用于连接至管道悬挂器的方法和系统
本发明涉及用于提供与安装在井口上的管道悬挂器的液压和/或电气连接的方法和系统。
在用于油和/或气生产的井眼钻探期间或在用于使井眼投入生产的完成过程期间，已知的是在井口上安装管道悬挂器。管道悬挂器通常安装在生产适配器基座或管道头短管中，该管道头短管安装在井口上。管道悬挂器设置成支承生产管道柱。
图1中图示了用于将管道悬挂器着落在海底井口上的现有技术系统10的示例的示意图。在该图中示出了管道悬挂器12、管道悬挂器送入工具14、剪切接头16、跨接件18、钻柱20、立管22、钻机24、脐带缆26、井口28、海床30、生产适配器基座32、包括冲压式BOP 36的防喷器(BOP)组34。
通常，为了安装管道悬挂器12，将管道悬挂器12安装在管道悬挂器送入工具14上，该管道悬挂器送入工具14经由剪切接头16和跨接件18从钻柱20悬挂。剪切接头16是管状部分，该管状部分能够使用冲压式防喷器36被剪切。钻柱20沿立管22下降——该立管22从钻机24延伸至安装在井口32的顶部上的生产适配器基座(也称为管道悬挂器短管)上的防喷器(BOP)组34，直到管道悬挂器12着落在生产适配器基座32的内部轮廓中并且剪切接头16与BOP组34中的冲压式BOP 36对准为止。在紧急情况下，冲压式BOP 36可以操作成切断钻柱20并释放管道悬挂器12和管道悬挂器送入工具14，因此BOP 36密封了井眼并允许从立管22抽出钻柱20。
当管道悬挂器12安装在海底井口32上时，已知的是向管道悬挂器12提供用于液压和电气连接至表面的端口。电气连接可以例如用于向安装在管道悬挂器12上的电传感器提供电力。液压连接可以提供用于操作井底安全阀的装置，或者可以提供用于将化学制品注入到井眼中的端口。这些端口经由内部跨接件18、剪切接头16和管道悬挂器送入工具14连接至电气液压脐带缆26。内部跨接件18、剪切接头16和管道悬挂器送入工具14中的每一者都包括用于液压和电气连接的通道，当这些部件安装在钻柱20上时，这些通道大致平行于钻柱20延伸。设置有插入式连接件以将相邻部件中的对应通道连接。
在钻柱20下降到立管中之前，脐带缆26中的各种电气连接器和液压连接器连接至钻机24上的跨接件18中的通道。当钻柱20下降时，脐带缆26周期性地夹持至钻柱20。该过程是相对耗时的，并且将脐带缆26夹持至钻柱20会使安装管道悬挂器12所花费的时间增加约12小时，并且在恢复过程中，松开脐带缆26的过程可能要花费另外12小时的钻井时间。
本发明的目的是提供下述改进的系统和方法：所述系统和方法提供与安装在海底井口上的这种管道悬挂器的连接。
根据本发明的第一方面，我们提供了一种将安装在海底井口上的管道悬挂器连接至位于管道悬挂器外部的设备的方法，该方法包括：
a)使用管道悬挂器送入工具组件将管道悬挂器紧固至钻柱的端部，并且将钻柱从钻机下降，以将管道悬挂器着落在井口上或井口中；
b)将脐带缆从海表面送入至井口，并且经由管道悬挂器送入工具组件将脐带缆连接至管道悬挂器中的导管，脐带缆除经由管道悬挂器送入工具组件以外不与钻柱连接。
在本发明的优选实施方式中，钻柱在立管内侧被下降至井口，该立管从海底井口向上延伸至钻机，并且脐带缆在立管外侧被送入至井口。立管可以从防喷器组向上延伸至钻机。
脐带缆可以经由外部连接器连接至管道悬挂器送入工具组件，该外部连接器连接至管道悬挂器送入工具组件的外部表面。
脐带缆的端部可以在海平面处或海平面上方连接至海底脐带缆终端组件，并且海底脐带缆终端组件通过线缆以脐带缆与该线缆连接的方式被下降至海床，直到海底脐带缆终端组件搁置在海床上为止。在这种情况下，海底终端组件可以经由至少一根电气或液压悬空引线连接至外部连接器。
悬空引线或每根悬空引线可以使用远程操作运载工具连接至外部连接器。
脐带缆可以从钻机下降至井口。替代性地，脐带缆可以从独立的船舶下降至井口。
管道悬挂器送入工具组件可以具有：第一端部，该第一端部使管道悬挂器以可释放的方式从该第一端部悬挂；第二端部，该第二端部连接至钻柱；端面，该端面位于管道悬挂器送入工具组件的第一端部处；以及径向面向外表面，该径向面向外表面大致垂直于端面延伸，其中，管道悬挂器送入工具组件还设置有导管，该导管从端面延伸至径向面向外表面，并且该导管连接至管道悬挂器中的对应导管。
管道悬挂器送入工具组件可以包括位于管道悬挂器送入工具组件的第一端部处的管道悬挂器送入工具以及位于管道悬挂器送入工具组件的第二端部处的独立的跨接部件，导管从管道悬挂器送入工具的端面延伸至跨接部件的径向面向外表面。在这种情况下，管道悬挂器送入工具组件中的导管由管道悬挂器送入工具中的导管部分和跨接部件中的导管部分形成，导管部分通过插入式连接器连接。
管道悬挂器送入工具组件和管道悬挂器可以设置有多个这样的导管。
导管或导管中的至少一个导管可以包括通道，流体沿着该通道的流动被允许。
导管或导管中的至少一个导管可以包括电气线路。
该方法还可以包括：在将管道悬挂器着落在井口中或井口上之前，将独立的外部跨接部件安装在井口上，该外部跨接部件是大致管状的，并且该外部跨接部件具有径向面向外表面和封围有大致居中空间的径向面向内表面以及从径向面向外表面延伸至径向面向内表面的通道；当下降钻柱以将管道悬挂器着落在井口中或井口上时，使管道悬挂器穿过外部跨接部件的大致居中空间；以及当管道悬挂器着落在井口中或井口上时，使从管道悬挂器组件的径向面向外表面伸出的导管或每个导管与外部跨接部件中的通道对准。
外部连接器可以从外部跨接部件的外侧插入到外部跨接部件的通道中，以提供与管道悬挂器送入工具组件中的导管或每个导管的电气或流体密封连接。
可以在外部跨接部件安装在井口上之前将外部连接器安装在外部跨接部件上。
可以在外部跨接部件的顶部上安装防喷器组。
管道悬挂器可以着落在管道悬挂器支承部件中，该管道悬挂器支承部件被称为生产适配器基座、管道悬挂器短管或管道头短管，该管道悬挂器支承部件安装在井口的顶部上并紧固至井口。在使用外部跨接部件的情况下，可以将外部跨接部件安装在管道悬挂器支承部件的顶部上。
根据本发明的第二方面，我们提供了一种用于提供与安装在海底井口中的管道悬挂器的连接的系统，该系统包括管道悬挂器送入工具组件，该管道悬挂器送入工具组件具有：第一端部，该第一端部构造成使管道悬挂器以可释放的方式从该第一端部悬挂；端面，该端面位于管道悬挂器送入工具组件的第一端部处；以及径向面向外表面，该径向面向外表面大致垂直于端面延伸，其中，管道悬挂器送入工具组件还设置有至少一个导管，所述至少一个导管从端面延伸至径向面向外表面。
在一种实施方式中，管道悬挂器送入工具组件包括位于管道悬挂器送入工具组件的第一端部处的管道悬挂器送入工具以及位于该组件的第二端部处的独立的跨接部件，导管从管道悬挂器送入工具的端面延伸至跨接部件的径向面向外表面。在这种情况下，导管可以由管道悬挂器送入工具中的导管部分和跨接部件中的导管部分形成，导管部分通过插入式连接器连接。
管道悬挂器送入工具组件可以设置有多个这样的导管。
导管或导管中的至少一个导管可以包括通道，流体沿着该通道的流动被允许。
导管或导管中的至少一个导管可以包括电气线路。
该系统还可以包括独立的外部跨接部件，该外部跨接部件是大致管状的，并且该外部跨接部件具有径向面向外表面和封围有大致居中空间的径向面向内表面以及从径向面向外表面延伸至径向面向内表面的通道，其中，外部跨接部件相对于管道悬挂器送入工具组件定尺寸成使得管道悬挂器送入工具组件配装到大致居中空间中，其中，导管或每个导管从管道悬挂器组件的径向面向外表面伸出到通道中。
该系统还可以包括连接器，该连接器适于从外部跨接部件的外侧插入到外部跨接部件的通道中，以提供与管道悬挂器送入工具组件中的导管的电气或流体密封连接。
该系统还可以包括脐带缆，导管可以借助于该脐带缆连接至表面设备。在这种情况下，该系统还可以包括脐带缆终端组件，该脐带缆终端组件适于连接至脐带缆并经由一个或更多个悬空的液压或电气悬空引线连接至连接器。
现在将参照附图并如附图所示仅以示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中，
图2示出了根据本发明的第二方面的系统的第一实施方式的示意图；
图3示出了根据本发明的第二方面的系统的第二实施方式的示意图；
图4是图2和图3中所图示的系统中所使用的内部跨接件的细节的图示；以及
图5示出了穿过图2和图3中所图示的系统中所使用的内部跨接件、外部跨接件和外部连接器的纵向横截面的示意图。
现参照图2和图3，示出了用于提供与着落在海底井口28中的管道悬挂器12的连接的系统10。管道悬挂器12位于安装在井口28上的生产适配器基座32中。系统10包括管道悬挂器送入工具组件，在本示例中，该管道悬挂器送入工具组件包括管道悬挂器送入工具14和独立的跨接部件18’，该跨接部件18’在下文中被称为内部跨接件18’。应当理解的是，尽管这些部件通常是独立的并且机械地连接在一起，但是这些部件同样可以一体地形成在单个部件中。
管道悬挂器12经由内部跨接件18’和管道悬挂器送入工具14安装在钻柱20的最下端上。钻柱20从钻机24向下延伸到立管22中，立管22从钻机24延伸至防喷器(BOP)组34，该防喷器(BOP)组34经由第二跨接部件38安装在生产适配器基座32的顶部上，该第二跨接部件38在下文中被称为外部跨接件38。BOP组34具有主通道，该主通道具有与钻柱20的纵向轴线大致对准的纵向轴线，并且BOP组34包括至少一个冲压式防喷器，所述至少一个冲压式防喷器在内部跨接件18’上方与钻柱20对准。
管道悬挂器12和管道悬挂器送入工具14具有常规结构，管道悬挂器12和管道悬挂器送入工具14各自包括至少一个导管，借助于所述至少一个导管可以在管道悬挂器12与外部设备之间建立液压或电气连接。通常，由于上文引言中讨论的原因，需要提供与管道悬挂器的多个液压和电气连接。因此，在本发明的优选实施方式中，设置有多个这样的导管，一些导管提供电气连接性并且一些导管提供液压连接性。
管道悬挂器12通过常规装置从管道悬挂器送入工具14的最下端悬挂。
如常规的那样，在本示例中，管道悬挂器12中的每个导管借助于插入式连接来连接至管道悬挂器送入工具14中的对应导管15。这些连接在管道悬挂器12和管道悬挂器送入工具14的相邻的面中建立，所述相邻的面大致垂直于BOP组34的纵向轴线延伸，所述相邻的面即为管道悬挂器12的最上端处的面和管道悬挂器送入工具14的最下端处的面。
在本示例中，管道悬挂器送入工具14中的每个导管也借助于插入式连接来连接至内部跨接件18’中的对应导管19。这些连接在管道悬挂器送入工具14和内部跨接件18’的相邻的面中建立，所述相邻的面大致垂直于BOP组34的纵向轴线延伸，所述相邻的面即为管道悬挂器送入工具14的最上端处的面和内部跨接件18’的最下端处的面。
内部跨接件18’在图4和图5中更详细地图示，并且内部跨接件18’具有两个大致平行的端面18a、18b以及在两个端面18a、18b之间延伸的侧面18c。在本示例中，内部跨接件18’是大致柱形的。内部跨接件18’当然可以是锥形或截头锥形的，只要侧壁18c倾斜成使得最下端面18a的外径小于最上端面18b的外径即可。
内部跨接件18’与上文描述的现有技术系统中所使用的常规的跨接件18的不同之处在于，内部跨接件18’中的导管19在转过大约90°(取决于端面18a与侧壁18c之间的确切角度)之前从最下端面18a延伸至到达侧壁18c。
外部跨接件38是管状的，并且外部跨接件38具有两个端部以及在两个端部之间延伸的径向面向内表面38a和径向面向外表面38b。系统布置成使得当管道悬挂器12着落在生产适配器基座32中时，内部跨接件18’位于由外部跨接件38封围的空间中。
外部跨接件具有通道38c，该通道38c从面向内表面38a径向延伸至面向外表面38b，并且通道38c定位成使得内部跨接件18’的侧壁18c中的导管19的端部与外部跨接件38中的通道38c对准。这意味着管道悬挂器12中的导管可以经由内部跨接件18’中的导管19和管道悬挂器送入工具14中的导管连接至外部跨接件38的外部。
应当理解的是，每个导管可以包括通道或孔，流体沿着该通道或孔的流动被允许，或者每个导管可以包括电气线路。
该系统还设置有脐带缆26，该脐带缆26用于将管道悬挂器12中的导管与适当的外部设备连接。脐带缆26具有常规的结构，并且脐带缆26包括与管道悬挂器12中的导管匹配所需的数目的液压和/或电气线路。
脐带缆26的第一端部26a位于海平面上方，而脐带缆26的第二端部26b通过常规装置连接至搁置在海床30上的海底脐带缆终端组件40，该海底脐带缆终端组件40在下文中被称为SUTA40。SUTA40具有带有多个快速连接板和电连接器接口(插座)的ROV面板，脐带缆26中的液压和电气线路可以借助于该ROV面板连接至液压和电气悬空引线。
SUTA40通过液压和/或电气悬空引线42和外部连接器44连接至内部跨接件18’中的导管19。如图5中所图示，外部连接器44具有多个独立的液压或电气插入式连接器38b，所述多个独立的液压或电气插入式连接器38b中的每个液压或电气插入式连接器沿着外部跨接件38中的通道38c延伸到内部跨接件18’中的导管19中的一个导管中。
在本示例中，外部连接器44是大致柱形的、具有大致垂直于BOP组34的纵向轴线布置的纵向轴线。外部连接器44还具有径向向外延伸的凸缘44a，外部连接器44可以借助于该凸缘44a使用多个螺栓48围绕通道38c紧固至外部跨接件38的径向面向外表面38a，如图5中所示。外部连接器44还包括多个插入式连接器44b——对于将要建立的每个液压或电气连接设置一个插入式连接器44b，所述多个插入式连接器44b能够在缩回位置与伸出位置之间移动。外部连接器的这种致动可以通过ROV以液压或机械(扭矩/旋转)的方式执行。
通过利用本发明的系统，可以如下将管道悬挂器12安装在生产适配器基座32中。
在钻机24上的表面处或在独立船舶50上的表面处，使用螺栓48将外部连接器44紧固至外部跨接件38。此时，使外部连接器44中的插入式连接器44b缩回，使得插入式连接器44b仅延伸到外部连接器44的通道38c中，而不延伸到由面向内表面38a封围的体积中。
然后将外部跨接件38安装在生产适配器基座32的顶部上，将BOP组34紧固在外部跨接件38的顶部上，并且将立管22的最下端紧固至BOP组34的顶部。将管道悬挂器12经由管道悬挂器送入工具14和内部跨接件18’安装在钻柱20的端部上，并且将钻柱20从钻机24下降到立管22中直到管道悬挂器12着落在生产适配器基座32中为止。生产适配器基座32设置有肩部，管道悬挂器12搁置在该肩部上。肩部呈螺旋(单螺旋或双螺旋)的形式，该螺旋在管道悬挂器12搁置时有助于确保导管19与外部连接器38中的通道38c对准。然后可以使外部连接器44中的插入式连接器44b沿着外部连接器中的通道38c伸出，以与内部跨接件18’中的导管19接合，如图5中所示。
这样做无需将脐带缆26夹持至钻柱20，其结果是，与上文引言中讨论的现有技术方法相比，可以使用更弱的钻柱20。该更弱的钻柱20可以通过操作BOP组34中的冲压式BOP36而被切断，并且因此，不必像图1中所图示的现有技术布置那样在内部跨接件18与管道悬挂器送入工具14之间设置剪切接头16。这简化了安装程序并减少了系统中的接口的数目，并且因此减少了与管道悬挂器12中的导管13建立必要连接所需的插入式连接器的数目。
避免将脐带缆26夹持至钻柱20的需要还可以显著减少将管道悬挂器12着落到生产适配器基座32中所花费的时间，这具有显著的成本效益，并且减少了在安装程序期间在船井中的活动量，这提高了程序的安全性。最后，在现有技术过程中，存在以下风险：用于将脐带缆26紧固至钻柱20的夹持件中的一个或更多个夹持件可能会掉入井眼中并且将需要被取回，从而增加了程序的安装时间和成本。通过使用本发明的系统避免了这个问题。
脐带缆26在海平面上方连接至SUTA40，并且SUTA40从夹持有脐带缆的线缆悬挂，并且SUTA40使用常规的“发射和回收系统”被降低至海床30，该常规的“发射和回收系统”包括绞车、起伏补偿器和脐带缆卷轴46。当SUTA40就位时，使用至少一个远程操作运载工具(ROV)建立SUTA40与外部跨接件之间的连接，所述至少一个远程操作运载工具经由适当数目的液压或电气悬空引线将外部连接器44紧固至SUTA40，以提供从表面至管道悬挂器的期望的数目和类型的连接。
因此，本发明的系统使将管道悬挂器12着落在生产适配器基座32中的程序与建立和管道悬挂器12的电气和/或液压连接的过程分开，使得这两个过程可以同时进行或在不同时间进行，这取决于哪种方式最适合整个完成过程。
发射和回收系统可以如图2中所图示的那样安装在钻机24上，或者如图3中所示的那样安装在独立的船舶50上。使用独立的船舶50可以是有利的，因为独立的船舶50释放了钻机24上的空间，并且促进发射和回收系统更快地运动以用于在不同的操作中或不同的地点上使用。
