海底油井干预系统和方法 相关申请的交叉引用
根据 35U.S.C.§120， 本申请要求申请人的、 2009 年 7 月 29 日提交的美国专利申 请 No.12/511,471 的国内优先权权益， 该专利申请要求 2008 年 7 月 31 日提交的美国临时 专利申请 No.61/085,043 的优先权， 上述两个专利申请的全部内容在此通过引用的方式并 入。
技术领域
本公开总体上涉及油井控制和干预方法及系统。更特别地， 本公开涉及如下的油 井控制和干预方法及系统 ： 该油井控制和干预方法及系统用于进行完井、 流量测试、 油井增 产、 修井、 油井诊断工作、 挤入操作、 堵塞油井和 / 或放弃油井， 海底采油树或井口安装在所 述油井处。在一实施例中， 例如， 这些系统和方法使用试井钢丝、 e 管线、 连续油管或接管来 展开部署。 背景技术对于利用水平式海底采油树完成的油井， 当前用于油井控制和干预的实践是使用 海底测试采油树 (SSTT) 系统。对于垂直式海底采油树， 通常使用完井修井立管 (CWOR) 系 统。SSTT 和 CWOR 系统在机械上复杂， 且不易获得。对于 SSTT， 每次油井干预的租用成本大 约为 500 万到 1000 万美元， 而通常不租用的 CWOR 的购买成本为 5500 万到 7500 万美元。
美国专利 No.6,053,252 公开了一种干预设备， 据说该干预设备基本上复制了防 喷器 (BOP) 组的压力控制功能。该干预总成由五个主要部件组成 ： 下方第一井口连接器， 其连接到采油树紧轴的外部 ； 圆柱形壳体， 其由下壳体和上壳体形成， 并且该上壳体和下壳 体限定了与该采油树紧轴的内径基本相同的内径 ； 上方第二采油树连接器 ； 海底测试采油 树， 其具有位于所述壳体的上部并且还位于上方连接器内的两个球阀 ； 以及专有采油树帽 干预工具， 其布置在所述壳体的下部和第一连接器的顶部。壳体部件通过诸如 Cameron 夹 钳的圆形连接器夹钳联接到一起， 而顶部连接器联接到形成油管立管底端的应力接头 ； 该 应力接头还接收连续油管。
如 US 专利 No.6,053,252 中说明的， 在对系统的压力完善性进行测试之后， 将测试 采油树阀打开， 钢丝绳工具运转以将塞子从采油树帽中拉出， 并进行第二次运转以将塞子 从油管悬挂器中拉出。 如果需要， 钢丝绳能延展以例如插入阀中， 从而促进流动或提供测井 功能。通过环空与水面的连通是通过使油管环空桥在钢丝绳上延展而实现的复杂程序。这 允许水平式采油树内的环空端口在与主孔分离的同时连接到干预总成内的环空孔隙， 从而 允许经由采油树帽运转工具中的转换器具、 环空端口和连续油管立管到水面的环空控制， 以用于诸如泵送或增产操作等的各种功能。 该油管环空桥通常是圆柱形的并且具有不同长 度的第一和第二同心元件。内侧的较长元件和外侧的长度较短的元件限定了一环形空腔， 该环形空腔在桥的顶端处是敞口的， 以与布置在油管悬挂器运转 / 采油树帽干预工具的底 部中的孔口对准。此孔口可由套筒封闭， 该套筒可由液压驱动， 以在环形空腔内纵向移动，
以便覆盖或露出该孔口。
如果开发出如下这种油井干预系统和方法， 则是有利的 ： 该油井干预系统和方法 达到或超过现有技术的系统和方法， 而且操作不复杂， 制造和租用成本没有现存的现有技 术系统和方法昂贵。本公开的系统和方法致力于这些需求。 发明内容
根据本发明公开， 已开发了油井干预系统和方法， 该油井干预系统和方法减少或 克服了先前已知系统和方法的很多局限性或缺点。在本发明的特定实施例中， 这些系统和 方法也可以是无立管的。
本公开的第一方面是一种海上立管油井干预回接系统， 包括 ：
a) 下部立管总成 (LRP)， 该下部立管总成 (LRP) 包括采油树连接器、 连接器和密封 插头 (stab) 转接器 (CSSA)、 以及下部立管总成本体 (LRP 本体 )， 该采油树连接器包括上凸 缘， 该上凸缘具有用于与该 CSSA 的下端匹配的垫圈形轮廓， 该 CSSA 包括至少一个密封插头 组件， 该至少一个密封插头组件位于所述 CSSA 的下端， 用于与海底采油树流体连接， 该 LRP 本体包括一个或多个 LRP 密封元件以及具有至少一个环空隔离阀的整体式环空， 该一个或 多个 LRP 密封元件在受到指令时密封并且 / 或能够在受到指令时密封 ( 即， 具有在受到指 令时密封的能力 )， 例如， 在受到由操作者启动的控制信号时密封。在特定实施例中， 该 LRP 密封元件可包括但不限于 ： 剪切闸板 ( 由配备有设计用于切割的硬质工具钢刀片的剪切 / 切割元件构成 )、 密封闸板 ( 由液压和 / 或气动操作的密封闸板构成 )、 剪切闸板和密封闸 板 ( 独立剪切或密封的分离式闸板 ) 或剪切密封闸板 ( 既剪切又密封的闸板 )， 并且还可选 地包括闸阀、 球阀、 或另一类型的阀、 或另一剪切闸板和密封闸板、 或剪切密封闸板或其组 合， 所述 LRP 本体包括与紧急断开总成 (EDP) 连接器相符的上部毂形轮廓以及与所述 CSSA 流体匹配或连接的下部凸缘轮廓 ； b) 紧急断开总成 (EDP)， 该紧急断开总成 (EDP) 以可拆装方式连接到所述 LRP， 该 EDP 包括本体 (EDP 本体 )、 一个或多个 EDP 密封元件 ( 在特定实施例中， 它可以是切割并从 上方保持流体的倒置全封闭剪切闸板 ) 以及至少一个环空隔离阀， 所述 EDP 本体的下端上 具有快速断开连接器， 该 EDP 本体具有内部回接轮廓 ；
c) 内部回接工具 (ITBT)， 该内部回接工具 (ITBT) 经由内部回接轮廓以可拆装方 式连接到所述 EDP 本体 ； 以及
d) 抗折柔性软管， 该抗折柔性软管将所述 LRP 与海底采油树流体连接。
在一实施例中， 在条件合适的情况下， 例如当存在危险的钻探、 完井、 油井诊断工 作、 修井操作， 或存在危险的油井或操作条件， 或者当钻机的动态定位系统存在故障 ( 如果 有的话 )， 或存在可能就要到来的允许离开该区域的天气状况 ( 例如逼近的风暴或飓风 ) 时， 操作者可以启动该 EDP 的断开特征。
此外， 在一实施例中， 进行剪切和密封的是同一闸板。在另一实施例中， 进行剪切 的闸板与进行密封的闸板不同。另外， 在一实施例中， 闸板是成套的， 即彼此相对的成对闸 板。此外， 在一实施例中， 剪切闸板和密封闸板和 / 或剪切密封闸板由液压操作， 但例如也 可以具有例如由 ROV 操作的机械式超驰装置。
在特定实施例中， 该系统包括 ： 现有的海上立管 ； 现有的立管紧轴， 该立管紧轴将
所述海上立管连接到现有的柔性接头 ； 柔性接头， 该柔性接头连接到所述 EDP 的本体 ； 以及 承压管， 该承压管通过这些部件插入并使用内部回接工具匹配地连接到所述 EDP 的内部回 接轮廓。该 ITBT 和承压管的组合提供了从海底到水面的承压系统。该 ITBT 通过重量坐封 装置、 旋转或压力辅助装置或通过 ROV 干预而锁定和密封到 EDP 本体中。在特定实施例中， 该系统还包括将现有的海上立管转接器与所述 EDP 上的环空隔离阀连接的软管。在特定实 施例中， 一个软管将海上立管的压井或节流管线连接到整体式环空隔离阀 ( 图 3 中的 52A)。 与凸缘垫圈形轮廓和整体式环空 ( 图 3 中的 86) 相结合， 此软管提供了采油孔防漏部和环 空路径， 用于经由所述 EDP 本体进行循环。将该 LRP 本体连接到海底采油树的抗折软管使 用节流或压井管线来提供经由该采油树的循环路径。在另一实施例中， 如果采油树 CSSA 包 括能与海底采油树内的另一适当轮廓相接的另一密封插头组件， 则可省略该抗折软管。本 公开的其它系统可包括所述 EDP 中的一个或多个闸板 ( 例如， 倒置全封闭剪切闸板 )。
本公开的系统可利用现有 BOP 组的现有部件， 例如柔性接头、 立管转接器紧轴以 及包括 BOP 液压泵送单元 (HPU) 的柔性软管。而且， 该海底采油树的现有的安装修井控制 系统 (IWOCS) 脐带缆和 HPU 可与海底控制系统相结合使用， 该海底控制系统包括脐带缆终 端组件 (UTA)、 ROV 面板、 蓄能器和电磁阀、 声学备份子系统、 海底紧急断开组件 (SEDA)、 液 压引线 / 电引线等， 或者包括为该系统提供的这些部件中的一个或多个。
本发明的另一方面是一种油井干预方法， 该方法包括 ：
a) 将 EDP/LRP 组在海底布置在经由 ROV 连接到油井的海底采油树上， 该 EDP/LRP 组位于海上立管的末端 ；
b) 通过该海上立管来布置附接有 ITBT 的承压管 ；
c) 将该承压管连接到表面流采油树 ；
d) 将所述 ITBT 置于 EDP 本体中， 并将该 ITBT 锁定到 EDP 本体 ； 以及
e) 使用所述 EDP/LRP、 ITBT 和承压管对油井执行干预操作。
这些油井干预操作可经由试井钢丝、 e 管线、 连续油管或接管来进行 ( 如果水面布 置结构包括液压修井单元 )。本发明公开的方法可用于如下干预， 例如但不限于 ： 完井、 油 井清洗、 流量测试、 修井、 油井增产、 油井诊断工作、 挤入操作、 压井或关井、 以及用于堵塞油 井和 / 或放弃油井。
某些系统实施例可包括 EDP/LRP 组与海底防喷管部及转接器的组合， 以使用来自 多支撑钻机 (MSR) 的试井钢丝或 e 管线来实现无立管油井干预的方法。
某些其它的系统实施例可包括 EDP/LRP 组与开放水域完井修井立管系统的组合， 该开放水域完井修井立管系统包括锥形应力接头、 立管接头、 水面张紧接头、 水面终端接头 和水面采油树。这些系统能从近海移动式钻井装置 (MODU) 或修井船 (WOV) 上布置， 以允许 使用试井钢丝、 e 管线、 连续油管或接管进行的油井干预方法。这些方法可用于如下干预， 例如但不限于 ： 油井清洗、 流量测试、 油井增产、 油井诊断工作、 挤入操作、 压井或关井、 堵塞 油井和 / 或放弃油井。
此处描述的系统和方法可提供其它益处， 并且用于油井干预的方法不限于所指出 的方法， 也可采用其它方法。
在查阅附图说明、 具体实施方式和后附的权利要求之后， 本公开的系统和方法的 这些及其它特征将变得更显而易见。附图说明 在下文的描述和附图中对能实现本公开的目的和其它预期特征的方式进行说明， 在附图中 ：
图 1A 是本公开内的一个系统实施例的示意性侧视图， 而图 1B 示出了在实施与本 公开内的系统相结合的方法中有用的、 某些现有技术的水面系统部件的一些细节 ；
图 2A 部分地以截面形式示意性示出了现有技术的 BOP 系统的侧视图， 而图 2B 示 意性示出了根据本公开的系统实施例的侧视图 ；
图 3 部分地以截面形式示意性示出了根据本公开的一个系统实施例的更详细的 侧视图 ；
图 4 示出了使用图 3 的实施例的方法的逻辑图 ；
图 5A、 图 5B 和图 6 是本发明内的三个其它系统实施例的示意图 ； 并且
图 7 示 意 性 示 出 了 在 本 公 开 的 系 统 和 方 法 中 有 用 的、 现有的声学停机装置 (acoustic deadman) 总成。
然而， 应当注意， 附图不是按比例绘制的， 并且仅示出了本公开的典型实施例， 因 此不应认为限制本公开的范围， 对于本发明而言， 应承认其它等效实施例。 在所有几幅附图 中， 使用相同的附图标记来表示相同或相似的元件。
具体实施方式 定义
此处使用的以下术语可定义如下 ：
管——如此处使用的， 术语 “管” 包括管子、 管、 导管、 管线、 流动管线等的管道或系 统， 其用于容纳任何液体和 / 或气体以及任何附带的颗粒物或固体或者将其从一个位置传 输到另一位置。
挤入操作——如此处使用的， 术语 “挤入” 或 “挤入操作” 被定义为意指并包括 ： 将 流体强制泵送到地层中的动作， 并且在油井控制事件期间， 此地层流体已进入井眼中。 如果 正常的循环没能出现， 例如在钻孔塌陷之后， 则可执行挤入。 另外， 挤入是有风险的 ； 主要风 险在于 ： 钻井队对流体流向何处失去控制， 并且可能导致开孔， 其具有使海床流体化和不稳 定的效果。
紧急停机 (ESD) 控制器——如此处使用和定义的， ESD 控制器由便于或能够启动 紧急停机的控制器构成。
紧急快速断开 (EQD) 控制器——如此处使用和定义的， EQD 控制器由便于或能够 启动所涉及部件的紧急快速断开的控制器构成。
紧急断开总成 (EDP)——如此处使用的， 术语 “紧急断开总成 (EDP)” 提供了一种 在紧急情况下或例如当钻机由于恶劣天气而被迫偏离位置时， 将承压立管与 LRP 断开， 使 LRP 和采油树在海床中保持封闭的方式。
“紧急断开总成 (EDP)/ 下部立管总成 (LRP) 组” 或 “EDP/LRP 组”——如此处使用 的， 短语 “紧急断开总成 (EDP)/ 下部立管总成 (LRP) 组” 或 “EDP/LRP 组” 意指并包括紧急 断开总成 (EDP) 与下部立管总成 (LRP) 组的组合。
内部回接工具 (ITBT)——如此处使用和定义的， 内部回接工具是一种包括远端区 域的工具， 该远端区域将承压管匹配连接到 EDP 本体的内部回接轮廓。
凸缘——如此处使用和定义的， 术语 “凸缘” 指外部或内部的肋条或边缘。
内部回接轮廓——如此处使用和定义的， 术语 “内部回接轮廓” 指由 EDP 本体限定 的内部区域的形状， 该内部回接轮廓匹配连接到内部回接工具的对应远端区域。
倒置全封闭密封闸板 ( 或倒置密封全封闭闸板 ) 指一种全封闭密封闸板， 其安装 为使得它能够例如在油井干预操作期间封闭或密封与油井的连接 ( 本质上， 并不封闭油 井 )。
倒置全封闭剪切闸板 ( 在本领域中有时也称为全封闭剪切闸板、 剪切全封闭闸板 或 SBR)——如此处使用和定义的， 术语 “倒置全封闭 “剪切闸板” 或 “剪割闸板” ” 指一种装 配有硬质工具钢刀片的剪切或切割元件， 其设计为当阀或 BOP 关闭时切割 / 剪切管子 ( 和 / 或其它物件 ) ； 剪切闸板通常用作恢复自流油井的压力控制的最后手段 ； 全封闭剪切闸板 没有用于管子的空间， 而是被堵住以便能够封闭不包含钻管的油井 ； 能使用倒置全封闭剪 切闸板来保持处于该倒置全封闭剪切闸板之上的流体或压力。
整体式环空——如此处使用和定义的， 当涉及环空时， 术语 “整体式” 指视情况被 铸造或加工成 EDP 或 LRP 本体的环空， 而术语 “环空” 指两个基本同心物体之间 ( 或者， EDP 本体或 LRP 本体的两个基本同心区域之间 )、 例如井眼与套管之间或者套管与流体能够流 动的管道之间的空间。 整体式环空阀——如此处使用的， 短语 “整体式环空阀” 指一种具有整体式环空的 阀， 其消除了用于使用和取下环塞的昂贵钢丝绳操作。
紧轴——如此处使用和定义的， 术语 “紧轴” 指一种夹住或夹紧其它工具部件的工 具部件。
多支撑钻机 (MSR)—— 如此处使用的， 术语 “多支撑钻机 (MSR)” 包括钻井船、 浮 船、 平台、 深水浮筒、 半潜式钻井船、 浮动系统或其它浮动的或为本领域技术人员所知的结 构， 这些结构对于油井的钻探、 完井、 油井诊断工作、 修井、 挤入、 维护、 堵塞、 放弃或关闭是 有用的。
承压管——如此处使用和定义的， 术语 “承压管” 指按照操作者的期望， 管向 EDP/ LRP 组或从 EDP/LRP 组传送加压流体的能力。 在一个示例中， 承压管的内部压力例如可高达 15Ksi(103MPa)， 并且也可具有更高或更低的压力额定值。
轮廓——如此处使用和定义的， 术语 “轮廓” 指物体的最外面的形状、 概观或边缘。
快速断开连接器——如此处使用的， 术语 “快速断开连接器” 由一种便于或能够启 动所涉及或当前所连接组件或部件的快速断开的连接器。
剪切密封闸板——如此处使用的， 术语 “剪割密封闸板” 或 “剪切密封闸板” 指这样 一种闸板， 该闸板能够剪切或切割管子 ( 或其它物件 )， 然后在一次关闭中或在一个步骤中 密封。可使用一个或多个剪切密封闸板。
在以下描述中， 对许多细节进行阐述， 以提供所公开的方法和设备的理解。然而， 对于本领域技术人员来说， 应当理解， 这些方法和设备可在没有这些细节的情况下实施， 并 且， 根据所述实施例的许多变形或修改是可能的。
明显地， 此处使用的、 尤其是所附权利要求中的所有短语、 引申语、 搭配和多词表
达不限于名词和动词。显而易见的是， 不仅仅通过名词和动词或单个词语来表达含义。语 言使用各种方式来表达内容。 发明构思的存在和表达这些发明概念所用的方式随语言文化 而变化。例如， 德语中的很多词汇化复合词经常表达为形容词 - 名词组合、 名词 - 介词 - 名 词组合或浪漫语言中的引申语。 对于高质量的专利来说， 在权利要求中可以包括短语、 引申 语和搭配是很关键的， 从而能够减少专利构思内容的表达， 并且， 与此内容相符的词语的所 有可能概念组合 ( 在一种语言内或跨语言 ) 都预期包括在所用的短语中。
如上所述， 已开发了海上立管油井干预回接系统和方法， 该系统和方法减少或克 服了先前已知系统和方法的局限性或缺点。
现在， 将参照图 1-6 对本公开的系统和方法的主要特征进行描述， 之后， 将对某些 操作细节进行说明。在各图中始终使用相同的附图标记来表示相同的项。此处公开的系统 和方法能用在一个或多个操作中， 所述操作涉及完井、 流量测试、 油井增产、 修井、 油井诊断 工作、 挤入操作、 堵塞油井和 / 或放弃油井， 海底采油树或井口安装在所述油井处。根据本 公开， 如图 1A 中所示， 典型的海底干预装置包括补偿钩 1、 提环绞车 2、 提环 4、 吊卡 5、 表面 流采油树 6、 以及连续油管或钢丝绳 BOP 9， 它们全部位于近海移动式钻井装置 (MODU- 未示 出 ) 的钻台 10 之上。 这些部件为技术人员所知并且无需进一步说明。 其它现存部件包括海 上立管张紧器 12、 海上立管 16、 柔性接头 20( 此处也称为挠性接头 )20、 海底采油树 26 和井 口 30， 该海上立管 16 穿过海平面 14 向下突出， 经过海水到达立管紧轴 18， 这些部件也为技 术人员所知。 由本公开的系统和方法提供的部件包括承压管 8、 紧急断开总成 (EDP)22 和下 部立管总成 (LRP)24。该下部立管总成提供了采油树组件与 EDP 之间的液压接口。参照图 2 至图 6 对内部回接管柱 8、 EDP 22、 LRP 24 和其它部件及其操作进行更完全的说明。图 1B 示出了更多细节， 例如海上立管张紧器 7、 节流管线 11、 压井管线 13、 IWOCS 卷轴 15 和 IWOCS 脐带缆 40、 ESD( 紧急停机 ) 控制器 29 和 EQD( 紧急快速断开 ) 控制器 31、 IWOCS MCS( 主控 站 )/HPU 33、 化学注入 (CI) 单元 35、 液压管线 23 和卷轴 25。卷轴 15 和 25、 HPU 27、 MCS/ HPU 33 和 CI 35 可在 MODU 的甲板 3 上。
在深入研究本公开的系统和方法的细节之前， 将本公开的一个系统与先前已知 的、 传统 BOP 组进行比较是有益的。 图 2A 中部分地以截面形式、 以侧视图示出了传统的 BOP 组， 而本公开的一个系统实施例 200 在图 2B 中示出。该传统的 BOP 组连接到海上立管 16、 立管转接器或紧轴 18 和柔性接头 20， 该立管转接器或紧轴 18 分别具有压井和节流连接部 19 和 21。BOP 组 34 通常包括一系列闸板 38a 至 38e 和井口连接器 36。此外还示出了井口 30 和泥线 32。BOP 组 34 的高度通常为 43 英尺 (13 米 )， 但根据 BOP 的设计， 该高度可更高 或更低， 当然， 在本发明中， 构思出其它高度的这种 BOP 组也是有益的。
相比之下， 图 2B 中示意性示出的实施例 200 包括两个主要部件， LRP 70 和 EDP 80， 在一实施例中， 它们总共具有大约 18.5 英尺 (5.6 米 ) 的高度 90。当然， 在本发明中， 构思出其它高度的这种部件也是有益的。实施例 200 包括脐带缆 40， 它有时被称为 “安装 修井控制系统” 脐带缆或此处被称为 “IWOCS” 脐带缆， 该脐带缆 40 连接到脐带缆终端组件 48， 该脐带缆终端组件 48 又与液压流体管线 50 和 56( 在此视图中， 管线 56 的一部分被管 线 50 遮蔽 ) 和电引线 (flying lead)51 相连。而管线 50 又连接到液压控制系统 54。柔 性软管 42 将压井或节流管线连接部 21 连接到 EDP 80 中的环空控制阀 52， 该柔性软管 42 TM 例如由诸如已知的商标为 COFLON 的高强度柔性材料或者其它为技术人员所知的高强度柔性材料制成。COFLONTM 是法国巴黎的 Coflexip 公司的商标。在此实施例中， 一个或多个 EDP 密封元件由倒置全封闭剪切闸板和倒置全封闭密封闸板或剪切密封闸板 44 构成， 并且 在此实施例中， 快速释放连接器 46 完成了 EDP 80。此外， 在此实施例中， LRP70 包括一个或 多个 LRP 密封元件， 所述 LRP 密封元件包括下剪切闸板和密封闸板或剪切密封闸板套件 58 以及下隔离阀 60， 该下隔离阀 60 可以是闸阀或其它阀。在其它实施例中， 下隔离阀 60 可 用第二剪切闸板和密封闸板或第二剪切密封闸板套件代替。该剪切元件可切割钢丝绳、 e 管线、 连续油管和接管等。此外， 为本领域技术人员所知的、 在具有或不具有二次弹性支承 (secondary elastomeric backup) 的情况下提供金属 - 金属密封面的其它密封元件能用作 此处公开的实施例中的 LRP 密封元件和 / 或 EDP 密封元件。
图 3 部分地以截面形式示意性示出了根据本公开的一个系统的更详细的侧视图。 图 3 的实施例 300 详细示出了 EDP 80 和 LRP 70 以及连接到内部回接工具 (ITBT)64 的内 部立管 62。在一实施例中， EDP80 包括本体 81、 上部倒置全封闭剪切闸板 68， 该本体 81 在 其下端上具有快速断开连接器 88， EDP 本体 81 具有内部回接轮廓 83， 用于与 ITBT 64 的远 端区域相匹配。在一实施例中， 该 EDP 和 / 或 LRP 的本体是能够承受压力的本体并且还能 收容、 包含、 保持或容纳压力控制或密封元件， 例如阀、 闸板或剪切元件 ( 在某些实施例中， 剪切和密封功能可由同一元件执行 )。在又一实施例中， 该 EDP 本体和 / 或 LRP 本体可由 滑阀体构成。在阀块 71 中， 实施例 300 分别包括第一环空控制闸阀 52a、 第二环空控制闸 阀 52b 和第三环空控制闸阀 52c。柔性软管 42 将压井或节流管线 21 与第一环空控制闸阀 52a 相连。
LRP 70 包括本体 73、 连接器和密封插头转接器 (CSSA)76、 以及采油树连接器 74。 采油树连接器 74 包括上凸缘 61a 和下端 61b， 该上凸缘 61a 具有与 CSSA 76 匹配的垫圈形 轮廓， 该下端 61b 用于连接到海底采油树 26。CSSA 76 包括 ： 至少一个密封插头组件 77， 该 至少一个密封插头组件 77 位于 CSSA 76 的下端， 用于与海底采油树 26 流体连接 ； 以及上 凸缘和垫圈形轮廓 79， 该上凸缘和垫圈形轮廓 79 用于与 LRP 本体 73 匹配。本体 73 包括 ： 下密封闸板 58 和下隔离阀 60、 下凸缘 91 以及具有相同轮廓的上凸缘 63， 该下凸缘 91 具有 用于与 CSSA 76 的上凸缘 79 匹配连接的轮廓。LRP 本体 73 通过快速断开连接器 88 与 EDP 本体 81 匹配。实施例 300 包括抗折软管跨接器 78 以及压力和温度测量单元 82， 该抗折软 管跨接器 78 将采油树 26 与另一闸阀 84 流体连接， 用于通过整体式环空 86 进行流动循环。 在一实施例中， 压力和温度测量单元 82 安装到所述 LRP 的本体。在一实施例中， 该压力和 温度测量单元通过凸缘安装方式安装到所述本体。
海底采油树 26 的细节不被视作此处公开的系统和方法的一部分 ； 对于技术人员 来说， 海底采油树是公知的。然而， 为了充分公开， 图 3 示出了表 1 中列出的部件及其附图 标记。此外， 还绘出了转换导管 92 和采油导管 94。
图 4 示出了本发明的方法实施例 400 的逻辑图。实施例 400 在框 402 中示出了将 该 EDP/LRP 组安装在海上立管的末端， 该 LRP 包括一个连接器和密封插头转接器 (CSSA)。 该转接器是重要的， 因为它允许此处公开的系统和方法用于多种海底采油树， 从而提供先 前已知的 EDP/LRP 组中未曾见到的、 另外的油井干预灵活性。接下来在框 404 中， 该方法包 括将该 EDP/LRP 组在海底布置在与油井连接的海底采油树上。在接下来的步骤、 框 406 中， 通过海上立管来布置附接有 ITBT 的承压管。接下来在框 408 中， 将该承压管连接到表面流采油树， 然后将该 ITBT 置于 EDP 的内部本体中并将该 ITBT 锁定到 EDP 本体 ( 框 410)。在 实施例 400 中， 最后， 使用该 EDP/LRP、 ITBT 和承压管对油井执行油井干预操作 ( 框 412)。
表 1. 海底采油树部件
海底采油树部件名 附图标记
AAV- 环空入口阀 26a
AIV- 环空隔离阀 26b
ACV- 环空循环阀 26c
AWV- 环空翼阀 26d
AMV- 环空主阀 26e
AVV- 环空通气阀 26f
PMV- 采油主阀 26g
PWV- 采油翼阀 26h
PCV- 采油节流阀 26i
PIV- 采油隔离阀 26j
PTT- 压力温度传感器 26k
XOV- 转换阀 26m
CT4- 化学注入阀 26n
如先前提及的， 某些系统实施例可包括 EDP/LRP 组与海底防喷管部和转接器的组 合， 以使用来自多支撑钻机 (MSR) 的试井钢丝或 e 管线来实现无立管油井干预的方法。在 图 5A 中作为实施例 500 示出了此实施例的示意性图示。与海底采油树 26 连接的井口 30 不被视作本发明的系统和方法的一部分。海底采油树 26 与 EDP 70 连接， 如图 3 中更详细 描述的， 该 EDP 70 又连接到 LRP 80。在一些实施例中， 快速断开连接器可通过 ROV 或其它 装置锁定。实施例 500 与图 3 的实施例 300 的不同之处在于具有防喷管 92， 该防喷管 92 通过转接器 90 流体连接到 LRP 80， 从而使钢丝绳或试井钢丝 93 能够进入油井。在本领域 中， 防喷管和适当的转接器是公知的， 但迄今为止， 它们与根据本公开的 EDP/LRP 的组合仍 是未知的。在 2001 年 4 月 12 日公布的 PCT 专利申请 No.PCT/NO00/00318 中公开了一种海 底防喷管以及用于使流体在海底防喷管中循环的系统和方法， 其海底防喷管装置的公开内 容在此通过引用的方式并入。可以使用其它防喷管装置。图 5B 示出了另一实施例 510， 该 实施例 510 包括与图 5A 的实施例 500 相同的部件， 但用转接器 150 和连续油管 152 代替了 转接器 90、 防喷管 92 以及钢丝绳或试井钢丝 93。实施例 510 允许对海底油井执行多种油 井干预， 包括但不限于 ： 油井清洗、 流量测试、 油井增产、 修井、 油井诊断工作、 挤入操作、 压 井或关井、 以及堵塞油井和 / 或放弃油井。
如图 6 所示， 某些其它的系统实施例可包括诸如此处描述的 EDP/LRP 组 (80、 70) 与诸如可从美国得克萨斯州休斯敦市的 FMC 技术公司和其它海底设备供应商获得的开放 水域 ( 开放海域 ) 完井修井立管 (CWOR) 系统 250 的组合。这些修井立管系统可包括各种 接头和张紧系统、 水面终端接头和水面采油树 204。合适的接头和张紧系统包括但不限于 ： 锥形应力接头 206、 立管接头 208、 和水面张紧接头 210。 这些接头和张紧系统以该项目对总 体长度、 壁厚和锥体长度的具体要求为基础进行设计。 例如， 它们可包括耐疲劳冲击凸缘和 带螺纹的立管连接， 并且可由钢开模锻造构造并设计用于高疲劳应用、 高断裂韧度和大弯矩。合适的张紧接头 210 包括但不限于 ： 简单的固定锁闭式张紧器系统或者更奇特的 “上 拉” ( 如图中 “210” 处所图示的 ) 或 “上推” 式的液压 - 气动式张紧器系统。该固定锁闭式可 包括与电子测力计相接的上和下被动式负载环， 以允许进入和维护， 并且该固定锁闭式可 包括调节螺母， 以允许立管的张力调节。这些系统可从近海移动式钻井装置 (MODU)200( 如 图 6 所示 ) 或从修井船 (WOV)202 布置， 以允许使用试井钢丝、 e 管线、 连续油管 (212) 或接 管来执行油井干预方法。 这些方法可用于如下干预， 例如但不限于 ： 完井、 油井清洗、 流量测 试、 油井增产、 油井诊断工作、 挤入操作、 压井或关井、 以及堵塞油井和 / 或放弃油井。
根据本公开， 主要兴趣在于使用上述方法和系统中的一个或多个来对海底油井执 行油井干预操作。 熟练的操作者或设计者将会确定此处描述的哪种系统和方法最适合于特 定的油井和地层， 以在不进行过度实验的情况下实现效率最高、 最安全且环保的油井干预。
当使用海底采油树时， 本公开的系统和方法可用于完井、 修井和 / 或堵塞和放 弃油井。此处描述的系统取代了使用海底测试采油树 (SSTT) 或开放水域完井修井立管 (CWOR) 系统的需求， 尽管如所提及的， 它们可与此处描述的系统和方法相结合使用。 所述系 统背后的主要推动力是提供一种油井干预系统， 它与目前使用的可替代的 SSTT 和 CWOR 油 井干预系统相比更简单、 更安全、 可靠且更成本有效。本公开的系统主要使用现有的、 已被 证实的设备重新包装来实现所需的功能性， 从而确保在任何的完井、 油井干预或油井堵塞 和油井放弃操作期间的油井控制。本公开的特定系统和方法包括使用 MODU 的现有的海上 立管和张紧系统将海底油井控制总成布置到海底采油树上。 由于本公开的系统可从具有动 态定位能力的浮动船上布置， 所以该海底总成有利地包括紧急断开特征。 在已放置 LRP/EDP 并进行测试的实施例中， 高压内部回接管柱在立管内延展并锁 定到 EDP 中， 这种布置结构提供了从井眼到水面的高压导管并且受到海上立管保护。预计 这种构造比其它油井干预系统提供了更广的环境可操作性窗口并提供了使用海上立管的 节流或所用的压井管线使立管和海底采油树的内含物循环的能力。此外， 可使用海上立管 的现有的液压导管供给和立管升压管线。 该液压导管供给可用于向海底控制回路供应液压 压力， 而立管升压可用于使内部回接管柱与海上立管之间的环空进行循环 ( 即， 迫使流体 进入主孔中， 然后该流体向上循环回到环空中， 以例如除去碳氢化合物、 碎片、 碎屑等 )。该 内部回接管柱通过经由水面采油树、 提环和吊卡连接的、 钻机的滑轮组 ( 即， 主动升沉绞车 或天车运动补偿器 ) 支撑在水面处。
在实施此处描述的系统和方法中使用的合适的控制系统可以是简单的液压 / 电 动 / 机械构造， 其可使用钻井立管的液压管线和现有的 IWOCS 脐带缆内的备用管线的组合， 或者， 如果不可用的话， 则可将适当的脐带缆和卷轴作为本发明系统的一部分来提供。 液压 驱动的剪切闸板和密封闸板或剪切密封闸板以及隔离阀可通过经由 IWOCS 脐带缆中的专 用备份管线对海底电磁阀进行导向而起作用。当导向时， 该电磁阀将加压流体从局部蓄能 器引向对应的阀、 闸板或连接器致动器。局部海底蓄能器可经由钻井立管的液压管线供应 液压压力。可通过直接的电信号或声学信号来实现紧急关闭和断开。在一实施例中， 由操 作人员来启动紧急关闭和断开。该声学信号可以是如图 7 中示意性示出的声学停机装置总 成的一部分， 图 7 示出了声学收发器 101 和 103 以及声控单元 105。
本公开的一个海底系统实施例可包括如下部件 ：
-ROV 操作的采油树连接器。在一实施例中， 该 ROV 操作的采油树连接器是 183/4
英寸 (47.6cm) 直径、 15Ksi(103MPa) 额定压力的、 ROV 操作的采油树连接器， 其例如与由 Vetco Gray 制造的 SuperHeavy Duty H4(SHD-H4)(27 英寸或 30 英寸外径 )(68cm 或 76cm 外径 ) 连接轮廓或例如由 FMC 制造的 DWFC 轮廓相接。此外， 还能使用为本领域技术人员所 知的、 可商购或与其它可商购的部件相匹配的具有其它大小、 直径、 尺寸和其它压力额定值 的其它部件和组件。
- 连接器和密封插头转接器， 其包括至少一个密封插头组件， 该密封插头组件与海 底采油树的采油树连接器和采油孔流体连接 ( 对于采油树连接器类型和海底采油树采油 孔轮廓的每个独特组合， 都将需要特定的连接器和密封插头转接器， 并且技术人员将能够 容易地设计出具有本公开的益处的这些转接器 ) ；
-LRP 本体， 在具有环空入口的采油孔中， 该 LRP 本体包括全封闭剪切闸板和密封 闸板或剪切密封闸板以及隔离阀 ( 或另一组全封闭剪切闸板和密封闸板或另一组全封闭 剪切密封闸板 )。在一实施例中， 该 LRP 本体由 71/16 英寸 (17.9cm) 直径、 15Ksi(103MPa) 额定压力的全封闭剪切密封闸板或全封闭剪切闸板和密封闸板组成。 该上轮廓具有毂形轮 廓， 该毂形轮廓具有同心垫圈形轮廓， 所述同心垫圈形轮廓提供了采油孔防漏部和环空路 径， 该采油孔防漏部和环空路径分别经由 EDP 本体连接到节流或压井管线。在一实施例中， 该毂形轮廓具有 7 英寸和 11 英寸 (17.8cm 和 27.9cm) 的垫圈形轮廓。此外， 还能使用为本 领域技术人员所知的、 可商购或与其它可商购的部件相匹配的具有其它大小、 直径、 尺寸和 其它压力额定值的其它部件和组件。具有 ROV 热插头或多个快速连接 (MQC) 板的高度抗折 软管将该 LRP 本体连接到海底采油树， 并使用节流或压井管线来提供经由该采油树的另一 期望的循环路径。该 LRP 本体、 连接器和密封插头转接器、 以及连接器都被视为下部立管总 成 (LRP) ；
-EDP 本体， 在采油孔中， 该 EDP 本体具有快速断开连接器 (QDC) 和倒置全封闭剪切 和密封闸板以及内部回接轮廓 ； 隔离阀， 其具有提供环空流路的翼块。在一实施例中， 该快 速断开连接器 (QDC) 的直径为 71/16 英寸 (17.9cm)， 具有 15Ksi(103MPa) 的压力额定值， 而 该隔离阀的直径为 21/16 英寸 (5.2cm)， 具有 15Ksi(103MPa) 的压力额定值。在一实施例 中， 该下轮廓具有可与上轮廓凸缘匹配的同心垫圈形轮廓。在一实施例中， 该下轮廓具有 7 英寸和 11 英寸 (17.8cm 和 27.9cm) 的同心垫圈形轮廓。在一实施例中， 该上轮廓的凸缘具 有 183/4 英寸 (47.6cm) 的直径、 15Ksi(103MPa) 的额定压力。 此外， 还能使用为本领域技术 人员所知的、 可商购或与其它可商购的部件相匹配的具有其它大小、 直径、 尺寸和其它压力 额定值的其它部件和组件。终止于立管转接器 (BOP 组的现有部件 ) 处的节流或压井管线 经由柔性 COFLONTM 软管连接到环空入口阀。 在此实施例中， 该一体式本体、 环空翼块和所述 QDC 被视为紧急断开总成 (EDP)。
- 内部回接工具 (ITBT) 和立管管柱， 其通过 ROV 干预锁定并密封到 EDP 本体中 ；
- 柔性接头、 立管转接器紧轴、 和柔性软管 ( 可以是海底 BOP 组的现有部件 ) ；
- 海底控制系统， 其包括脐带缆终端组件 (UTA)、 ROV 面板、 蓄能器和电磁阀、 声学 备份装置、 海底紧急断开组件 (SEDA)、 以及液压引线 / 电引线 ；
- 表面流采油树 (SFT)， 其在竖直管上具有整体式液压驱动闸阀， 在侧出口上具 有非整体式液压驱动闸阀。在一实施例中， 在该竖直管上， 该整体式液压驱动闸阀的直径 为 71/16 英寸 (17.9cm)， 压力额定值为 15Ksi(103MPa)， 而非整体式液压驱动闸阀的直径为 31/16 英寸 (7.8cm)， 压力额定值为 15Ksi(103MPa)。阀出口可设有用于与柔性软管连 接的弯头和毂。在一实施例中， 可使用 Cameron#6 毂来与柔性 COFLONTM 软管连接。可将压 力变送器并入竖直采油孔中。在一实施例中， 压力变送器经由 21/16 英寸 (5.2cm) 直径、 15Ksi(103MPa) 额定压力的 API 盲法兰并入。该采油树可具有尺寸适合于该上部凸缘轮廓 的套管卡颈。在一实施例中， 该采油树可具有 133/8 英寸 (34cm) 直径的套管卡颈和 71/16 英寸 (17.9cm) 直径、 15Ksi(103MPa) 额定压力的上部凸缘轮廓。 此外， 还能使用为本领域技 术人员所知的、 可商购或与其它可商购的部件相匹配的具有其它大小、 直径、 尺寸和其它压 力额定值的其它部件和组件。该下轮廓可具有过渡接头， 该过渡接头以容易组装的毂连接 器终止。
- 立管变换接头， 其与内部回接管柱相接到水面采油树的过渡点 ；
-IWOCS HPU( 现有技术 )。此部件可能必须进行修改， 以经由甲板跨接器和钻机的 紧急停机和 / 或过程安全系统与 SFT 相接 ；
-IWOCS 脐带缆卷轴 ( 现有技术 ) ； 以及
-ESD( 紧急停机 ) 和 EQD( 紧急快速断开 ) 工作站， 其实现了立管的自动的水面和 / 或海底关闭和 / 或紧急断开。
当利用 IWOCS 脐带缆和钻井立管在海底布置时， 钻井操作者将根据标准操作程序 来布设 (land out) 该 LRP/EDP， 并且所述 ROV 将在立管张力被设定之前锁定采油树连接器。 采油树接口测试将在 ROV 将液压和电引线组装到采油树之前进行。
然后， 利用该 EDP 来布置和布设高压内部回接管柱工具。在内部管柱布设之前， 通 过使用具有容易组装的毂连接器组件的立管变换接头将该内部管柱连接到表面流采油树 的 (SFT 的 ) 过渡接头 ( 已经被吊起 )。而且， 该 SFT 将在布设之前对钻机柔性软管进行组 装和测试。然后 ROV 将回接工具锁定到 EDP 本体。此后， 通过经由钻机的泵对采油孔加压 来校验接口。然后， 水面阀和海底阀对准， 然后将立管的内含物 ( 海水 ) 置换为完井液。根 据采油树类型， 此置换还可以包括通过该采油树来循环。然后， 能针对密封整体性对 EDP 屏 障 ( 即， 回接部与 EDP 之间的密封 ) 和 LRP 油井屏障进行压力测试。在此接合点处， 系统已 准备好经由试井钢丝、 e 管线、 连续油管或接管 ( 假设水面布置结构包括液压修井单元 ) 进 行井眼干预。可替代地， 该系统可用于对油井进行清洗、 流量测试或油井增产、 油井诊断工 作， 或能用于挤入操作以压井或关井， 以及用于堵塞油井和 / 或放弃油井。
在该情形中， 本公开的系统需要安全关闭， 这能从任何的 ESD 工作站启动， 并且根 据情形， 它可涉及海底关闭和 / 或紧急断开。当需要海底关闭和紧急断开时， 将发生一系列 关闭 ： 关闭该剪切闸板、 关闭隔离 ( 闸 ) 阀、 和连接器断开。 局部液压蓄能器用于帮助剪切闸 板关闭和连接器断开。断开时间可小于 45 秒， 并且因为立管张力将预先设定为在 LRP/EDP 断开点处提供足够的超拉力和间隙并同时保持在立管的抗反冲极限内， 所以该 EDP 将被自 动吊起。当断开时， 立管的内含物可在通过 ROV 重新布设和连接该 EDP 之前被置换。在某 些无立管的干预实施例中， 其中油井干预操作包括使用井眼干预装置， 该井眼干预装置选 自由试井钢丝和 e 管线组成的组， 例如图 5A 的实施例 500， 在油井需要安全关闭的情形中， 按顺序通过使用该 EDP( 例如剪切闸板 ) 切断该井眼干预装置以及密封该 LRP( 例如通过使 用阀或闸板 ) 来执行一系列关闭步骤。在无立管的干预中， 无需断开该 EDP。
此处公开的系统和方法能用在一个或多个操作中， 所述操作涉及完井、 流量测试、油井诊断工作、 油井增产、 修井、 挤入操作、 堵塞油井和 / 或放弃油井， 海底采油树或井口安 装在所述油井处。本发明的系统和方法的其它有利特征是 ：
更大的作业范围， 其不限于 1 度的柔性接头角度 ；
加入了全封闭剪切， 能够切断和密封深处的高压高温 (HPHT) 油井干预部件 ；
通过使用已证实的现有部件， 简化了该油井干预系统和方法的构造 ；
降低了井眼弯矩 ；
可需要较少的岸勤人员来运转和操作该系统 ；
具有在断开之前和之后使内部立管的内含物循环的能力 ；
具有在现场的水平采油树冠插塞之间进行测试和循环的能力 ；
该方法和系统使用现有的水平式采油树的 IWOCS( 脐带缆和 HPU)- 不需要额外的 复杂控制系统 ；
该方法和系统能使用所有包括该 BOP HPU 的海上钻井立管流体导管 ( 节流、 压井、 升压和液压供给 ) ； 以及
该系统能容易地从可选的钻井装置上布置， 无需具有长交付周期的新设备， 或无 需支付长期的租用费。
根据上文具体实施例的详细描述， 显而易见的是， 已对可获得专利的方法和系统 进行了描述。尽管此处已对本公开的具体实施例进行了相当详细的描述， 但这仅仅是为了 描述所述方法和系统的各个特征和方面， 并非旨在对这些方法和系统的范围进行限制。另 外， 在实施此处公开的方法和系统时可能有用的组件和部件的大小、 尺寸、 直径和压力额定 值的示例并非旨在限制这些方法和系统的范围。可以预计的是， 在不偏离所附权利要求的 范围的情况下， 可对所描述的实施例进行各种替换、 变更和 / 或修改， 包括但不限于已在此 处建议的那些实施变型例。