本發(fā)明涉及用于穩(wěn)定包括布置在海床上的井基的井口的裝置和方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)建立例如用于開采石油的海下油井時(shí)，在海床上建立油井基礎(chǔ)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的井基通常通過鉆于海床中的孔(通常為36″或42″)建立，在所述孔中導(dǎo)管套管(通常為30″或36″)通過泵入水泥漿下降進(jìn)入并固定在疏松塊中，泵入水泥漿是為了完全填充在導(dǎo)管套管和孔壁之間的空間。借此其尋求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要目標(biāo)：

1)固化水泥將給予使導(dǎo)管套管豎立在海床上的充分的橫向支撐，以及

2)固化水泥將給予導(dǎo)管套管的第一連接部足夠的覆蓋和強(qiáng)度以使其完全嵌入并保護(hù)其不發(fā)生從所連接的立管系統(tǒng)轉(zhuǎn)至導(dǎo)管套管的任何移動(dòng)。

實(shí)踐證明可能發(fā)生水泥漿的損失，尤其是進(jìn)入疏松塊的可滲透層，并且導(dǎo)管套管在水泥固化期間可能移動(dòng)。這導(dǎo)致水泥質(zhì)量下降，并導(dǎo)致導(dǎo)管套管的硬度降低到這樣的程度以至于不能達(dá)到特定的設(shè)計(jì)要求，結(jié)果是井的疲勞強(qiáng)度過低或者不能滿足井的承載能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是改善或減少現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺點(diǎn)，或者至少提供現(xiàn)有技術(shù)的有用的替代。

該目的通過在以下說明書及隨后的權(quán)利要求中說明的特征來實(shí)現(xiàn)。

提供例如用于石油生產(chǎn)的海下油井的井基系統(tǒng)。支撐柱放進(jìn)海床下面的疏松塊中并形成導(dǎo)管套管的可靠安裝，從而使得通過在疏松塊、井的支撐柱和導(dǎo)管套管之間的直接連接提供關(guān)于井口的穩(wěn)定性和承載能力的可預(yù)計(jì)且盡可能可靠的結(jié)構(gòu)。支撐柱向下打入疏松塊中，其護(hù)套表面直接與疏松塊接觸而不預(yù)鉆任何孔或使用水泥或其他填充物，例如通過使用抽吸式井基，例如根據(jù)申請(qǐng)人自己的專利號(hào)No.313340的所謂的CAN(導(dǎo)管錨節(jié)點(diǎn))或者其他方法。然后，導(dǎo)管套管以已知的方式通過支撐柱安裝，例如通過鉆在疏松塊中的孔，所述導(dǎo)管套管沉入該孔中。導(dǎo)管套管被固定并支撐在支撐柱中。借此實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管套管的預(yù)定和受控的懸掛、導(dǎo)管套管的附接點(diǎn)(即在支撐部分和導(dǎo)管套管的自由可撓曲部分之間的過渡部)的精確定位以及將導(dǎo)管套管在所述附接點(diǎn)下方在支撐柱中用水泥完全粘牢。

支撐柱能夠向下打入疏松塊中，例如作為抽吸式井基的組成部分，即具有封閉頂部和開放底部的抽吸式井基，其中通過泵出由井基和海床包住的水團(tuán)來在井基內(nèi)建立低壓，從而由于所述低壓出現(xiàn)在井基上的向下的合力被用于將抽吸式井基和支撐柱向下壓入疏松塊。借此，隨后在支撐柱中安裝導(dǎo)管套管期間，支撐柱被定位成在其全部長(zhǎng)度上與疏松塊接觸良好并形成對(duì)導(dǎo)管套管的可靠的橫向和豎直支撐。

支撐柱還可能借助不同于上述抽吸式井基的方法向下打入疏松塊，例如通過借助錘子打入，并且該支撐柱可能是用一個(gè)或多個(gè)吸力錨錨定到海床上的井架或其他支撐結(jié)構(gòu)的一部分。

支撐柱的任務(wù)是提供抵靠疏松塊的連續(xù)的接觸表面而不在疏松塊和支撐柱的護(hù)套表面之間使用水泥或其他類型的填充物或灌漿材料，從而獲得抵靠疏松塊的輪廓分明的界面以及預(yù)定且可檢測(cè)的穩(wěn)定性。

當(dāng)導(dǎo)管套管穿過支撐柱并借助于例如吊夾的適當(dāng)工具以預(yù)定的長(zhǎng)度在海床上方自由伸出而懸掛時(shí)，支撐柱可能形成導(dǎo)管套管的底座。導(dǎo)管套管隨后可能用水泥粘牢到支撐柱中并在支撐柱下面用已知方法抵靠疏松塊直到支撐柱中的預(yù)定高度，從而導(dǎo)管套管將具有關(guān)于疲勞的最優(yōu)自由頂長(zhǎng)度(例如在2-5米的范圍內(nèi))以及被允許的撓曲距離。首先，上水泥高度由布置在支撐柱中的水泥導(dǎo)流系統(tǒng)的豎直位置控制，可選地通過將水泥從支撐柱和導(dǎo)管套管之間的環(huán)沖出，直到提供指定的上水泥高度。為實(shí)現(xiàn)所述環(huán)的均勻且連續(xù)的填充，支撐柱可能設(shè)有用于分別將水泥或其他灌漿材料從支撐柱中的較低高度向上引至導(dǎo)管套管的附接件的選定高度的系統(tǒng)。

有利地，一個(gè)或多個(gè)定心裝置可能布置在支撐柱和導(dǎo)管套管之間，最優(yōu)布置以用于導(dǎo)管套管的附接件對(duì)支撐柱的精確定位。

在可選實(shí)施例中，支撐柱中的設(shè)計(jì)的自由導(dǎo)管套管長(zhǎng)度可能具有其上應(yīng)用指定的最優(yōu)厚度的適當(dāng)?shù)膹椥泽w材料的涂層。在該實(shí)施例中，通過將全部水泥填充到支撐柱的頂部來粘牢導(dǎo)管套管。在水泥固化之后，該彈性體材料將給予導(dǎo)管套管預(yù)先選擇的自由導(dǎo)管套管長(zhǎng)度。該彈性體材料的進(jìn)一步的作用可能是由通過立管系統(tǒng)施加的橫向力造成的任何潛在的大單搖擺的阻尼。

本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定了本發(fā)明的有利的實(shí)施例。

在第一方面中，本發(fā)明更具體地涉及用于穩(wěn)定包括布置在海床上的井基的井口的裝置，其特征在于，所述井基包括至少一個(gè)支撐柱、以及被該支撐柱圍繞的導(dǎo)管套管的導(dǎo)管套管第一部分、圍繞導(dǎo)管套管第一部分且填充有水泥的環(huán)、以及以彈性可撓曲方式從導(dǎo)管套管第一部分向上伸出的導(dǎo)管套管的導(dǎo)管套管第二部分。

在導(dǎo)管套管第一和第二部分之間的過渡部，所述環(huán)可能設(shè)有在水泥導(dǎo)流系統(tǒng)下游的封隔器，該水泥導(dǎo)流系統(tǒng)被布置以將任何多余的水泥從所述環(huán)帶走。

導(dǎo)管套管第二部分的護(hù)套表面可能設(shè)有彈性體涂層，該彈性體涂層從所述過渡部向?qū)Ч芴坠艿谝徊糠盅由烨抑辽傺由熘辆喜康纳线吘?，并且該彈性體涂層的至少一部分被水泥包圍。

支撐柱可能設(shè)有沖洗管線，該沖洗管線在導(dǎo)管套管第一和第二部分之間的過渡部高度注入所述環(huán)。

支撐柱可能設(shè)有固井管線，該固井管線向在支撐柱和導(dǎo)管套管之間的環(huán)的下部注入。

在支撐柱縱向延伸的實(shí)體部分中，支撐柱可能以橫向支撐方式抵靠疏松塊。

導(dǎo)管套管第三部分可能在支撐柱下面的疏松塊中向下延伸。

導(dǎo)管套管可能從導(dǎo)管套管附接件向上延伸，導(dǎo)管套管和支撐柱的下端部通過該導(dǎo)管套管附接件相互連接。

第二方面中，本發(fā)明更具體地涉及穩(wěn)定包括布置在海床上的井基的井口的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

將支撐柱向下打入海床下面的疏松塊中；

降低導(dǎo)管套管的導(dǎo)管套管第一部分進(jìn)入支撐柱中；

用水泥填充在支撐柱和導(dǎo)管套管的導(dǎo)管套管第一部分之間形成的環(huán)；

使導(dǎo)管套管的導(dǎo)管套管第二部分在支撐柱上方突出；以及

將井口建立在向上伸出的導(dǎo)管套管第二部分上。

該方法可能進(jìn)一步包括以下步驟：

在導(dǎo)管套管第一和第二部分之間的過渡部用封隔器限制所述環(huán)。

該方法可能進(jìn)一步包括以下步驟：

通過使水泥進(jìn)入支撐柱的下部來填充所述環(huán)。

該方法可能進(jìn)一步包括以下步驟：

在導(dǎo)管套管第一和第二部分之間的過渡部用封隔器限制所述環(huán)；

通過使水泥進(jìn)入支撐柱的下部來填充所述環(huán)；以及

通過布置在封隔器的下邊緣的水泥導(dǎo)流系統(tǒng)將過量水泥帶出所述環(huán)。

該方法可能進(jìn)一步包括：

通過在導(dǎo)管套管第一和第二部分之間的過渡部高度向環(huán)中注入的沖洗管線來將過量的水泥沖出所述環(huán)。

附圖說明

在下文中，描述了優(yōu)選實(shí)施例的示例，其在附圖中示出，其中：

圖1以軸向截面示出由向下打入海床沉積物中的與抽吸式井基成一體的支撐柱支撐的油井的導(dǎo)管套管的主視圖，其中導(dǎo)管套管的附接點(diǎn)通過使用封隔器和水泥導(dǎo)流系統(tǒng)來確定；

圖2以軸向截面示出由向下打入海床沉積物中的與抽吸式井基成一體的支撐柱支撐的油井的導(dǎo)管套管的主視圖，其中導(dǎo)管套管的附接點(diǎn)通過在給予導(dǎo)管套管的期望的自由安裝長(zhǎng)度的長(zhǎng)度上使用彈性體材料來確定。

圖3以軸向截面示出由向下打入海床沉積物中的與抽吸式井基成一體的支撐柱支撐的油井的導(dǎo)管套管的主視圖，其中導(dǎo)管套管的附接點(diǎn)通過給予導(dǎo)管套管的指定的自由安裝長(zhǎng)度的所注入水泥在一定高度上沖出來確定。

圖4以軸向截面示出固定在向下打入海床沉積物中的與抽吸式井基成一體的支撐柱的下部中的短導(dǎo)管套管的主視圖，其中導(dǎo)管套管的上附接點(diǎn)通過將水泥控制填充到布置以給予導(dǎo)管套管的指定的自由安裝長(zhǎng)度的高度來確定，導(dǎo)管套管在井基向下放到海床上之前固定到支撐柱。

具體實(shí)施方式

在附圖中，附圖標(biāo)記1表示布置在海床21上在一層疏松塊2上面的井口。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，井基11可能是向下打入疏松塊中的支撐柱12，但附圖所示為抽吸式井基連同一體的支撐柱12一起向下打入疏松塊2中，支撐柱12被布置用來以已知的方法支撐并懸掛在疏松塊2中向下延伸的導(dǎo)管套管13。導(dǎo)管套管13可能以任意已知的方式放置在疏松塊2中。導(dǎo)管套管13可能是分段的，并且可能借此以已知的方式包括幾個(gè)導(dǎo)管套管接頭131，在圖1-3中僅示出一個(gè)。定心裝置133可能被提供給將在支撐柱12中定心的導(dǎo)管套管13。

水泥14已注入在支撐柱12和導(dǎo)管套管13的導(dǎo)管套管第一部分13′之間的環(huán)125中。如圖1所示，水泥14可能通過固井管線124單獨(dú)注入環(huán)125中。導(dǎo)管套管13的導(dǎo)管套管第三部分13′″可能在支撐柱12下面的疏松塊2中向下延伸，如果有必要的話，可能由填充導(dǎo)管套管13的導(dǎo)管套管第三部分13′″和疏松塊2之間的空腔的水泥(未示出)包圍。在本實(shí)施例中，當(dāng)用水泥將導(dǎo)管套管第三部分13′″固定到疏松塊2中時(shí)，水泥14可能在支撐柱12中的所述環(huán)中升高。

在圖1中，封隔器122防止水泥14在支撐柱12和導(dǎo)管套管第二部分13″之間流到環(huán)上面，該導(dǎo)管套管第二部分13″通過支撐柱12的上部自由伸出至井基11的上部111上方。封隔器122放在頂表面111下方的一定距離處以使水泥14在井口1下方指定距離處形成對(duì)導(dǎo)管套管13的橫向支撐。在該實(shí)施例中，將通過允許過量水泥通過水泥導(dǎo)流系統(tǒng)121離開環(huán)125來確保環(huán)125的充分填充，該水泥導(dǎo)流系統(tǒng)121還用作水及其他的導(dǎo)流系統(tǒng)，所述水及其他在水泥14前面通過環(huán)125上升。該水泥導(dǎo)流系統(tǒng)121可能包括用于調(diào)節(jié)環(huán)125中的水泥14的高度的裝置(未示出)，例如泵。導(dǎo)管套管第二部分13″的長(zhǎng)度和封隔器122的定位是在導(dǎo)管套管13的撓曲長(zhǎng)度的要求的基礎(chǔ)上確定，典型地在2-6米的范圍中。

圖2示出了第二示例性實(shí)施例，其中導(dǎo)管套管第二部分13″的護(hù)套表面部分被彈性體涂層132覆蓋。彈性體涂層132從井基11的上部111的上緣延伸至上部111下面指定距離處。在該實(shí)施例中，水泥14被填充到支撐柱12的頂部。屈服的彈性體涂層132將借此允許導(dǎo)管套管第二部分13″橫向撓曲，這與圖1所示的示例性實(shí)施例相對(duì)應(yīng)。

圖3示出了第三示例性實(shí)施例，其中沖洗管線123在井基11的上部111下面一定距離處注入支撐柱12中。過量的水泥14被沖出環(huán)125，從而使得導(dǎo)管套管第二部分13″自由地立在支撐柱12中以致能夠向側(cè)方撓曲，這與圖1所示的示例性實(shí)施例相對(duì)應(yīng)。

圖4示出了第四示例性實(shí)施例，其中短的導(dǎo)管套管13通過導(dǎo)管套管附接件134附接到支撐柱12的下部，且其中基于導(dǎo)管套管13的撓曲長(zhǎng)度的要求，水泥14已被填充到環(huán)125中達(dá)到指定的高度。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)管套管13和支撐柱12的連接以及向環(huán)125中填充水泥14可以在該組件被放在海床21上并向下打入疏松塊2之前執(zhí)行，例如在陸上設(shè)施處，在該組件被運(yùn)輸?shù)綄⒔⒕?的位置之前。

根據(jù)這些實(shí)施例，本發(fā)明提供用于將海下井口1的導(dǎo)管套管13預(yù)固定到周圍的疏松塊2中的系統(tǒng)，其可能給予導(dǎo)管套管13可控制的附接點(diǎn)，優(yōu)選地放在海床21下面，從而使得導(dǎo)管套管13將被布置成導(dǎo)管套管第二部分13″具有預(yù)定自由長(zhǎng)度以用于以計(jì)算的、可靠的方法最優(yōu)利用導(dǎo)管套管13的彈性。

單獨(dú)作為井基11或作為更復(fù)雜的井基11的一部分，支撐柱12被向下壓入海床21下面的疏松塊2中并在疏松塊2中被給予穩(wěn)定的橫向支撐。

當(dāng)水泥固化時(shí)，通過提供用于在支撐柱12或井基11中的豎直支撐的具有懸掛裝置的導(dǎo)管套管13(未示出)，根據(jù)圖1-3的示例性實(shí)施例的導(dǎo)管套管13可能從管陸線(未示出)分離。借此通過導(dǎo)管套管13在水泥14的定型和初始固化期間不移動(dòng)來提供可能達(dá)到的最好條件以用來增強(qiáng)全部水泥強(qiáng)度而不破壞水泥的結(jié)合。

本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，在水泥14注入期間，支撐柱12在水泥14和疏松塊2之間形成阻隔，從而使得導(dǎo)管套管第一部分13′的固井可能在接近理想的條件下發(fā)生，并且在實(shí)現(xiàn)整個(gè)導(dǎo)管套管13特別是導(dǎo)管套管接頭131的固化和設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性之后獲得全部水泥強(qiáng)度。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于穩(wěn)定包括布置在海床(21)上的井基(11)的井口(1)的裝置，其特征在于，所述井基(11)包括至少一個(gè)支撐柱(12)、以及被所述支撐柱(12)包圍的導(dǎo)管套管(13)的導(dǎo)管套管第一部分(13′)、圍繞所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)且填充有水泥(14)的環(huán)(125)、以及從所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)以彈性可撓曲方式向上伸出的所述導(dǎo)管套管(13)的導(dǎo)管套管第二部分(13″)，圍繞所述導(dǎo)管套管的所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)的所述環(huán)(125)的上部沒有水泥(14)。

2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，在所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)和所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)之間的過渡部，所述環(huán)(125)設(shè)有在水泥導(dǎo)流系統(tǒng)(121)下游的封隔器(122)，該水泥導(dǎo)流系統(tǒng)(121)被布置成將多余的水泥(14)從所述環(huán)(125)帶走。

3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)的護(hù)套表面設(shè)有彈性體涂層(132)，該彈性體涂層從所述過渡部向所述第一導(dǎo)管套管部分(13′)延伸且至少延伸至所述井基(11)的上部(111)的上邊緣，且該彈性體涂層(132)的至少一部分被水泥(14)包圍。

4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述支撐柱(12)設(shè)有沖洗管線(123)，該沖洗管線在所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)和所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)之間的過渡部高度處注入所述環(huán)(125)。

5.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中所述支撐柱(12)設(shè)有固井管線(124)，該固井管線在所述支撐柱(12)和所述導(dǎo)管套管(13)之間注入所述環(huán)(125)的下部。

6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，在所述支撐柱(12)的縱向延伸的實(shí)體部分中，所述支撐柱(12)以橫向支撐方式抵靠疏松塊(2)。

7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中導(dǎo)管套管第三部分(13″′)在所述支撐柱(12)下面在疏松塊(2)中向下延伸。

8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)管套管(13)從導(dǎo)管套管附接件(134)向上延伸，所述導(dǎo)管套管(13)和所述支撐柱(12)的下端部通過所述導(dǎo)管套管附接件(134)相互連接。

9.一種建立包括布置在海床(21)上的井基(11)的井口(1)的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

將支撐柱(12)打入海床(21)下的疏松塊(2)中；

降低導(dǎo)管套管(13)的導(dǎo)管套管第一部分(13′)進(jìn)入所述支撐柱(12)中；

用水泥(14)填充在所述支撐柱(12)和所述導(dǎo)管套管(13)的所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)之間形成的環(huán)(125)；

使所述導(dǎo)管套管(13)的導(dǎo)管套管第二部分(13″)在所述支撐柱(12)上方伸出，其中圍繞所述導(dǎo)管套管的所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)的所述環(huán)(125)的上部保持沒有水泥(14)；以及

將井口(1)建立在向上伸出的所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)上。

10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該方法進(jìn)一步包括以下步驟：

在所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)和所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)之間的過渡部用封隔器(122)限制所述環(huán)(125)。

11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該方法進(jìn)一步包括：

通過使水泥(14)進(jìn)入所述支撐柱(12)的下部來填充所述環(huán)(125)。

12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該方法進(jìn)一步包括以下步驟：

在所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)和所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)之間的過渡部用封隔器(122)限制所述環(huán)(125)；

通過使所述水泥(14)進(jìn)入所述支撐柱(12)的下部來填充所述環(huán)(125)；以及

通過布置在所述封隔器(122)的下邊緣的水泥導(dǎo)流系統(tǒng)(121)將過量的水泥(14)導(dǎo)出所述環(huán)(125)。

13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該方法進(jìn)一步包括以下步驟：

通過在所述導(dǎo)管套管第一部分(13′)和所述導(dǎo)管套管第二部分(13″)之間的過渡部高度注入所述環(huán)(125)的沖洗管線(123)將過量的水泥(14)沖出所述環(huán)(125)。