[发明专利]液面下辅助补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置，该装置在液面下位置用于管柱(pipe strings)与表面设备的无害连接或断开。更具体地，本发明涉及一种用于防止由于垂直运动而产生有害冲击的装置，该垂直运动在液面下位置连接或断开中由表面设备(surface installation)的升沉运动(heave movements)引起。

背景技术

近海表面设备(如用于与水下井操作连接的钻探设备)设置升沉补偿器(heave compensator)是已知的。升沉补偿器设置在延伸至海底的管柱和表面设备之间的接合处。当表面设备由于波浪和涨潮而垂直移动时，升沉补偿器确保了表面设备的垂直运动不会传递至管柱，保持管柱仍然相对于海底垂直。但是，如果管柱与如水下井设备的海底设施断开，尽管有升沉补偿器，管柱仍将呈现出一些垂直运动。例如，表面设备的垂直升沉运动大约7米，管柱可能会上下垂直移动大约30cm的距离。

由于升沉补偿器，表面设备能够在具有几米高海浪的大浪中保持稳定运行。但是，如果情况变得非常极端，运行必须停止，并且表面设备必须与延伸至水下井的管柱断开。

例如，当从浮动的钻探设备钻探水下井时，钻杆可以延伸几千米进入水下井。为了从钻探设备上断开钻杆，钻杆被悬挂在水下井的顶部。为此，钻杆首先从钻探设备被拉出与海水深度大致相应的距离。然后悬挂工具与其下方的钻杆连接，并且被下放至水下井的顶部，该水下井的顶部在与工具的上面部分连接的钻杆上。凭借悬挂工具，钻杆悬挂在水下井的顶部(例如在井口(well head)、采油树(tree)或者井筒保护器(bore protector))，同时延伸入钻井内。然后，悬挂工具与其上方的钻杆断开，悬挂工具下放到钻杆上，从而与钻探设备断开。

当液面情况恢复到操作情况下，钻探设备可以再次与悬挂工具连接。如钻杆的悬挂件(suspension element)从设备上被下放，并且与悬挂工具连接。然后，悬挂工具被拉起至钻探设备并拆卸。钻杆再次延伸并下放，并且恢复运行。

当悬挂工具从悬挂件上断开时，例如在悬挂工具上的管柱，如果相当大的波浪影响设备，尽管在钻探设备上有升沉补偿器，悬挂件将呈现一些垂直运动。因而，断开之后，管柱可能向下移动并且与断开的部件碰撞。悬挂件的重量能够造成二者的连接接合处实质的损坏。即，配合连接部件的下部件和上部件可能被损坏。当部件重新连接时，会产生相同的问题。当上部件从表面下放时，除主动下放外，随着上部件靠近下部件，上部件可能呈现往返垂直运动。因而，在上连接部件与下部件正确连接前，连接接合处可能被损坏。

传统的连接方式是螺纹连接。因而，当连接或者断开时，上连接部件随着下放旋转到下部件，或者从下部件向上拉起。因此，最外层的螺纹常常被损坏。克服该问题的显而易见的方式是，可以使用承受更多冲击的较大螺纹。但是，较大螺纹意味着较大的螺距，该螺距可能增加自身连接旋松的危险。而且，当连接或断开时，更大的螺纹可能会被足够严重损坏而产生问题。无论如何，垂直升沉运动都将导致有害的撕裂和磨损。

另外，可以使用其他可拆的连接方式。但是，不管使用哪种连接，向下移动的管柱形式的悬挂件都相当于实质的力，不管怎样，该力都需要减小。

因此，本发明的目的是当断开和再连接时，对上述连接接合处的损坏问题提供一种解决方案。

发明内容

根据本发明，提供了一种缓冲力装置，该缓冲力装置用于缓冲在管柱中的两个相互连接部件之间的力，其中，下部件与延伸至水下井的管件(string element)的上端部连接，并且上部件通过至少一个悬挂件悬挂在浮动的表面设备上，所述悬挂件向上延伸到所述表面设备。所述管件可以是延伸进水下井的任何管件，例如金属管(string of wire)、钻杆或者挠性管(coiled tubing)。根据本发明，所述缓冲力装置与所述管柱连接，所述管柱位于延伸至所述水下井的管件的上方，并且在所述悬挂件的至少一部分的下方。而且，所述缓冲力装置具有能够相互间垂直移动的上区域和下区域，从而缓冲(yielding for)所述相互连接的上部件和下部件之间的冲击力，该冲击力由相对于所述管件垂直移动的所述悬挂件的所述部分的垂直升沉运动引起。

术语“垂直”不应当解释为绝对垂直于标准的水平方向，而应当解释为在缓冲力装置位置上的管件或者悬挂件的总体走向。该走向通常是大致垂直的。但是，本领域技术人员也能够想到相对于绝对垂直方向的倾斜方向。