一種超深海水下立管支撐浮筒的定位系統及其方法

2023-11-05 02:20:47 1

專利名稱：一種超深海水下立管支撐浮筒的定位系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種海洋油氣田開發技術，特別是一種用於超深海油氣田開發的水下立管支撐浮筒的定位系統及其方法。
背景技術：
在超深海(水深1500m以上)油氣田開發中，海洋立管作為連接海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。鑑於超深海水深和高壓的巨大挑戰，對於傳統立管的適用性所帶來的嚴重挑戰， 當下，新穎的海洋立管應用理念是採用水中立管支撐浮筒來支撐下部剛性立管，下部剛性立管的底端與海底井口頭連接，頂端與水中立管支撐浮筒連接。這便要求水中立管支撐浮筒可以平穩地停留在指定工作區的位置，以使得下部剛性立管順利通過水中立管支撐浮筒並與海底井口頭連接。目前通用的一種做法，是使立管支撐浮筒直接沉入到水下預設定位置，這種工程做法的優點是簡單易行，但對水中立管支撐浮筒位置的可操控性太差，無法自由調節水中立管支撐浮筒的位置，危險係數高。此外，還有在海底打樁來支撐浮筒，但這種做法僅適用於淺海，對於深海便已不適用。由於上述問題的存在，在超深海環境下，對水中立管支撐浮筒的傳統定位方法已經無法滿足設計要求。

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浮筒的定位系統及其方法，在立管支撐浮筒下沉到水下預設定位置的過程中，該定位系統可自由地、精準地調節立管支撐浮筒在水中的位置；在立管支撐浮筒到達水中指定位置後，採用張力系泊定位，使得立管支撐浮筒穩定地停留在水中指定位置。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浮筒的定位系統，所述的立管支撐浮筒由中央柱結構浮筒和三根矩形截面懸臂浮筒組成，三根懸臂浮筒位於中央柱結構浮筒邊緣，在平面上的夾角為120° ；所述的三根懸臂浮筒是懸臂浮筒A、懸臂浮筒B和懸臂浮筒C ；所述的定位系統包括水中動力定位裝置和浮筒張力系泊定位裝置；所述的動力定位裝置包括一根控制管纜和四個推進器，其中，推進器A位於懸臂浮筒A下方，推進器B位於懸臂浮筒B下方，推進器C位於懸臂浮筒C下方，推進器D位於中央柱結構的正中間；推進器D負責立管支撐浮筒在水中的升降運動，推進器B和推進器 C負責立管支撐浮筒在水中的前後運動，推進器A負責立管支撐浮筒在水中的水平旋轉運動；控制管纜的一端連接安裝駁船、另一端通過立管支撐浮筒上部的控制管纜接口連接四個推進器並負責向四個推進器提供動力和控制信號；所述的浮筒張力系泊定位裝置是採用張力纜繩將立管支撐浮筒垂直系泊在海床
3上，通過增加立管支撐浮筒的浮力來張緊張力纜繩以使得立管支撐浮筒保持平穩定位狀態。一種超深海水下立管支撐浮筒的定位系統的定位方法，包括以下步驟A、安裝駁船通過吊裝纜繩將立管支撐浮筒吊裝入海面以下，由控制管纜對立管支撐浮筒提供動力源，控制管纜一端與立管支撐浮筒的控制管纜接口連接，另一端與安裝駁船連接；B、立管支撐浮筒在海面操控單元的控制下，開啟推進器D下沉至海面下指定深度 Hl處；繼而，海面操控單元通過調節立管支撐浮筒的推進器A、推進器B和推進器C，使立管支撐浮筒平穩地停留在位於海床上的樁基的正上方；所述的Hl為200-350m水深；C、立管支撐浮筒到達海面下指定位置後，對立管支撐浮筒進行張力系泊定位。本發明所述的立管支撐浮筒的張力系泊定位的方法，包括以下步驟Cl、安裝駁船將三根張力纜繩穿過立管支撐浮筒的三根懸臂浮筒的末端，與位於海床上的樁基連接，從而為立管支撐浮筒提供穩定性支撐；C2、張力纜繩安裝完畢後，安裝駁船關閉立管支撐浮筒的動力定位裝置，安裝駁船通過控制管纜向立管支撐浮筒內輸入指定量的氮氣，提升立管支撐浮筒的浮力，以使張力纜繩承受一定的預設張緊力，從而使立管支撐浮筒穩定地定位在海面下Hl處。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果1、本發明將四個推進器安裝在立管支撐浮筒上，可自由、精準地移動立管支撐浮筒在水中的位置。2、本發明的立管支撐浮筒通過水中動力定位裝置到達水中指定位置後，通過張力系泊定位裝置，減少立管支撐浮筒的運動幅度，可使得立管支撐浮筒非常平穩地停留在水中指定位置。


本發明共有附圖5張，其中圖1是本發明的立管支撐浮筒的俯視圖；圖2是本發明的立管支撐浮筒的正視圖；圖3是本發明的立管支撐浮筒的左視圖；圖4是本發明的立管支撐浮筒的動力定位至水中指定位置的過程示意圖；圖5是本發明的立管支撐浮筒的張力系泊定位示意圖。圖中1、推進器A，2、推進器B，3、推進器C、4、推進器D，7、張力纜繩，8、樁基，10、立
管支撐浮筒，11、中央柱結構，12、懸臂浮筒A，13、懸臂浮筒B、14、懸臂浮筒C，16、海面，17、 海床，20、控制管纜接口，21、控制管纜，22、排氣閥門，30、安裝駁船，31、吊裝纜繩。
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，立管支撐浮筒10由中央柱結構浮筒11和三根矩形截面懸臂浮筒組成，三根懸臂浮筒位於中央柱結構浮筒11邊緣，在平面上的夾角為120°，形成輻射狀。所述的三根懸臂浮筒是懸臂浮筒A12、懸臂浮筒B13和懸臂浮筒C14，三根懸臂浮筒的末端採用中性浮力的桁架結構，使得立管支撐浮筒10在水中滿足預設計浮力的情況下，降低立管支撐浮筒10的重量，進而降低生產成本。如圖2所示，立管支撐浮筒10上部有控制管纜接口 20，下部有排氣閥門22。如圖1-3所示，所述的立管支撐浮筒10的動力定位裝置包括有四個推進器。其中， 推進器Al位於懸臂浮筒A12下方，推進器B2位於懸臂浮筒B13下方，推進器C3位於懸臂浮筒C14下方，推進器D4位於中央柱結構11的正中間。圖1所示的推進器D4負責立管支撐浮筒10在水中的升降運動，圖2所示的推進器B2和推進器C3負責立管支撐浮筒10在水中的前後運動，圖3所示的推進器Al負責立管支撐浮筒10在水中的水平旋轉運動。以下就各定位裝置的安裝與工作方法做一說明。如圖3所示，安裝駁船30通過吊裝纜繩31將立管支撐浮筒10吊裝入海面16以下，由控制管纜21對立管支撐浮筒10提供動力源，控制管纜21 —端與立管支撐浮筒10的控制管纜接口 20連接，另一端與安裝駁船30連接。立管支撐浮筒10在海面操控單元的控制下，開啟推進器D4下沉至海面16下指定深度Hl處。繼而，海面操控單元通過調節立管支撐浮筒10的推進器Al、推進器B2和推進器C3，使立管支撐浮筒10平穩地停留在位於海床17上的樁基8的正上方。立管支撐浮筒10到達海面16下指定位置後，進行立管支撐浮筒10的張力系泊定位。如圖5所示，張力系泊定位裝置包括張力纜繩7和樁基8。立管支撐浮筒10通過張力纜繩7連接位於海床17上的樁基8完成對立管支撐浮筒10的水中系泊定位。下面就立管支撐浮筒10的張力系泊定位裝置的安裝方法作進一步描述如圖5所示，安裝駁船30將三根張力纜繩7穿過立管支撐浮筒10的三根懸臂浮筒的末端，與位於海床17上的樁基8連接，從而為立管支撐浮筒10提供穩定性支撐。張力纜繩7安裝完畢後，安裝駁船30關閉立管支撐浮筒10的動力定位裝置，安裝駁船30通過控制管纜21向立管支撐浮筒10內輸入指定量的氮氣(防腐蝕)，提升立管支撐浮筒10的浮力，使得張力纜繩7承受一定的預設張緊力，從而使立管支撐浮筒10穩定地定位在海面 16下Hl處。
權利要求
1.一種超深海水下立管支撐浮筒的定位系統，所述的立管支撐浮筒(10)由中央柱結構(11)浮筒和三根矩形截面懸臂浮筒組成，三根懸臂浮筒位於中央柱結構(11)浮筒邊緣， 在平面上的夾角為120° ；所述的三根懸臂浮筒是懸臂浮筒A(12)、懸臂浮筒B(13)和懸臂浮筒C(14)；其特徵在於所述的定位系統包括水中動力定位裝置和浮筒張力系泊定位裝置；所述的動力定位裝置包括一根控制管纜和四個推進器，其中，推進器A(I)位於懸臂浮筒A(12)下方，推進器B(2)位於懸臂浮筒B(13)下方，推進器C(3)位於懸臂浮筒C(14) 下方，推進器D(4)位於中央柱結構(11)的正中間；推進器D(4)負責立管支撐浮筒(10)在水中的升降運動，推進器BQ)和推進器CC3)負責立管支撐浮筒(10)在水中的前後運動， 推進器A(I)負責立管支撐浮筒(10)在水中的水平旋轉運動；控制管纜的一端連接安裝駁船(30)、另一端通過立管支撐浮筒(10)上部的控制管纜接口 00)連接四個推進器並負責向四個推進器提供動力和控制信號；所述的浮筒張力系泊定位裝置是採用張力纜繩(7)將立管支撐浮筒(10)垂直系泊在海床(17)上，通過增加立管支撐浮筒(10)的浮力來張緊張力纜繩(7)以使得立管支撐浮筒(10)保持平穩定位狀態。
2.一種超深海水下立管支撐浮筒的定位系統的定位方法，其特徵在於包括以下步驟A、安裝駁船(30)通過吊裝纜繩(31)將立管支撐浮筒(10)吊裝入海面(16)以下，由控制管纜對立管支撐浮筒(10)提供動力源，控制管纜—端與立管支撐浮筒(10) 的控制管纜接口 00)連接，另一端與安裝駁船(30)連接；B、立管支撐浮筒(10)在海面(16)操控單元的控制下，開啟推進器D(4)下沉至海面 (16)下指定深度Hl處；繼而，海面(16)操控單元通過調節立管支撐浮筒(10)的推進器 A(l)、推進器BQ)和推進器C(3)，使立管支撐浮筒(10)平穩地停留在位於海床(17)上的樁基(8)的正上方；所述的Hl為200-350m水深；C、立管支撐浮筒(10)到達海面(16)下指定位置後，對立管支撐浮筒(10)進行張力系泊定位。本發明所述的立管支撐浮筒(10)的張力系泊定位的方法，包括以下步驟Cl、安裝駁船(30)將三根張力纜繩(7)穿過立管支撐浮筒(10)的三根懸臂浮筒的末端，與位於海床(17)上的樁基(8)連接，從而為立管支撐浮筒(10)提供穩定性支撐；C2、張力纜繩(7)安裝完畢後，安裝駁船(30)關閉立管支撐浮筒(10)的動力定位裝置，安裝駁船(30)通過控制管纜向立管支撐浮筒(10)內輸入指定量的氮氣，提升立管支撐浮筒(10)的浮力，以使張力纜繩(7)承受一定的預設張緊力，從而使立管支撐浮筒 (10)穩定地定位在海面(16)下Hl處。
全文摘要
本發明公開了一種超深海水下立管支撐浮筒的定位系統及其方法，所述的定位系統包括水中動力定位裝置和浮筒張力系泊定位裝置；所述的動力定位裝置包括一根控制管纜和四個推進器，所述的浮筒張力系泊定位裝置是採用張力纜繩將立管支撐浮筒垂直系泊在海床上。本發明將四個推進器分別安裝在立管支撐浮筒上的四個指定的位置，分別負責立管支撐浮筒在水中的升降、進退和旋轉，可自由、精準地移動立管支撐浮筒到水中的指定位置。本發明的立管支撐浮筒通過動力定位到達水中指定位置後，通過浮筒張力系泊定位裝置，將立管支撐浮筒固定在海床上，以減少立管支撐浮筒的運動幅度，可使得立管支撐浮筒非常平穩地停留在水中指定位置。
文檔編號E21B43/017GK102434130SQ20111044191
公開日2012年5月2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