專(zhuān)利名稱(chēng)：安裝井管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及近海平臺(tái)井管，更確切地說(shuō)，涉及在井管的安裝中采用浮塞的方法。
在近海環(huán)境中，在平臺(tái)固定就位后，隨即安裝井管以便支承隨后穿插其中的井筒或其他鉆井裝置，井管一般為直徑約是20英寸以上的大型管子，在安裝這些井管時(shí)，通常采用下述幾種方法第一種方法(這種方法在工業(yè)中隨著現(xiàn)代在設(shè)備方面的改進(jìn)已不再受歡迎)在于在井管的外表面上焊上支板或帶孔墊板。這些支板支承在框架構(gòu)件上(這些構(gòu)件可以是永久性的，也可以是臨時(shí)性的)，用以支承懸在平臺(tái)頂部下面的整個(gè)管柱直至管柱自身支撐為止。因此，同時(shí)操作的管柱的數(shù)量受到這些框架件的強(qiáng)度和平臺(tái)承受這種負(fù)荷總的能力的限制。
在安裝過(guò)程中，在需要另裝一些管段時(shí)，吊車(chē)從一供管船上先吊起一個(gè)管段，將其豎立插裝就位。然后，在將此管段添裝并固定在管柱上后，吊車(chē)吊起此整個(gè)管柱以便卸去下支板，再使管柱下降一個(gè)相當(dāng)于此管段的長(zhǎng)度，固定在此管段上端的支板于是支承在框架構(gòu)件上，整個(gè)這一過(guò)程就再重新開(kāi)始?？梢韵胂蟮贸?，這種方法過(guò)于緩慢費(fèi)時(shí)，并很費(fèi)人力、吊車(chē)能力和時(shí)間，因?yàn)橥坏踯?chē)需豎立此管段并吊起此整個(gè)管柱，不能分一部分操作給一個(gè)較小的吊車(chē)來(lái)完成。此外，制造支板和卸去支板所需費(fèi)用往往也是相當(dāng)可觀的。
這種方法需采用專(zhuān)門(mén)的內(nèi)夾頭和外夾頭，以?shī)A起和支起井管而不用支板。此內(nèi)夾頭一般固定在吊車(chē)上而外夾頭一般固定在平臺(tái)上。這樣，吊車(chē)用內(nèi)夾頭提升管段而置于管柱上以便隨即進(jìn)行焊接。外夾頭此時(shí)支承管柱，到需使此管段從中下滑時(shí)為止(此時(shí)吊車(chē)支承整個(gè)管柱)。這一方法操作較快，因?yàn)椴槐卦訇懤m(xù)地裝卸支板，但仍需在平臺(tái)上增設(shè)框架構(gòu)件以便支承管柱直到其自身支撐為止，仍需很大的吊車(chē)以豎立井管并使整個(gè)管柱下降。
為縮短所需吊車(chē)操作時(shí)間，曾采用一種具有兩個(gè)外夾頭的裝置，其中一個(gè)可通過(guò)一組起重器相對(duì)于另外一個(gè)移動(dòng)。采用這種裝置，大吊車(chē)和內(nèi)夾頭或幾個(gè)支板和吊環(huán)仍可用以吊起管段并使之對(duì)準(zhǔn)管柱以便焊接如前所述，但，隨即通過(guò)起重器使一個(gè)外夾頭(此夾頭處于高位)向另一處夾頭下降，此較低的外夾頭此時(shí)松開(kāi)使管柱從中下滑。這樣，只是一或兩個(gè)外夾頭，而非吊車(chē)，始終支承著整個(gè)管柱。這種方法可不必使用大的吊車(chē)噸位，但這是一種很緩慢的操作方法，因?yàn)槠鹬仄鞯墓ぷ魇志徛谐毯芏?。此外，框架?gòu)件仍必不可少，平臺(tái)短時(shí)仍需承擔(dān)很大的安裝負(fù)荷。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在近海環(huán)境中安裝井管的方法，這種方法可降低對(duì)高噸位吊車(chē)的需求。本發(fā)明的另一目的是提供一種基本上免用額外的框架構(gòu)件的方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種降低平臺(tái)安裝或施工負(fù)荷從而可以構(gòu)筑更為有效輕巧的結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種比現(xiàn)有安裝井管的方法更為迅速更為簡(jiǎn)便的方法。通過(guò)進(jìn)一步的理解還可了解到本發(fā)明的其他一些目的。
本發(fā)明涉及一種近海環(huán)境中安裝井管的方法，此方法包括堵塞一井管一端的步驟，使其在沉入水中時(shí)具有所需浮力。然后，將另一些管段添裝在這第一個(gè)井管上，再沉入水中。還可取得管柱所需的額外的浮力或注水增重，從而可控制下沉速度而限制加在平臺(tái)上的負(fù)荷。在取得自身支撐后，即可撤去管柱中的塞具或保留到鉆井工作完畢再鉆通以備插裝井筒或其他鉆井裝置。


圖1為在海域環(huán)境中安裝井管常用方法的正視圖。
圖2為圖1所示方法的平面圖。;圖3為本發(fā)明在海域環(huán)境中安裝井管所用方法的正視圖。
圖4為本發(fā)明井管安裝方法的平面圖。
圖5為本發(fā)明所用典型性井管塞具的部分剖示圖。
圖1和2示出了在海域環(huán)境中安裝井管的常用方法。在此方法中，起重船或供管船10沿平臺(tái)12錨定或用其他方法使其定位以備安裝井管。由于管段具有相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度(通常從50英尺到200英尺以上)，通過(guò)起重船10上的吊車(chē)14將井管16提升并插進(jìn)平臺(tái)12上的導(dǎo)向裝置中。一般船上吊車(chē)14通過(guò)一內(nèi)夾頭18將井管16吊離起重船10并按要求進(jìn)行安裝。在將井管16裝妥并固定于管柱20頂端后，船上吊車(chē)14即使管柱20下降直至需添裝另一井管16。按另一種方法，可采用一組裝在起重器上的外夾頭22支承管柱20而不用吊車(chē)14。但吊車(chē)14仍需提升和插裝井管16如圖所示，并還可能用以平衡和穩(wěn)定井管16。這就不得不占用吊車(chē)14，在這種情況下，吊車(chē)遠(yuǎn)未充分利用。
無(wú)論如何，由于每根井管16的重量很大(一般按不同長(zhǎng)度達(dá)5-30噸)，不多的管段就會(huì)使平臺(tái)12承受相當(dāng)可觀的負(fù)荷，特別是還需考慮到這類(lèi)平臺(tái)有時(shí)離海底約達(dá)1000英尺左右。因此，必須在平臺(tái)12上設(shè)置額外的框架構(gòu)件24來(lái)支承這種負(fù)荷，并將這種負(fù)荷傳遞到平臺(tái)12的支柱上。這種額外的施工或安裝負(fù)荷在管柱20能自身支撐前一直是存在的。管柱20的重量一般決定著用以使管柱20降下的吊車(chē)的噸位或復(fù)雜的起重裝置的能力。
此外，通常在一個(gè)平臺(tái)(見(jiàn)圖2)上都要安裝上30個(gè)上下的管柱20，但，每次只能安裝1或幾個(gè)管柱。因此，很有必要發(fā)展一種快速可靠的安裝這些管柱20的方法以節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。顯然，可同時(shí)安裝的成批井管16的數(shù)量以及安裝一個(gè)管柱所需時(shí)間取決于安裝的速度要求。
圖3、4和5示出了本發(fā)明在海域環(huán)境中安裝井管16的方法和裝置。不難看出，這里另外采用了一個(gè)吊車(chē)26用以為船上吊車(chē)14解脫使其不能充分發(fā)揮作用的一部分操作任務(wù)。這個(gè)外加的吊車(chē)26可以安裝在平臺(tái)上，也可以采用裝在起重船10上的另一吊車(chē)。無(wú)論如何，采用本發(fā)明的方法，管柱的重量大大減輕，因而可采用較小的吊車(chē)26以使管柱20下降到海底。所以，在安裝井管時(shí)，由于采用了吊車(chē)26或其他合適的吊車(chē)，幾乎沒(méi)有增加或增加很少的費(fèi)用，即使增加了一些費(fèi)用，也由于省去了較大的船上吊車(chē)14而迅即得到補(bǔ)償。
此外，井管塞具28(圖5)可在管柱20的一個(gè)或多個(gè)井管16中使用。塞具28封閉井管16的一個(gè)端部，使其具有水密性，如果其強(qiáng)度和直徑對(duì)壁厚的比值適宜，井管16沉入水中時(shí)，實(shí)際上即可取得浮力而不致破裂。設(shè)置塞具28具有相當(dāng)重要的性質(zhì)，可有效地消除管柱20過(guò)重的問(wèn)題，從而減少作用在平臺(tái)12上的負(fù)荷。為將管柱20沉入水中而需進(jìn)一步增重時(shí)，可將水注入管柱20內(nèi)，從而使之下沉而不致浮起。這樣，調(diào)整管柱20內(nèi)的水面就可取得所需浮力。
管柱20取得的浮力直接省去了在安裝中用以支承管柱20的外加的或加強(qiáng)的框架構(gòu)件24。此外，由于平臺(tái)12的施工負(fù)荷明顯降低，對(duì)平臺(tái)12就不需考慮這些過(guò)大的作用力，也就可采用較輕的結(jié)構(gòu)。另外，還可采用較小的支板，因其受力也明顯減小。外夾頭22也可采用輕型的，因其所受負(fù)荷也較通常為小。
圖5示出了一種典型的塞具28，在Carr et al發(fā)表的美國(guó)4804018號(hào)專(zhuān)利中有較詳細(xì)的說(shuō)明，其他設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的塞具也可采用，如Davis-Lynch公司制造的改型塞具。此外，砂漿、水泥聚合物材料、橡膠基材料或充氣軟胎都可采用，因?yàn)殂@井后井管16內(nèi)部的固定的障礙物必須清除對(duì)塞具28的唯一要求是在其作自身支撐前具有水密性，并可在管柱20安妥后鉆通或可在裝進(jìn)井筒前除去。塞具28可沿管柱20裝在不同部位以便控制管柱20的注水狀況。
如前所述，一密封的鋼制管件在其外徑與壁厚的比值約為30∶1時(shí)可取得平衡作用或浮力。這一參數(shù)通常稱(chēng)作徑厚比。密封管件的徑厚比大于30∶1上下時(shí)會(huì)浮起，而小于30∶1時(shí)會(huì)沉入水中。平衡點(diǎn)比值的實(shí)際分子數(shù)隨管件浸入其中的流體價(jià)質(zhì)的比重而異。但，不論徑厚比為何，封閉管柱20以免進(jìn)水由于其排水作用會(huì)加大管柱20的浮力，因而減小其重量，從而減小相應(yīng)吊車(chē)26的負(fù)荷。
因此，在管柱20內(nèi)的底部或預(yù)定部位設(shè)置塞具28或一種臨時(shí)性的密封件，管柱20的有效重量會(huì)明顯減小。這就有利于減小平臺(tái)12的負(fù)荷。同樣，在增設(shè)一或多個(gè)吊車(chē)的情況下，船上吊車(chē)14就僅僅用以提升和插裝添加的井管16以使其就位(這里吊車(chē)的高度是必要的)而較小的一或多個(gè)吊車(chē)26則可用以平衡、穩(wěn)定插裝的井管16。這樣，安裝操作就可加快，安裝30左右的管柱20所需時(shí)間就會(huì)大幅度減少。
減小管柱20的負(fù)重的另一好處是較多的井管可處于懸置狀態(tài)(指預(yù)裝好的管段)，從而更加速了安裝的過(guò)程。
本發(fā)明的方法是在較典型的做法中，將塞具28安置于最下面的一個(gè)井管16中還是安置在其他部位，這取決于所需浮力的大小。另一種方法是在安置塞具28之前沉下井管16，但這要求增加一道使下沉井管16在安置塞具28后減重的工序。不論采用何種安置塞具28的方法，都可采用適于操作較小負(fù)荷的較小吊車(chē)26使管柱20在其自重作用下下降，也可采用一組起重器支承的外夾頭使其下降(圖3中未示出)。如果管柱20的浮力過(guò)大，就可注水以使管柱20重新在其自重作用下下降。這樣，船上吊車(chē)14僅用以提升和插裝管段16以使其就位。由于船上吊車(chē)14的高度很大，可使兩或多個(gè)管段在供管般10上在起吊前事先組裝在一起。這可使已經(jīng)減少的單個(gè)管柱20所需安裝時(shí)間又減少了一半。
也還可以同時(shí)安裝兩個(gè)或多個(gè)管柱20。在這種情況下，在船上吊車(chē)14提升和插裝一管柱20時(shí)，平臺(tái)吊車(chē)26就可降下另一管柱20。這樣，在完成插裝操作時(shí)，下降操作基本也已完成，船上吊車(chē)14就可豎立一管段16用于剛下降的管柱而平臺(tái)吊車(chē)26可降下剛插裝的管柱20。同時(shí)安裝三或多個(gè)管柱20也是可行的，這與以上所述操作情況是相仿的。
在管柱20本身插定或使其插定而能自身支撐后，吊車(chē)16和26就可騰出而著手安裝其他的管柱20。也還可以卸去或鉆去塞具28，這也不會(huì)使平臺(tái)12承受任何明顯的額外負(fù)荷。
在只需小型管段16的情況下，就可用較小的平臺(tái)吊車(chē)26以安裝井管而不再需要更大的船上吊車(chē)14。但在僅使用較小平臺(tái)吊車(chē)26的情況下，安裝各種管柱20所需時(shí)間就會(huì)增加，但這種安裝方法的費(fèi)用會(huì)大大減少，因?yàn)檫@里免去了船上吊車(chē)14的費(fèi)用。
在安裝好管柱20并鉆去或卸去塞具28之后，就可將井筒插進(jìn)管柱以備日后海底的開(kāi)發(fā)工作。
采用堵塞井管16的底部并將管柱20鉆進(jìn)到海底以下所需深度(如若鉆井不成即予廢業(yè))的好處是可將鉆探工具直接裝到管柱20內(nèi)以確定其走向和斜度，不必事先鉆出或噴射排出通常在不堵塞井管底部時(shí)留在井管16內(nèi)的土壤，這本身就減少了一般情況下完成工作平臺(tái)或生產(chǎn)平臺(tái)所需的時(shí)間和費(fèi)用。
權(quán)利要求
1.一種在一海域環(huán)境中安裝井管的方法，此方法的步驟是(a)用一水密性塞具封住一井管，(b)將所述井管從一高架平臺(tái)上沉入水中，(c)按要求將另一些管段添裝在所述井管上以形成一管柱，(d)調(diào)整所述管柱的浮力以控制所述管柱沉降海底的操作，(e)在所述管柱達(dá)到所需鉆進(jìn)深度后鉆通所述塞具。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述井管的直徑對(duì)壁厚的比值應(yīng)使所述井管取得所需浮力。
3.權(quán)利要求2所述方法，其中所述比值約為30∶1，此比值隨所需浮力和強(qiáng)度有所變動(dòng)。
4.權(quán)利要求2所述方法，此方法包括以下步驟，即選擇沿所述管柱設(shè)置所述塞具的位置，從而取得所需浮力。
5.權(quán)利要求4所述方法，其中用平臺(tái)吊車(chē)使所述井管和所述管柱在其自重作用下下降。
6.權(quán)利要求4所述方法，其中所述調(diào)整步驟包括按要求在所述管柱中設(shè)置另一些塞具或適量地注水到所述管柱中。
7.權(quán)利要求6所述方法，此方法還包括以下步驟，即每次將所述另一管段從一供管船用一單獨(dú)的船上吊車(chē)豎起，并用所述船上吊車(chē)將所述另一管段穿過(guò)所述平臺(tái)。
8.權(quán)利要求7所述方法，此方法還包括以下步驟，即同時(shí)安裝兩或多個(gè)這種管柱。
9.權(quán)利要求8所述方法，此方法還包括以下步驟，即在豎立所述管段之前連接兩或多個(gè)所述管段。
10.在一海域環(huán)境中安裝一井管的方法，此方法包括以下步驟(a)將一塞具裝在一井管內(nèi)使之具有水密性，所述井管具有一規(guī)定的直徑對(duì)壁厚的比值，此比值取決于所述井管所需浮力和強(qiáng)度，(b)豎立所述井管并使所述井管穿過(guò)一高架平臺(tái)，(c)使所述井管在其自重作用下從所述平臺(tái)下降，(d)在所述井管上添裝另一些管段從而構(gòu)成一管柱，陸續(xù)地使所述管柱在其自重作用下從所述平臺(tái)下降，(e)按要求調(diào)整所述管柱的浮力直至其自身支撐為止。(f)將所述塞具從所述管柱中鉆出。
11.權(quán)利要求10所述方法，其中用船上吊車(chē)豎立并插裝所述井管，還用一單獨(dú)的吊車(chē)降下所述管柱。
12.權(quán)利要求11所述方法，其中所述調(diào)整步驟包括按要求在所述管柱中設(shè)置另一些塞具或適量注水到所述管柱中。
13.權(quán)利要求12所述方法，其中同時(shí)安裝兩或多個(gè)這種管柱。
14.權(quán)利要求13所述方法，其中在豎立前將兩或多個(gè)所述管段連接在一起。
15.權(quán)利要求14所述方法，其中所述比值隨所需浮力和強(qiáng)度有所變動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安裝井管的方法，此方法使平臺(tái)負(fù)荷明顯下降，因而不需另外添設(shè)框架構(gòu)件。在這種方法中，在井管的一個(gè)端部區(qū)段內(nèi)將其堵塞，使井管在直徑對(duì)壁厚的比值約為30∶1的情況下取得平衡性浮力。適當(dāng)調(diào)整井管浮力，如注水或增加浮力，就可加裝另一些管段而不致對(duì)平臺(tái)引起過(guò)大的負(fù)荷。這樣，就可用較小的吊車(chē)使管柱下降而不需大得多的船上吊車(chē)，此船上吊車(chē)就可更有效地僅用以豎立和插裝長(zhǎng)管并使其穿過(guò)平臺(tái)。
文檔編號(hào)E21B17/01GK1064337SQ91109630
公開(kāi)日1992年9月9日 申請(qǐng)日期1991年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月22日
發(fā)明者丹尼爾·馬喬·胡瑟 申請(qǐng)人:麥克德莫特國(guó)際公司