CN111356818B - 海洋吸力锚 - Google Patents

Abstract

提供一种吸力锚，包括吸入室，以以下为边界：(i)周向外壁、(ii)具有中央开口的上壁以及(iii)内部壳体的壁；内部壳体界定与中央开口连通的通路，通路用于接收能够被固定至吸力锚的井口部件；吸入室具有较小的上部分和较大的下部分；较小的上部分包括沿着上壁的内侧从外壁至内部壳体延伸的内部加强构件；当锚被安装时较大的部分适应于被嵌入在海床中并且较小的部分适应于从海床突出；其中加强构件起作用以加强室的上壁抵抗塌陷并且起作用以刚性地支撑内部壳体使得内部壳体能够抵抗被施加至内部壳体的来源于被施加至被接收和固定在内部壳体中的井口部件的弯曲力矩的力。还提供安装吸力锚的方法。

Description

海洋吸力锚

技术领域

本发明涉及用于作为海底井例如油气井的底座和支撑部使用的海洋吸力锚。具体地，其涉及向井口罩提供一体的支撑部的结构，由此被施加至井口罩的弯曲力矩，例如被立管诱导的载荷，可以被吸收。

背景技术

吸力锚是与海床(或吸力锚待被吸入其中的任何的表面)形成封闭的容积并且其中的压力能够被调整使得其能够被相对于海床运动的装置。这通过将吸力锚内部的压力减少至小于在吸力锚位于的深度的外部海压力使得吸力锚被所创造的压力差吸入/推动入海床中来实现。相反地，如果期望拆卸吸力锚，那么这可以通过将吸力锚内部的压力增加至大于在吸力锚位于的深度的外部海压力使得吸力锚被所创造的压力差从海床推动出来来实现。

吸力锚越来越被采用作为用于海底井的底座，典型地油气井。一旦吸力锚已经被安装在海床中，那么导管，即形成用于井的外壳的管，被经过吸力锚的中央安装入海床中，例如通过将其打桩或水泥固定入直径过大的孔中。一旦导管已经被安装，那么井口可以被着陆入导管中，使得其在吸力锚上方延伸，使井口套筒在导管内向下地延伸。

这种类型的已知的吸力锚的例子在WO 01/65050和WO 2010/068119中公开。在每个情况下，中央开口设置在锚的上表面中以用于接收导管、井口等等。这些文献二者都还图示了提供依赖于中央开口的中央管以用于接收导管等等。WO 01/65050具体地描述了这如何在打桩/安装二者期间向导管提供横向支撑以及当其在之后被用作用于井口的锚固点时如何吸收被施加至其的力和载荷。其还公开了提供延伸锚的几乎全部的高度的径向内部支撑壁，其起作用以支撑中央管紧贴锚的外壁和上表面二者。

另一个已知的吸力锚在WO 2013/167872中公开，其中其被图示为具有已安装的高压力井口。其设置有一体的导管，代替上文描述的中央管，用于接收井口套筒。径向地延伸的内部壁以加强部的方式设置在锚的圆顶状的上表面内。

典型的海底井口组件包括海底井口(即高压力井口罩)，海底立管系统设备例如防喷器BOP(其可以包括下烟道和下层海底立管封装(LMRP))和/或采油树(其可以还被称为水下采油树)可以连接至海底井口。海底立管系统设备连接(在向下的方向)至井口并且典型地连接(在向上的方向)至在该立管系统设备和海面设施例如浮仓之间延伸的立管。立管典型地提供在海底井和海面设施之间的用于钻柱和钻井液的管道。

是重要的是，井口组件的完整性被保持，使得结构失效和井产流体的不受控制的释放不发生。作为结果，是期望的是，作用在组件上的力具有尽可能低的损坏组件的风险。

这样的力的一个来源是可以被位于井口上方的相对大的BOP和其他的部件的摇摆运动施加至井口的弯曲力矩。这可以导致井口的变形并且最终地导致疲劳失效，使其破裂。

如上文讨论的，是已知的是吸力锚设置有可以起作用以向导管提供横向支撑并且因此向被接收在其内的井口罩和/或壳体提供横向支撑的内部结构。在另一方面，WO 2016/085348提出提供分离的支撑框架，其可以安装在井口底座的顶部上以将被施加在井口上的弯曲力矩传递至底座并且传递入地面中。框架包括水平梁，水平梁从井口径向地延伸并且设置有在它们的周向端部的向下地延伸的足部。其进而具有停靠在底座的顶部上的邻接部。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种吸力锚，包括：吸入室，以以下为边界：(i)周向外壁、(ii)具有中央开口的上壁以及(iii)内部壳体的壁；内部壳体界定与中央开口连通的通路，通路用于接收能够被固定至吸力锚的井口部件；吸入室具有较小的上部分和较大的下部分；较小的上部分包括沿着上壁的内侧从外壁至内部壳体延伸的内部加强构件；当锚被安装时较大的部分适应于被嵌入在海床中并且较小的部分适应于从海床突出；其中加强构件起作用以加强室的上壁抵抗塌陷并且起作用以刚性地支撑内部壳体使得内部壳体能够抵抗被施加至内部壳体的来源于被施加至被接收和固定在内部壳体中的井口部件的弯曲力矩的力。

因此，本发明的吸力锚被配置为使得用于向吸入室的上壁提供必需的强度的加强部还起作用以将被施加至井口的横向力传输至吸力锚并且因此传输至海床。据此，井口可以被保护抵抗被位于其上方的部件例如BOP施加至其的弯曲力矩，而不需要另外的部件例如支撑框架，并且特别是不需要将这样的部件安装至在海床的吸力锚上。

本发明使分离的支撑框架是多余的，因为弯曲力矩被有效地传递至加强构件，加强构件构成吸力锚的上壁的结构支撑物并且还承受施加在井口上的横向的和水平的力。由此，结构设计和安装程序二者都被简化。本发明因此提供解决在现有技术中发现的缺点中的至少某些的吸力锚。

应当注意，本文使用的术语“中央”和相似的术语不意图是指吸力锚的精确的几何中心。而是，该术语用于是指在或朝向吸力锚的被吸入室围绕的中心的区域。同样地，“周向壁”不意图仅是指圆形的结构，而是指任何界定吸入室的周长的壁；该周长可以是圆形的或多边形的(规则的或以其他方式)。

因为较大的部分是适应于当被安装时被嵌入在海床中的部分并且较小的部分是适应于从海床突出的部分，所以仅位于吸入室的上部部分(即在其的较小的部分中)的加强部不妨碍吸力锚的在海床中的运动。

为了帮助其的向海床中的嵌入，较大的部分可以是基本上中空的，没有另外的内部部件，并且特别地，设置在较小的部分中的加强部应该不延伸入较大的部分中。实际上，优选地，当吸力锚被完全地安装时加强部本身停靠在海床上。然而，可以是必需的是提供在较大的部分内的某些另外的加固构件以支撑设置在内部壳体下的其他的部件。

内部壳体可以适应于直接地接收井口部件(例如井口罩)。然而，优选地，内部壳体是适应于接收导管头的导管头插座。这具有标准的井口部件可以随后被以常规的方式安装入导管头中的优点。据此，导管头插座优选地还包括位于其中并且刚性地固定至其的导管头，导管头适应于接收井口部件。

在这些排列中，导管头可以通过任何方便的方式被固定至导管头插座，例如通过焊接。然而，是优选的是导管头被夹持入导管头插座中。例如，导管头可以在其的下部部分被支撑环支撑，导管头可以被夹持环夹持紧贴支撑环。

加强构件采取任何合适的提供足够的抵抗上壁的塌陷(即内爆)的阻力以及足够的对内部壳体的壁的刚性的形式和构造。一个方便的排列是加强构件从内部壳体的壁径向地延伸至外壁，例如相似于轮子中的轮辐。加强构件本身可以例如是I形梁。

吸力锚优选地还包括依赖于内部壳体的中央(内)管。其起作用以划界吸入室的较大的部分的内部分。因此，其可以形成至位于其中的内部壳体和/或导管头的向下的延伸部。据此，其可以适应于接收依赖于井口的被固定在内部壳体中的井管。借助于这种排列，不一定具有以常规的方式的在导管头下方延伸的导管。如果必要，中央管可以借助于在较大的部分内的一个或更多个加固构件被固定以抵抗横向运动，如上文提到的。这样的部件与在较小的部分中发现的加强部区分开。优选地，这样的加固构件将设置在较大的部分的下部部分中并且因此远离加强部。它们可以从这样的中央管延伸至外壁。

吸力锚优选地还包括吸入口以使空气和/或水能够被从吸入室泵送。其可以还具有多个附接点，例如眼板，设置在上壁以帮助向/从海床下降/升高吸力锚以及以其他方式操纵和运输其。

吸力锚的形状和形式对于本发明不是关键的。然而，由于强度和简单性的原因，其优选地通常以具有一个封闭的端部的圆柱体的形式。因此，优选地，外壁是圆柱形的。据此，吸入室优选地是环形的。同样地，内部壳体优选地是大体上圆柱形的并且可以是与外壁同轴的。虽然上壁可以例如是圆顶的，但是平坦的上表面是更方便的并且因此上壁优选地是基本上平面的。

在使用中，上文描述的吸力锚可以典型地被与井口罩和井口套筒组合地提供，其中井口罩刚性地固定在导管头内并且导管头刚性地固定在内部壳体内，由此被施加至井口套筒的上部部分的横向力被传输至吸力锚。

此外，在使用中组合可以还包括被安装在井口罩上方的井口阀门，例如BOP。

组合将优选地被安装为使得较大的部分在海床下并且较小的部分从海床突出。

然后，本发明还扩展至安装上文讨论的部件中的某些或全部的方法。据此，从另一个方面考虑，本发明提供一种安装海底结构的方法，包括提供如在上文的首先描述的方面中描述的海底锚，将海底锚定位在海床上以及将空气和/或水从吸入室泵送使得海底锚下降入海床中。

海底锚可以还具有上文讨论的可选择的优选的特征。因此，例如，其优选地被安装在海床中，使得较大的部分在海床下并且较小的部分从海床突出。

同样地，本发明可以还包括将井口部件在内部壳体中着陆的步骤。井口部件可以包括井口罩(优选地高压力井口罩)，井口罩具有依赖于其的井口套筒。

方法可以还包括在其中另外的部件被安装在海床的后续的步骤。因此，例如，其可以还包括安装被安装在井口罩上方的井口阀门，例如BOP。

附图说明

本发明的实施方式将仅以实施例的方式并且参考下文的附图被描述，在附图中：

图1示出了在部分横截面中的根据本发明的一个实施方式的吸力锚的透视图；

图2示出了吸力锚的横截面图，其中其横截面经过吸力锚的中央；并且

图3示出了图2的横截面的一个部分的放大。

具体实施方式

参考图1和2，吸力锚底座1包括形成吸入室2的环形的封闭的容积。该封闭的容积以圆柱形的外吸入裙座3和以平面的“盖子”的形式的环形连接部分4为边界。这些共同地界定吸力锚1的外表面的主要部分。

在吸力锚1内，室在其的上端部进一步地以插座支撑环5、圆柱形的导管头插座6和内管支撑环7为边界。在这些下，吸力锚8的中央/内管朝向吸力锚的基体向下地延伸。吸力锚1的内管8具有常规的导管的直径(例如30英寸)。

这些部件全部与外吸入裙座3同轴地排列。

多个I形梁加强部9从导管头插座6径向地延伸至外吸入裙座3。

如在图2中最清楚地示出的，I形梁9在内部容积内从导管头插座6的外表面至外吸入裙座3径向地延伸。I形梁9每个在它们的在径向上较内的端部焊接至导管头插座6、内管支撑环7和插座支撑环5，并且在它们的在径向上较外的端部焊接至吸力锚的吸入裙座3。此外，I形梁9被沿着它们的顶部表面的长度焊接至环形连接部分4的下侧。据此，这些部件形成强的并且刚性的结构。

多个其他的部件设置在吸力锚1的上端部。

这些中的一个是用于经过管连接至真空泵以从吸入室2除去空气和水的泵接驳口10，如将在下文描述的。

此外，多个眼板14被定位为围绕顶部环形连接部分的圆周。这些眼板可以用于帮助在安装和除去期间抬升和支撑吸力锚1。

夹持环11设置在环形连接部分4的中央。夹持环11围绕环形连接部分中的中央开口并且与被螺栓连接至其的插座支撑环协作以将导管头12固定在导管头插座6内。夹持环11紧贴朝向导管头12的上端部的突出部作用。导管头12的下端部停靠在安装环15上，安装环15进而被支撑环7的环形肩部支撑。该排列可以从图3最清楚地看到。

因此，导管头12在其的上端部被夹持环11夹持入导管头插座6中，将导管头12紧贴安装环15在内管支撑环7上压缩。作为结果，导管头12被牢固地并且刚性地附接至导管头插座6并且进而附接至I形梁9等等。

安装环15可以作为适配器起作用以允许吸力锚1被与可以被不同的供应商提供的不同的大小和几何形状的导管头12共同使用。

还从图3注意到，导管头插座6被在其的顶部端部经过插座支撑环5固定至吸力锚的环形连接部分4。还可以看到，在导管头插座6的底部端部，内管8被从内管支撑环7悬挂。

高压力井口罩16延伸经过导管头12，高压力井口罩16支撑延伸经过吸力锚的中部的井口套筒17，如在图2中最清楚地示出的。高压力井口罩12是井口阀门例如BOP在使用中被安装至其上的部件。

当吸力锚1待被安装时，其被借助于附接至眼板14的线缆下降至海床18。在这个阶段，其包括导管头12，但是不包括井口16或井口套筒17。

一旦被放置在海床18上，那么吸力锚1将通常自穿透入海床中某个深度(确切的深度取决于诸如吸力锚的重量和海床的地质情况的因素)使得内管8和外吸入裙座3穿透入海床18中以形成其内的压力可以被调整的封闭的密封的容积2。压力通过将顶部环形连接板4中的泵接驳口10(在图1和2中以扩张的形式被示出)连接至泵(未示出)被减少。泵将空气和/或水从内部环形容积2内部除去以减少压力。吸力锚可以因此被吸入海床18中，直到在内部环形容积内的径向地延伸的I形梁9接触海床18，如在图1和2中示出的。当吸力锚的内部环形容积中的压力被减少时，I形梁起作用以加强环形连接部分4抵抗内爆或塌陷。

然后，高压力井口罩16和井口套筒17被安装。高压力井口罩16被在导管头中着陆以提供在图中示出的配置。高压力井口罩16支撑井口套筒17，井口套筒17形成其的延伸部。因此，这些部件向下地延伸经过吸力锚1的内管8。将注意，与典型的井相反，导管头12不支撑导管壳体。这是因为导管壳体由于执行相应的功能的内管8的存在而不被需要。

将意识到，导管壳体12和相关联的部件起作用以将井口套筒17相对于导管头插座、I形梁等等牢固地并且刚性地固定。具体地，安装环15(在顶部)和夹持环11(在底部)每个提供在导管头12(以及因此固定在其内的井口)和吸力锚之间的传输载荷的连接点。据此，被施加至导管头和井口的围绕水平轴线的折曲/旋转力或横向力可以被抵抗，因为具有从井口至海床的载荷路径。

在使用之前，井口阀门例如防喷器(BOP，未示出)被以已知的方式连接至并且安装在高压力井口16的顶部上。如本领域中熟知的，这些部件是相对大的并且趋向于将显著的横向力施加至井口的上部部分，即它们将弯曲力矩施加至其。

因为I形梁9既固定至导管头插座6也固定至环形连接部分4(吸力锚的盖子)，所以除了加强吸入室，它们还起提供载荷路径的重要的功能，被施加在井口上的载荷能够在最终被传递入海床中之前被经过载荷路径传递入吸力锚中。据此，吸力锚能够保护井口16免受由BOP或连接在其上方的其他的部件导致的力的水平分量可能导致的损坏。

Claims (22)

1.一种吸力锚，包括：

a.吸入室，以以下为边界：(i)周向外壁、(ii)具有中央开口的上壁以及(iii)内部壳体的壁；

b.所述内部壳体界定与所述中央开口连通的通路，所述通路用于接收能够被固定至所述吸力锚的井口部件；

c.所述吸入室具有较小的上部分和较大的下部分；

d.所述较小的上部分包括沿着所述上壁的所述吸入室的一侧从所述周向外壁至所述内部壳体延伸的内部加强构件；

e.当所述锚被安装时所述较大的下部分适应于被嵌入在海床中并且所述较小的上部分适应于从所述海床突出；

其中所述内部加强构件起作用以加强所述室的所述上壁抵抗塌陷并且起作用以刚性地支撑所述内部壳体使得所述内部壳体能够抵抗被施加至所述内部壳体的来源于被施加至被接收和固定在所述内部壳体中的井口部件的弯曲力矩的力；

其中所述内部加强构件仅位于所述较小的上部分中而不延伸入较大的下部分中；并且其中当所述吸力锚被完全地安装时所述内部加强构件的底部停靠在所述海床的上表面上。

2.根据权利要求1所述的吸力锚，其中所述较大的下部分是基本上中空的。

3.根据权利要求1或2所述的吸力锚，其中所述内部壳体是适应于接收导管头的导管头插座。

4.根据权利要求3所述的吸力锚，其中所述导管头插座还包括位于其中并且刚性地固定至其的导管头，所述导管头适应于接收井口部件。

5.根据权利要求4所述的吸力锚，其中所述导管头被夹持入所述导管头插座中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的吸力锚，其中所述内部加强构件从所述内部壳体的所述壁径向地延伸至所述周向外壁。

7.根据前述权利要求中任一项所述的吸力锚，还包括中央管，所述中央管依赖于所述内部壳体并且起作用以部分地划界所述吸入室的所述较大的下部分的一部分。

8.根据权利要求7所述的吸力锚，其中所述中央管适应于接收依赖于井口的被固定在所述内部壳体中的井管。

9.根据前述权利要求中任一项所述的吸力锚，还包括吸入口以使空气和/或水能够被从所述吸入室泵送。

10.根据前述权利要求中任一项所述的吸力锚，其中在所述上壁设置有多个附接点。

11.根据权利要求10所述的吸力锚，其中所述附接点为眼板。

12.根据前述权利要求中任一项所述的吸力锚，其中所述周向外壁是圆柱形的和/或所述上壁是基本上平面的。

13.一种根据前述权利要求中任一项所述的吸力锚与井口罩和井口套筒的组合，其中所述井口罩刚性地固定在导管头内并支撑所述井口套筒，并且所述导管头刚性地固定在所述内部壳体内，由此被施加至所述井口套筒的上部部分的横向力被传输至所述吸力锚。

14.根据权利要求13所述的组合，还包括被安装在所述井口罩上方的井口阀门。

15.根据权利要求14所述的组合，其中所述井口阀门为BOP。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的组合，还包括海床，其中所述吸力锚被安装在所述海床中，使所述较大的下部分在所述海床下并且所述较小的上部分从所述海床突出。

17.一种安装海底结构的方法，包括提供根据权利要求1至12中任一项所述的吸力锚，将所述吸力锚定位在海床上以及将空气和/或水从所述吸入室泵送使得所述吸力锚下降入所述海床中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述吸力锚被安装在海床中，使得所述较大的下部分在所述海床下并且所述较小的上部分从所述海床突出。

19.根据权利要求17或18所述的方法，还包括将井口部件在所述内部壳体中着陆的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述井口部件包括井口罩，所述井口罩具有依赖于其的井口套筒。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，还包括安装被安装在所述井口罩上方的井口阀门。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述井口阀门为BOP。

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