本發(fā)明涉及一種張力腿平臺水下井口布局方法，屬于海洋工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著深水海洋油氣勘探開發(fā)迅速發(fā)展，浮式生產(chǎn)和鉆井裝備得到廣泛應(yīng)用，張力腿平臺作為海洋開發(fā)選用的平臺之一，一般由平臺主體、系泊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、鉆井生產(chǎn)系統(tǒng)四部分組成，平臺本體提供立管的預(yù)張力、支撐生產(chǎn)、鉆井設(shè)備等載荷；系泊系統(tǒng)連接平臺主體和海底錨固系統(tǒng)，保證平臺具有良好的運動性能，控制平臺運動響應(yīng)；錨固系統(tǒng)提供抗拔力，保證張力腿平臺良好的穩(wěn)定性以及垂蕩性能。此外，張力腿平臺具有叢式井開發(fā)大大提高了作業(yè)效率，采用干式采油樹和防噴器極大方便了完井、修井和調(diào)整井作業(yè)以及平臺漂移和升沉較小等特點。由于張力腿平臺具有良好的運動性能、高效率、經(jīng)濟性成為目前深海油氣開采選用的主要平臺型式之一。張力腿平臺是典型的叢式井開發(fā)平臺，其具有多個槽口，立管呈叢式排列，在立管排列情況中，上下游均為生產(chǎn)立管最為常見，此外還有上游為鉆井立管下游為生產(chǎn)立管及上游為生產(chǎn)立管下游為鉆井立管情況。由于立管叢式排列的結(jié)構(gòu)，使得立管間存在遮蔽效應(yīng)導(dǎo)致上下游立管所受橫向作用力不同，致使立管變形不同。當(dāng)井口布局不合理時，在外部復(fù)雜海流作用下，立管間遮蔽效應(yīng)將導(dǎo)致相鄰立管運動響應(yīng)失諧引發(fā)碰撞，引起立管斷裂、凹陷損傷從而影響立管作業(yè)性能。目前現(xiàn)有的水下井口布局方法為“等邊三角形”，此方法滿足井口布局基本要求，但水下井口只能分布在特定的離散位置，且沒有考慮極端海況時立管是否發(fā)生碰撞問題。然而我國南海海況復(fù)雜，張力腿平臺僅能原地抗臺，應(yīng)用方法進行水下井口布局設(shè)計，無法保證下放井口準確到達指定位置和在極端臺風(fēng)海況下立管很可能發(fā)生碰撞的問題。

因此，提出一種新的井口布局方法，解決現(xiàn)有水下井口布局位置只能分布在特定離散位置和極端海況立管可能發(fā)生碰撞的問題，同時提高工作效率，降低成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對“等邊三角形”水下井口布局方法中水下井口布局位置只能分布在特定離散位置和極端海況立管可能發(fā)生碰撞的局限性，本專利的主要提供一種更為安全可靠、高效的“圓形”水下井口布局方法，彌補“等邊三角形”井口布局方法的不足，可用于水深較深、槽口數(shù)量較多的張力腿平臺。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種張力腿平臺水下井口布局方法，具體步驟為，首先根據(jù)作業(yè)要求，提出水下井口布局準則；其次根據(jù)布局準則確定水下井口最小間距及水下井口布局對水下井口間距要求；第三根據(jù)“圓形”水下井口布局方法的具體內(nèi)容進行水下井口布局設(shè)計；第四驗證水下井口布局是否合理，確定最終合理的水下井口布局，并形成井口布局設(shè)計流程。

具體地，水下井口布局設(shè)計準則為：①正常作業(yè)海況和停止作業(yè)的極端海況下，立管不允許發(fā)生干涉；②安裝過程中，立管不允許碰撞；③滿足ROV操作空間需求；④安裝過程中，立管傾斜角度不超過極限值θ，θ由水深及井口安裝精度等要求確定。應(yīng)用符號表示為：設(shè)井口最小間距即閾值為a，井口間距為L，立管傾斜角度為α，立管極限值為θ。那么準則要求為：L>＝a，α<＝θ。

具體地，井口最小間距確定方法為，由準則第二、三條確定水下井口間距初始值，結(jié)合叢式立管干涉分析有限元模型，針對準則一進行干涉分析，即分析正常及極端海況條件下立管碰撞情況，確定任何海況立管恰好無碰撞時水下井口間距為水下井口最小間距。

具體地，井口間距要求為，準則第一、二、三條要求水下井口間距離盡可能大，以降低碰撞發(fā)生概率；準則第四條要求保證立管傾角盡可能小，則需要甲板井口和水下井口的水平距離盡可能小，即要求水下井口間距盡可能小。通過分析井口布局準則對井口間距要求，確定井口間距在不小于井口最小間距的前提下盡可能小，滿足立管不發(fā)生碰撞要求。在此基礎(chǔ)上，通過布局使立管傾斜角度盡可能小滿足立管傾斜角度要求。

具體地，“圓形”水下井口布局設(shè)計具體方法為：①隨機確定任意一甲板井口的水下井口位置，以此為圓心、10％最小井口間距為直徑的范圍為水下井口的位置范圍，且必須保證甲板井口和水下井口位置的水平距離盡可能??；②以確定水下井口位置為圓心，1.1倍水下井口最小間距為半徑做圓，確定相鄰水下井口位置，且不可落在圓內(nèi)，繼而確定水下井口的位置范圍，，且仍須保證水下井口位置與甲板井口位置的水平距離盡可能小，③通過已確定水下井口位置及位置范圍重復(fù)步驟②，依次完成其余水下井口位置及位置范圍確定，初步完成水下井口布局；水下井口布局驗證為驗證立管傾角是否滿足要求，具體方法為，通過計算立管傾斜的最大角度，驗證傾斜角度是否滿足小于極限傾斜角度的要求，如果滿足要求則無需改變井口布局，如不滿足要求則需要調(diào)整水下井口位置使其滿足要求，但當(dāng)無論如何調(diào)整都不能滿足要求時，則需重新進行水下井口布局，完成步驟①②③，最終確定合理水下井口布局。

該發(fā)明的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中，水下井口最小間距是通過正常作業(yè)海況和極端海況條件立管不發(fā)生碰撞為前提確定的，提高立管作業(yè)安全性；水下井口位置可連續(xù)分布，下放水下井口時，水下井口落在水下井口位置范圍內(nèi)即可，降低對井口安裝位置的精確要求，提高工作效率，節(jié)約了成本；設(shè)計過程中最終設(shè)計的是井口布局位置范圍而非明確的井口布局位置，則相當(dāng)于一次設(shè)計完成就有多種滿足要求的設(shè)計結(jié)果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的張力腿平臺水下井口布局流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中的水下井口最小間距確定流程圖。

圖3為本發(fā)明實施例中的張力腿平臺甲板井口布局投影和水下井口布局示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例中的甲板井口、水下井口、立管投影圖。

具體實施方式

本發(fā)明中的張力腿平臺水下井口布局方法，具體步驟為，首先根據(jù)作業(yè)要求，提出水下井口布局準則；其次根據(jù)布局準則確定水下井口最小間距及水下井口布局對水下井口間距要求；第三根據(jù)“圓形”水下井口布局方法的具體內(nèi)容進行水下井口布局設(shè)計；第四驗證水下井口布局是否合理，確定最終合理的水下井口布局，并形成井口布局設(shè)計流程。

具體地，水下井口布局設(shè)計準則為：①正常作業(yè)海況和停止作業(yè)的極端海況下，立管不允許發(fā)生干涉；②安裝過程中，立管不允許碰撞；③滿足ROV操作空間需求；④安裝過程中，立管傾斜角度不超過極限值θ，θ由水深及井口安裝精度等要求確定。應(yīng)用符號表示為：設(shè)井口最小間距即閾值為a,井口間距為L，立管傾斜角度為α，立管極限值為θ。那么準則要求為：L>＝a,α<＝θ。

具體地，井口最小間距確定方法為，由準則第二、三條確定水下井口間距初始值，結(jié)合叢式立管干涉分析有限元模型進行準則一的干涉分析，即分析正常及極端海況條件下立管碰撞情況，確定任何海況立管恰好無碰撞時水下井口間距為水下井口最小間距。

具體地，井口間距要求為，準則第一、二、三條要求水下井口間距離盡可能大，以降低碰撞發(fā)生概率；準則第四條要求保證立管傾角盡可能小，則需要甲板井口和水下井口的水平距離盡可能小，即要求水下井口間距盡可能小。通過分析井口布局準則對井口間距要求，確定井口間距在不小于井口最小間距前提下盡可能小，滿足立管不發(fā)生碰撞要求。在此基礎(chǔ)上，通過布局使立管傾斜角度盡可能小，滿足立管傾斜角度要求。

具體地，“圓形”水下井口布局設(shè)計具體方法為：①隨機確定任意一甲板井口的水下井口位置，以此為圓心、10％最小井口間距為直徑的范圍為水下井口的位置范圍，且必須保證甲板井口和水下井口位置的水平距離盡可能小；②以確定水下井口位置為圓心，1.1倍水下井口最小間距為半徑做圓，確定相鄰水下井口位置，且不可落在圓內(nèi)，繼而確定水下井口的位置范圍，，且仍須保證水下井口位置與甲板井口位置的水平距離盡可能小，③通過已確定水下井口位置及位置范圍重復(fù)步驟②，依次完成其余水下井口位置及位置范圍確定，初步完成水下井口布局。具體地，水下井口布局驗證為驗證立管傾角是否滿足要求，具體方法為，通過計算立管傾斜的最大角度，驗證傾斜角度是否滿足小于極限傾斜角度的要求，如果滿足要求則無需改變井口布局，如不滿足要求則需要調(diào)整水下井口位置使其滿足要求，但當(dāng)無論如何調(diào)整都不能滿足要求時，則需重新進行水下井口布局，完成步驟①②③，最終確定合理水下井口布局。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，以便更好的理解本發(fā)明。

實施例

圖1中張力腿平臺井口布局流程示意圖，包括：最小井口間距確定過程、“圓形”井口布局方法、井口布局檢驗方法。

圖2中水下井口最小間距確定流程圖，包括：水下井口間距初始值確定、立管碰撞分析。

圖3中甲板井口布局投影和水下井口布局示意圖可知：大部分張力腿平臺甲板井口布局為矩形，且有一定的規(guī)律；水下井口布局由布局設(shè)計方法確定

圖4甲板井口、水下井口、立管投影圖包括：甲板井口、水下井口、立管組成，立管投影即為甲板井口與水下井口的水平間距，此間距可用于確定立管傾斜角度。

如圖1所示，張力腿平臺水下井口布局流程示意圖包括：環(huán)境載荷條件1，立管力學(xué)模型2，作業(yè)要求3，立管有限元分析模型4，水下井口布局設(shè)計準則5，水下井口最小間距6，甲板井口布局7，“圓形”水下井口布局方法8，初步水下井口布局9，水下井口布局合理性檢驗10，完成水下井口布局11。

完成水下井口布局11的全部過程為：通過環(huán)境載荷1和立管力學(xué)模型2，確定立管有限元分析模型4，與根據(jù)作業(yè)要求3確定的水下井口布局設(shè)計準則5相結(jié)合，進行水下井口最小間距分析，應(yīng)用水下井口最小間距6和甲板井口布局7結(jié)合“圓形”水下井口布局方法8進行水下井口布局，并通過立管傾斜角度水下井口布局合理性檢驗10，完成最終布局。

水下井布局設(shè)計準則5是根據(jù)作業(yè)要求3所建立，作業(yè)要求3為：立管安裝、作業(yè)、操作等過程對立管無碰撞及強度等要求。

如圖2所示，水下井口最小間距6確定流程圖包括：水下井口布局準則第二、三條確定水下井口間距初始值，考慮立管作業(yè)的環(huán)境載荷、尾流效應(yīng)等，建立叢式立管干涉分析有限元模型，對初始井口間距進行正常海況和極端海況的立管干涉分析，如果立管發(fā)生碰撞則通過增加水下井口間距再次進行立管干涉分析，直到滿足水下井口布局設(shè)計準則第一條為止，確定立管剛好不發(fā)生碰撞時的井口間距為井口最小間距。

如圖3所示，張力腿平臺甲板井口投影和水下井口布局示意圖包括：甲板井口投影即立管的上端投影，用×和字母A(A1，A2…)表示。大部分張力腿平臺甲板井口布局為矩形，存在一定的規(guī)律性，甲板井口間距存在一定的范圍。水下井口即立管底端，用○和字母B(B1，B2…)表示，其間距不小于水下井口最小間距，分布情況由布局設(shè)計方法及設(shè)計過程決定。

如圖4所示，甲板井口、水下井口、立管投影圖包括：甲板井口A’，甲板井口投影A，水下井口B，及立管，LAB為立管投影即為甲板井口與水下井口的水平間距。從圖中可清楚看見，立管傾斜角度α的正弦值，sinα＝L_AB/L，即α隨著L_AB增加而增加。

“圓形”方法中步驟②中要求B點不能落在以1.1倍井口最小間距為半徑圓中即保證水下井口間距不小于井口最小間距；保證L_AB盡可能的小即可以保證立管傾斜角度較小。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。