海底井介入模塊的製作方法

2023-09-23 13:44:35 2

專利名稱：海底井介入模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於從水面船舶經由線纜在井內執行井介入操作的海底井介入模塊。本發明還涉及一種介入系統和一種介入方法。
背景技術：
在採油期間，可能需要在井內執行維修作業或打開生產井。這種井作業稱為井介入。將生產套管置於井內，該生產套管在其上端由井口封閉。井口可位於陸地上、石油鑽塔上或水下的海床處。當井口位於深水區的海床時，井介入由於水下的能見度差而更加複雜。此外，海洋氣候條件會妨礙介入的完成，並且在海浪大的情況下會中斷介入。關於這種海底介入操作，已知的做法是通過藉助多個遠程操作的潛水器 (vehicle) (ROV)將介入模塊從水面船舶下降到井口結構上而執行這些操作。首先，ROV下潛以便將一組導引線固定在井口結構上，從而隨後引導和接靠(dock)介入模塊。當模塊朝井口下降時這些導引線必須保持拉直，在井口處模塊隨後通過ROV的操作臂緊固。ROV隨後用於執行介入操作。為了將這種介入模塊下降到井口上，需要一種特別建造的帶有大型起重機的船舶。因此，每個介入操作必須被完善地設計，因為所述特別的船舶無法在每個港口獲得並且需要被運輸至最近的港口，從而增加了每個操作花費的時間和金錢。US 7，331，394中公開了一種介入方案。即使使用安裝在模塊上的推力器來協助將模塊移動/操縱到井口上，介入模塊仍需由水面船舶上的起重機降下和提升。此外，接靠程序仍需R0V，以便在下降期間引導模塊並將模塊固定到井口上，並用於控制介入操作。

發明內容
本發明的一方面至少部分地涉及通過提供一種能夠與更常用的水面船舶一起使用的改進的海底井介入模塊來克服上述公知的介入操作方案的缺點。從以下說明變得顯而易見的該方面和本發明的優點通過一種用於從水面船舶經由線纜在井內執行井介入操作的海底井介入模塊來獲得，該海底井介入模塊包括-支承結構，-用於以可去除的方式將所述支承結構附接到井口的結構或附加結構上的附接裝置，-導航裝置，以及-井操控組件，其中所述導航裝置包括適於調節下潛的井介入模塊的浮力的浮力系統。通過為介入模塊提供浮力系統，確保了該模塊不會與海床或井口發生硬碰撞並由此損壞其本身或其它元件。此外，介入模塊更易於通過遠程操作的潛水器(也稱為R0V)操作。
在一個實施例中，所述海底井介入模塊可具有頂部和底部，所述底部的重量大於所述頂部的重量。在另一個實施例中，所述導航裝置可具有至少一個用於在水中移動模塊的推進單兀。此外，所述支承結構可為具有與標準船運貨櫃的尺寸相對應的高度、長度和寬度的框架結構。該海底介入模塊還可包括一種用於控制井操控組件、導航裝置、浮力系統和介入操作的控制系統。此外，導航裝置可包括用於檢測介入模塊的位置的檢測裝置。用於從水面船舶經由線纜在井內執行井介入操作的海底井介入模塊還可包括-支承結構，-用於以可去除的方式將所述結構附接到井口的結構或附加結構上的附接裝置，-井操控組件，-導航裝置，其具有至少一個用於在水中移動所述模塊的推進單元，以及-控制系統，其用於控制井操控組件、導航裝置和介入操作，其中該導航裝置包括用於檢測介入模塊的位置的檢測裝置。通過為介入模塊提供用於檢測介入模塊的位置的檢測裝置獲得了一種改進的介入模塊，其由於可從水面操作介入模塊而免於需要來自遠程操作的潛水器(ROV)的支持。 而且，導航裝置能夠使介入模塊在水中獨立地移動，進一步免除了當在井口上接靠時需要外部引導或導引線。在一個實施例中，所述支承結構可為具有外部形式並限定出容納井操控組件和導航裝置的內部空間的框架，所述井操控組件和導航裝置兩者均在該外部形式內延伸。在另一個實施例中，所述導航裝置可包括至少一個用於夾持在另一結構周圍以便將所述模塊引導就位的導引臂。在又一個實施例中，該檢測裝置可使用超聲波、聲學裝置、電磁裝置、光學裝置等來檢測模塊的位置和為所述模塊導航。在一個實施例中，該浮力系統包括-置換罐(排溢罐，displacementtank)，-用於控制所述罐的充填的控制裝置，以及-用於當向所述模塊提供浮力以補償所述模塊本身在水中的重量時從置換罐排出海水的膨脹裝置。在另一個實施例中，所述浮力系統可至少包括第一可充脹裝置和用於使該可充脹裝置充脹的膨脹裝置。當然，所述浮力系統的這兩個替代實施例的元件可結合在一個浮力系統中。在本發明的一個實施例中，海底井介入模塊可具有平行於井的縱向長度的縱向軸線，並且該模塊圍繞其縱向軸線基本上是重量對稱的。根據一些實施例，該模塊還可包括用於為介入操作供電的供電系統，該系統包括供電裝置，例如來自水面船舶的電纜、蓄電池、燃料電池、柴油電流產生器、交流發電機、發生器(producer)等供電裝置。
在本發明的一個實施例中，定位在該模塊上的供電系統可藉助於液壓、加壓氣體、 電等能源至少向井操控組件供電。此外，在某些實施例中，該供電系統可包括用於儲存從介入操作、例如將操作工具下潛到井內所產生的能量的蓄能系統。另外，在某些實施例中，所述供電系統可具有至少一條用於從水面上方向模塊供電的電纜，該電纜以可分離的方式連接至該模塊。在一個實施例中，該電纜還可包括用於在模塊與水面之間傳輸信號的裝置。在某些實施例中，該控制系統可包括用於分離為系統供電的電纜、用於將模塊連接至船舶的線纜或附接裝置的分離裝置。在一個有利的實施例中，所述檢測裝置可包括至少一個圖像記錄裝置。根據本發明的一個特別的實施例，所述海底井介入模塊的井操控組件可包括-工具傳送系統，該工具傳送系統包括-至少一個用於下潛到井內的工具，以及-用於將所述工具通過井口下潛到井內的工具下潛裝置，-至少一個用於連接至井口的井口連接裝置，以及-井口閥控制裝置，其用於至少操作第一井口閥以便允許工具通過井口連接裝置進入井內。另外，所述工具傳送系統可包括至少一個用於在井內向前驅動所述工具的驅動單兀。在一個實施例中，所述工具下潛裝置可包括介入裝置，例如展開介入媒介如本地線纜、編織繩或輕質複合纜索的絞盤，該介入媒介連接至工具以將工具下潛到井內並在從井向上拉起工具時卷繞介入媒介。在又一個實施例中，所述工具傳送系統可包括位於工具交換組件中的多個工具。在一個替代實施例中，所述井操控組件可包括用於去除井口上的保護罩帽的罩帽去除裝置。根據本發明的某些實施例，所述控制系統可包括用於分離井口連接裝置的分離裝置。在一個實施例中，所述供電系統可具有一定量的儲備電力，所述儲備電力的量足夠大以便使控制系統將井口連接裝置與井口分離、將用於供電的電纜與供電系統分離、將線纜與模塊分離或將附接裝置與井口結構分離。此外，該支承結構可至少部分由中空構型製成。此外，所述中空構型可封閉容納氣體的閉合件。另外，本發明涉及一種海底井介入系統，其包括-至少一個根據權利要求1-19中任一項所述的海底井介入模塊，以及-至少一個用於將所述介入模塊導航到井口或另一模塊上的遠程操作的潛水器 (ROV)。該海底井介入系統還可包括至少一個用於遠程控制所述介入模塊的一部分或全部功能的遠程控制裝置，該遠程控制裝置定位在水上。在一個實施例中，該井介入系統還可包括
-至少一個自主(自備，autonomous)通信中繼設備，其用於接收來自介入模塊的信號、將所述信號轉換成無線電傳播(airborne)信號並將所述無線電傳播信號傳輸至遠程控制裝置，並且反之，接收和轉換來自遠程控制裝置的信號並將所轉換的信號傳輸至介入模塊。在海底井介入系統的另一個實施例中，所述自主通信中繼設備可設計為浮子並具有懸掛於其下方的彈性通信電纜。另外，介入模塊或介入模塊的零件可由金屬如鋼或鋁製成，或者由重量輕於鋼的輕質材料如聚合物或複合材料、例如玻璃纖維或碳纖維增強型聚合物製成。介入模塊的這些零件可至少為介入模塊的附接裝置、井操控組件、導航裝置、推進單元、控制系統、檢測裝置、展開介入媒介例如本地線纜的絞盤、工具交換組件、工具傳送系統、蓄能系統等裝置的一部分。此外，本發明涉及一種海底井介入方法，該方法包括以下步驟-將水面船舶定位在海底井口附近，-將海底井介入模塊連接至船舶上的線纜，-通過推動模塊越過船舶的一側或一端而將海底井介入模塊傾卸到水中，-控制介入模塊上的導航裝置，-將模塊移動到井口上，-將模塊連接至井口，-控制所述控制系統以執行一個或多個介入操作，-在執行所述操作之後使所述模塊與井口分離，以及-通過拉拽線纜而將模塊回收到水面船舶上。在所述海底井介入方法的一個實施例中，一個或多個另外的海底井介入模塊可在第一模塊之後或與第一模塊同時被順次地傾卸。在所述海底井介入方法的第二實施例中，介入程序開始時的海底井介入模塊可通過纜線連接至水面船舶，並且所述介入還可包括在所述模塊下潛時從所述模塊釋放所述纜線的步驟，此後所述模塊可在沒有任何與水面船舶的物理連接的情況下通過其自身的導航裝置在水中上升。


下面參考附圖詳細說明本發明，附圖中圖1是介入操作的示意圖，圖2是被接靠在井口上的根據本發明的介入模塊的示意圖，圖3是根據本發明的介入模塊的示意圖，圖4和圖5是根據本發明的浮力系統的兩個實施例的示意圖，圖6是介入模塊的一個實施例的示意圖，圖7是介入模塊的另一個實施例的示意圖，圖8示出了海底井介入系統的一個實施例，圖9示出了介入系統的另一個實施例，以及圖10示出了介入系統的又一個實施例。
附圖僅為示意性的並基於說明的目的示出。
具體實施例方式本發明涉及一種用於在如圖1所示的海底油井101上執行介入操作的海底井介入模塊100。海底井介入模塊100例如僅通過將模塊100從船舶102的後部的甲板或越過船舶102的一側103推入海中而從水面船舶102入水。由於介入模塊的入水可以僅通過將模塊100傾卸到水中而完成，從而可通過更多種類的船舶來實現入水，包括更常見的船舶。因此，介入模塊100也可通過例如起重機(未示出)投入水104中。在入水之後，介入模塊100如圖1所示藉助導航裝置105或藉助遠程操縱潛水器 (也稱為R0V)航行至井101以執行介入。在另一個實施例中，導航裝置105包括允許例如位於水面船舶102上的操作人員經由控制系統1 遠程控制介入模塊100的通信裝置。用於導航裝置105的遠程控制信號和為介入模塊100提供的電力通過從電纜絞盤107繞出的諸如纜線或細纜的電纜106提{共。圖2和圖7所示的位於海床上的井口 120是井101的上端並包括兩個井口閥121 和用於生產管線(未示出)的連接和用於各種永久和臨時連接的端子。閥121通常可被機械地操作，或被液壓地操作，或兩者兼有。在其頂部，井口 120具有在繼續進行其它介入任務之前必須被去除的保護罩帽123。通常，海底井口 120被承載結構112包圍，以在外部單元連接時提供用於井口 120本身的卸載。承載結構112可配設有兩個、三個或四個附接支柱 113。介入模塊100的附接裝置111必須適合於待在其上接靠介入模塊的井口 120上的特定類型的承載結構112。附接裝置111可僅通過重力將介入模塊支承在承載結構112上，或者附接裝置111可包括一個或多個鎖止裝置以在已進行接靠之後保持模塊100在井口 120 上就位。介入模塊100的接靠通過遠程控制來執行。介入模塊100被導航至井口 120，通過被旋轉而與井口結構對準，並被操控以接靠在所述結構上。這可通過設置在海底介入模塊 100中的具有推進裝置的導航裝置105或ROV來完成。為了獲得良好的豎向機動性，導航裝置105設有適於調節下潛的井介入模塊100 的浮力的浮力系統117。通過控制介入模塊100在下潛時的浮力，可使模塊在水104中下沉 (負浮力)、維持一定深度(零浮力)或上升(正浮力)。通過利用該原理來提供更好的豎向機動性，甚至可以如利用此類布置結構的潛艇所示例的那樣有效地控制重物。在一個實施例中，可使用適當定向的豎向推進單元116執行微小的豎向位置調節。為井介入模塊100提供顯著增大的浮力所產生的附加效果是降低了模塊100的重量施加在井口上的合力。優選地，介入模塊100應被保持成接近零浮力，即為「失重的」。這降低了井口 120破裂的風險，否則這種破裂將導致巨大的環境災害。為了輔助這種接靠程序，導航裝置105包括用於檢測介入模塊100在水104中的位置的檢測裝置109。使介入模塊100能夠在水中獨立地移動減少了對水面船舶102的要求，這是因為船舶102僅需將介入模塊投入水104中，此後模塊100能夠根據其本身的命令降入水中，從而避免了需要昂貴的特別裝備的水面船舶，例如，帶有大的升沉補償起重機系統(未示出)的水面船舶。 此外，海底介入模塊100的下部順序地重於海底介入模塊的上部。這樣的目的是確保模塊在下潛時不會倒置，從而使模塊100的底部而不是頂部面對井口結構或待在其上安裝模塊100的另一模塊。 介入模塊100可通過組合的電力/控制電纜106、通過獨立的電纜或甚至無線地進行遠程控制。由於介入模塊100包括能夠使模塊在水中自由移動的導航裝置105，所以不需要導引線或其它外部引導機構來使模塊接靠到井口 120上。在某些情況下，需要斷開水面船舶102與模塊100之間的線纜連接件108、118，並且在這些情況下，本發明的模塊仍然能夠繼續運行。此外，不需要投入其它潛水器例如ROV來控制介入模塊。這使操作更簡單，水面船舶102具有更大的靈活度，例如，從接近的物體等移開。導航裝置可具有推進單元115、116、檢測裝置109和/或浮力系統117。如果模塊 100的導航裝置105具有推進單元115、116和檢測裝置109兩者，則推進單元能夠將模塊移動到另一模塊上或海床上的井口結構上的適當位置。如果模塊100僅具有浮力系統117，則仍需要遠程操作的潛水器來將模塊移動到位，但浮力系統使導航更容易。此外，當模塊100的底部重於頂部時，確保了模塊總是具有正確的定向。根據本發明的海底井介入模塊100、150、160由可在其上安裝介入模塊的各種子系統的支承結構110形成。支承結構110包括用於以可去除的方式將支承結構110附接到井口 120的結構112上或井口的其它結構上的附接裝置111。因此，附接裝置111允許介入模塊100被接靠在井口 120的頂部上。在另一個實施例中，第二介入模塊160的附接裝置 111可被接靠在已被接靠在井口 120上的第一介入模塊150的頂部上。第一模塊用於去除井口 120的罩帽，而第二模塊用於在介入操作中將工具投入井101內。當一個介入模塊在井101內操作時，另一個介入模塊安裝有另一工具，以用於在井內執行第二操作，也稱為第二輪操作。當用於第二輪操作的模塊可用時，將該模塊傾卸到水104中並在井口 120附近等待以準備在「第一輪操作」完成時安裝。這樣，可在執行前一輪操作的同時執行用於下一輪操作的工具的安裝。因此，每個模塊可安裝有能夠減輕模塊在井口 120上的重量的一個專用工具，因為模塊不具有帶有大量工具和用於操縱這些工具的裝置的大型工具傳送系統170。此外，不存在工具被卡在工具傳送系統170內的風險。另外，它們可以更特別地為特定用途設計，因為可針對工具構建其它輔助裝置，而這不可能在工具傳送系統170中實現。如圖2所示，介入模塊100包括井操控組件125，該井操控組件125能夠使介入模塊執行完成介入作業所需的各種井介入操作。此外，介入模塊100具有導航裝置105，該導航裝置105帶有用於使模塊在水104中側向移動的推進單元115、116。但是，推進單元115、 116也可被設計成使模塊100上下移動。另外，介入模塊100具有用於控制井操控組件125、 導航裝置105和介入操作例如在井101內操作的工具171的控制系統126。支承結構110製成允許水通過該結構，從而使任何水流可作用在其上的截面積最小。因此，可通過減小模塊的阻力而使模塊100能夠更快地在水中航行。此外，開口結構使得能夠更容易地接近介入模塊100的構件。在另一個實施例中，支承結構110至少部分地構造為管架結構，因為這種結構使重量最輕。因此，支承結構110可由中空構型例如管設計而成，以使結構的重量更輕。這種重量輕的介入模塊使得當模塊被接靠在井口 120上時井口 120上的重量減輕，從而降低損壞井口的風險。此外，重量輕的介入模塊能夠使模塊100更易於操縱，例如在登上水面船舶 102 時。支承結構110可由金屬例如鋼或鋁製成，或者由輕於鋼的輕質材料如複合材料、 例如玻璃纖維或碳纖維增強型聚合物製成。支承結構110的某些零件也可由聚合材料製成。介入模塊100的其它零件也可由金屬例如鋼或鋁製成，或者由輕於鋼的輕質材料如聚合物或複合材料、例如玻璃纖維或碳纖維增強型聚合物製成。介入模塊100的這些其它零件可為介入模塊100的附接裝置111 ；井操控組件125 ；導航裝置105 ；推進單元115、 116 ；控制系統126 ；檢測裝置109 ；展開介入媒介例如本地線纜的絞盤127 ；工具交換組件； 工具傳送系統170 ；蓄能系統119等裝置的至少一部分。支承結構110也可由封裝了氣體的中空構型製成，從而當潛入海中時進一步為模塊100提供浮力。圖3示出了介入模塊的一個實施例的支承結構110如何將導航裝置105、控制系統 126和井操控組件125完全容納在框架的外部形式內。因此，支承結構110保護導航裝置 105、控制系統1 和井操控組件125免於與例如海床或水面船舶102上的物體發生碰撞。 因此，介入模塊100能夠承受在其下降時撞擊海床，並例如當等待被接靠在井口 120上時直接置於海床上。為了執行井介入，井口 120的罩帽必須被去除，隨後如圖6所示將工具投入井101 內。因此，接靠在井口 120上的第一介入模塊150是其中井操控組件125包括用於去除保護罩帽123的裝置的模塊。在下一介入步驟中，包括用於將工具171配製在井101內的裝置的第二介入模塊160被接靠在第一介入模塊150上。在另一個實施例中，第一模塊150 和第二模塊160可如圖2和圖7所示包含在一個模塊內。檢測裝置109使用超聲波、聲學裝置、電磁裝置、光學裝置或它們的組合來檢測模塊100的位置並將模塊導航到井口 120或另一模塊上。當使用導航技術的組合時，檢測裝置109可檢測模塊100的深度、位置和定向。可使用超聲波來測量介入模塊100下方的水深並確定豎向位置，同時，可使用陀螺儀來確定介入模塊的定向。可使用一個或多個加速計來確定在水平面中相對於已知初始位置的運動。這種系統可提供關於介入模塊100的完整位置信息。在另一個實施例中，檢測裝置109包括至少一個圖像記錄裝置，例如攝像機。此外，該圖像記錄裝置包括用於經由控制系統126將圖像信號傳送至水面船舶102的裝置。攝像機優選被定向成在接靠程序期間顯示介入模塊100的附接裝置111及井口 120。這使得操作人員能夠例如在模塊被接靠在井口 120上時通過可視圖像引導介入模塊100。如圖2 所示，圖像記錄裝置可被安裝在介入模塊100的支承結構110上的固定位置處，或被安裝在可由操作人員遠程控制的轉向座上。對於本領域的技術人員來說顯而易見的是，該可視圖像系統可包括任何數量的適當光源，以照亮可視圖像系統的光路內的物體。在另一個實施例中，圖像記錄裝置還包括用於分析所記錄的圖像信號的裝置，從而例如能夠使自主導航裝置系統通過可視圖像移動介入模塊100。為了實現介入模塊100在下潛時的更好的機動性，必須能夠維持該介入模塊100在水104中的豎向位置，同時能夠在水平面中移動，並能圍繞豎直軸線114旋轉，從而允許附接裝置111與井口 120的承載結構112的附接支柱113對準以便進行接靠。水平機動性及旋轉可由一個或多個推進單元115、116例如推力器、噴水式推進器或任何其它適當的水下推進裝置提供。在一個實施例中，推進單元115、116被安裝到介入模塊100的固定位置上，即，每個推進單元115、116相對於介入模塊100具有固定的推力方向。在本實施例中，使用至少三個推進單元115、116來移動模塊100。在另一個實施例中， 來自一個或多個推進單元115、116的推力方向可通過旋轉推進單元本身或通過例如利用方向舵裝置等引導水流來控制。這種設置可以通過與所述單元被固定在介入模塊100上的情況相比以數量較少的推進單元115、116來實現全部機動性。介入模塊100可遠程操作、通過自主系統操作或兩者結合。例如，在一個實施例中，模塊的接靠由遠程操作人員執行，但自主系統在模塊100被附接至井口 120時保持例如零浮力。浮力系統117還可提供用於考慮到例如溫度或鹽度引起的周圍海水密度的變化而調節浮力的裝置。圖4和圖5示出了浮力系統117的兩個不同的實施例。一般而言，浮力系統117 必須能夠置換/排放與介入模塊100本身的總重量對應的質量的水。例如，如果模塊重30 噸，則被置換的水的質量必須為30噸，大致對應於30立方米的體積，以確保零浮力。但是， 並不需要將全部體積充填水以使模塊100下降，因為這樣會使模塊很迅速地下沉。因此，浮力系統117的一部分可布置成永久向模塊提供浮力，而浮力系統117的另一部分可置換一定體積以將浮力從負浮力調節為正浮力。浮力系統117的永久浮力可由充填有氣體或適當的低密度材料如合成泡沫的置換罐130的密封隔室提供。最小浮力將取決於模塊100下降時所受的阻力。類似地，可獲得的最大浮力應選擇為使模塊100能夠以合理的高速度上升以允許方便的操作，但該速度不高於模塊100的安全航行所規定的速度。圖4示出了包括可被充填海水或氣體例如空氣的置換罐130的浮力系統117。為了增加模塊100的浮力，將氣體導入罐130內，從而置換海水。為了降低浮力，通過控制裝置131將氣體從罐130導出，從而使海水進入。用於控制對罐充填海水的控制裝置131可僅為一個或多個使罐130內的氣體逸出的遠程操作閥。該罐可具有開口底部，或其可完全封裝內容物。在開口罐的情況下，當氣體逸出時水將自動充滿罐130，但在封閉罐的情況下， 需要進口閥來允許水進入罐130。圖5示出了一浮力系統117，該浮力系統117包括多個可由膨脹裝置132充脹的可充脹裝置140。可以設想任何數量的可充脹裝置140，例如，一個、兩個、三個、四個、五個或更多。可充脹裝置140可為氣球、氣密囊袋等形式，並且例如當介入模塊100在介入程序之後要上升到海面時可被充脹以增加浮力。膨脹裝置132可包括壓縮氣體，例如空氣、氦氣、 氮氣、氬氣等。或者，可充脹裝置140的充脹所需的氣體通過化學反應產生，類似於用於汽車中的氣囊的充脹的系統。可充脹裝置140必須由足夠牢固以承受在期望的操作深度處存在的水壓的材料製成。此類材料可為使用芳族聚醯胺或碳纖維增強型聚合物材料、金屬或任何其它適合的增強材料。如圖5所示的浮力系統117可以可選地包括用於部分或完全從可充脹裝置440釋放氣體或甚至用於釋放整個可充脹裝置140本身的裝置。在一個實施例中，介入模塊100、150、160具有平行於井101的縱向長度的縱向軸線，並且所述模塊圍繞其縱向軸線重量對稱。這種對稱的重量分布確保了介入模塊100在被接靠到井口上時不會扭轉井口 120和相關的井口結構。在另一個實施例中，浮力系統117適於確保浮力作用於其上的浮力中心與介入模塊100的質心位於相同的縱向軸線上，並且浮力中心位於質心上方。本實施例確保了介入模塊100的方向穩定性。如圖2所示，介入模塊100、150、160包括定位在模塊上的供電系統119。供電系統 119可呈連接至水面船舶102的電纜106的形式或呈蓄電池、燃料電池、柴油電流產生器、 交流發電機、發生器等本地供電裝置的形式。在一個實施例中，供電系統119對井操控組件 125和/或使用液壓、加壓氣體、電等能量的模塊的其它裝置供電。通過向介入模塊100提供本地供電裝置或儲備電力，介入模塊能夠從井口 120或另一模塊自行釋放，並且如果需要的話，能夠提升井101內的工具。這至少使得介入模塊100能夠在出現損壞或其它緊急情況的情況下自行浮上水面。在另一個實施例中，本地供電裝置允許介入模塊100在無外部電源的情況下獨立地執行部分介入程序。在某些實施例中，供電系統119包括用於儲存從介入操作例如操作工具171下潛到井101內所產生的能量的蓄能系統133。在一個這樣的實施例中，蓄能系統133包括當工具171在井101內下降時所釋放的能量的機械儲存，該儲存的能量可用於以後提升工具。 蓄能系統133可包括機械儲存裝置，該機械儲存裝置能夠是任何種類的張緊系統、氣動儲存裝置、液壓儲存裝置或任何其它適當的機械儲存裝置。通過為介入模塊100提供蓄能系統133，例如操作所需的電力的要求容量由於所儲存的能量的重複利用而降低。當然，介入模塊100可包括兩個或更多個供電裝置的任何組合。此外，介入模塊100的供電系統119可由用於從水面上方向介入模塊供電的至少一條電纜106供電。電纜106通過連接件108以可分離的方式連接至介入模塊100，所述連接件108能夠使電纜在水面船舶102需要移動的情況下容易地與介入模塊分離。這種情況在圖6中示出，其中電纜106剛好分離。電纜106可適合為介入模塊100供應來自水面船舶102的電力並且例如可作為纜線或細纜提供。與水面船舶102通信使得介入模塊100能夠被遠程操作並且將各種測量和狀態數據傳回船舶。介入模塊100可有線地或無線地與水面船舶102或與下潛的或水面上的其它單元通信。通信導線可以是作為單獨的電纜或作為電纜內的單獨的線提供的專用通信線， 或電力傳輸導線連接，例如電力電纜。在另一個實施例中，如圖8和圖9所示，介入模塊100 包括無線通信裝置，例如無線電頻率通信、聲學數據傳輸、光鏈路或任何其它適當的無線水下通信裝置。通信可使用接受器直接進行，或通過代理、即中間發送器和接收器單元例如中繼設備190進行。通信裝置可實現雙向或單向通信，這種通信從介入模塊100傳送諸如在接靠程序期間的視頻反饋、位置、當前深度讀數、子系統的狀態或例如來自井101內的其它測量數據之類的數據。對介入模塊100的通信例如可為對返回數據、移動操作、用於井操控組件的控制數據即控制實際介入過程本身等的需求。在一個實施例中，控制系統1 包括有線和無線通信裝置兩者，例如，使得可通過導線傳輸高帶寬要求的視頻反饋，直到介入模塊100被接靠在井口 120上為止。當模塊已被接靠時，可藉助中繼設備190無線地執行較低帶寬要求的通信，例如在介入本身期間所
需的通信。如果例如與電力電纜結合的通信導線從介入模塊100被釋放，則在任何表面或下潛的船舶與介入模塊之間沒有物理連接，因為介入模塊仍可通過無線連接180、191控制。 因此，在一個實施例中，控制系統1 包括用於使向系統供電的電纜分離的分離裝置108、 用於將介入模塊100連接至船舶102的線纜或附接裝置111。繼分離之後，介入模塊100繼續依靠其自身的電源工作。當電纜已從介入模塊100被釋放並在水面船舶102上被回收時， 船舶可自由航行離開其位置，例如，以避免來自浮動障礙物如冰山、船隻等的危險。如所述的，為了執行實際介入任務，模塊100包括井操控組件125，該井操控組件可為罩帽去除裝置134或工具傳送系統170。工具傳送系統170包括至少一個用於下潛到井101內的工具171和用於將工具通過進口 120下潛到井101內的工具下潛裝置172。將工具傳送系統170的工具下潛裝置172安裝在模塊100上使得能夠獨立於水面船舶102操縱工具。這確保了井口 120不會承受來自例如從井口 120延伸至水面船舶102的長導線或導引線的任何過大的應變或扭矩。這種應變或扭矩是極不希望的，因為其最終可能引起進口 120破裂，這種破裂有可能引起巨大的環境災害。為了將井操控組件125連接至井口 120，該組件還包括至少一個井口連接裝置173 和用於至少操作第一井口閥121的井口閥控制裝置174，以使工具通過井口連接裝置173進入井101內。井口通常具有機械地或液壓地操作的閥。因此，由介入模塊控制系統1 控制的井口閥控制裝置174包括用於操作閥控制裝置如機械臂或液壓接頭的裝置，以及用於將所需的機械或液壓力傳送至閥控制裝置的系統。工具下潛裝置172可為絞盤127，該絞盤127展開連接至工具以便將工具下潛到井 101內的介入媒介如本地線纜、編織繩或輕質複合纜索，並且當從井向上拉工具時盤繞介入媒介。井介入通常需要通過線纜、盤繞管等將工具下潛到井101內。在井101的一部分未大致豎直的情況下，可使用井下牽引車作為驅動單元來將工具一直驅動到井內的適當位置。井下牽引車是能夠在井下推動或拉動工具的任何種類的驅動工具，例如 Well Tractor 。支承結構110是具有對應於標準船運貨櫃的尺寸的高度、長度和寬度的框架結構。船運貨櫃可具有不同尺寸，例如美國軍隊使用的8英尺0.438m)立方體 (2. 44mX2. 44mX2. 44m)單元，或後來的標準化貨櫃，其具有更長的長度，例如10英尺 (3. 05m)、20 英尺(6. IOm)、40 英尺(12. 19m)、48 英尺(14. 63m)和 53 英尺(16. 15m)。歐洲和澳洲的貨櫃可稍寬，例如寬2英寸(50. 8mm)。連接裝置173通常包括用於連接至井口 120並用於當工具未被配置時提起工具的潤滑器178。此外，連接裝置173通常包括油脂噴頭，該油脂噴頭用於在工具下潛裝置172 周圍建立緊密密封而同時仍允許工具下潛裝置通過密封部以便將工具移入和移出井101。 在一個實施例中，控制系統126包括用於分離井口連接裝置173的分離裝置108，從而使潤滑器178能夠與井口 120分離。在緊急情況下，該工具包括用於在工具在井下卡住的情況下從該工具釋放纜索的釋放裝置。在又一個實施例中，供電系統119具有一定量的儲備電力，該儲備電力的量足夠大以便控制系統126將井口連接裝置173與井口 120分離、將用於供電的電纜與供電系統 119分離、將線纜與模塊分離或將附接裝置111與井口結構分離。這樣，即使例如由於水面船舶102遇到風險而需要使纜索分離，介入模塊100也可重新浮上水面。在一個實施例中，可通過使介入模塊100配設有能夠實現所需操作的適當數量的電池來提供所需的儲備電力。井介入模塊100、150還可包括當未被配置時貯藏在工具交換組件中的兩個或更多個工具。由控制系統1 控制的工具交換組件能實現兩個或更多個工具之間的工具交換，從而允許在不需要模塊重新浮上水面或其它外部影響的情況下，通過同一模塊執行需要不同工具的多個介入操作。除帶有工具的構型外，常見的介入操作需要井操控組件125的至少一個附加構型。如所述的，該附加構型可為包括罩帽去除裝置134的罩帽去除組件151，如圖6所示。 這種罩帽去除裝置134可適於根據井口 120和/或保護罩帽123的設計來拉動或旋鬆井 101的保護罩帽123。此外，罩帽去除裝置134可適於使罩帽123振動以鬆動可能已經沉積在罩帽上的碎屑和沉澱物。如所述的，罩帽去除組件151可被安裝在專用於作為罩帽去除模塊150的特定介入模塊上。該罩帽去除模塊150可適於允許後續的介入模塊100、160在附接至井口 120時被增設地接靠在其本身上。圖6所示的模塊包括朝向支承結構110的頂部的接納裝置155， 其中接納裝置巧5適於接納後續的介入模塊100、160的附接裝置111。在圖6所示的實施例中，纜索此時已與模塊100分離以便被水面船舶102回收。罩帽去除模塊150的控制系統此時通過無線鏈路與水面船舶102通信連接。如圖9所示，海底井介入系統100的某些實施例包括至少一個自主通信中繼設備 190，其用於從介入模塊100、150、160無線接收水中傳播信號、將所述信號從模塊100轉換為無線電傳播信號191並且將所述無線電傳播信號傳輸至遠程控制裝置192，並且反之亦然，接收和轉換來自遠程控制裝置的信號並且將所轉換的信號傳輸至介入模塊100。在一個實施例中，自主通信中繼設備190被設計為浮子並具有懸掛在下方的彈性通信電纜194、199。通信中繼設備190可為小船、小艇、浮子或任何其它適當的漂浮結構。 優選地，中繼設備190包括導航裝置105，該導航裝置105能夠使中繼設備190從水面船舶 102被遠程控制，例如，以維持特定位置。而且，在某些實施例中，中繼設備190包括用於檢測其當前位置的裝置，例如用於全球定位系統(GPS)的接收器193。在圖8中，彈性通信電纜194、199懸掛在船舶102下方，其中電纜的端部具有用於與第一模塊100、150和第二模塊100、160通信的裝置。往返介入模塊100的無線電傳播通信在水下通信裝置與水面上方通信裝置如從圖9所見的天線192之間中繼。水下通信裝置可為連接至介入模塊100(參見圖10)的導線， 或者其可以是例如利用無線電頻率信號或光學的或聲學信號進行無線水下通信的裝置。如果使用無線通信，則通信中繼設備190可適於將水下通信裝置下降到深水處，例如，到達水深的10-100%、或25-75%或甚至40-60%的深度。這限制了所需的水下無線傳輸距離，因為需要避免電磁輻射在海水中的過大傳輸損失。無線電傳播通信可通過水麵船舶102或例如遠程操作中心發生。圖10示出了一實施例，其中中繼設備190的水下通信裝置是連接至介入模塊100 並且可在介入模塊下降時從中繼設備190拉出的通信導線199。中繼設備190可設有用於繞出導線199的裝置，或者所述導線可僅在模塊下降時由於介入模塊100的重量而被從捲軸拉出。導線199可通過電子機械裝置例如絞盤或通過純機械裝置例如張緊系統提升。
利用了根據本發明的介入模塊的海底井介入因此包括以下步驟將水面船舶102 定位在海底井口 120附近，將海底井介入模塊100連接至船舶上的線纜，通過推動海底井介入模塊100越過船舶的邊緣而將該模塊從水面船舶102傾卸到海中，控制介入模塊100上的導航裝置105，將模塊100移動到井口 120上，將模塊100連接在井口 120上，控制控制系統126以執行一個或多個介入操作，在執行所述操作之後將模塊100與井口 120分離，以及通過拉拽線纜而將模塊100回收到水面船舶102上。水面船舶102不需要被精確地定位在井口 120上方，因為模塊100獨立地航行並且不從所述船舶懸掛。此外，由於模塊100可僅被推動越過水麵船舶102的一側103，因此將介入模塊配置到水中的通常關鍵的現有技術程序得以明顯簡化。這使得介入模塊100能夠在否則不能夠進行介入操作的不利條件下進行配置。而且，由於模塊100是遠程操作的，所以不需要配置另外的潛水器，例如R0V，從而進一步簡化了介入操作。在根據本發明的介入方法的某些實施例中，在第一模塊之後或與第一模塊同時順次地傾卸一個或多個另外的海底井介入模塊。當第一介入模塊執行其指定操作時，可在水面船舶102上準備下一介入模塊並將其投入海中以朝井口 120下降。當第一介入模塊已執行其操作後，第一介入模塊可通過其自身的裝置返回水面而第二介入模塊在井口 120附近等待被接靠在井口上。與需要通過起重機例如經由一組導引線將多個介入模塊下降到井口上的情形相比——在該情況下，需要更多的時間來執行介入——通過提供等待的第二介入模塊可以實現從一個介入模塊到下一介入模塊的快速變換。
權利要求
1.一種用於從水面船舶(102)經由線纜在井(101)內執行井介入操作的海底井介入模塊(100)，包括-支承結構(110)，-用於以可去除的方式將所述支承結構附接到井口(120)的結構或附加結構上的附接裝置(111)，-導航裝置(105)，以及-井操控組件(125)，其中所述導航裝置包括適於調節下潛的所述井介入模塊的浮力的浮力系統(117)。
2.根據權利要求1所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述海底井介入模塊具有頂部和底部，所述底部的重量高於所述頂部的重量。
3.根據權利要求1或2所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述支承結構是具有外部形式並限定出容納所述井操控組件和所述導航裝置的內部空間的框架結構，所述井操控組件和所述導航裝置兩者均在所述外部形式內延伸。
4.根據權利要求1所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述導航裝置具有至少一個用於在水(104)中移動所述模塊的推進單元(115，116)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述支承結構是具有與標準船運貨櫃的尺寸相對應的高度、長度和寬度的框架結構。
6.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述海底井介入模塊還包括用於控制所述井操控組件、所述導航裝置、所述浮力系統和所述介入操作的控制系統(126)。
7.根據權利要求6所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述支承結構是具有外部形式並限定出容納控制系統的內部空間的框架結構，所述控制系統在所述外部形式內延伸。
8.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述導航裝置包括至少一個用於夾持在另一結構周圍以便將所述模塊引導就位的導引臂。
9.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述導航裝置包括用於檢測所述介入模塊的位置的檢測裝置(109)。
10.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述浮力系統包括-置換罐(130)，-用於控制所述罐的充填的控制裝置(131)，以及-用於當向所述模塊提供浮力以補償所述介入模塊本身在水中的重量時從所述置換罐排出海水的膨脹裝置(132)。
11.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述檢測裝置包括至少一個圖像記錄裝置。
12.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述井操控組件包括-工具傳送系統(170)，該工具傳送系統包括-至少一個用於下潛到所述井內的工具(171)，以及-用於將所述工具通過所述井口下潛到所述井內的工具下潛裝置(172)，-至少一個用於連接至所述井口的井口連接裝置(173)，以及-井口閥控制裝置(174)，該井口閥控制裝置用於至少操作第一井口閥(121)以便允許所述工具通過所述井口連接裝置進入所述井內。
13.根據權利要求12所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述工具傳送系統包括至少一個用於在所述井內向前驅動所述工具的驅動單元。
14.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述井操控組件包括用於去除所述井口上的保護罩帽(123)的罩帽去除裝置(134)。
15.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述海底井介入模塊還包括用於為介入操作供電的供電系統(119)，例如來自所述水面船舶的電纜(106)、 蓄電池、燃料電池、柴油電流產生器、交流發電機、發生器等供電裝置。
16.根據權利要求15所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述供電系統包括用於儲存從介入操作、例如操作工具(171)下潛到所述井內所產生的能量的蓄能系統(133)。
17.根據權利要求15或16所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述供電系統具有一定量的儲備電力，所述儲備電力的量足夠大以便所述控制系統將所述井口連接裝置與所述井口分離、將用於供電的電纜與所述供電系統分離、將所述線纜與所述介入模塊分離或將所述附接裝置與所述井口結構分離。
18.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述支承結構至少部分地由中空構型製成。
19.根據權利要求18所述的海底井介入模塊，其特徵在於，所述中空構型封閉容納氣體的閉合件。
20.一種海底井介入系統000)，包括-至少一個根據權利要求1-19中任一項所述的海底介入模塊，以及-至少一個用於將所述介入模塊導航到海底的井口或另一海底模塊上的遠程操作的潛水器。
21.根據權利要求20所述的海底井介入系統，其特徵在於，所述海底井介入系統還包括至少一個用於遠程控制所述介入模塊的一部分或全部功能的遠程控制裝置(192)，所述遠程控制裝置定位在水面上方。
22.根據權利要求20或21所述的海底井介入系統，其特徵在於，所述海底井介入系統還包括-至少一個自主通信中繼設備(190)，所述至少一個自主通信中繼設備用於接收來自所述介入模塊的信號、將所述信號轉換成無線電傳播信號並且將所述無線電傳播信號傳輸至所述遠程控制裝置，並且反之接收和轉換來自所述遠程控制裝置的信號並且將所述轉換的信號傳輸至所述介入模塊。
23.根據前述權利要求中任一項所述的海底井介入系統，其特徵在於，所述介入模塊或所述介入模塊的零件由金屬、例如鋼或鋁製成，或者由重量輕於鋼的輕質材料如聚合物或複合材料、例如玻璃纖維或碳纖維增強型聚合物製成。
24.一種海底井介入方法，包括以下步驟-將水面船舶定位在海底井口附近，-將海底井介入模塊連接至所述船舶上的線纜，-通過推動所述模塊越過所述船舶的一側(10 或一端而將所述海底井介入模塊傾卸到水中，-控制所述介入模塊上的導航裝置，-將所述模塊移動到所述井口上，-將所述模塊連接至所述井口，-控制所述控制系統以執行一個或多個介入操作，-在執行所述操作之後使所述模塊與所述井口分離，以及-通過拉拽所述線纜而將所述模塊回收到所述水面船舶上。
25.根據權利要求M所述的海底井介入方法，其特徵在於，所述方法還包括以下步驟 -將第二海底井介入模塊連接至所述船舶上的所述線纜，-在回收所述前一海底介入模塊之前通過推動所述第二海底井介入模塊越過所述船舶的一側或一端而從所述水面船舶將所述模塊傾卸到水中。
全文摘要
本發明涉及一種用於從水面船舶經由線纜在井內執行井介入操作的海底井介入模塊。該介入模塊包括支承結構、用於以可去除的方式將該支承結構附接到井口的結構或附加結構上的附接裝置、井操控組件、具有至少一個用於在水中移動該模塊的推進單元的導航裝置以及用於控制介入操作的控制系統。本發明還涉及一種介入系統和一種介入方法。
文檔編號E21B41/04GK102245855SQ200980149501
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月11日 優先權日2008年12月12日
發明者J·哈倫德巴克 申請人:韋爾泰克有限公司