐状线缆围绕线缆长度补偿装置(176)卷绕,从而补偿脐状线缆在控制器和液压动力单元之间的长度变化。
10.根据权利要求9所述的海上钻探船,其中,线缆长度补偿装置(176)设置在塔架内部空间(4a)的内部。
11.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,所述钻塔(4)包括塔架,所述塔架的面对船井(5)的一侧设置有两个支架装置(140、140’),每个支架装置包括至少两个大致呈镜面对称形式的移动臂组件(141、142;141’、142’),即左侧附接部分和右侧附接部分。
12.根据权利要求2所述的海上钻探船,其中,所述钻塔(4)包括塔架(4),所述塔架(4)的一侧面对船井(5),并且所述移动的工作甲板沿着安装在塔架的一侧的一个或多个竖直轨道引导。
13.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,所述海上钻探船包括铁钻工装置,所述铁钻工装置被安装在所述竖直轨道上的所述至少两个单独的移动臂组件(141、142、143;141’、142’、143’)支撑。
14.根据权利要求2所述的海上钻探船,其中,所述海上钻探船包括铁钻工装置,所述铁钻工装置布置在所述移动的工作甲板上。
15.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,所述海上钻探船包括钻工系统,所述钻工系统不与管件支架装置形成整体,并包括竖直钻工轨道和安装在所述竖直钻工轨道上的移动臂组件,其中所述移动臂组件包括基部和移动臂,所述基部通过具有马达的竖直驱动器沿着所述竖直轨道竖直地移动,所述移动臂连接至所述基部,至少一个臂组件的移动臂设置有钻工设备,其中竖直驱动器的马达连接至波浪升沉运动同步系统的波浪升沉运动补偿控制器(200)。
16.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,移动臂是伸缩式的延伸臂,所述臂具有经由竖直轴线轴承(147)而连接至基部的第一臂段(141m-1),所述竖直轴线轴承允许移动臂围绕所述竖直轴线轴承旋转,并且所述臂包括一个或者多个伸缩式的附加臂段(141m-2和141m-3)。
17.根据权利要求16所述的海上钻探船,其中,移动臂经由水平轴线轴承连接至基部,所述水平轴线轴承允许移动臂围绕水平轴线旋转从而提供在上下运动中的枢轴,从而使得至少一些实现同步波浪升沉运动所需要的运动能够从所述枢轴产生。
18.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中,存储架是旋转存储架,所述旋转存储架安装在船上。
19.根据权利要求1所述的海上钻探船,其中所述海上钻探船包括:-钻柱主起吊装置,包括:-主起吊绞车和连接至所述绞车的主线缆(41),-动滑轮(40),其悬挂在所述主线缆上,所述动滑轮(40)适配为沿着钻探作业线(6、7)悬挂钻柱,-钻柱波浪升沉补偿系统,其适配为提供钻柱的波浪升沉补偿。
20.用于钻探海底井眼的方法,其中,使用根据权利要求1-18任一项所述的海上钻探船,并且当滑动装置(30)支撑被悬挂的管柱并处于相对于船的船体的波浪升沉补偿运动时,所述方法包括如下步骤:-用管件支架系统从存储架收存管件,-使收存的管件形成相对于船的船体的竖直运动形态,所述船体与滑动装置的波浪升沉补偿运动同步,并且将管件移动到位于滑动装置上方的作业线内,-将管件连接至由滑动装置悬挂的管柱。
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说明书

本申请是中国专利申请号为201580022286.6,发明名称为“海上钻探船及方法”,申请日为2015年3月3日的进入中国的PCT专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种海上钻探船及其使用方法。
背景技术
许多海上钻探活动由海上钻探船进行,海上钻探船具有浮动船体,所述浮动船体经受波浪升沉运动。
在通常的设计中,例如在单船体的设计中或者在半潜船体的设计中,船体设置有船井,通过该船井进行钻探。
钻探船具有钻塔,其在船井处或者在船井附近设置在船体上。
例如,所述塔是具有基部的塔架,所述基部连接至船体并设置在船井上方或者邻近船井设置。
在另一个已知的设计中,所述塔为位于船井上方的吊杆式起重设备,例如,具有格状框架的吊杆式起重设备。
通常,设置一个或者多个钻管存储架,例如每个钻管存储架都实施为竖直轴线式圆盘传送带。
所述存储架适配为在其竖直方向上存储钻管,例如钻管支架、套管支架等。
一个或多个存储架通常安装在船体上,从而与船体一起经受波浪升沉运动。
为了执行钻探任务,船通常设置有管柱滑动装置,该滑动装置适配为支撑管柱(例如钻柱)的重量,该管柱沿着作业线而被悬挂在滑动装置上。
在本领域中,立管通常设置在井眼与船之间,并且管柱延伸到立管中并延伸进入海底构造中。
船通常配备有管件支架系统,该管件支架系统适配为使管道在存储架与作业线位于管柱滑动装置上方的位置之间移动,从而允许形成新管道与悬挂的管柱之间的连接,或者在起下钻作业过程中将管道从管柱移除。
根据本发明的第一方面,船包括波浪升沉运动补偿支撑装置,其适配为支撑滑动装置同时相对于船的波浪升沉运动船体(例如,进行波浪升沉运动补偿的工作甲板)进行波浪波浪升沉补偿运动,并且支架装置设置有波浪升沉运动同步系统,其适配为将存储架收存的管件形成为竖直运动,该竖直运动与管柱滑动装置的波浪升沉补偿运动同步,从而允许管件与悬挂的管柱连接并同时使滑动装置相对于船的波浪升沉运动船体进行波浪升沉补偿运动。
因此,在滑动装置相对于船的船体处于波浪升沉补偿模式时,可以通过管件支架系统来处理新管件或者要被移除的管件。
为了将新管件附接至悬挂的管柱,这涉及例如直接从存储架夹住管件(或者通过另一个管道行进机构将管件首先运送至拾取位置),然后开始使被夹住的管件形成竖直运动形态,从而最终到达与滑动装置足够同步的竖直运动形态。
然后这种同步允许在继续波浪升沉补偿运动时,将管件引入到悬挂的管柱的上端上方附近,并最终实现与悬挂的管柱的上端连接。
这同样适用于例如在起下钻作业过程中,从悬挂的管柱移除管件,但以相反的顺序进行。
因而之后使一个或者多个管件支架系统的夹持器形成同步的竖直运动形态,并在这之后,将使仍然连接的管件被夹住,并然后使其从悬挂的管柱脱离连接。
然后,脱离连接的管件朝向存储架移动到侧部,并基本形成为相对于船体在竖直方向上静止,用以转移到存储架中。
US6.000.480公开了一种海上钻探船,其包括用于油井钻探的系统。
所述系统包括类似框架的结构,也被称为进入模块,其相对于浮动的船处于静止。
所述系统还包括支撑结构。
系统在静止结构与支撑结构之间包括两个补偿器,该补偿器安装为用于提供补偿动力。
所述系统还包括管道操作器。
所述管道操作器设置有伸缩式夹持器。
管道操作器包括滑车,所述滑车连接至沿用于抬升管道操作器的后桅绞车被引导的钢丝绳。
管道操作器设计为以两种模式操作。
在第一种模式中,在管道操作器与船的甲板之间以没有相对运动地方式操作管道。
这将允许只要管道操作器从甲板拾取管道,管道操作器就保持为被支撑在船的甲板上。
在第二种模式中,在管道操作器与补偿支撑结构之间以没有相对运动的方式操作管道,使得管道操作器与补偿支撑结构同步移动。
发明内容
本发明的目的是增加浮动钻探船的通用性,例如,由于采用节省钻探时间的钻探技术,从而允许通过有难度的构造进行钻探(例如采用钻眼压力装置)的钻探技术等。
特别地,本发明的目的是提供有助于节省钻探时间的支架装置。
在第一方面,本发明提供一种海上钻探船,该船包括:-浮动船体,其经受波浪升沉运动,该船体设置有船井,-钻塔,其在船井处或者在船井附近,-钻管存储架,例如为圆盘传送带,所述钻管存储架适配为在其中的竖直方向上存储钻管,例如钻管支架,该存储架安装在船体上,从而与船体一同经受波浪升沉运动,-管柱滑动装置,该滑动装置适配为支撑管柱,例如钻柱的重量,该管柱沿着作业线悬挂在管柱滑动装置上,-支架装置,包括:-管件支架系统,该管件支架系统适配为使管件在存储架与作业线位于管柱滑动装置上方的位置之间移动,从而允许形成新管道与悬挂的管柱之间的连接,或者在起下钻作业过程中将管件从管柱移除;-移动系统,特别是波浪升沉运动同步系统,其适配为使由从存储架收存的管件进行竖直运动,该竖直运动与管柱滑动装置的波浪升沉补偿运动同步,从而允许在滑动装置相对于船的波浪升沉运动船体进行波浪升沉补偿运动的同时实现管件与悬挂的管柱的连接;-特别为波浪升沉运动补偿支撑装置,其适配为在相对于船的波浪升沉运动船体进行波浪升沉补偿运动的同时支撑所述滑动装置,例如受到波浪升沉运动补偿的工作甲板,其特征在于,支架装置包括:-竖直轨道,-安装在所述竖直轨道上的至少两个单独的移动臂组件,其中,每个移动臂组件包括自身基部,该基部通过设置在所述基部的竖直驱动器沿着所述竖直轨道竖直地移动,所述竖直驱动器包括马达和连接至所述基部的移动臂,至少一个臂组件的移动臂设置有连接至所述臂的管件夹持构件,其中至少一个移动臂组件的竖直驱动器的每个马达电连接至波浪升沉运动同步系统的波浪升沉运动补偿控制器。
术语“单独”的意思是移动臂组件能够独立而不依赖于另一个移动臂组件而沿着竖直轨道移动。
移动臂组件不设置在共同的基部上,而是每个都具有自身单独的基部,所述基部能够沿着所述竖直轨道滑动,所述竖直轨道优选为共用的竖直轨道。
单独的移动臂组件的存在可以提供多个优点,这将在下文描述。
每个单独的移动臂组件包括其自有的竖直驱动器,该竖直驱动器设置在移动臂组件的基部上。
因此,每个移动臂组件形成独立的单元,该独立的单元能够相对于其他移动臂组件独立地操作。
单独的移动臂组件可以提供的操作优势在于,在操作过程中,单独的移动臂组件能够以由操作者确定的距离彼此隔开。
在两个移动臂组件之间的距离不由其结构固定。
根据待处理的管件长度,操作者可以确定在多个夹持位置处夹持管件,各夹持位置彼此相距一定距离隔开。
操作者可以确定夹持构件的操作量,并可以确定在两个夹持构件之间的距离。
有利地,单独的移动臂组件提供模块化系统,这样安装的移动臂组件的量可以适配为现有状况或者已经过处理的管道的预期长度。
优选地,支架装置包括至少三个安装在所述竖直轨道上的单独的移动臂组件,用以处理至少30m,特别是36m的管件。
更优选地,支架装置包括至少四个单独的移动臂组件,所述移动臂组件优选安装在一个共用的竖直轨道上,用以处理至少40m,特别是48m的管件。
有利地,可以简单地设置包括单独的组件的支架装置来用于不同的目的。
通过提供单独的组件,支架装置的操作可靠性增加。
一个单独的组件发生故障不会必然引起支架装置的全面停机。
在此情况下,可以仍然通过剩下的组件,例如通过转换至处理更短的管件来实施操作。
有利地,由于在船上存在多个包括共用部件的移动臂组件,维修以及维护组件的技术可能性增加。
多个独立的移动臂组件包括数个共用的部件,这有助于船上备用部件的更简单的后勤保障,并且这增加在一个组件发生故障的情况下的技术可能性,例如能在两个组件之间更换共用的部件。
因此,多个独立配置的移动臂组件有助于操作灵活性并有助于能够节省钻探时间的更可靠的钻探操作。
本发明的钻探船,例如允许进行钻探操作,其中在船与海底之间的固定长度的立管上方固定有滑动设备,例如在处于折叠位置和锁定位置的所述立管中具有滑动接头,从而允许滑动接头的压力等级相比于其处于动态行程模式时的压力等级增加。
例如,采用旋转控制装置(在本领域中称为RCD)实现立管与管柱之间的环状部的密封,这例如允许精准地控制通过环状部返回流体的压力。
对通过环状部返回流体的压力进行的控制例如在控制压力钻探技术中使用。
在根据本发明的第二个方面,本发明涉及海上钻探船,所述船包括:-浮动船体,其经受波浪升沉运动,该船体设置有船井,-钻塔,其在船井处或者在船井附近,-钻管存储架,例如圆盘传送带,其适配为在其中的竖直方向上存储钻管,例如钻管支架,该存储架安装在船体上,从而与船体一同经受波浪升沉运动,-管柱滑动装置,所述滑动装置适配为支撑沿着作业线悬挂在滑动设备上的管柱的重量,例如支撑钻柱的重量,-支架装置,包括:-管件支架系统,该管件支架系统适配为使管道在存储架与作业线的位于管柱滑动装置上方的位置之间移动,从而允许形成新管道与悬挂的管柱之间的连接,或者允许在起下钻作业过程中将管件从管柱移除。
在本发明的第二方面,支架装置包括具有控制器的移动系统,所述移动系统适配为将从存储架收存的管件朝向管柱滑动装置而形成竖直运动,从而允许将管件连接至悬挂的管柱。
所述船还包括支撑装置,其适配为支撑所述滑动装置,例如工作甲板。
根据本发明的第二个方面,所述支架装置包括:-竖直轨道,-至少两个安装在所述竖直轨道上的单独的移动臂组件,其中每个移动臂组件包括:-自有的基部,其通过具有马达的竖直驱动器沿着所述竖直轨道而竖直地移动,所述竖直驱动器设置在所述基部上,以及-移动臂,其连接至所述基部,至少一个臂组件的移动臂设置有连接至所述臂的管件夹持构件,其中至少一个移动臂组件的竖直驱动器的每个马达电连接至移动系统的控制器。
因此,根据本发明的第二个方面,同步系统为移动系统的一个示例。
根据第二个方面,移动臂组件的运动能够是任何所需的运动。
下文呈现的实施方案能够根据本发明的第一方面以及本发明的第二方面进行配置,本发明的第一方面包括同步系统,而本发明的第二方面没有配置这种同步系统。
在根据本发明的船的实施方案中,每个移动臂组件的每个竖直驱动器包括液压动力单元,其专用于每个移动臂组件。
所述液压动力单元包括由电动马达驱动的泵、形成存储液压流体的油舱,以及阀门从而对所述单元进行控制。
与用于控制多个移动臂组件的中心设置的液压动力单元相比,专用的液压动力单元具有减少液压管道的优势。
使液压管道延伸会容易受到损坏,这种损坏可能导致船上漏油。
由于单独的液压动力单元,因而不再需要从中心泵延伸较长的距离到特定的移动臂组件的液压管道。
通过使每个移动臂组件设置自有的液压动力单元(所述液压动力单元设置在移动臂组件的基部上),因而漏油的风险大大减小,这具有环保的优势。
在根据本发明的船的实施方案中,液压动力单元通过至少一个脐状线缆(其是电缆)而连接至控制器。
脐状线缆在控制器与移动臂组件之间延伸。
脐状线缆的一个端部在浮动船体上的固定位置处连接至控制器,而另一端部在移动臂组件上连接至液压动力单元。
在根据本发明的船的实施方案中,脐状线缆围绕线缆长度补偿装置卷绕,从而补偿脐状线缆在控制器与液压动力单元之间的由移动臂组件的运动所引起的长度变化。
根据第一个方面,移动臂组件的运动能够是同步运动。
根据第二个方面,移动臂组件的运动能够是任意的运动。
在根据本发明的船的实施方案中,线缆长度补偿装置设置在塔架内部空间的内部。
有利地,脐状线缆处于受保护的区域中,该区域使得脐状线缆更加不易受到损坏。
优选地,脐状线缆的中间部分围绕脐状滑轮卷绕,所述脐状滑轮是可移动的滑轮,从而补偿脐状线缆在移动臂组件的运动过程中在控制器与液压动力单元之间的长度变化。
在根据本发明的船的实施方案中,脐状可移动滑轮设置有配重物,从而在移动臂组件的运动过程中使脐状线缆保持张紧。
在根据本发明的船的实施方案中,电动马达与超级电容连接,超级电容允许暂时存储电能。
所述电能可以在移动臂组件的向下运动中由所述电动马达产生。
在根据本发明的船的实施方案中,液压动力单元的电动马达设置在距离夹持构件一定距离处,从而使得马达在操作过程中保持在Ex区的外部。
Ex区为易爆气体环境。
Ex区可以由专用于特定国家的专用管理指令来限定。
基于用于操作船的制定的国家,电动马达的位置可以遵循特定的管理指令。
对于欧洲国家来说,Ex区域可以由ATEX(爆炸性气氛)指令,特别是ATEX工作场所第137号指令限定。
对于美国来说,Ex区域可以由API RP 505限定,其全称为关于石油设施上的电力装置的位置分级的操作规程建议,其划分为一级,区域0,区域1,区域2。
有利地,在Ex区域外部的电动马达的设置允许电动马达的更为简单的配置,而不需要针对操作的高级安全装置。
在根据本发明的船的实施方案中,钻塔包括塔架,其中在塔架面对船井、特别是面向工作甲板的侧部设置两个支架装置,每个支架装置包括至少两个基本镜面对称的移动臂组件。
第一支架装置在左侧附接部分包括至少两个移动臂组件。
第二支架装置在右侧附接部分包括至少两个移动臂组件。
左侧附接部分基本上是右侧附接部分在竖直平面上所成的镜面对称部分。
移动臂组件的镜面对称部分的可用性具有优势,并增加移动臂组件的共用部件,这有助于简化船上的维修和保养的后勤操作。
在根据本发明的船的实施方案中,移动臂组件的左侧附接部分和右侧附接部分包括共用的基部。
所述基部允许分别在基部的左侧或者右侧附接移动臂。
基部例如具有设置有通孔的凸缘,通孔用于机械地连接移动臂。
在根据本发明的船的实施方案中,竖直轨道包括竖直齿条。
至少两个移动臂组件的每个移动的基部包括一个或者多个马达驱动的小齿轮,所述小齿轮与所述齿条接合。
与至少两个移动臂组件的吊索悬挂相比,设置齿条/小齿轮接合有助于移动臂组件在向上方向和向下的方向上的刚性定位。
此外,用齿条/小齿轮接合来取代吊索悬挂,从而需要更少的工作空间。
由于齿条/小齿轮接合,因而不需要对吊索悬挂的缆线向上延伸进行引导。
在该实施方案中,竖直轨道包括竖直引导轨道,每个移动臂组件的基部的相应的引导构件(例如滚动件)接合在所述竖直引导轨道上,其中轨道还包括与所述竖直引导轨道相平行设置的竖直齿条,其中移动臂组件的基部设置有一个或者多个小齿轮,所述小齿轮与所述竖直齿条接合,基部设置有驱动所述一个或者多个小齿轮的一个或者多个马达,优选为一个或者多个电动马达。
优选地,齿条安装在竖直轨道上。
特别地,齿条安装在竖直轨道的中间区域处,其中竖直轨道包括在两个相对的侧边缘处的引导轨道构件。
如果将齿条固定地安装至船体(例如塔架)作为优选的实施方案,那么移动臂组件马达将操作为在臂仅能够围绕竖直轴线相对于组件的基部旋转的时候实施完整的波浪升沉补偿运动。
如果臂还能够围绕水平轴线相对于基部枢转,且致动器设置为在向上的运动和向下的运动中引起所述枢转,那么需要用以实现同步波浪升沉运动的至少一些运动能够由所述枢转致动器产生。
在另一个实施方案中,齿条竖直地移动,从而实施波浪升沉补偿运动或者至少波浪升沉补偿运动的一部分。
例如,齿条可相对于塔架竖直地滑动。
竖直移动的齿条可以连接至被致动的齿条的竖直驱动器。
在替代性的方案中,齿条可以连接至钻探船的形成波浪升沉补偿运动或者能够形成波浪升沉补偿运动的另一个部件,例如连接至受到波浪升沉运动补偿的工作甲板或者连接至受到波浪升沉运动补偿的绞车的滑车。
在一个实施方案中,所述船包括受到波浪升沉运动补偿的工作甲板,其形成适配为支撑滑动装置的波浪升沉运动补偿支撑装置。
能够通过用于工作甲板的专用系统或者将工作甲板连接至船的受到波浪升沉运动补偿的其它部件来提供波浪升沉补偿运动,例如波浪升沉补偿动滑轮或者在动滑轮与钻柱之间的纵列式波浪升沉补偿装置。
例如能够沿着安装至钻探塔架表面的一个或者多个竖直轨道来引导工作甲板。
例如,铁钻工装置设置在波浪升沉运动补偿工作甲板上,从而辅助形成或者一方面消除新的管道或者要被移除的管道与另一方面的悬挂的管柱之间的螺纹联接。
在替代性的实施方案中,铁钻工装置不安装在波浪升沉运动补偿支撑装置(例如工作甲板)上,而是通过铁钻工支撑装置而被独立地支撑在船的船体上。
例如,铁钻工装置由移动臂组件支撑,如在本文中描述的,移动臂组件可沿竖直轨道移动。
在一个实施方案中,所述船包括钻工系统(roughneck system)和安装在所述竖直轨道上的移动臂组件,所述钻工系统不与管件支架系统形成整体,并包括竖直钻工轨道,其中移动臂组件包括基部和移动臂,所述基部通过具有马达的竖直驱动器沿着所述竖直轨道竖直地移动,所述移动臂连接至所述基部,至少一个臂组件的移动臂设置有钻工设备,其中竖直驱动器的马达连接至波浪升沉运动同步系统的波浪升沉运动补偿控制器。
在一个实施方案中,移动臂为伸缩式的可延伸臂,该臂具有第一臂段,其经由竖直轴线轴承连接至基部,所述竖直轴线轴承允许移动臂围绕该竖直轴线旋转。
在结构简化的实施方案中,竖直轴线仅仅形成所述臂的旋转轴线。
所述臂还包括一个或者多个伸缩式的附加臂段,例如通过设置液压缸,从而引起臂的伸展和缩回。
在一个实施方案中,滑动装置或者支撑滑动装置的工作甲板悬挂在船的受到波浪升沉运动补偿的部件,例如在WO2013/169099中描述的受到波浪升沉运动补偿的动滑轮。
还可以设想,滑动装置或者支撑滑动装置的工作甲板直接从受到波浪升沉运动补偿的起重定滑轮悬挂。
这种悬挂能够例如用多个悬挂构件(例如杆、线缆、链条)来实现,或者甚至是用所提到的齿条作为悬挂构件。
在一个实施方案中,所述船包括井定心工具存储结构,其适配为在其中存储一个或者多个井定心工具,所述井定心工具能连接至最下的移动臂组件的移动臂。
在根据本发明的船的实施方案中,存储架是安装在船上的特别是可旋转的旋转存储架(也称为存储圆盘传送带),其特别可围绕竖直轴线旋转。
优选地,旋转存储架安装至钻塔。
更特别地,钻塔设置有一对设置在钻塔的右舷和左舷的旋转存储架。
本发明还涉及一种根据其第一方面或第二方面的方法,其中利用根据本发明的钻探船。
附图说明
在这些附图中:图1示出根据本发明的海上钻探船的示例的竖向横断面视图,图2示出塔架的钻探侧的更为详细的视图,图3示出塔架的钻探侧以及船体部分,图4示出在工作甲板处于波浪升沉补偿运动时塔架的钻探侧及存储圆盘传送带,图5显示图4的情况的具体细节,图6显示图4和图5中的立管的上部分,其包括处于锁定位置和折叠位置的滑动接头,图7A显示移动臂组件的基部的立体图;图7B显示图7A的基部的俯视图,并显示竖直轨道;图7C显示移动臂组件的移动臂的立体图;图7D显示图7A-7C的基部、轨道和移动臂的组合的俯视图;图8显示移动臂的左侧部和右侧部安装至基部的俯视图;图9A显示图2的系统的支架组件的立体图;图9B显示图9A的支架组件的侧视图,局部显示为线框,图9C显示图9A的支架组件的俯视图,图10显示利用支架组件操作管件,所述支架组件具有支撑铁钻工装置的下部组件;以及图11示意性地显示一组电缆的悬挂,其朝向多个移动臂组件围绕脐状滑轮平行延伸。
附图标记列表:1 船4 塔架5 船井5a、5b 塔架外部的船首侧和船尾侧6、7 作业线10 旋转存储架11 旋转存储架17 顶部驱动器25 移动工作甲板27 井中心30 滑动装置40 动滑轮41 主线缆42 起重定滑轮50 滑动接头52 内筒72 波浪升沉补偿移动范围80 猫道机85 钻机舱86 下固定位置90 上立管部段92 下部段构件92 套环93 立管构件94 旋转控制装置95 泥浆管线连接器96 BOP100 线缆连接器140 支架装置141、142 移动臂组件141b、142b 基部141t、142t 管件夹持器141m、142m 臂部段143 井定心工具移动臂组件145 竖直轨道147 竖直轴线轴承147a 轴承罩L 左侧附接定位部R 右侧附接定位部148 用于夹持器或者井定心工具的连接器149 滚动件150 铁钻工装置152、153 液压缸154 液压单元156 连接器销157 悬挂梁160 齿条161 小齿轮162 马达170 电力供应装置171、172 脐状线缆179 固定滑轮178 可移动滑轮177 配重物200 控制器201 超级电容。
具体实施方式
如图1所示,在此船1是具有船体2的单体船,所述船体2经受波浪升沉运动。
船体具有延伸穿过船体的船井5,在此水线位于船井之内。
在为半潜船的实施方案中,船井可以设置在上部水线甲板箱型结构中,该上部水线甲板箱型结构由柱体支撑在一个或多个浮筒上,所述浮筒例如在船为极地设计的情况下设想为圆形浮筒。
钻塔(在此是塔架4)安装在船体上,在此是安装在船井5上方。
塔架4与起吊装置(在本领域中称为钻井绞车)关联,在所显示的实施方案中在塔架的外部(在此是在塔架4的前方和后方)上并沿着塔架的外部形成两条作业线6、7,所述作业线6、7各自延伸穿过船井5的船首侧5a和船尾侧5b。
作业线6设计用于进行钻探,并在此包括钻柱旋转驱动器(在此为顶部驱动器17或者其他旋转驱动器)适配用于旋转驱动钻柱。
如在图2和图3中所进一步详细显示的,设置可移动工作甲板25,在可移动工作甲板25中具有井中心或者井开口27,钻柱沿着作业线(在此是作业线6)穿过所述井中心或者井开口27。
船1装配有两个钻管旋转存储架10、11,所述旋转存储架10、11适配为沿竖直方向存储多个钻管15并优选为多接头管道支架。
优选地,每个钻管旋转存储架可旋转地安装在船上,从而围绕竖直轴线旋转。
如本领域中所已知的,每个钻管旋转存储架10、11包括用于在每个钻管旋转存储架中沿竖直方向存储多个管件的狭槽。
如在本领域中已知的,此处的架10、11包括中心竖直柱体和在柱体的不同高度处的多个圆盘构件,至少一个圆盘是具有管件存储狭槽的指板状圆盘,每个狭槽在指板状圆盘的外圆周处具有开口,允许引入管件或者将管件从存储狭槽移除。
设想在优选的实施方案中,管件将其下端置放于最下的圆盘构件上。
在显示的示例中,设想在架10、11中存有三个支架。
每个架10、11的直径大约为8米。
设置驱动马达以用于第一钻管存储架10和第二钻管存储架11的每一个,从而允许钻管存储架围绕其竖直轴线旋转。
如图3所示,船1还包括位于甲板上的水平猫道机80,所述水平猫道机80与相关的作业线对齐并允许将管件从远处的位置(例如从用于在船体的后部水平存储钻管的保持位置和/或甲板存储的位置)带向作业线或者将管件从远处的位置带到构建支架的位置。
船1还包括位于钻机舱甲板86上的钻机舱85。
在塔架4面对竖直移动的工作甲板25的侧部,安装两个管件支架装置140和140’,每个都在塔架4的拐角处。
如果没有塔架,例如是格状框架的吊杆式起重设备,则可以设置支撑结构从而达到与支架装置140和140’相对于甲板25和井中心27相似的布置。
优选地是每个支架装置140、140’具有多个移动臂组件,在此为三个移动臂组件。
在此为,下面的第一支架移动臂组件141、141’、可在比第一管件支架组件更高的高度处操作的第二支架移动组件142、142',以及第三井定心工具移动臂组件143、143’。
每组移动臂组件都布置在共用的竖直轨道145、145’(所述竖直轨道145、145’固定至塔架4)上,在此,每组移动臂组件都位于塔架的拐角处。
在图6中,从图10所显示的内容能够更清楚地看到,钻管多接头管件15可以由支架组件142’和141’被保持在井中心27上方的作业线中,从而允许例如通过在甲板25上或者在甲板25中的钻柱滑动装置30而将管件15连接至被支撑的钻柱。
所述组件142’和141’中的每个在组件的移动臂的端部处承载管道夹持构件142’t和141’t。
取代两个承载夹持构件的组件,还能够设置为仅一个臂设有支撑被夹持的管件的重量的夹持构件,而另一个臂承载将管件保持在竖直位置上的扶正器。
如图5中所示,支架装置140的下移动臂组件143承载铁钻工装置150,这里在铁钻工装置150上还具有旋扣钳151。
图7A-7D更详细地显示移动臂组件141。
图7A显示移动臂组件的基部141b。
如图7C中所示,基部141b形成能够与移动臂一起组装的副组件。
基部141b配置成允许移动臂组件的不同配置,特别是就左侧配置和右侧配置而言。
如在图7A和图7B中所示,基部141b包括在底部区域的凸缘,该凸缘设置有两对安装孔和连接器销156。
在顶部区域,基部141b还包括分别与在底部区域的第一对安装孔和第二对安装孔相应的安装孔和销。
如图7D和图8中所示,基部141b的每对安装孔都与所述臂组件的一对安装孔对应。
如在图8中所示,第一对安装孔设置成实现移动臂的左侧附接部“L”,第二对安装孔设置成实现移动臂的右侧附接部“R”(由图8中的虚线显示)。
悬挂梁157设置成将移动臂连接至基部141b的顶部区域。
悬挂梁157包括两个支腿。
悬挂梁157的两个支腿沿远离基部141b的方向分岔。
每个支腿的近端连接至基部141b,远端连接至移动臂。
悬挂梁157的远端基本位于移动臂的重心处。
特别地,悬挂梁157的远端在竖直轴线轴承147的位置处连接。
由此,悬挂梁157有助于移动臂组件在如下方面实现最佳的动力学性能:移动臂的重量基本上沿其重心得到平衡。
如在图9A-9C所看到的,移动臂141m在此实施为伸缩式可延伸臂,该臂具有第一臂段141m-1,其经由竖直轴线轴承147而连接至基部141b,竖直轴线轴承147允许移动臂141m围绕该竖直轴线旋转。
优选地是,竖直轴线仅仅形成移动臂的旋转轴线。
移动臂具有两个额外的伸缩式臂段141m-2和141m-3,伸缩式臂段141m-2和141m-3具有设置用于管道夹持器141't和/或井定心工具(例如,铁钻工装置150)连接器148的外部臂段。
如在图7D中所示,伸缩式臂能从中间位置旋转,并沿顺时针方向转过角度α,以及沿逆时针方向转过角度β。
在中间位置,伸缩式臂(从俯视图中观察)沿与船的侧倾轴线平行的方向延伸。
所述伸缩式臂可旋转转过角度α从而从存储架10夹持管道。
伸缩式臂可旋转转过角度β从而将夹持的管道引入到作业线6中。
竖直轴线轴承147相对于基部141b设置,从而角度α为从中间位置延伸至至少70°,特别是至少90°,更特别地是至少100°,而角度β为从中间位置延伸至至少-70°,特别是大约90°。
因此,伸缩式臂可以具有紧凑的构造,具有最佳的可达范围。
在图2中,附图标记55表示井定心工具存储结构,其适配为在其中存储一个或者多个井定心工具,例如能够连接至最下的移动臂组件143、143’的移动臂的铁钻工装置150、150’。
优选地,在船井的每一侧都有一个这种存储结构。
如在图9B中可见的,在显示的示例中,在第一臂段与第二臂段之间具有液压缸152,而在第二臂段与第三臂段之间具有另一个缸153。
每个缸152、153都可操作为产生臂的伸展和收缩。
例如,支架组件设置有独立自给的液压单元154,其包括电动马达驱动泵、油舱和阀门。
在图2-4和图10中,可以注意到,每个管件支架装置包括竖向引导轨道145、145’,每个管件支架组件的基部141b的相应引导构件都接合在所述竖向引导轨道145、145’上。
如在图9C中所示,在该示例中,基部141b承载四组(每组有三个)滚动件149,每组中两个滚动件149沿着轨道145的凸缘的相对的两个表面行进,而一个滚动件沿着凸缘的横向侧行进。
如在图7B和图9A-9C中所示,支架装置140还包括平行于竖直引导轨道145布置的竖直的齿条160。
这里,齿条160安装在轨道145上,在这里是安装轨道的在轨道145的两个凸缘之间的前板上。
管件支架组件141的基部141b设置有一个或者多个(在这里为两个)小齿轮161,所述小齿轮161与竖直的齿条160接合。
基部设置有一个或者多个(在这里为两个)驱动小齿轮的马达162,从而允许受控的支架组件141的竖直运动。
优选地是,驱动一个或者多个小齿轮161的一个或者多个马达162是电动马达。
在一个实施方案中,在为所述一个或者多个竖直运动马达供电的电力回路中包括超级电容201,这允许在组件向下运动的过程中临时存储可以由所述一个或者多个马达产生的电能。
然后该电能能够被再次用于向上的运动。
为了减少部件数量,优选所有移动臂都相同,从而需要有限的备用部件。
例如,将单独一个完整的移动臂,或者一个完整的支架组件存储在船上。
如在图9B中所示的,为了减少部件的数量,优选将位于基部141b与移动臂141m之间的竖直轴线轴承147布置在轴承罩147a中,轴承罩147a可拆卸地附接至支架组件的基部141b。
如在图8中所示的,这里基部141b设置用于轴承罩147a的左侧附接定位部“L”(如在图7D中所示的)和右侧附接定位部“R”(如在图9A中所示的),这允许在每一个支架装置140和140’中使用相同的基部。
优选地并在图8中所示,附接定位部由位于在其中具有孔的基部上以及位于在其中具有匹配孔的罩147a上的元件形成,从而使得一个或者多个连接销156能够用于将罩固定至基部。
如在图10中所示的,移动臂组件143将铁钻工装置150保持在井中心上方以用于形成作业线5中的管件之间的连接,或者解除作业线5中的管件之间的连接。
同时,其它的移动臂组件143’能够配备有第二铁钻工装置,所述第二铁钻工装置之后准备用于处理不同直径的管件。
如果例如组件141’发生故障而不能操作,它的任务能够由在同一轨道145’上的组件143’承担,这是由于其可以迅速地配备管件夹持器,并能被带到适合管件支架的水平处。
例如,然后组件141’被抬升用以为组件143’创造空间。
船包括联接至感测波浪升沉运动的系统的电子波浪升沉运动补偿控制器200,例如为计算机控制器。
该控制器200联接至竖直移动的移动臂组件的基部的竖直驱动器。
波浪升沉运动控制器200向所述一个或者多个竖直驱动器(例如小齿轮驱动马达)提供表示一个或者多个移动臂组件的波浪升沉补偿运动的控制信号。
这能够实现管件夹持器或者由各个移动臂固定的井定心工具的波浪升沉运动补偿。
该实施方案例如与已进行波浪升沉运动补偿的工作甲板(在WO2013/169099中公开)组合使用。
例如移动臂组件然后能够在钻台处于波浪升沉补偿模式时被用于将盘绕式油管注入装置的部件固定在井中心上方的位置处。
当然,也能够设想将钻台的其它的波浪升沉运动补偿装置与本发明结合。
在所显示的实施方案中,所有的移动臂组件都连接至电子波浪升沉运动补偿控制器200,这允许在进行波浪升沉补偿运动(例如与波浪升沉运动实施工作甲板25联合)时完成移动臂组件所有的操作。
图11显示电力供应装置170的示意图。
电力供应装置170连接至控制器200,在本发明的第一方面,电力供应装置170能成为波浪升沉运动同步系统的一部分,或者根据本发明的第二方面,其能够成为另一移动系统的一部分。
电力供应装置170包括至少一个脐状线缆171、172,其从控制器200延伸至移动臂组件141、142。
如在图11中所示的,多个脐状线缆171、172可以平行设置,从而电连接至多个移动臂组件141、142。
脐状线缆171是在船上的移动臂组件上对电气部件供电,特别是对电动马达162进行供电的电缆。
脐状线缆171沿着塔架4延伸。
在移动臂组件运动的过程中,脐状线缆171的长度沿着塔架4改变。
优选地,电力供应装置170包括用于补偿沿着塔架4长度变化的线缆长度补偿装置176。
优选地,线缆长度补偿装置176设置在塔架4的内部空间4a的内部。
在这里,脐状线缆171从移动臂组件朝上延伸至塔架4的顶部区域。
在塔架4的顶部区域处,脐状线缆171围绕滑轮179卷绕,所述滑轮179相对于塔架4位置固定。
塔架4是中空塔架,其包括塔架内部空间4a。
脐状线缆171沿向下的方向从固定的滑轮179延伸进入塔架内部空间4a中。
所述脐状线缆171在塔架内部空间内部延伸,并围绕线缆长度补偿装置176的至少一个可移动的滑轮178卷绕。
滑轮178可相对于塔架4移动。
可移动的滑轮178用于补偿脐状线缆171在移动臂组件的移动过程中的长度变化。
可移动的滑轮178包括配重物177,从而在移动臂组件的运动过程中在脐状线缆171上维持一定的张紧力。
优选地,可移动的滑轮178和配重物177设置成在距离塔架4的底部区域一定距离处沿着滑轮移动,从而有助于降低重心位置。
在可选的实施方案中,用绞车替代包括配重物177的可移动的滑轮178来作为线缆长度补偿装置176,绞车可以设置成补偿脐状线缆171在操作过程中的长度变化。
特别地,在设想有一个或者多个移动的移动臂组件的波浪升沉运动补偿模式时,电力供应装置170可以包括超级电容201,用于临时存储在向下的运动中的电能并在向上的运动中使用该临时存储的电能,即使这种电容器安装在其每个组件自有的基部。
优选地,单独的电容器用于支架装置140,其中电容器设置在相对于船1的船体2固定的位置处。
优选地,电容器201设置在船的甲板处。
在一个实施方案中,其中每个移动的移动臂组件141、142、143的移动的基部都与竖直齿条上的小齿轮161接合,也可以通过使所述竖直齿条160形成到波浪升沉补偿运动而提供波浪升沉运动补偿,例如齿条可沿塔或者塔架4滑动且竖直波浪升沉运动驱动器连接至轨道145、145’或者轨道连接至另一个处于波浪升沉补偿模式的物体。
例如,可以设想,齿条连接至工作甲板25,其中工作甲板25可在波浪升沉补偿模式下操作,从而齿条跟随工作甲板25。
船1还包括主起吊装置,所述主起吊装置包括主起吊绞车和连接至所述绞车的主线缆,以及从所述主线缆41悬挂的动滑轮40,在起重定滑轮42与动滑轮40之间例如具有多级下降的布置。
当滑动装置30从钻柱释放的时候,管柱15a悬挂在动滑轮上。
中间的顶部驱动器17然后提供用于钻柱的旋转驱动。
优选地是,钻柱波浪升沉补偿系统设置为例如以在US 6595494中描述的方式来使得钻柱(在这里是动滑轮40)的波浪升沉补偿生效,其中动滑轮波浪升沉补偿系统包括两个主线缆波浪升沉补偿滑车轮,每个滑车轮都处于主起吊绞车与动滑轮之间的路径上。
这些滑车轮的中的每一者都安装在补偿缸的杆上,这些缸可能经由中间液压/气体隔离缸而连接至气体缓冲装置,这在现有技术中是已知的,。
图6显示竖直移动的工作甲板25,其在包括下固定位置86的移动范围内竖直地移动,其中工作甲板用作固定钻台甲板且滑动连接头50未锁定,所述移动范围还包括波浪升沉补偿移动范围72,其比下固定位置86布置得更高。
在该波浪升沉补偿移动范围内,工作甲板25能够实施相对于船的船体的波浪升沉补偿运动。
例如,波浪升沉补偿移动范围在5至10米之间,例如6米。
例如,工作甲板在波浪升沉运动中在具有舱室85的钻机舱甲板86上方的平均高度大约是10米。
图6还显示上立管部段90,其安装在立管的顶部并从滑动接头50的内筒52向上至少延伸直至工作甲板的下固定位置86上方,优选地直至甲板25的波浪升沉补偿移动范围。
在这里,下部段构件91在内筒52的实际端部与波浪升沉补偿装置的连接线缆连接器100之间形成刚性连接,这里所述构件91具有放置在连接器100上的套环92。
另一个立管构件93从所述构件91向上延伸至水平86的上方。
在所述立管构件93上方,安装与立管顶部整体接合的装置(例如优选为至少是旋转控制装置(RCD)94)和泥浆管线连接器95。
例如,在此也可以设置其它与立管整体接合的装置(如环形BOP96)。
在滑动连接头50处于折叠并锁定的位置的情况下,这样,由于滑动接头50锁定,因而所述立管现在是固定长度的立管,因而放置在立管部段90的顶部上的工作甲板25实施相对于船体的波浪升沉运动补偿运动。
所述的移动臂组件由于能够使它们的竖直运动与波浪升沉运动同步,因而允许钻探和起下钻作业,从而可以通过适当的方式从工作甲板的工作位置进行钻探和起下钻作业。
因此,本发明提供一种海上钻探船,其包括经受波浪升沉运动的浮动船体。
所述船体包括船井和在船井附近的钻塔。
设置钻管存储架以用于钻管的存储。
船包括波浪升沉运动补偿支撑装置,其适配为在实施相对于船的波浪升沉运动的波浪升沉补偿运动的同时支撑滑动装置。
支架装置设置有波浪升沉运动同步系统,其适配为使从处于波浪升沉运动的存储架收存的管件形成竖直运动,该竖直运动与管柱滑动装置的波浪升沉补偿运动同步。
支架装置包括竖直轨道和安装在所述竖直轨道上的至少两个单独的移动臂组件。
每个单独的移动臂组件包括其自有的竖直驱动器,该竖直驱动器电连接至波浪升沉运动同步系统。
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