[发明专利]双井架抗冰型自升式钻井单元

说明书

相关申请案

本发明主张2010年10月21日申请的US61/405497的优先权，并且其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及移动式海上钻井单元，通常称为“自升式”钻井单元或钻机，其用于浅水，通常小于400英尺，用于油气的勘探或开发钻井。

发明背景

在对油气的不断搜寻中，已开发许多技术来寻找新的油藏和资源，并且为了寻找新发现，已搜遍世界上大部分地区。很少有人期望在靠近人口密集地区和容易到达的地方仍然能找到任何较大的、未被发现的资源。取而代之，是在更具挑战性并难以抵达的地区找到新的大储量。

一个极有可能的地区是在北极海上。然而，北极寒冷、遥远，且水上的海冰对勘察油气造成相当大的挑战。多年来，普遍认为对于每个可盈利的井必须钻出六个无法盈利的井。如果这实际上是真的，那么肯定希望钻出无法盈利的井不那么昂贵。然而，在北极，没有什么是不昂贵的。

目前，在如北极的天气寒冷之地的浅水中，从自升式或移动式海上钻井单元（MODU）的勘探钻井可在短期，开放水域的夏季使用约45到90天。预测钻井季节何时开始和结束是一种机率游戏，并且已采取许多努力来确定自升式平台何时可安全地拖曳到钻井位置以及何时可开始钻井。一旦开始，具有相当的紧迫性来完井以避免不得不在完井之前海冰侵入的情况下断开并退出。即使在几周的开放水域期间，浮冰对所在位置上的自升式钻机存在显著危害，并且自升式钻机的桩腿暴露，并且很容易受损坏。

自升式钻机是移动式、自起升、海上钻井和修井平台，配备有桩腿，其可下放到海床，直到建立基础以支撑船体为止，其含有钻井和/或修井设备，升降系统、船员仓、装载和卸载设施、块体和液体材料的存储区、直升机降落甲板和其它相关设备。

自升式钻机被设计用来拖曳到钻井点并从水中顶举出来，使得波浪作用仅影响具有相当小的横截面的桩腿。然而，自升式平台的桩腿提供很小的针对浮冰碰撞的防御，且任意较大尺寸的浮冰能够导致一个或多个桩腿的结构性损坏，和/或将钻机推离所在位置。如果这种类型的情况在钻井操作暂停并且已完成适当的巩固和弃井之前发生，那么可能会出现油气泄漏。在石油和天然气产业中，即使是很小的这种泄漏风险对于监管机构以及对于公众来说也是完全不能接受的。

因此，一旦确定在这个短季期间已钻出潜在可盈利的井，可将非常大、基于重力的生产系统或类似结构引入，并设置在海床上以用于钻井和生产油气的长期过程。这些基于重力的结构非常大且非常昂贵，但是被建造用来承受常年的冰力。

US4819730公开一种浮动工作平台，其具有在其上提供的两个井架。然而，所述专利涉及半潜式船只，如钻井船。与自升式钻机不同，半潜式船只本质上受制于波浪和浮冰的影响两者，且因此无法承受北极的极端条件。

EP1094193公开一种海上钻井船，其具有双活动钻井总成，使得在实质深水中钻井所涉及的时间可缩短。然而，这个专利也涉及无法在北极的恶劣天气条件下维持所需的高稳定性的钻井船。此外，所公开的双活动钻井总成一次仅可以钻一个井，出于勘探和生产目的，尤其在仅可用非常窄的操作窗口之处，这在本质上是低效的。

US6491477描述具有双悬臂总成的自起升钻井单元，其允许在小平台上双钻井，其中每个钻井单元可按8X8间隔运行。然而，这种钻机仍然受制于变幻莫测的天气，并且没有解决北极或北海钻井中存在的海冰问题。

因此，需要一种可同时承受在北极的极端条件并提供高效勘探能力和移动性的钻井系统和方法。

发明内容

本发明涉及一种改进的自升式钻机，其用于在海上区域中潜在结冰条件下对油气进行勘探钻井，其包括浮动船体，所述浮动船体在其甲板上具有两个井架，以及浮动船体的防冰形状或部分，其用于弯曲和破裂海冰，或使海冰偏离桩腿。

对于一些实施方案，浮动船体包括沿着其下部且围绕浮动船体的外围延伸的海冰弯曲形状。海冰弯曲形状从船体靠近甲板水平或其底部的区域延伸，且向下延伸，且在靠近底部处向内渐缩。抗冰船体可使钻井季节增加一倍或两倍，且因此价值是巨大的。

海冰弯曲形状可包括任选的海冰偏转部分，其绕底部海冰弯曲形状的底部周边延伸以在船体周围而非船体下方引导海冰。这个偏转部分是大致垂直的，但可以在偏离垂直5度到10度内，且可具有任选的漏斗形向外最底端。这种海冰偏转部分可以是浮动船体的部分（因此增加浮力体积），或可作为突出边缘从浮动船体向下悬垂。

一般而言，出于制造便利和成本考虑，船体的海冰弯曲部分由平板（舭缘）组成，但是这不是必需的，且平滑弯曲表面和其组合也包括在本发明的范畴内。