[发明专利]用于钻探和/或开采的海上塔

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年11月3日提交的、标题为“浮力塔钻机（Buoyant Tower Driller）”的美国临时专利申请No.61/409,676的优先权，该美国临时专利申请的整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及用于促进海上油气钻探和开采操作的海上结构。更具体地，本发明涉及可释放地固定到海床并构造成响应于环境负载而纵摇的、深度可调的海上塔。

背景技术

可以采用各种类型的海上结构来钻出海底井和/或从海底井开采烃类（例如，石油和天然气）。通常，为具体应用选择的海上结构的类型将取决于井位置处的水深。举例来说，在小于约250英尺的水深中，通常采用常规的自升式平台；在约250英尺与450英尺之间的水深中，通常采用专门设计的“高规格”自升式平台；在小于约600英尺的水深中，通常采用固定平台和柔性塔；而在大于约600英尺的水深中，通常采用诸如半潜式平台和深水浮筒（Spar）平台的浮动系统。

自升式平台能够在不同的油气井和油气田之间移动，并且其高度是调节的。然而，常规的自升式平台一般局限于不足约250英尺的水深，而高规格自升式平台一般局限于小于约450英尺的水深。虽然常规的自升式平台具有低的日租金，因此在浅水中提供低成本选项，但高规格自升式平台具有相对高的日租金并且可能在成本上不具优势。此外，典型地需要下水驳船和起重驳船的自升式平台的布置和安装会是具有挑战性的，尤其是在深水中。自升式平台在地震区中使用也可能是不太理想的，因为刚性底基的自升式平台展示出极弱的顺应性。

固定平台包括直接锚固到海床的水泥和/或钢制导管架以及定位在海面上方并且安装到导管架的上端的甲板。固定平台的制造和安装需要具体的基础设施和熟练的工人。例如，需要下水驳船来将导管和甲板的部件运输至海上安装现场，需要井架驳船来对导管的上部进行定位和提升，并且需要井架驳船来将甲板提升并且定位在导管架的顶上。此外，固定平台的安装常常需要打入到海床中以将导管架锚固到海床的桩的安装。在水深更深的应用中，还必须将附加裙桩打入到海床中。在选择诸如墨西哥湾的地理位置时，以常规方式制造、布置和安装固定导管架平台。因此，此种区域典型地具有经验、基础设施和熟练的工人以允许固定导管架平台为海上钻探和/或开采提供可行的竞争性的选项。在对固定导管架平台经验较少或没有经验的其它区域中，设施、设备、基础设施和劳工对于有效地建造、布置和安装固定导管架平台可以是不充分的。而且，甚至在具有一定的制造和安装固定导管架平台的一些地区，诸如巴西和秘鲁，预期在接下来几年中关于固定导管架平台的应用范围可能超出目前的能力。

典型地，将固定导管架平台设计成具有小于任何可预期的在海上安装现场处预期的波能的自然周期。这对于在浅水中完成是相对易容的。然而，随着水深增加，导管架的固有柔度增加，因此自然周期也增加。随着水深增加，为了将导管架的自然周期减小至预期的波能以下，通过增加导管架支腿和桩的大小和强度来加强导管架。此种改变可以进一步增加对于导管架的制造和安装的基础设施和劳工要求。类似于自升式平台，由于固定平台是刚性底基结构，所以它们对于在地震区中使用倾向于不太期望的。

浮动系统可以在深水中被使用并且适合于在地震区中使用，因为它们不是刚性地连接至海床。然而，浮动结构是相对昂贵的并且难以在不同的位置之间移动，因为它们被设计成在具体位置处（经多个系泊缆）被系泊持续延长的时间段。此外，这些系泊缆典型地利用打入到海床中的相对大的桩被锚固到海床。此类桩在大水深处难以搬运、运输、以及安装。

因此，在本领域中仍然存在对锚固到海床的容易安装（例如,较低的基础设施和专业劳工要求）和在不同的海上位置之间移动的海上钻探和/或开采底基结构的需要。如果此种海上开采系统是经济的、适合在地震区中使用并且能够用在不同的水深中，则它们将是特别容易被接受的。

发明内容