一種超深海水下立管支撐裝置的製作方法

2023-10-17 22:15:49 1

專利名稱：一種超深海水下立管支撐裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種深海油氣田開發技術，特別是一種用於超深海油氣田開發的水下
立管支撐裝置。
背景技術：
立管作為連接水面部分及水下生產系統的唯一結構，是海上油氣田開發的重要組成部分，尤其在深海與超深海油氣田開發中起著關鍵作用。目前在深海石油工程界應用較為廣泛和成熟的生產立管是TTR立管，即頂張緊式立管。然而在超深海環境下，水中立管重量隨著水深和水壓的增大而自然急劇增加；同時，立管重量的增加還將要求立管頂部的張緊力極大增加，這對TTR立管的適用性和經濟性帶來很嚴重的問題。此外，由於立管與水面浮式生產裝置相連接，隨著水深的增加，巨大的水中立管載荷會加大水面浮式生產裝置所需承擔的動載，從而提高了水面浮式生產裝置的建造與運營成本。故採用傳統的TTR立管生產系統，油田整體開採成本巨大。

發明內容
為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種超深海水下立管支撐裝置， 該裝置通過在水面下200 350m的位置為傳統TTR立管提供張緊力，能極大地提高傳統 TTR立管以及水面浮式生產裝置在超深海環境下的工作能力，同時大大降低生產成本。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下一種超深海水下立管支撐裝置，包括立管支撐浮筒、張力系泊裝置和臍帶纜；所述的立管支撐浮筒上部設置有井口頭A，井口頭A下部為貫穿立管支撐浮筒的通道；所述的立管支撐浮筒，在其上方設置有進氣閥門、下方設置有排氣閥門，所述的進氣閥門通過臍帶纜與位於水面的浮式生產裝置連接；水面浮式生產裝置通過臍帶纜將氣體送至立管支撐浮筒，並通過進氣閥門和排氣閥門控制氣體的進出，以此調節立管支撐浮筒的浮力；所述的立管支撐浮筒為海星式結構，即中央柱結構浮筒邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒，它們在平面上的夾角為120° ；所述的懸臂浮筒末端採用中性浮力的桁架結構，所述的三根矩形截面懸臂浮筒通過機械方式連接在中央柱結構浮筒邊緣。所述的張力系泊裝置包括張力纜繩和樁基，立管支撐浮筒通過張力纜繩系泊在海床的樁基上以約束立管支撐浮筒在水中的運動，並為立管支撐浮筒提供一定的穩定性支撐。本發明所述的立管支撐浮筒用中央柱結構浮筒代替；所述的張力系泊裝置由中央柱結構浮筒張緊的TTR立管代替。本發明所述的立管支撐浮筒設置有管線中轉裝置，立管支撐浮筒上部有三個井口頭A，井口頭A處的管線匯集後與管線中轉裝置連接。本發明支撐的立管包括TTR立管和柔性立管。TTR立管的上端與立管支撐浮筒上部的井口頭A連接、下端與布置在海床上的井口裝置連接；柔性立管的下端與立管支撐浮筒的上部連接、上端連接至水面的浮式生產裝置。由此，立管支撐浮筒為TTR立管提供所需的張緊力，並為柔性立管提供支撐平臺。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1、本發明的立管支撐浮筒結構形式靈活，可為中央柱結構浮筒或海星式結構浮筒；懸臂浮筒通過機械方式連接在中央柱結構浮筒邊緣，簡化懸臂浮筒的安裝與拆卸工藝。2、本發明的懸臂浮筒末端採用了中性浮力的桁架結構。當設計要求需要額外加大立管支撐浮筒浮力時，只需減少桁架結構在懸臂浮筒上的比例長度或增加懸臂浮筒的長度即可；若滿足設計浮力要求，可加大桁架結構在懸臂浮筒上的比例長度，從而降低立管支撐浮筒的重量。綜上，可極大簡化懸臂浮筒的建造工藝難度，降低建造成本。3、本發明通過立管支撐浮筒為TTR立管提供張緊力，減少了水面浮式生產裝置支撐的動載荷，降低了對水面浮式生產裝置的要求，從而降低了水面浮式生產裝置的建造成本。4、本發明通過立管支撐浮筒為TTR立管提供張緊力，極大地提升了傳統的TTR立管的工作水深。


本發明共有附圖3張，其中圖1是本發明的超深海水下立管支撐裝置的整體示意圖；圖2是本發明的立管支撐浮筒俯視圖；圖3是本發明的工程應用的整體示意圖。圖中2、桁架結構，3、井口頭A，4、進氣閥門，5、排氣閥門，7、張力纜繩，8、樁基，9、 臍帶纜，10、立管支撐浮筒，11、中央柱結構浮筒，12、懸臂浮筒，15、浮式生產裝置，16、水面， 17、海床，20、柔性立管，21、遠程控制機器人，22、管線中轉裝置，25、TTR立管，沈、井口頭B。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖1所示，一種超深海水下立管支撐裝置，包括立管支撐浮筒10、張力系泊裝置和臍帶纜9。如圖1-2所示，所述的立管支撐浮筒10為海星式結構，即中央柱結構浮筒11邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒12，它們在平面上的夾角為120°，形成輻射狀。懸臂浮筒12 的末端採用中性浮力的桁架結構2。當設計要求需要額外加大立管支撐浮筒10的浮力時， 只需減少桁架結構2在懸臂浮筒12上的比例長度或增加懸臂浮筒12的長度即可；若滿足設計浮力要求，可加大桁架結構2的在懸臂浮筒12上的比例長度，從而降低立管支撐浮筒 10的總重量。綜上，可極大簡化立管支撐浮筒10的建造工藝難度並減少生產成本。如圖1所示，所述的張力系泊裝置包括張力纜繩7和樁基8 ；所述的立管支撐浮筒 10由三根張力纜繩7 (附圖中為示意整體結構清晰，只展示了兩根張力纜繩)系泊在位於海床17的樁基8上，以約束立管支撐浮筒10在水中的運動，並為立管支撐浮筒10提供一定的穩定性支撐。同時張力纜繩7可承受立管支撐浮筒10可能帶來的過張緊力，防止TTR立管25由於可能承受的過張緊力而引發斷裂損害。如圖1所示，所述的立管支撐浮筒10具有浮力調節裝置，當需要增加立管支撐浮筒10的淨浮力時，位於水面16上的浮式生產裝置15通過臍帶纜9連接立管支撐浮筒10 上部的進氣閥門4，向立管支撐浮筒10內輸入氮氣(防腐蝕)；當淨浮力要求降低時，浮式生產裝置15遙控開啟排氣閥門5即可。如圖1所示，所述的立管支撐浮筒10位於水面16下Hl (約200_350m)處，以避開海面下的紊流區，使得立管支撐浮筒10幾乎不受近海面處的強風、海浪和海流載荷影響， 保持良好的在位性能。如圖2-3所示，為簡化安裝工藝，立管支撐浮筒10設置有管線中轉裝置22。所述的立管支撐浮筒10上部有三個井口頭A3，井口頭A3處的管線匯集後與管線中轉裝置22連接。圖3所示為本發明工程應用的整體示意圖。TTR立管25的上端與立管支撐浮筒 10上部的井口頭A3連接、下端與布置在海床上的井口頭似6連接；柔性立管20的下端與管線中轉裝置22連接，上端與位於水面16的浮式生產裝置15連接。由此，立管支撐浮筒 10為TTR立管25提供所需的張緊力，並為柔性立管20提供支撐平臺。遠程控制機器人21 在水面16下Hl附近待命，負責水中監控工作以及相關部件的連接、釋放工作。海底的油藏最終通過位於海床17上的井口頭B26、TTR立管25、立管支撐浮筒10、 柔性立管20最終到達位於水面16上的浮式生產裝置15，從而進行海上油氣田的工程開發。由於本發明利用立管支撐浮筒10的淨浮力為TTR立管25提供所需的張緊力，因此相對傳統技術，本發明可極大地減少水面浮式生產裝置15的工作載荷，從而降低對水面浮式生產裝置15的設計要求與建造要求，進而極大地降低建造水面浮式生產裝置15的技術難度和建造成本。此外優選地，可依據實際工程需要，本發明的立管支撐浮筒10的海星式結構可通過機械方式移除三根懸臂浮筒12簡化為中央柱結構浮筒11。與此同時，移除張力系泊裝置，由中央柱結構浮筒11張緊的TTR立管25為中央柱結構浮筒11提供穩定性支撐。
權利要求
1.一種超深海水下立管支撐裝置，其特徵在於包括立管支撐浮筒(10)、張力系泊裝置和臍帶纜(9)；所述的立管支撐浮筒(10)上部設置有井口頭A(3)，井口頭AC3)下部為貫穿立管支撐浮筒(10)的通道；所述的立管支撐浮筒(10)，在其上方設置有進氣閥門(4)、下方設置有排氣閥門(5)，所述的進氣閥門⑷通過臍帶纜(9)與位於水面(16)的浮式生產裝置(15)連接；水面(16)浮式生產裝置(1 通過臍帶纜(9)將氣體送至立管支撐浮筒(10)，並通過進氣閥門(4)和排氣閥門( 控制氣體的進出，以此調節立管支撐浮筒(10)的浮力；所述的立管支撐浮筒(10)為海星式結構，即中央柱結構浮筒(11)邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒(12)，它們在平面上的夾角為120° ；所述的懸臂浮筒(12)末端採用中性浮力的桁架結構O)，所述的三根矩形截面懸臂浮筒(12)通過機械方式連接在中央柱結構浮筒(11)邊緣;所述的張力系泊裝置包括張力纜繩(7)和樁基(8)，立管支撐浮筒(10)通過張力纜繩 (7)系泊在海床(17)的樁基(8)上以約束立管支撐浮筒(10)在水中的運動，並為立管支撐浮筒(10)提供一定的穩定性支撐。
2.根據權利要求1所述的一種超深海水下立管支撐裝置，其特徵在於所述的立管支撐浮筒(10)用中央柱結構浮筒(11)代替；所述的張力系泊裝置由中央柱結構浮筒(11)張緊的TTR立管05)代替。
3.根據權利要求1所述的一種超深海水下立管支撐裝置，其特徵在於所述的立管支撐浮筒(10)設置有管線中轉裝置(22)，立管支撐浮筒(10)上部有三個井口頭A(3)，井口頭A(3)處的管線匯集後與管線中轉裝置02)連接。
全文摘要
本發明公開了一種超深海水下立管支撐裝置，包括立管支撐浮筒、張力系泊裝置和臍帶纜；立管支撐浮筒上部設置有井口頭A，井口頭A下部為貫穿立管支撐浮筒的通道；立管支撐浮筒為海星式結構，即中央柱結構浮筒邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒，它們在平面上的夾角為120°。本發明的懸臂浮筒末端採用了中性浮力的桁架結構，可通過減少桁架結構在懸臂浮筒上的比例長度或增加懸臂浮筒的長度來滿足立管支撐浮筒的浮力要求，可極大簡化懸臂浮筒的建造工藝難度，降低建造成本。本發明通過立管支撐浮筒為TTR立管提供張緊力，減少了水面浮式生產裝置支撐的動載荷，降低了對水面浮式生產裝置的要求，從而降低了水面浮式生產裝置的建造成本。
文檔編號E21B15/02GK102418480SQ20111043969
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月24日 優先權日2011年12月24日
發明者劉剛, 張崎, 李紅霞, 甄興偉, 黃一 申請人:大連理工大學