一种海上钻井系统 本发明涉及一种包括用于海上工业的钻井平台的系统，其上安装有悬臂，以便利用或多或少伸出钻井平台之外的悬臂使其在至少两个不同的方向上进行移动。
所述的钻井平台可以为自升式平台、张力腿式平台、随动塔式平台、单体船式平台(Mono Hull Ship)、半潜式平台或者类似的平台。
深水中的钻井平台具有能够提升可在甲板上移动的重物所长期需要的提升井架，移动该提升井架的能力显著降低了平台的风险，并且能更加平稳地操作和更加灵活地进行各种操作。
现有的具有可移动悬臂地海上钻井平台在US6,171,027中已披露。
在现有的钻井平台中，利用滚筒或者滑动台，悬臂和与其相连接的井架可在轨道上移动。这些轨道固定在甲板上或者由三部分支架构成，在它们沿着甲板移动时，工人们可能会被绊倒。各种事故可能会出现在自升式平台和其它类型的钻井平台上的甲板上的轨道或三部分支架上。此外，这些轨道或支架在很大程度上限制了甲板区域的可用数量，轨道或支架就固定在所述区域内。
在现有的钻井平台中，井架固定在悬臂上。井架的一个特点就是稳定所必须的大底座。这种大底座决定了悬臂的最小宽度。井架的另一缺陷是由于具有大量挡道的结构梁而使得钻台相对来说难以接近。这就严重限制了在钻台上可进行的有用活动的数量，从而限制了钻井平台进行有用活动的数量。
在现有的大多数钻井平台中，井架在悬臂上横向移动，而悬臂只能在其纵向上进行移动。现有平台的悬臂横梁限制了井架在悬臂上的横向移动。因此，钻井井位布置被限制在较小的矩形区域内钻孔。然而，为了获得可以接受的钻井井位布置，悬臂应该具有相对较宽的设计。
另外，当可移动的井架在悬臂上横向已经移动了一段最大距离时，悬臂发生移动一侧的横梁要比另一侧的悬臂横梁承受更重的载荷。由于实际中出现了这种不对称的载荷，从而这些横梁应具有相对较重的结构。
本发明的目的在于提供一种能够避免上述现有钻井平台所存在的一种或多种缺陷的技术方案。
本发明提供了一种包括如权利要求1所述的钻井平台和可移动悬臂的系统。
可优选的是，钻塔固定安装在所述的悬臂上，并且所述的悬臂可相对于钻井平台进行移动。因此，钻井位置总是保持在相对于悬臂的同一位置，即优选在两个悬臂侧壁之间的中心。这样可使悬臂上的载荷对称并使其可能获得较轻的结构。现在，悬臂的宽度能够根据横向的位移进行独立地选择。通过增加悬臂在横向上可能的移动，能够获得比常规的钻井平台大的钻井布置。根据本发明的结构还具有仅需在钻井平台和悬臂之间进行管子、缆绳绞车等的柔性连接的优点。
所述的悬臂优选为利用或多或少伸出钻井平台的悬臂既能在纵向上移动还能在相对于钻井平台的横向上移动的结构。为了使这些移动以有效的方式进行，提供了一种支承车，当悬臂被支承车支承着在纵向上移动时，支承车在钻井平台甲板的上方可随着悬臂在横向上移动。
当悬臂相对于钻井平台移动的可用空间有限时，例如由于钻井平台为自升式钻井平台时，通过在纵向上伸展悬臂并使支承车绕钻井平台上的旋转轴旋转，悬臂同钻塔可在两个方向上移动。
在一个具体实施例中，所述的支承车由相关液压筒所驱动在钻井平台甲板上方移动，所述液压筒被固定在钻井平台上并在适宜的方向上(如平行于平台边缘)伸出的引导件所引导。当通过使悬臂在纵向上伸出并使支承车围绕钻井平台上的旋转轴旋转而使悬臂移动时，如果需要可省去引导件。
当支承车在甲板上方滑动或者悬臂在支承车上方滑动时会出现很大的剪切力。为了至少部分地减少相互滑动的部件，在本申请中，在合适的位置安装了减小摩擦的轴承装置。例如，设置至少两个在甲板上可以移动的轴承装置或者紧靠钻井平台边缘设置的轨道，以吸收至少一部分在支承车与相关的甲板区域之间以及在悬臂底板与支承车之间的摩擦力，其中所述的轴承装置可在纵向上和横向上进行操作。
在一个具体实施例中，减小摩擦的轴承装置由静压轴承构成。可以理解，平台上的一个或多个泥浆泵可用于向静压轴承供给高压流体，如(海)水，从而省去了用于这一目的单独电源组的需要。
可优选的是，安装所述的悬臂以使其能够至少在0到90度的角度之间转动或者至少在两个方向上移动，或者使其能够实现上述两种移动方式。
可优选的是，多用途井架固定地安装在所述悬臂上。
其它的优选实施例在从属权利要求和后面的描述中做了披露。
本发明还涉及用于在海下井上安装、维护和拆卸钻井设备的多个方法以及利用可移动的与井架组合在一起的悬臂来钻海下井的方法。一种涉及将在海下井附近安装具有钻井设备的钻井平台和具有井架的悬臂，在井口上方定位所述的悬臂，利用井架从所述平台上将钻井设备提起，将所述的钻井设备安置在所述井上，将钻井设备连接到海下井上，并进行钻井。
对于解体海下井，所述的方法具体包括：在海下井附近安置具有钻井设备的钻井平台和具有井架的悬臂，在井口上方定位所述的悬臂，将钻井设备与海下井拆开，利用井架将钻井设备提起并将其安置在钻井平台上。
本发明还涉及利用可移动的和/或旋转的悬臂式多用途井架对海下井进行钻井、修井、维护的方法。
下面将结合附图对本发明做进一步的描述。在附图中：
图1示出了具有悬臂的自升式海上平台的顶视图；
图2示出了具有悬臂的自升式平台的侧视图；
图3示出了离开钻井平台的悬臂的侧视图；
图4示出了朝向钻井平台的悬臂的侧视图；
图5示出了推拉装置的详细视图；
图6示出了支承车的透视图；
图7示出了推拉装置的更为详尽的视图；
图8示出了双面静压滑动轴承的横断面视图；
图9示出了单面静压轴承的横断面视图；
图10示出了自升式平台上可旋转360度的悬臂的顶视图；
图11示出了自升式平台上可旋转悬臂；
图12示出了可旋转支承车的透视图；
图13示出了具有较少数量的轴承的可旋转支承车的透视图；
图14示出了钻井船上可旋转悬臂的透视图；
图15示出了还可平移的可旋转悬臂的顶视图；
图16示出了多用途井架的侧视图；
图17示出了多用途井架的正视图；
图18示出了具有多用途井架的悬臂的顶视图；
图19示出了支承构件的透视图；
图20示出了两种不同位置的顶部驱动装置和司钻室；
图21示出具有多用途井架的悬臂的透视图；
图22示出了具有挠性管装置的悬臂上的多用途井架的侧视图。
图1示出了井架3，在这一示例中井架3为一种多用途井架，其以固定的方式安装在悬臂1上。图1还示出，悬臂1通过支承车6而支承在自升式平台2的甲板7上。
支承车6由第一细长的引导件4和第一细长的引导件5进行引导，所述的引导件(如盘)互相平行并在第一方向上伸出，在该示例中大致平行于甲板7的边缘。
支承车6可通过第一推拉装置8和第二推拉装置9而在所述的第一方向上移动，在这里可分别沿着引导件5、4移动。引导件4和5还可当作锁定件，第一推拉装置8和第二推拉装置9可锁定在其上以移动支承车6。可以理解，推拉装置8、9还可直接锁定到甲板7上。
在该实施例中，支承车6具有由在支承车拐角处相互连接的横梁构成的矩形结构设计。
悬臂1还可在第二方向上移动，所述第二方向垂直于所述的第一方向并与悬臂的纵向方向一致。
悬臂1的底部设置有细长的引导件204和206，如引导盘，其在悬臂的纵向方向上伸出并且相互平行。这些引导件204、206与支承车6合作。
第三推拉装置200和第四推拉装置202用于在纵向上移动悬臂1。每一推拉装置200、202沿着引导件204、206设置。引导件204和206还可用作锁定件，第三推拉装置200和第四推拉装置202可锁定在其上以在纵向上移动悬臂1。
因此，随着两个移动箭头A和B的插入位置，悬臂1可沿着自升式平台2外的一个侧边来回移动，并穿过由第一末端位置11和第二末端位置10所确定的一段距离，并且还可越过支承车6而进入到井架3或多或少伸出自升式平台2外的位置，所述的第一末端位置11和第二末端位置10可通过支承车6而获得。还可看到的是第一立柱400、第二立柱402、第三立柱404、第四立柱406，平台2在海底56就支承在这四个立柱上。
在该实施例中，井架3固定地连接到悬臂1上，从而随其在箭头A和B所示的方向上移动。可以理解，井架3可移除地连接到悬臂1上，并且仍可用在本发明的范围之内。
然而应该指出的是，在优选实施例中，井架3和悬臂1构成了一个L形的承载结构。通过结合两种结构可省去很大的重量。制造一种钻井平台，其比所公知的具有井架的常规钻井平台更安全、更灵活和更适于环境。所述井架的结构也是独一无二的，其不同于常规的井架或管状塔式结构。多用途井架3具有多个特征，包括其可为中空结构。在一个实施例中，可以看到，所述井架由用于托运材料的容器建造，如来自集装箱货运船的集装箱建造。
图2示出了具有多用途井架3的自升式平台2的侧视图，从图中可以看出，第三立柱404和第四立柱406被搁置在海底56。防喷阀408紧固到悬臂1上，应该指出的是，其它钻井所需的设备、工具和材料也可紧固到悬臂1上。还可看到的是点火管线58。
进行钻井的位置在图1中由P示出；通过在方向A和B上移动悬臂1，这一钻井位置P可移动到矩形区域412内的所有所需的位置，并且可以在所需的相互间距内进行所需数目的钻井。
通常，矩形不能由悬臂来形成，悬臂仅仅在两个方向上移动。然而，可以形成其它形状，尤其是在所述悬臂可以旋转或者可以在多于两个的方向上移动的情况下。例如不能形成椭圆形布置。此外，钻井井位布置的尺寸可通过增加矩形的尺寸来扩大，例如通过增加悬臂在方向A和B上的移动距离。在一个实施例中，可以理解，钻井井位布置可为30英尺到100英尺。
参见图1和图6，在该优选实施例中，用于使悬臂1在两个垂直方向上移动的支承车6具有矩形框，如该矩形框由相互连接的横梁构成。
支承车6借助两个推拉装置8、9在甲板7上方移动，推拉装置8、9在图3、4所示的后视图和图1所示的顶视图中示出，并且推拉装置8还在图5所示的放大视图中示出。每一推拉装置8、9具有连接到支承车6上的端部8a和9a，另一端部8b、9b可释放地连接到与其相关联的引导件5、4上。所述引导件4、5中的每一个都具有如均匀间距的孔4a、5a的结构，以将推拉装置锁定到引导件上，如通过进入引导件上的孔的液压操作的锁紧销。
悬臂1可通过同步起动的推拉装置200和202的液压筒而在支承车6的上方沿纵向移动。仅有液压筒53在图7中示出。
支承车6通过同步起动的推拉装置8和9的液压筒51、52而在横向上移动。
在一组推拉装置8、9的液压筒伸出之后，端部8b、9b从引导件4、5上释放，并且液压筒收回。之后，端部8b、9b再次连接到引导件4、5上，并且液压筒也再次伸出。
以这种方式，支承车6以及相应的悬臂1可在横向和纵向上逐步移动。当悬臂1已经到达其理想位置时，通过紧固所有的推拉装置使悬臂1完全紧固在钻井平台2上。除了使推拉装置分离之外，锁紧装置还可用于将定位的悬臂紧固在钻井平台上。
每一推拉装置的所有液压筒优选设置在相关的支承件和引导件之间。必须指出的是，推拉装置的结构可从现有技术中得知。
为了获得用于甲板7的减小摩擦的轴承与用于悬臂1的轴承具有相同的设计和结构的效果，支承车6在甲板7上方滑动的方式和悬臂1在支承车6上方滑动的方式是相同的。在优选实施例中，对于两种移动只有一种类型的轴承。
一方面支承车6与甲板7之间和另一方面在支承车6和悬臂1的底板212之间的轴承的优选位置在图3、4和图6中示出。所述的轴承位于所述支承车6的矩形框的拐角处。悬臂底板212设置在安装在支承车6上的轴承19、20、21和22上。支承车6通过轴承40、41、42和43而设置在自升式平台2的甲板7上。
由于具有辅助装置的悬臂1的重量很大，所以在支承件内会出现反作用力。由于这个原因，所述的轴承优选为静压轴承。轴承42、43、20和21上的反作用力将会大大高于轴承19、22、41和40上的反作用力。所述轴承的位置在图6中示出。
由于这一原因，此处的静压轴承42、43、20和21具有第一空腔61、第二空腔62、第三空腔67和第四空腔68，其中轴承67和68的空腔在图中不能被看到，所述的高压流体可被泵入到所述的空腔内。所述的流体可大大地降低轴承的摩擦。静压轴承的结构是公知的。
图8示出了轴承42，通过具有两个承载边的同样轴承，在轴承内出现了纵向移动和平移移动。为了使滑动轴承保持在正确的位置，流体流阻元件63和64位于流体供应管线45内以供应高压流体，如海水。
图9示出了轴承42的另一实施例，该轴承仅具有一个承载边。所述的轴承可固定地安装在支承车6上。
图10示出了自升式平台2上可移动悬臂1的另一布置的顶视图。悬臂1可按照箭头A所示的纵向方向进行移动，还可按照箭头F所示的方向相对于平台2上的旋转点进行360度的旋转。在该实施例中，可替换的支承车6可围绕旋转轴420进行旋转，所述旋转轴如为固定在甲板上的销。
支承车6通过推拉装置440沿着方向F进行移动，所述的推拉装置锁定到引导件25上。所述的引导件25优选可移动地连接到甲板7上，并能够完全由一个圆片或由多个部分构成。
因此，由于纵向移动和旋转移动的插入，悬臂1可沿着自升式平台2的多个边缘在基本上由立柱400、402、404、406所确定的弧上方进行移动。通过在方向A和方向F上移动悬臂1，钻井位置P可在第一钻井区域413、第二钻井区域414、第三钻井区域415和第四钻井区域416内移动到所有的理想位置。
图11示出了具有移动式悬臂1的钻井平台的另一实施例。此处的悬臂1可在支承车6上方沿纵向A移动到某个位置，在该位置，多用途井架3或多或少的伸到自升式平台2之外。此外，支承车6还可围绕旋转点420旋转穿过由第一端部位置430和第二端部位置432所确定的一段距离。
在图11中，支承车6通过推拉装置436而沿着方向F进行移动，所述的推拉装置436锁定到引导件438上。所述的引导件438优选可移除地连接到甲板7上。通过在方向A和方向F上移动悬臂1，钻井位置P能够在第一钻井区域413内移动到所有的理想位置。
图15示出了安装在自升式平台2上的移动式悬臂1的另一实施例的顶视图。此处的支承车6可围绕旋转轴420(如销)进行旋转，所述的旋转轴可在甲板上方进行移动。尤其是旋转轴420可沿着纵向引导件421进行移动，在该实施例中，引导件421平行于甲板边缘伸出，从而旋转轴420可在方向H上进行移动。
引导件444具有圆周段形状。该引导件444可在甲板7上方移动以便跟随旋转轴420的移动。图15示出了引导件444的两个可能的位置。可优选的是，引导件444可移除地连接到甲板7上。
在某些情况下，旋转移动、平移移动和纵向移动都可具有优点，例如，可最小化所述结构上的风力载荷或者使管件运输方便。
图14示出了单体船式平台342上的移动悬臂1的实施例的顶视图。悬臂1能够在支承车6上方纵向移动。支承车6可围绕旋转销420在E所示的方向上旋转360度；通过在方向E和方向A上移动悬臂1，钻井位置P可移动到第五钻井区域417和第六钻井区域418内的所有理想位置。在这一特殊实施例中，悬臂1在悬臂的两端与多用途井架3结合。这两个井架3可设置在单体船式平台342的外部，以便能够同时操作两个井架3。
图12示出了支承车6的可旋转型式，从中可以看出，图12中的支承车与图6中的具有旋转连接装置420的平移支承车相比，它们具有相同数目的轴承。
图13示出了具有最小数目的轴承的支承车6的可旋转型式。从中可以看出，轴承40和41不再存在，其优点在于具有较少的轴承。
图16示出了多用途井架3的侧视图，井架3包括具有缆绳滑轮组298的桅杆300，可移动地固定到桅杆300上并具有设置有夹具305的底侧的滑车302，至少一根提升缆304，一组绞盘312、314，其中所述的提升缆被引导着穿过桅杆的缆绳滑轮组318、306和滑车，并且其中所述的滑车通过提升缆可相对于桅杆移动。所述的绞盘固定在绞车上。在一个实施例中，每个绞车可使用一个绞盘。在优选实施例中，每个绞车使用了两个绞盘312、314。本发明所提供的双重或多重系统增加了系统的额外的能力和可选择地增加了系统额外的可靠性。每一个绞盘可具有一个或多个在提升中使用的制动器。一种优选的制动器为滑动制动器。多用途井架的顶部为备用起重机316，备用起重机316可用于各种小的提升工作。
根据本发明，将桅杆设计为管状或套筒状是有益处的。所述的桅杆可以为矩形、八角形或者任意数目的几何形状。所述桅杆优选是中空的，具有基本封闭的外壁，如钢质外壁，但是也可使用具有钢的强度的其它材料。所述的桅杆也可以是实心的。
多用途井架3可具有一个绞车，其也可以是单提升设备、双绞车系统或者具有3、4个甚至具有至少8个绞车的多绞车系统，所述的3、4个甚至是至少8个绞车设置在井架上并可同时或顺序使用。这些多绞车系统可显著节省时间、增加平台的安全性。所述的多个绞车可使载荷保持连续，并防止装载和卸载单绞车系统时出现的头部损伤或背部损伤。
图17示出了多用途井架3的正视图。
为了在钻井期间使滑车302相对于海床基本上保持稳定，多用途井架3可设置有升沉补偿系统。升沉补偿系统能够补偿由于风、海浪以及类似的原因所引起的钻井平台相对于海底的移动。当然，当悬臂式多用途井架被安装在自升式平台上时，则不需要所述的升沉补偿系统。
用于放松或拖曳滑车302所需的提升缆的绞盘可容纳在井架的内部或外部。也就是说，所述的绞盘和其它设备不必设置在平台的甲板上，这样可节省大量的空间。升沉补偿所必需的装置(如汽缸)也可固定在多用途井架3上。
根据本发明的桅杆的另一个优点为所述的桅杆可整体进行组装和测试，之后，将所述桅杆方便地设置在所要使用的位置并安装在海上钻井船上。
图18示出了具有固定安装在其一端的多用途井架3的悬臂1的顶视图。标准管子可穿过第一进给通道450、第二进给通道452和第三进给通道454而被送入多用途井架3。紧挨着井架，第一逆转滚筒(firstsetbackdrum)456和第二逆转滚筒458可固定地安装在多用途井架3和悬臂1上。所述的逆转滚筒能够围绕竖直轴线旋转。为了将管子安置在逆转滚筒456和458内、将管子输送到点火管线58，以及将管子放入或取出第一容器466和第二容器468，第一排管器(pipe racker)460和第二排管器462被固定地安装到多用途井架2和悬臂1上。所述的逆转滚筒和所述的排管器的结构是现有技术所公知的。龙门起重机494可在悬臂1上方纵向移动，以安置如点火管线58内的防喷器的装置。
图19示出了可固定地连接到多用途井架3和悬臂1上的支承构件474的透视图。支承构件474包括第一立架470和第二立架472。司钻室492可移动地安装在支承构件474内部。为了操作顶部驱动装置480，第一工作台482、第二工作台484和第三工作台486固定地安装在所述支承构件内部。为了保持住顶部驱动装置480，第一夹持臂488和第二夹持臂490可移动地安装在所述支承构件内部。所述的夹持臂可旋入点火管线58以便夹持住顶部驱动装置480并将其输送到工作台482、484和486。
图20示出了处于正常位置L和处于收回位置K的顶部驱动装置480。所示的司钻室492处于高位置和低位置。在高位置，在司钻室492的下方具有足够使龙门起重机494穿过的空间，所述的龙门起重机494在悬臂1的上方纵向移动。所述的龙门起重机可到达点火管线58并提升起重物，如整个防喷阀。这是有好处的。将顶部驱动装置480收回到工作台的优点在于这样的维护安全、快捷，这是因为改善了通向顶部驱动装置的路径。需要有无人控制绞盘。
图21示出了悬臂1和多用途井架3的透视图。第一容器提升装置350和第二容器提升装置352位于悬臂上，它们用来将所述的容器提升到排管器可接触到管子的某一竖直位置。所述的容器通过第一管子进给管线和第二管子进给管线被输送到多用途井架。通过具有连通到多用途井架的两个独立的管状进给管线，形成很大冗余。
图22示出了悬臂1的侧视图，具有挠性管498的挠性管作业机496以及支承设备(如定位器500)一起安装在所述悬臂1上。这一支承设备是现有技术所公知的。
附图所示的系统可用于各种海上作业。
一种特别的目的涉及在海下井上安装钻井设备并进行钻井。这一方法包括：
a.在井附近安置所述的系统，该系统包括具有钻井设备的钻井平台、具有井架的悬臂；
b.通过使用悬臂与钻井平台之间的支承车在井口上方定位所述的悬臂；
c.利用井架，优选利用多用途井架，从所述钻井平台上提起钻井设备，所述的多用途井架包括：桅杆，在其顶部设置有固定连接到其上的缆绳滑轮组；滑车，其可移动地安装在桅杆上，并且在其底部设置有夹具；绞车、连接到绞盘上的提升缆，所述的提升缆被引导着穿过桅杆和滑车的缆绳滑轮组，并且能够在提升缆的帮助下相对于桅杆移动所述的滑车；
d.将钻井设备安置在海下井上；
e.将所述的钻井设备连接到所述的海下井上；以及
f.进行钻井。
一个另外相关的目的涉及使井解体。这一方法包括如下步骤：
a.在井附近安置所述的系统，该系统包括具有甲板和钻井设备的钻井平台、悬臂和井架；
b.通过使用悬臂与钻井平台之间的支承车在井口上方定位所述的悬臂；
c.从所述的井上拆下钻井设备；
d.利用井架，优选利用多用途井架，从所述钻井平台上提起钻井设备，所述的多用途井架包括：桅杆，在其顶部设置有固定连接到其上的缆绳滑轮组；滑车，其可移动地安装在桅杆上，并且在其底部设置有夹具；绞车、连接到绞盘上的提升缆，所述的提升缆被引导着穿过桅杆和滑车的缆绳滑轮组，并且能够在提升缆的帮助下相对于桅杆移动所述的滑车；以及
e.将钻井设备安置在所述钻井平台上。
本发明并不局限于上面所描述的实施例，其还包括对它的各种改变，它们都落在所附权利要求书的保护范围之内。
尽管本发明已经重点描述了优选实施例，但是应该理解，在所附的权利要求书的范围内，本发明可以不按照这里所说明的方式来实现。