[发明专利]用于从海底立管中释放流体的设备、系统和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求了Baten等人于2010年2月18日在美国专利局在先提交的美国临时申请No.61/305,823的优先权。

技术领域

本发明涉及海底钻井领域。

背景技术

可以从在海平面下方钻出的油井中生产出碳氢化合物。在普通的海淀钻井中，立管包含有也被称为钻井管的钻杆柱。钻探泥浆柱从海上钻机行进转过钻杆柱并且向下行进至所要钻探的井眼底部。钻探泥浆然后随着切屑一起在立管的环状空间区域中沿着钻杆柱的外侧向上返回至钻机。

为了在深海环境中钻探出海底钻井，可以采用被称为双梯度钻井的钻探技术。双梯度钻井为采用在钻杆柱中向下流向井眼的钻探泥浆的钻探技术。它采用了钻探泥浆返回通道，该通道没有跟随环状空间，而是沿着不同的路径行进。在双梯度钻井中，可以在下海上立管包上方采用海底旋转设备。海底旋转设备用来密封在立管和钻杆柱之间的环状空间。这使得在海底旋转设备下方在环状空间区域中的钻探泥浆与在海底旋转设备上方在环状空间区域中所采用的海水或海水等同流体分开。

在海底环境中钻探时，有时需要进行下海上立管包与位于海底附近的防井喷管组紧急脱开。紧急脱开例如可以在海况导致大海浪、风或气流的恶劣气候期间进行。在双梯度钻探操作期间的紧急脱开可以使得海水或海水等同流体陷入在立管内。在恶劣气候条件期间具有自由悬挂的立管的钻探船由于悬挂在船上的立管的重量相当大而存在挑战。船在大风暴中上下起伏，并且这种悬挂的立管可以竖直上、下运动，从而在立管上产生应力，并且可能造成立管故障和丢失。在这些情况下，最好减小立管的重量或质量。陷入在立管中的海水或海水等同流体给立管增加了额外的重量和质量，这是不理想的。

非常期望提供在立管脱开的情况中可靠地排出海水或海水等同流体的设备、系统和方法。本发明涉及这些操作挑战。

发明内容

本发明披露了一种用于从海上立管组件中释放出流体的设备、系统和方法。在一个实施方案中，本发明用于尽可能靠近立管的下端释放出流体。有时也被称为倾卸接头设备或“RDJ”的设备可以包括限定内部空间和外部区域的外壳。外壳可以包括用于在海上立管组件中的相应密封连接部的第一和第二端部。外壳其内部空间由中央空腔限定，该中央空腔用于让钻杆柱和相关的工具、壳体或密封件通过。另外，外壳可以包括至少一个用于让流体离开的端口。第一门设置成与外壳结构配合，第一门可以从限制流体流通过端口的密封位置（i）向便于流体流通过端口从内部空间流向外壳的外部区域的打开位置（ii）运动。第一促动器组件可以与第一门连接，并且构成为根据信号或液压力使得第一门从密封位置向打开位置运动。第一促动器组件可以液压或机械地操作。

在本发明的一个实施方案中，第一促动器组件可以设置成与所存储的液压流体流体地连通。促动器组件可以具有至少一个阀或其它可操作的限流装置。该阀可以构成为根据信号或压力脉冲打开以便于高压液压流体流使得第一门向打开位置运动。

该设备可以包括与外壳结构配合的第二门。第二门可以与第一门独立地控制，并且可以选择地从限制流体流通过端口的密封位置（i）向便于流体流通过端口从内部空间流向外壳的外部区域的打开位置（ii）运动。该设备还可以包括第二促动器组件，其与第二门连接并且构成为根据信号或液压力使得第二门从密封位置向打开位置运动。在另一个实施方案中，可以采用第三门，其中第三门与第三促动器组件连接。第四门可以与第四促动器组件连接。同样可以采用其它门。

在本发明的一个实施方案中，第一和第三门设置在外壳的大致相对的侧面上以便按照有效的方式从设备的外壳中释放出水。第二和第四门同样可以设置在外壳的大致相对侧面上，从而如果由于任何原因而不应该配置和促动任一个促动器组件，则仍然可以从外壳中释放出钻探流体（或海水等同流体）。这样，可以给本发明的设备和系统提供冗余度，以确保即使在一部分系统不能如计划一样操作的情况下流体也能够从外壳释放出。

任意数量的门在与钻井紧急脱开的情况下可以采用第一组促动器组件。一个或多个控制系统可以在与钻井紧急脱开的情况下促动这些促动器组件组，由此便于冗余操作。一个控制系统的故障仍然会导致钻探流体从外壳中以足够的量释放出，只要第二控制系统按照单独的方式使用。

外壳可以为圆筒形或六边形，但是不应该在布置选择方面受到限制。在本发明的另一个方面，第一组门可以沿着外壳的周边间隔开分布，并且每个都与第一组促动器组件连接。另外，在其它实施方案中，第二、第四和第六门可以间隔开分布在外壳上，并且与第二组促动器组件连接。