用于鉆探設(shè)備的流體分流器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于鉆探設(shè)備的流體分流器系統(tǒng)，包括流體連接到延伸到海底油井的管狀元件（3、42、43）的分流器外殼（15；15’）。分流器外殼（15；15’）包括用于關(guān)閉分流器外殼的能移動(dòng)分流器元件（2）、連接到泥漿系統(tǒng)并包括第一閥（5）的第一流體導(dǎo)管（44）、從分流器外殼中的出口（46；46’）通向船外位置并包括第二閥（1；48）的至少一個(gè)第二流體導(dǎo)管（20；20’）、以及連接到泥漿/氣體分離器（MGS）（13）并包括第三閥（4）的第三流體導(dǎo)管（16）。MGS（13）布置在分流器管線的出口（50）下，由此豎管流體可通過(guò)重力流從分流器外殼（15）供給到MGS（13）。位于鉆探設(shè)備的背風(fēng)側(cè)上的分流器閥（1；48）構(gòu)造成在分流器元件（2）圍繞管狀元件（3）關(guān)閉之前打開(kāi)。
【專利說(shuō)明】用于鉆探設(shè)備的流體分流器系統(tǒng)
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及從海底、地下、井中的碳?xì)浠衔锏某槿?。更具體地，本發(fā)明涉及如在獨(dú)立權(quán)利要求1中的前序部分中所說(shuō)明的用于處理來(lái)自鉆井孔的流體的系統(tǒng)。
[0002]發(fā)明背景
[0003]用在碳?xì)浠衔锞械暮５足@探中的分流器系統(tǒng)是眾所周知的。最初，在防噴器(BOP)安裝之前，分流器系統(tǒng)安裝在鉆井船或者半潛式鉆井裝置上，以便當(dāng)利用海底豎管(riser，立管)鉆探時(shí)來(lái)處理淺層氣體。目前，更常用的是用海水或者水基泥漿并且隨著返回到海床或者“無(wú)豎管”返回到鉆井裝置而鉆探頂孔部分。
[0004]目前，分流器系統(tǒng)的主要目的是處理在BOP在所謂的“井涌(kick)”的情況下關(guān)閉之后而由于一些原因已進(jìn)入豎管中的氣體。井涌(kick)是其中因?yàn)橛摄@探流體柱施加的壓力不足夠大以克服由以正在鉆探的形式的流體施加的壓力，所以在鉆探期間碳?xì)浠衔?、水或者其他形式流體進(jìn)入井筒中的情形。隨著行業(yè)正在向更深的水域發(fā)展，對(duì)于鉆探工來(lái)說(shuō)，及早地檢測(cè)井涌(kick)已更加困難，因?yàn)橛捎诤Ｆ矫?Β0Ρ位于該處)處的靜壓力，氣體將處于液相或者密相。處于液相或者密相的碳?xì)浠衔锉忍幱跉庀嗟奶細(xì)浠衔锔灰讐嚎s。如果壓力高于153.5巴(臨界凝結(jié)壓力)并且溫度在-29°C (臨界溫度)與+99°C (臨界凝結(jié)溫度)之間，則典型的天然氣將進(jìn)入密相。隨著氣體(處于液相或者密相)經(jīng)過(guò)海底豎管向上行進(jìn)，靜壓力減小，并且該氣體從液/密相變化成氣/蒸汽相并膨脹數(shù)百倍。
[0005]當(dāng)氣體在豎管中膨脹時(shí)，該氣體可以填充整個(gè)環(huán)形套筒，推動(dòng)靜態(tài)的泥漿柱返回到鉆井裝置，即使BOP是關(guān)閉的。隨著靜態(tài)泥漿柱減少并且氣體經(jīng)過(guò)豎管向上行進(jìn)，泥漿將以加速的和增大的流速返回。當(dāng)分流器系統(tǒng)激活時(shí)，該泥漿和氣體將被安全地分流到船外。
[0006]在許多鉆井裝置上，所謂的“泥漿/氣體分離器”(MGS)已用在分流器系統(tǒng)中，試圖將泥漿從氣體中分離并且將泥漿返回到系統(tǒng)中，從而避免泥漿排出到海中。由美國(guó)技術(shù)學(xué)會(huì)(American Institute of Technology) (API)發(fā)行的刊物 “API RP64, RECOMMENDEDPRACTICE FOR DIVERTER SYSTEMS EQUIPMENT AND OPERATIONS (用于分流器系統(tǒng)設(shè)備和操作的操作規(guī)程建議)”在題為“Inadvertent Gas Entry into the Riser (氣體到豎管中的無(wú)意進(jìn)入)”的7.2.4節(jié)中陳述:
[0007]“當(dāng)使用海底豎管時(shí)，淺層氣流并非分流器系統(tǒng)的唯一應(yīng)用。當(dāng)BOP在井涌的情況下關(guān)閉時(shí)，當(dāng)在任何深度鉆探時(shí)氣體可能無(wú)意地進(jìn)入豎管。如果在BOP關(guān)閉之后壓頭泄漏，氣體也可能進(jìn)入豎管。豎管中的氣體可通過(guò)將流分流到船外而安全地去除。在一些設(shè)計(jì)中，泥漿/氣體分離器用在分流器系統(tǒng)中以將氣體從泥漿中分離并且將泥漿返回到系統(tǒng)中。再次，該設(shè)計(jì)不應(yīng)允許分流器完全地關(guān)閉井?！?br> [0008]在現(xiàn)有技術(shù)中該被解決的方法是分流器元件、返回流管線以及分流器管線已同時(shí)關(guān)閉，迫使流體從豎管向上返回到位于更高水平面的MGS中。這在圖1中示出，其公開(kāi)在題為“Deepwater Horizon Accident Investigation Report (深水地平線事故調(diào)查報(bào)告)”的BP公開(kāi)報(bào)告(2010年9月8日發(fā)表)中的114頁(yè)上。
[0009]這個(gè)設(shè)計(jì)的危險(xiǎn)部分是從豎管中返回的泥漿的流量大大高于MGS的設(shè)計(jì)容量，導(dǎo)致MGS和排氣管線的充滿。在具有該系統(tǒng)的大部分鉆井裝置上，依賴于(操作程序的)鉆探工來(lái)打開(kāi)分流器舷外閥，如果他相信返回流量超過(guò)了 MGS的容量的話。
[0010]在一些鉆井裝置中，MGS中的額外的高水平面起下鉆(trip)和/或分流器外殼中的高壓力起下鉆已安裝，以在MGS中的高水平面或者分流器外殼中的高壓力下自動(dòng)打開(kāi)分流器舷外管線。
[0011]這些設(shè)計(jì)中的任一個(gè)中，危險(xiǎn)的部分是其中用以采取適當(dāng)動(dòng)作(即在MGS的排氣管線完全填充之前)的可用時(shí)間是非常有限的。在當(dāng)已達(dá)到MGS中的高水平面或者分流器中的高壓力時(shí)，從豎管中返回的泥漿處于高加速模式下并且可用于打開(kāi)分流器閥的時(shí)間非
常有限。
[0012]重泥漿的段塞向上加速到MGS排氣管線、隨后是兩相流并且最終是大的氣體釋放，將在分流器外殼中產(chǎn)生增大的壓力以及在滑動(dòng)接頭中產(chǎn)生可能的泄漏，該可能的泄漏導(dǎo)致氣體在滑動(dòng)接頭連接處在鉆井裝置下釋放。這種事件的最壞的情況是深水地平線災(zāi)難。
[0013]本發(fā)明人已經(jīng)設(shè)計(jì)和具體化了本發(fā)明以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明在獨(dú)立權(quán)利要求中進(jìn)行闡述并特征化，而從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的其他特征。
[0015]因此提供了一種用于鉆探設(shè)備的流體分流器系統(tǒng)，包括分流器外殼，所述分流器外殼流動(dòng)地連接到延伸到海底油井的管狀元件；分流器外殼包括用于關(guān)閉分流器外殼的能移動(dòng)的分流器元件、連接到泥漿系統(tǒng)并包括第一閥的第一流體導(dǎo)管、從分流器外殼中的出口通向位于船外位置處的出口并包括第二閥的至少一個(gè)第二流體導(dǎo)管、以及連接到泥漿/氣體分離器(MGS)并包括第三閥的第三流體導(dǎo)管，其特征在于，MGS布置在分流器管線的出口下面，由此豎管流體能通過(guò)重力流從分流器外殼供給到MGS。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，從第三流體導(dǎo)管進(jìn)入MGS的入口布置在分流器外殼的出口下面的一豎直距離處。
[0017]MGS優(yōu)選地通過(guò)液體密封流體連接到泥漿處理設(shè)備。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，MGS進(jìn)一步包括第一壓力變送器(pressure transmitter,壓力傳送器)，并且液體密封包括以豎直距離間隔布置的第二壓力變送器和第三壓力變送器，以及監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，由此能確定液體密封密度。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，第三閥與用于液體密封的水平面指示器聯(lián)鎖。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，第二流體導(dǎo)管向上傾斜，這樣使得第二流體導(dǎo)管的出口位于比第二流體導(dǎo)管的入口更高的高度處。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，位于鉆探設(shè)備的背風(fēng)側(cè)(leeward side，下風(fēng)側(cè))上的分流器閥構(gòu)造成在分流器元件圍繞管狀元件關(guān)閉之前打開(kāi)。
[0022]本發(fā)明允許MGS以比已知系統(tǒng)更安全的方式接收豎管流體。
[0023]通過(guò)發(fā)明的系統(tǒng)，豎管流體通過(guò)重力流確定到MGS的路徑，允許通向背風(fēng)側(cè)的分流器閥打開(kāi)并且分流器元件同時(shí)關(guān)閉。這通過(guò)將MGS安裝在比分流管線出口更低的水平面處來(lái)解決。氣體安全地排出到船外而鉆探流體返回到泥漿系統(tǒng)。在實(shí)際的應(yīng)用中，該MGS可為第二 MGS，并且特別地指定用于接收來(lái)自海底豎管中的流體。
[0024]因此提供的是，在BOP在井涌(kick)的情況下關(guān)閉之后可能已經(jīng)進(jìn)入豎管中的任何氣體被安全地排出到船外，并且同時(shí)泥漿可以安全的方式返回到系統(tǒng)中。
[0025]還提供可以安全地確定“鉆探氣體”從分流器到MGS分離器的路徑，而保持分流器元件關(guān)閉以防止氣體通過(guò)分流器外殼涌出并逸出到鉆臺(tái)上。當(dāng)以脫氣器模式運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，將允許氣侵泥漿經(jīng)歷兩個(gè)階段分離過(guò)程。MGS將取出通常會(huì)逸出到鉆臺(tái)和振動(dòng)器上的氣體，而第二階段通過(guò)泥漿處理罐中的脫氣器完成。脫氣器用以分離鉆探流體中夾帶的氣泡，該氣泡太小而不能通過(guò)MGS去除。
[0026]附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0027]參照附圖，本發(fā)明的這些和其他特征將從如非限制性實(shí)例給出的實(shí)施方式的優(yōu)選形式的下列描述中而變得清楚的，在附圖中:
[0028]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的BOP壓頭、分流器元件以及閥位置的簡(jiǎn)化了的示意性表示，也表現(xiàn)了在鉆井船或者半潛式鉆井裝置上的典型的布置。該附圖復(fù)制自題為“DeepwaterHorizon Accident Investigation Report”的 BP 公開(kāi)報(bào)告(2010 年 9 月 8 日發(fā)表)的 114頁(yè)；
[0029]圖2是發(fā)明的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化了的示意性表示；
[0030]圖3是發(fā)明的系統(tǒng)的可替換實(shí)施方式的簡(jiǎn)化了的示意性表示；以及
[0031]圖4是發(fā)明的系統(tǒng)的可替換實(shí)施方式的簡(jiǎn)化了的示意性表示，用在Hydril ?海底豎管分流器系統(tǒng)中。
[0032]優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
[0033]鉆柱3在干舷鉆臺(tái)(未示出)與海床BOP (未示出)之間延伸，在伸縮的所謂“滑動(dòng)接頭”42和海底豎管47中延伸，從而限定環(huán)形套筒43。這種布置在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并且因此不需要進(jìn)一步地描述。
[0034]分流器外殼15布置為與環(huán)形套筒43和從分流器外殼中的出口 46延伸并且延伸到在船外位置處的出口 50的分流器管線20流體連通。分流器外殼通常具有兩個(gè)分流器管線，分別延伸到船的左舷側(cè)和右舷側(cè)，這樣使得在背風(fēng)側(cè)上的分流器管線可以使用，如上面所解釋的。但是，為了說(shuō)明的目的，僅示出了一個(gè)分流器管線。分流器閥I布置在每個(gè)分流器管線20中。在附圖中，分流器閥I顯示為在打開(kāi)狀態(tài)(白色版面)。
[0035]分流器外殼15還通過(guò)流動(dòng)管線44 (流動(dòng)管線中的流由流動(dòng)管線閥5控制)連接到船的泥漿系統(tǒng)(未示出)。在附圖中，流動(dòng)管線閥5顯示為在關(guān)閉狀態(tài)(灰色版面)。分流器元件2布置成圍繞鉆柱3關(guān)閉，并且在附圖中顯示為處于關(guān)閉狀態(tài)。參考標(biāo)號(hào)14表示分流器外殼15中的液面。
[0036]分流器外殼15通過(guò)MGS管線16流體連接到MGS13。MGS管線16中的流由MGS閥4控制，該MGS閥在附圖中顯示為在打開(kāi)狀態(tài)(白色版面)。排氣管線21從MGS延伸。通常，該排氣管線21延伸到高于井架(未示出)的頂部的一段距離(典型地，4米)。
[0037]此外，MGS通過(guò)出口管線45流體連接到振動(dòng)器24，并且該振動(dòng)器24以已知的方式對(duì)砂槽18和脫氣器19進(jìn)行供給。出口管線45通過(guò)在出口管線成回路向上返回至水平面A (該水平面A高于出口管線到MGS13的連接點(diǎn))之前延伸一段向下的距離Ii1而有效地形成液體密封6。在出口管線45的回路的底部處，布置有檢查和排出裝置22 (僅示意性地示出)，通過(guò)該檢查和排出裝置，任何阻塞或者鉆屑可以從該管線監(jiān)測(cè)和去除。
[0038]MGS13布置在低于分流器外殼的水平面處，這樣使得豎管流體通過(guò)重力的作用而在MGS管線16中流動(dòng)。更特別地，MGS管線入口 17位于比從分流器外殼的分流器管線20的出口、分流器管線的出口 50和分流器外殼中的液面低的水平面處。在圖2中，這些高度差異分別由參考字母h2和h4表示。通過(guò)這種布置，在BOP在井涌的情況下已關(guān)閉之后可能已經(jīng)進(jìn)入豎管中的任何氣體均安全地排出到船外并且同時(shí)泥漿可以安全的方式返回到系統(tǒng)中。
[0039]圖3顯示了可替換的實(shí)施方式，其中一個(gè)或多個(gè)分流器管線20’向上傾斜到出口50，并且因此可部分地填充液體，因?yàn)榈組GS管線16的出口在與到一個(gè)或多個(gè)分流器管線20’的出口相同的水平面處或者在比所述一個(gè)或多個(gè)分流器管線的出口更高的水平面處。如果到MGS管線16的出口保持在比到一個(gè)或多個(gè)分流器管線20’的出口 46’更高的水平面處，則液體密封將形成在分流器管線中，當(dāng)系統(tǒng)在“脫氣器模式”中運(yùn)行時(shí)減小在分流器管線中排出的氣體的量。該可替換方案提供了更緊湊的布置，并且因此與圖2中顯示的實(shí)施方式相比，將需要鉆臺(tái)水平面與振動(dòng)器甲板之間的更小的高度。分流器管線20’優(yōu)選地包括伴熱(未示出)或者類似的加熱裝置，以防止雨水凍結(jié)并且因此阻塞分流器管線。
[0040]圖4仍然顯示了一個(gè)可替換的實(shí)施方式，其中發(fā)明的系統(tǒng)用在Hydnl⑧/每底豎管分流器系統(tǒng)15’(其本身是已知的)中。在該可替換方案中，不存在外部分流器閥，而僅具有設(shè)定到背風(fēng)分流器管線20’的分流的流的路徑的流選擇器48。到MGS管線16的出口在流選擇器之前從分流器管線獲得，并且分流器管線20’向上傾斜到如圖3中的出口。流選擇器48可以是已知的類型，例如，諸如Hydril ?壓力控制流選擇器。
[0041]真空斷路器管線23流體連接到出口管線45，以避免排空出口管線45的虹吸效應(yīng)。
[0042]第一壓力變送器9布置在MGS13的上部區(qū)域中，并且第二和第三壓力變送器7、8布置在液體密封6的下部區(qū)域中。第二壓力變送器7和第三壓力變送器8布置為具有豎直間隔h3，因此有利于液體密封密度的計(jì)算。液面指示器10接收來(lái)自壓力變送器7、8、9的信號(hào)(虛線)，并且還連接到鉆機(jī)的控制系統(tǒng)DCS。
[0043]分流器閥1、分流器元件2、MGS閥4以及流管線閥5全部通過(guò)DCS/ΒΟΡ控制系統(tǒng)相互連接(控制和驅(qū)動(dòng)管線未示出)。這種控制系統(tǒng)是眾所周知的，并且因此不需要進(jìn)一步地描述。
[0044]參考標(biāo)號(hào)11表示MGS13中的高水平面讀數(shù)HH，并且參考標(biāo)號(hào)12表示液體密封6中的低水平面讀數(shù)LL。
[0045]發(fā)明的系統(tǒng)在下列模式中是有用的:a)分流器模式、b)脫氣器模式、以及c)起下鉆氣體模式。
[0046]a)分流器模式
[0047]如果由于延遲BOP在井涌情況下的關(guān)閉氣體已經(jīng)無(wú)意地進(jìn)入海底豎管中，或者如果在BOP關(guān)閉之后壓頭泄漏，豎管中的氣體將繼續(xù)上升到表面并且必須安全地分流到船外。
[0048]深水地平線災(zāi)難是這種操作模式以及如果這沒(méi)有安全地設(shè)定路徑到船外的話可發(fā)生的潛在災(zāi)難的終極實(shí)例。BP的出版物“Deepwater Horizon Accident InvestigationReport" (2010年9月8日發(fā)表)指出碳?xì)浠衔镌诖蠹s21:38時(shí)進(jìn)入豎管(98頁(yè))并且第一 BOP壓頭在大約21:41時(shí)關(guān)閉。即，BOP在大約3分鐘后被激活，太晚而不能使碳?xì)浠衔锿Ｖ惯M(jìn)入豎管中。該報(bào)告還顯示第一壓頭沒(méi)有100%密封并且第二壓頭在大約21:46時(shí)激活(表2，103頁(yè))。在大約21:47時(shí)，B0P100%密封。在21:49:20時(shí)發(fā)生的第一次爆炸完全由已進(jìn)入豎管中的氣體引起。該調(diào)查報(bào)告還作出結(jié)論，保持分流器閥和分流器元件兩者關(guān)閉而同時(shí)設(shè)定泥漿和氣體返回到MGS的路徑是爆炸的一個(gè)直接原因。
[0049]本發(fā)明的一個(gè)重要的特征是分流器閥與分流器閥和分流器元件聯(lián)鎖，這樣使得正在使用的(即，在背風(fēng)側(cè)上的)分流器閥I在分流器元件2圍繞鉆柱3關(guān)閉之前打開(kāi)。同時(shí)，泥漿可允許由重力通過(guò)MGS閥4和管線16安全地返回到MGS13。
[0050]通過(guò)聯(lián)鎖分流器閥(B卩，背風(fēng)側(cè)上的分流器閥I在分流器元件2圍繞鉆柱3關(guān)閉之前打開(kāi))，發(fā)明的系統(tǒng)遵循 “ABS ⑶IDE FOR THE CLASSIFICA OF DRILLING SYSTEMS2011(用于鉆探系統(tǒng)的分類的ABS指南2011)”,其在3.7.3節(jié)(Control System for Diverters(用于分流器的控制系統(tǒng)))中陳述:
[0051]“iv)控制系統(tǒng)將具有聯(lián)鎖以便分流器閥在環(huán)狀元件圍繞鉆柱關(guān)閉之前打開(kāi)?！?br> [0052]發(fā)明的系統(tǒng)還遵循“DNV-0S-E101DRILLING PLANT (鉆探設(shè)備)，2009年10月”，其在第5部分第2章(303Control and monitoring (控制和監(jiān)測(cè)),第2條)中陳述:
[0053]“分流器控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)有聯(lián)鎖以確保分流器導(dǎo)管中的通向背風(fēng)側(cè)的閥在分流器圍繞鉆探設(shè)備關(guān)閉之前打開(kāi)?！?br> [0054]當(dāng)BOP在井涌的情況下關(guān)閉時(shí)，正常的井控制響應(yīng)將通過(guò)流動(dòng)管線44和流動(dòng)管線閥5進(jìn)行流檢查。在該初始階段中，分流器元件2通常將打開(kāi)，并且分流器閥I和MGS閥4關(guān)閉。如果流檢查顯示井仍然在增大，則通常立即采取動(dòng)作以關(guān)閉第二壓頭。如果鉆探流體仍然在返回，則將采取針對(duì)“豎管井噴”的準(zhǔn)備措施。
[0055]通過(guò)本發(fā)明，用于為“豎管井噴”做準(zhǔn)備的第一個(gè)步驟是檢查MGS中的液體密封6填滿。設(shè)置用于填充液體密封6的泥漿填充裝置(未示出)。液體密封6裝配有上述的兩個(gè)壓力變送器7、8，位于液體密封6的底部附近，并且間隔一個(gè)豎直距離h3以計(jì)算密封中的流體密度。h3的適合的值是0.5米。液體密封完整性將由控制系統(tǒng)DCS針對(duì)來(lái)自第一壓力變送器9的讀數(shù)來(lái)校正，以獲得當(dāng)氣體排出時(shí)由水平面指示器10提供的液體密封完整性(SP，水平面指示)的正確讀數(shù)。
[0056]作為額外的安全水平面，MGS閥4將在MGS13中的高水平面11上或者液體密封6中的低水平面12上關(guān)閉。
[0057]當(dāng)液體密封6中的確認(rèn)的水平面已建立時(shí)，MGS閥4可打開(kāi)并且分流器外殼14中的水平面可向下排出到低于通向分流器閥I的出口和通向流管線閥5的出口的水平面。通過(guò)觀察到下降到零的流動(dòng)管線44中的流而獲得水平面14已向下排出的確認(rèn)。作為一個(gè)選擇，水平變送器(未示出)可另外安裝在分流器外殼15中。
[0058]從分流器外殼15到MGS13的MGS管線16優(yōu)選地設(shè)定尺寸最大為總脫氣器容量的80%,以便不超過(guò)MGS和下游砂槽18的容量。脫氣器罐19中的脫氣器(未示出)可以是離心或者真空型。大容量MGS管線16在“豎管井噴”的事件中將不會(huì)避免鉆探流體被處理到海上；它將僅以安全的方式減小被處理到海上的量，避免從鉆探流體逸出的氣體被處理到鉆臺(tái)上，而是安全地排出到船外。[0059]用于MGS管線16的尺寸標(biāo)準(zhǔn)典型地將是在最大1000至1500gpm的量級(jí)。MGS管線16優(yōu)選地設(shè)定尺寸用于滿液運(yùn)行的管道，并且驅(qū)動(dòng)力將是分流器外殼15中的水平面14與MGS入口 17的入口高度(圖2和圖3中顯示Sh4)之間的總的可用靜壓力差。為了減小入口壓力損失，對(duì)于第一個(gè)十倍管徑長(zhǎng)度，與用于MGS管線16的管道直徑相比，分流器外殼15的出口和MGS閥4應(yīng)該具有下一個(gè)較大的管道直徑(例如，如果管道直徑是0.25米(DN250)，則在將管道直徑減小到0.2米(DN200)之前該直徑將用在第一個(gè)2.5米中)。同樣地，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行考量以減小管道直徑或者在MGS入口 17處安裝孔口，以便確保MGS管線16滿液運(yùn)行。MGS管線16的總的容量將根據(jù)布局取決于管線尺寸以及總的可用靜壓力差。h4(即，分流器外殼中的水平面14與MGS入口 17的高度之間在高度上的差異)的典型的值在2與5米之間。
[0060]在“豎管井噴”的事件中，MGS管線16的容量將被超出并且超出的豎管流體通過(guò)分流器管線20安全地處理到海中。但是，MGS13的容量將不會(huì)被超出，因?yàn)榈湫偷貫樽钚≈档耐ㄏ蛞后w密封6的出口與用于MGS入口 17的管道直徑相比具有下一個(gè)較大的管道直徑。而且，當(dāng)MGS13中的水平面由于分流器外殼15中的增大的壓力而增加時(shí)，它將不會(huì)填充MGS排氣管線21，因?yàn)榉至髌魍鈿?5中的壓力限制為由流過(guò)分流器管線20和MGS管線16的豎管流體導(dǎo)致的背壓。在從MGS13的液體密封出口 6阻塞(S卩，出口管線45中阻塞)的情況下，MGS13將過(guò)滿而MGS排出管線21將不會(huì)，因?yàn)榉至髌鏖yI是打開(kāi)的。在這種情況下，作為在HH水平面11上的額外的安全水平面MGS閥4將關(guān)閉，并且以防止另外的豎管流體分流到阻塞了的MGS13中。
[0061]液體密封6的高度Ill應(yīng)該設(shè)定尺寸以防止氣體漏氣到處理罐。4=6米(20英尺)的最小液體密封推薦用于在深水中操作的鉆井船或者半潛式鉆井裝置中。如果沒(méi)有來(lái)自于權(quán)威機(jī)構(gòu)(ABS、DNV等)的另外的規(guī)定，則待考慮的最大漏氣情況應(yīng)該基于根據(jù)165mmsCfd(大約200000Sm3/h)的深水地平線事故的峰值氣體流量(參考BP公開(kāi)報(bào)告“De印waterHorizon Accident Investigation Report”(2010 年 9 月 8 日發(fā)表)中 113 頁(yè)上的圖1)。氣體峰值流量將通過(guò)MGS管線16在分流器管線20與MGS排氣管線21之間成比例地排出。分流器管線20和MGS排氣管線21的管線尺寸待設(shè)定以保持MGS13中的背壓低于可接受的水平以防止氣體漏氣到振動(dòng)器24。
[0062]雖然分流器管線20和MGS排氣管線21尺寸設(shè)定成防止氣體漏氣到處理罐中，但是額外的安全水平面安裝在內(nèi)部，以便如果液體密封6的完整性由于一些原因而喪失，則自動(dòng)地在LL水平面12上關(guān)閉MGS閥4。
[0063]為了防止液體密封6通過(guò)虹吸效應(yīng)排空，液體密封頂部待裝配如上所述的真空斷路器21。
[0064]在正常井控制情況下，對(duì)于可能已經(jīng)進(jìn)入海底豎管中的氣體將花費(fèi)時(shí)間以到達(dá)水面，特別是在深水中。返回的鉆探流體起初將是低流速的，并且隨著氣體接近表面，在流速上以指數(shù)方式增加。因此，應(yīng)當(dāng)有時(shí)間以便為如上所述的“豎管井噴”做準(zhǔn)備。但是，在任何時(shí)候，如果豎管中的氣體存在快速膨脹，則分流器元件2必須關(guān)閉(如果還沒(méi)有關(guān)閉)并且流被分流到船外。自動(dòng)分流器聯(lián)鎖系統(tǒng)(“應(yīng)急按鈕”)將確保到通向背風(fēng)側(cè)的分流器閥I在分流器元件2關(guān)閉之前打開(kāi)。該系統(tǒng)將根據(jù)規(guī)則工作，與MGS閥4的位置無(wú)關(guān)。
[0065]b)脫氣器模式[0066]雖然發(fā)明的系統(tǒng)將以安全的方式收集鉆探流體，并且減小在“豎管井噴”的情況下的環(huán)境影響，但是當(dāng)該系統(tǒng)用于在兩階段脫氣過(guò)程中循環(huán)出“鉆探氣體”時(shí)，會(huì)獲得真正的益處。
[0067]當(dāng)鉆探穿過(guò)包含氣體的多孔地層時(shí)，在切割中的特定數(shù)量的氣體將進(jìn)入鉆探流體中。由于鉆探穿過(guò)地層而表現(xiàn)在表面上的氣體稱為“鉆探氣體”。雖然由泥漿柱施加的流體靜壓力比地層壓力大，但是通過(guò)這種機(jī)制表現(xiàn)在表面上的氣體總會(huì)發(fā)生。充分地增加泥漿重量以使這種情況消失是不可行的。
[0068]如果正在鉆探的地層包含大量處于高壓下的鉆探氣體，則隨著該氣體經(jīng)過(guò)豎管向上行進(jìn)時(shí)該氣體將膨脹，并且氣體可以在分流器外殼15中從鉆探流體逸出并且還會(huì)減小豎管中的氣侵泥漿的密度。如果氣侵泥漿中的氣體濃度太高，則鉆探應(yīng)該停止，并且氣侵泥漿應(yīng)該在兩階段分離過(guò)程中通過(guò)MGS閥4并且經(jīng)由MGS13以減小的速度循環(huán)到脫氣器罐19中。以這種方式，在繼續(xù)鉆探之前，在包含海底豎管的環(huán)形套筒43中的全部泥漿量可被脫氣直到達(dá)到可接受的標(biāo)準(zhǔn)。
[0069]如果在分流器外殼15中氣體正在逸出并且泄漏到鉆臺(tái)上，則在分流器15中的水平面14已經(jīng)通過(guò)MGS閥4向下排出、并且分流器閥I已經(jīng)打開(kāi)之后，分流器元件2可以被關(guān)閉。以這種方式，來(lái)自氣侵泥漿的氣體可以安全地排出到船外，遠(yuǎn)離鉆臺(tái)和鉆井裝置。本發(fā)明的重要的實(shí)施方式是氣侵泥漿的這種脫氣可以兩階段分離過(guò)程進(jìn)行，而無(wú)需對(duì)分流器外殼15施加壓力，并且遭受與“ABS⑶IDE FOR THE CLASSIFICATION OF DRILLINGSYSTEM-2011 (用于鉆探系統(tǒng)的分類的ABS指南一2011)”和DNV標(biāo)準(zhǔn)DNV-0S-E101沖突的危險(xiǎn)。
[0070]c )起下鉆氣體模式
[0071]當(dāng)行進(jìn)脫出孔時(shí)，起下鉆氣體通過(guò)抽吸效應(yīng)產(chǎn)生。當(dāng)再次行進(jìn)返回孔中之后“倒置”循環(huán)時(shí)，氣體可以在表面處看到。本發(fā)明可用于通過(guò)打開(kāi)MGS閥4而循環(huán)出起下鉆氣體，并且分流器閥I已經(jīng)打開(kāi)以允許分流器元件2關(guān)閉。但是，如果我們具有大量起下鉆氣體，則隨著該氣體經(jīng)過(guò)豎管向上行進(jìn)而膨脹，氣體可以越過(guò)段塞流，并且如果MGS管線16的容量被超出，則可以結(jié)束填充整個(gè)豎管環(huán)形套筒，將泥漿的段塞推出到海中。用以消除泥漿對(duì)海的可能污染的更好的方法是通過(guò)豎管進(jìn)行“倒置”循環(huán)直到底部接近海床處的BOP并且通過(guò)壓井和阻流管線以正常的方式循環(huán)剩余部分。
[0072]現(xiàn)在已經(jīng)參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該附圖是示意性的并且僅顯示了對(duì)于闡明本發(fā)明所必需的部件。雖然本發(fā)明已經(jīng)參照具體的實(shí)施方式、數(shù)字值以及操作模式進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不應(yīng)該被必然地限制在這種實(shí)施方式、值以及模式中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鉆探設(shè)備的流體分流器系統(tǒng)，包括流體連接到管狀元件(3、42、43)的分流器外殼(15 ;15’)，所述管狀元件延伸到海底油井；所述分流器外殼(15 ;15’)包括用于關(guān)閉所述分流器外殼的能移動(dòng)的分流器元件(2)、連接到泥漿系統(tǒng)并包括第一閥(5)的第一流體導(dǎo)管(44)、從所述分流器外殼中的出口(46 ;46’ )通向位于船外位置處的出口(50)并包括第二閥(I ;48)的至少一個(gè)第二流體導(dǎo)管(20 ;20’)、以及連接到泥漿/氣體分離器(MGS)(13)并包括第三閥(4)的第三流體導(dǎo)管(16)，并且所述MGS (13)布置在所述分流器管線的所述出口(50)的下面，其特征在于，位于所述鉆探設(shè)備的第一側(cè)上的所述第二閥(I ;48)構(gòu)造成在所述分流器元件(2)圍繞所述管狀元件(3)關(guān)閉之前打開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體分流器系統(tǒng)，其中，所述鉆探設(shè)備的所述第一側(cè)是背風(fēng)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的流體分流器系統(tǒng)，其中，從所述第三流體導(dǎo)管(16)進(jìn)入所述MGS的入口(17)布置在所述分流器外殼的所述出口(46 ;46’)下面的豎直距離(h2)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的流體分流器系統(tǒng)，其中，所述MGS(13)通過(guò)液體密封(6 )流體連接到泥漿處理設(shè)備(24、18、19 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體分流器系統(tǒng)，其中，所述MGS(13)進(jìn)一步包括第一壓力變送器(9)，并且所述液體密封(6)包括以豎直距離間隔布置的第二壓力變送器(7)和第三壓力變送器(8)，以及監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)(DCS)，由此能確定所述液體密封密度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的流體系統(tǒng)，其中，所述第三閥(4)與用于所述液體密封(6)的水平面指示器(10)聯(lián)鎖。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的流體系統(tǒng)，其中，所述第二流體導(dǎo)管(20’)向上傾斜，這樣使得所述第二流體導(dǎo)管的出口位于比其入口(46’ )更高的高度處。
【文檔編號(hào)】E21B21/08GK103649452SQ201280032299
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月27日
【發(fā)明者】達(dá)格·瓦維克 申請(qǐng)人:阿克Mh股份有限公司