專利名稱：一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種海洋油氣開發(fā)技術(shù)，特別是ー種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)
背景技術(shù)：
隨著陸地、近海與中深海域油氣資源的逐漸枯竭，為了滿足人類對石油資源的巨大需求，當(dāng)下深海(500 1500m)與超深海(1500m以上)油氣田開發(fā)是世界石油エ業(yè)的主要增長點(diǎn)。目前世界上典型的深水海洋油氣工程開發(fā)模式為“水面生產(chǎn)裝置+立管系統(tǒng)+海底生產(chǎn)系統(tǒng)”，其中水面生產(chǎn)裝置包括浮式結(jié)構(gòu)和上部的油氣處理系統(tǒng)。立管系統(tǒng)作為連接水面部分及水下生產(chǎn)系統(tǒng)的唯一結(jié)構(gòu)，是海上油氣田開發(fā)的重要組成部分。目前，傳統(tǒng)的深海油氣開發(fā)水面生產(chǎn)裝置主要有張カ腿平臺(TLP)、半潛式平臺(SEMI-FPS)等。在超深海巨大水深和高壓的環(huán)境中，水中立管長度和重量自然急劇增加。然而，現(xiàn)有的主流技術(shù)將巨大的水中立管載荷由水面生產(chǎn)裝置承擔(dān)。故而隨著工作水深的增加，對水面生產(chǎn)裝置和水中立管系統(tǒng)的技術(shù)要求越來越高?；谝陨蠁栴}，目前TLP平臺的限制工作水深為1500m左右，半潛式平臺的限制エ作水深在3000m左右，且這些應(yīng)用于深海的傳統(tǒng)的水面生產(chǎn)裝置的建造成本、運(yùn)營成本和維護(hù)成本高昂。此外，傳統(tǒng)的海上油氣田開發(fā)作業(yè)需在所有設(shè)施就位后才可進(jìn)行，這嚴(yán)重拖延了作業(yè)エ期，降低生產(chǎn)作業(yè)效率，從而增加了油田開發(fā)的成本。此外，超深海環(huán)境條件通常都很惡劣，除了水深的問題外，還有諸如颶風(fēng)和臺風(fēng)的影響，傳統(tǒng)的各類浮式生產(chǎn)裝置均無預(yù)防臺風(fēng)和颶風(fēng)的有效技木。基于上述問題的存在，在超深海環(huán)境下，傳統(tǒng)的海上油氣田開發(fā)工程裝備和工程模式的安全性、環(huán)保性、可行性和經(jīng)濟(jì)適用性均無法滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)在超深海環(huán)境中遇到的上述問題，本實(shí)用新型要提出一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，以提升現(xiàn)有水面浮式生產(chǎn)裝置的工作能力，可以安全、經(jīng)濟(jì)和有效地應(yīng)對3000m以上水深的超深海環(huán)境的各項(xiàng)挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，包括水面浮式生產(chǎn)裝置、立管支撐浮筒、水中采油設(shè)備、上部柔性跨接管、下部剛性立管以及海底井口裝置；所述的水中采油設(shè)備安裝在立管支撐浮筒上；所述的立管支撐浮筒位于海面下Hl處，通過張カ纜繩系泊在海床上以約束立管支撐浮筒在水中的運(yùn)動；立管支撐浮筒上部設(shè)置有井口頭，井口頭的下端有立管通道；下部剛性立管的上端通過立管通道連接到立管支撐浮筒上部的井口頭、其下端與海底井口裝置連接；立管支撐浮筒上部的管線中轉(zhuǎn)裝置與上部柔性跨接管的下端相連接，上部柔性跨接管的上端連接至水面的浮式生產(chǎn)裝置；海底的油氣資源通過海底井口裝置、下部剛性立管、立管支撐浮筒、水中采油設(shè)備、上部柔性跨接管，最終到達(dá)水面浮式生產(chǎn)裝置，從而進(jìn)行海洋油氣資源的開發(fā)工作；所述的Hl為200-350m。本實(shí)用新型所述的立管支撐浮筒采用中央柱結(jié)構(gòu)，中央柱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°，形成輻射狀，矩形截面懸臂浮筒末端采用中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所述的立管支撐浮筒的上部安裝有三個井口頭。本實(shí)用新型的安裝方法，包括以下步驟A、預(yù)備工作將樁基、海底井口裝置安裝在海床上；拖曳立管支撐浮筒到達(dá)目標(biāo)海域；B、立管支撐浮筒的安裝BI、安裝駁船利用吊裝纜繩將立管支撐浮筒吊入到海面下Hl處；B2、安裝駁船對立管支撐浮筒進(jìn)行系泊定位安裝，使得張カ纜繩與樁基連接；B3、將立管支撐浮筒用三根張カ纜繩系泊在位于海床的樁基上；C、下部剛性立管的安裝Cl、水面浮式生產(chǎn)裝置運(yùn)行到達(dá)海上目標(biāo)作業(yè)區(qū)，水面浮式生產(chǎn)裝置利用下入管柱完成下部剛性立管與海底井口裝置的對接；C2、水面浮式生產(chǎn)裝置通過向立管支撐浮筒中注入氮?dú)猓细?，完成與下部剛性立管的連接，并張緊下部剛性立管；D、水中采油設(shè)備的安裝水中采油設(shè)備在位于立管支撐浮筒上部的導(dǎo)向設(shè)備的輔助下，下放安裝在立管支撐浮筒上部的井口頭處；E、上部柔性跨接管連接立管支撐浮筒與水面浮式生產(chǎn)裝置借由水下遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的輔助，完成上部柔性跨接管對管線中轉(zhuǎn)裝置的連接。本實(shí)用新型步驟Cl所述的下部剛性立管與海底井口裝置的對接方法包括以下步驟cii、在立管支撐浮筒上部的井口頭處安裝臨時導(dǎo)向基座，以使得下部剛性立管準(zhǔn)確通過立管支撐浮筒上的井口頭；C12、在位于海床上的海底井口裝置設(shè)置有導(dǎo)向喇叭ロ，便于下部剛性立管的下端與海底井ロ裝置的準(zhǔn)確對接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果I、由于本實(shí)用新型由立管支撐浮筒支撐水中立管的巨大重量，減少了水面浮式生 產(chǎn)裝置所需承擔(dān)的動載荷，從而降低了對水面浮式生產(chǎn)裝置的設(shè)計要求，也就可采用中深海域的水面浮式生產(chǎn)裝置及相關(guān)的油氣開采裝備來進(jìn)行超深海的油氣開采工作，極大地降低了投資成本。2、本實(shí)用新型的立管支撐浮筒采用張力纜繩系泊在海床上，減小浮筒的運(yùn)動幅度，同時保護(hù)下部剛性立管。[0036]3、本實(shí)用新型立管支撐浮筒可在水面生產(chǎn)設(shè)施就位前安裝，可縮短安裝エ期，從而降低生產(chǎn)成本。4、由于本實(shí)用新型使用上部柔性跨接管連接立管支撐浮筒與水面浮式生產(chǎn)裝置，故對水面浮式生產(chǎn)裝置運(yùn)動引起的下部剛性立管疲勞不敏感。5、本實(shí)用新型在遇到緊急危險情況時，上部柔性跨接管可與位于水中立管支撐浮筒的管線中轉(zhuǎn)裝置迅速斷開，從而形成海面與海中設(shè)備的斷開狀態(tài)，提升整體油氣開采系統(tǒng)的安全系數(shù)。6、本實(shí)用新型將原本位于海床上的采油設(shè)備，安裝到位于海面下200-350m的立管支撐浮筒上，從而使得相關(guān)的安裝與維修作業(yè)水深由海面下3000m變?yōu)樵诤Ｃ嫦?00-350m的立管支撐浮筒上的作業(yè)，故而相關(guān)技術(shù)難度與成本降低，而安全性都得到極大提升。因此本實(shí)用新型可適應(yīng)3000米以上的海洋油氣田開發(fā)。

本實(shí)用新型共有附圖2張，其中圖I是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的立管支撐浮筒的俯視圖。圖中2、桁架結(jié)構(gòu)，3、井口頭，5、采油設(shè)備，7、張カ纜繩，8、樁基，10、立管支撐浮筒，11、中央柱結(jié)構(gòu)，12、懸臂浮筒，15、水面浮式生產(chǎn)裝置，16、海面，17、海床，20、上部柔性跨接管，21、遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，22、管線中轉(zhuǎn)裝置，25、下部剛性立管，28、海底井口裝置。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一歩地描述。如圖I所示，一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，主要包括水面浮式生產(chǎn)裝置15、立管支撐浮筒10、張カ系泊裝置、上部柔性跨接管20、下部剛性立管25，采油設(shè)備5以及海底井口裝置28。所述的采油設(shè)備5安裝在立管支撐浮筒10上。所述的立管支撐浮筒10位于水面16下Hl處，以避開海面下的紊流區(qū)，使得立管支撐浮筒10幾乎不受近海面處的風(fēng)、浪、流影響，保持良好的在位性能。如圖1-2所示，所述的立管支撐浮筒10采用中央柱結(jié)構(gòu)11和與中央柱結(jié)構(gòu)11邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒12的組合結(jié)構(gòu)形式，三根矩形截面懸臂浮筒12在平面上的夾角為120°，形成輻射狀，懸臂浮筒12的末端采用中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)2，使得立管支撐浮筒10在水中滿足預(yù)設(shè)計浮力的情況下，來降低立管支撐浮筒10的重量，從而簡化立管支撐浮筒10的建造エ藝難度，降低生產(chǎn)成本。如圖I所示，所述的立管支撐浮筒10由三根張カ纜繩7固定在位于海床17的樁基8上，從而減小立管支撐浮筒10的運(yùn)動幅度，同時張カ纜繩7可承受立管支撐浮筒10或海底井口壓カ可能給下部剛性立管25帶來的過張緊力，防止下部剛性立管25被拉斷。特別地，如圖I所示，立管支撐浮筒10的上部安裝有三個井口頭3，可以將原本位 于海床17上的采油設(shè)備5安裝在立管支撐浮筒10的上部，即三個井口頭3上分別安裝三個近海面采油設(shè)備5，這極大降低了對采油生產(chǎn)系統(tǒng)的硬件要求以及安裝和維修技術(shù)難度，從而降低成本。所述的下部剛性立管25 —端連接海底井口裝置28，另一端與立管支撐浮筒10連接。[0052]所述的上部柔性跨接管20 —端連接水中立管支撐浮筒10上的管線中轉(zhuǎn)裝置22，另一端與水面的浮式生產(chǎn)裝置15連接。所述的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人21，在海面下Hl處工作處待命，進(jìn)行必要的監(jiān)控以及輔助
安裝工作。海底的油氣資源最終通過海底井口裝置28、下部剛性立管25、水中立管支撐浮筒10、采油設(shè)備5和上部柔性跨接管20最終到達(dá)水面浮式生產(chǎn)裝置15，從而進(jìn)行海上油氣田的開發(fā)與工程運(yùn)營。一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)的安裝方法，包括以下步驟A、預(yù)備工作拖曳立管支撐浮筒10到目標(biāo)海域，樁基8、海底井口裝置28已提前在海床17上安裝完畢；B、在水面浮式生產(chǎn)裝置15未到達(dá)前開始的安裝工作I、安裝駁船利用吊裝纜繩將立管支撐浮筒10吊入到海面16下Hl處；2、安裝駁船對立管支撐浮筒10進(jìn)行系泊定位安裝，使得張カ纜繩7與樁基8連接;3、立管支撐浮筒10由三根張カ纜繩7系泊在位于海床17的樁基8上。C、在水面浮式生產(chǎn)裝置到達(dá)海上目標(biāo)作業(yè)區(qū)開始的安裝工作I、水面浮式生產(chǎn)裝置15利用下入管柱完成下部剛性立管25與海底井口裝置28的對接；特別說明的是(I)立管支撐浮筒10上部的井口頭3處安裝有臨時導(dǎo)向基座(圖中未展示)，以使得下部剛性立管25準(zhǔn)確通過立管支撐浮筒10上的井口頭3 ; (2)位于海床17上的海底井口裝置28，設(shè)置有導(dǎo)向喇叭ロ(圖中未展示)，便于下部剛性立管25的下端與海底井口裝置28的準(zhǔn)確對接。2、水面浮式生產(chǎn)裝置通過向立管支撐浮筒10中注入氮?dú)?，上浮，完成與下部剛性立管25的連接，并張緊下部剛性立管25 ；3、采油設(shè)備5在井口頭3處的臨時導(dǎo)向基座的輔助下，下放安裝在立管支撐浮筒10上部的井口頭3處；4、借由水下遠(yuǎn)程控制機(jī)器人21的輔助，完成立管支撐浮筒10上部的管線及上部柔性跨接管20對管線中轉(zhuǎn)裝置22的連接。特別地，在超深水海洋油氣田開發(fā)中，當(dāng)臺風(fēng)或颶風(fēng)襲來時，上部柔性跨接管20可與位于水中的立管支撐浮筒10的管線中轉(zhuǎn)裝置22迅速斷開，從而形成海面與海中設(shè)備的斷開狀態(tài)，進(jìn)而水面浮式生產(chǎn)裝置15迅速避險，以防止開發(fā)油田由于遭受臺風(fēng)或颶風(fēng)襲擊而引發(fā)巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。
權(quán)利要求1.一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，其特征在干包括水面浮式生產(chǎn)裝置(15)、立管支撐浮筒(10)、水中采油設(shè)備(5)、上部柔性跨接管(20)、下部剛性立管(25)以及海底井口裝置(28);所述的水中采油設(shè)備(5)安裝在立管支撐浮筒(10)上； 所述的立管支撐浮筒(10)位于海面(16)下Hl處，通過張カ纜繩(7)系泊在海床(17)上以約束立管支撐浮筒(10)在水中的運(yùn)動；立管支撐浮筒(10)上部設(shè)置有井口頭(3)，井ロ頭(3)的下端有立管通道；下部剛性立管(25)的上端通過立管通道連接到立管支撐浮筒(10)上部的井口頭(3)、其下端與海底井口裝置(28)連接；立管支撐浮筒(10)上部的管線中轉(zhuǎn)裝置(22)與上部柔性跨接管(20)的下端相連接，上部柔性跨接管(20)的上端連接至水面的浮式生產(chǎn)裝置；海底的油氣資源通過海底井口裝置(28)、下部剛性立管(25)、立管支撐浮筒(10)、水中采油設(shè)備(5)、上部柔性跨接管(20)，最終到達(dá)水面浮式生產(chǎn)裝置(15)，從而進(jìn)行海洋油氣資源的開發(fā)工作；所述的Hl為200-350m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述的立管支撐浮筒(10)采用中央柱結(jié)構(gòu)(11)，中央柱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，矩形截面懸臂浮筒(12)末端采用中性浮力的桁架結(jié)構(gòu)⑵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述的立管支撐浮筒(10)的上部安裝有三個井口頭(3)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種超深水海洋油氣工程開發(fā)系統(tǒng)，包括水面浮式生產(chǎn)裝置、立管支撐浮筒、水中采油設(shè)備、上部柔性跨接管、下部剛性立管以及海底井口裝置；水中采油設(shè)備安裝在立管支撐浮筒上；海底的油氣資源通過海底井口裝置、下部剛性立管、立管支撐浮筒、水中采油設(shè)備、上部柔性跨接管，最終到達(dá)水面浮式生產(chǎn)裝置。由于本實(shí)用新型由立管支撐浮筒支撐水中立管及采油設(shè)備的巨大重量，減少了水面浮式生產(chǎn)裝置所需承擔(dān)的動載荷，從而降低了對水面浮式生產(chǎn)裝置的設(shè)計要求；由于水中采油設(shè)備安裝在立管支撐浮筒上，可采用中深海域的水面浮式生產(chǎn)裝置和采油裝備來進(jìn)行超深海的油氣開采工作，極大地降低了投資成本，方便了安裝和維修。
文檔編號E21B43/01GK202391394SQ20112054889
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月24日
發(fā)明者劉剛, 張崎, 李紅霞, 甄興偉, 黃一 申請人:大連理工大學(xué)