專利名稱：一種超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋油氣田開發(fā)系統(tǒng)，特別是一種適合超深水海洋油氣田的開發(fā)，屬于深海油氣開發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，世界已探明的海洋石油儲(chǔ)量80%以上都集中在水深500m之內(nèi)，然而世界海洋面積的70%以上都是3000m 6000m之間的，大量的海域面積還有待探明。此外，除世界少數(shù)海域，大部分地區(qū)的近海油氣資源已經(jīng)日漸枯竭，向深海發(fā)展已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。利用現(xiàn)有的海洋工程裝備和深海油氣開發(fā)技術(shù)，人類油氣資源開發(fā)的極限水深在3000m 3500m之間，并且投入的開發(fā)成本巨大。另外，由于超深水海域環(huán)境條件惡劣(如臺(tái)風(fēng)、海嘯、地震等)，導(dǎo)致油氣開采活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)和成本劇增。隨著向更深海域油氣資源開采步伐的邁進(jìn)，現(xiàn)有的裝備和技術(shù)遇到如下瓶頸:1、由于超深水海域海面風(fēng)、浪、流環(huán)境條件惡劣，加上現(xiàn)有的浮式結(jié)構(gòu)物水線面面積和受風(fēng)面積過大，導(dǎo)致浮體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)巨大、作業(yè)人員舒適感較差、對(duì)系泊系統(tǒng)或動(dòng)力定位系統(tǒng)提出更高的要求。2、隨著水深的不斷增加，系泊系統(tǒng)的系纜長(zhǎng)度和重量也急劇增加，其作用于浮式結(jié)構(gòu)物上的向下拖拽力也越來越大，對(duì)浮式結(jié)構(gòu)物的可變載荷提出更高的要求。3、隨著浮式結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的急劇增大，系纜動(dòng)張力隨之增加。如果將聚合材料應(yīng)用于系泊系統(tǒng)中，由于其材料和力學(xué)性能非常復(fù)雜，從而導(dǎo)致在動(dòng)張力和疲勞分析時(shí)，不得不采用較大的安全系數(shù)。4、現(xiàn)有海上浮式結(jié)構(gòu)物上油水置換模塊儲(chǔ)油罐內(nèi)外壓差大，需考慮結(jié)構(gòu)整體耐壓?jiǎn)栴}，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高，且模塊造價(jià)隨水深增加不斷升高。5、現(xiàn)有技術(shù)要求防噴器等采油設(shè)備安裝在海底，在海底的采油設(shè)備要求具有耐高壓、耐低溫的特點(diǎn)，所以對(duì)技術(shù)要求高、造價(jià)高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明提出一種適用于超深水海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，達(dá)到有益效果，并且經(jīng)濟(jì)、可靠。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)可采用如下技術(shù)方案:一種超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，包括海上外輸浮筒、穿梭油輪、海中浮筒及系泊立管系統(tǒng)，所述外輸浮筒包括空氣壓縮機(jī)、管纜控制絞車和絞車；所述系泊立管系統(tǒng)包括系泊系統(tǒng)和立管；所述系泊系統(tǒng)包括海中浮筒上面的系纜和海中浮筒下面的張力腿；所述系纜上端與外輸浮筒上的絞車連接，系纜下端與海中浮筒的上部連接；所述張力腿上端與海中浮筒的下部連 接，張力腿下端與海床上的錨連接，并且系纜和張力腿上都設(shè)有用電線連接到海中浮筒的控制模塊的拉力傳感器；所述立管包括上部隔水管和下部回接管；所述隔水管上端與外輸浮筒相連，隔水管下端與安裝在海中浮筒井口頭上的防噴器相連；所述回接管上端通過海中浮筒浮體的隔水管通道與安裝在海中浮筒的井口頭相連，回接管下端與海床的水下井口裝置連接。作為優(yōu)選，系纜和張力腿采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維材料，系纜部分系泊形式為張緊式，張力腿系泊形式為張力腿式。作為優(yōu)選，所述拉力傳感器通過電線將張力值傳回海中浮筒的控制模塊，與預(yù)設(shè)規(guī)定值作比較，當(dāng)超出張力設(shè)定范圍，利用浮力調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)海中浮筒的浮力，控制系纜和張力腿的張力。作為優(yōu)選 ，還包括浮力調(diào)節(jié)裝置，所述浮力調(diào)節(jié)裝置包括空氣壓縮機(jī)、管纜、進(jìn)氣閥、排氣閥、拉力傳感器和灌/排水閥；所述空氣壓縮機(jī)安裝在海上外輸浮筒上，空氣壓縮機(jī)通過管纜將氣體送至海中浮筒內(nèi)，來調(diào)節(jié)海中浮筒在海中的浮力大小。有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明與浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)相比外輸浮筒沒有儲(chǔ)油的作用，體積小，所受風(fēng)浪流的作用力遠(yuǎn)小于龐大的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)，在百年一遇的極限海況下，不必避風(fēng)撤離，甚至在儲(chǔ)油能力足夠的前提下，不必關(guān)井停產(chǎn)；再加上將儲(chǔ)油設(shè)備放在離海平面200m 300m的地方，此處沒有風(fēng)的作用，浪和流也幾乎為零，最大限度的降低了風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素帶來的影響。2、本發(fā)明中的浮力調(diào)節(jié)裝置及海中浮筒上的控制模塊，當(dāng)拉力傳感器檢測(cè)到系纜和張力腿的張力超過預(yù)設(shè)范圍，控制模塊發(fā)出信號(hào)，調(diào)整海中浮筒浮力大小，從而將系纜和張力腿張力控制在合理的、緩慢變化的范圍之內(nèi)，避免了張力急劇增加或疲勞損傷等情況的發(fā)生，最大程度上降低了纖維系纜復(fù)雜的材料和力學(xué)性能對(duì)系泊系統(tǒng)帶來的不利影響，所以系纜可以采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維。3、本發(fā)明由于采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維系纜，極大降低了系泊系統(tǒng)對(duì)外輸浮筒的拖拽力，并且海中浮筒承擔(dān)了大部分立管的重量，從而降低了對(duì)于外輸浮筒可變載荷的要求；與此同時(shí)，低廉的系纜和更短的系纜長(zhǎng)度，也極大降低了系泊系統(tǒng)的造價(jià)，提高超深水采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。4、海中浮筒和油水置換模塊內(nèi)外壓差相比于浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)更小，對(duì)裝置的耐壓性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求更低，且整體造價(jià)不會(huì)隨著水深的增加而增加。5、本發(fā)明將海底采油設(shè)施如防噴器等安裝在海中浮筒上，壓力降低、溫度升高，相比較安裝在海底降低了對(duì)采油設(shè)備的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)難度，進(jìn)而極大降低了建造、安裝和維修成本，實(shí)現(xiàn)了淺水設(shè)備在深?？碧介_發(fā)中的應(yīng)用。油氣處理與存儲(chǔ)的位置在海中浮筒內(nèi)，海上浮體只有一個(gè)外輸浮筒，水線面小、受風(fēng)面積小。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明公開一種超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，包括海上外輸浮筒2、穿梭油輪30、海中浮筒9及系泊立管系統(tǒng)，所述外輸浮筒2包括空氣壓縮機(jī)3、管纜控制絞車5和絞車4 ;所述系泊立管系統(tǒng)包括系泊系統(tǒng)和立管；所述系泊系統(tǒng)包括海中浮筒9上面的系纜8和海中浮筒9下面的張力腿17 ;所述系纜8上端與外輸浮筒2上的絞車4連接，系纜8下端與海中浮筒9的上部連接；所述張力腿17上端與海中浮筒9的下部連接，張力腿17下端與海床22上的錨20連接，并且系纜8和張力腿17上都設(shè)有用電線連接到海中浮筒9的控制模塊的拉力傳感器；所述立管包括上部隔水管11和下部回接管18 ;所述隔水管11上端與外輸浮筒2相連，隔水管11下端與安裝在海中浮筒9井口頭上的防噴器15相連；所述回接管18上端通過海中浮筒浮體的隔水管通道與安裝在海中浮筒9的井口頭相連，回接管18下端與海床22的水下井口裝置21連接。本實(shí)施例中，系纜8和張力腿17采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維材料，系纜8部分系泊形式為張緊式，張力腿17系泊形式為張力腿式。所述拉力傳感器通過電線將張力值傳回海中浮筒9的控制模塊，與預(yù)設(shè)規(guī)定值作比較，當(dāng)超出張力設(shè)定范圍，利用浮力調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)海中浮筒9的浮力，控制系纜8和張力腿17的張力。還包括浮力調(diào)節(jié)裝置，所述浮力調(diào)節(jié)裝置包括空氣壓縮機(jī)3、管纜13、進(jìn)氣閥12、排氣閥16、拉力傳感器和灌/排水閥27 ；所述空氣壓縮機(jī)3安裝在海上外輸浮筒2上，空氣壓縮機(jī)3通過管纜13將氣體送至海中浮筒9內(nèi)，來調(diào)節(jié)海中浮筒9在海中的浮力大小。本發(fā)明與浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)相比外輸浮筒9沒有儲(chǔ)油和油氣處理裝置，體積小、重量輕，所受風(fēng)、浪、流的作用力遠(yuǎn)小于龐大的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)，在百年一遇的極限海況下，不必避風(fēng)撤離，甚至在儲(chǔ)油能力足夠的前提下，不必關(guān)井停產(chǎn)；再加上將儲(chǔ)油設(shè)備放在離海平面200m 300m的地方，此處沒有風(fēng)的作用，浪、流也幾乎為零，最大限度的降低了風(fēng)浪流等環(huán)境因素帶來的影響。本發(fā)明中的浮力調(diào) 節(jié)裝置及海中浮筒9上的控制模塊，當(dāng)拉力傳感器檢測(cè)到系纜8和張力腿17的張力超過預(yù)設(shè)范圍，控制模塊發(fā)出信號(hào)，調(diào)整海中浮筒9浮力大小，從而將系纜8和張力腿17張力控制在合理的、緩慢變化的范圍之內(nèi)，避免了張力急劇增加或疲勞損傷等情況的發(fā)生，最大程度上降低了纖維系纜8復(fù)雜的材料和力學(xué)性能對(duì)系泊系統(tǒng)的影響，所以系纜8可以采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維。本發(fā)明由于采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維系纜，極大降低了系泊系統(tǒng)對(duì)外輸浮筒2的拖拽力，再加上海中浮筒2的存在，承擔(dān)了大部分立管的重量，從而降低了對(duì)于外輸浮筒2可變載荷的要求；與此同時(shí)，低廉的系纜8和更短的系纜8長(zhǎng)度，也極大降低了系泊系統(tǒng)的造價(jià)，提高超深水采油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。海中浮筒9中的油水置換模塊14內(nèi)外壓差相比于浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)更小，對(duì)裝置的耐壓性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低，且整體造價(jià)不會(huì)隨著水深的增加而增加。本發(fā)明將海底采油設(shè)施如防噴器15等安裝在海中浮筒9上，壓力降低、溫度升高，相比較安裝在海底降低了對(duì)采油設(shè)備的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)難度，進(jìn)而極大降低了建造、安裝和維修成本，實(shí)現(xiàn)了淺水設(shè)備在深海勘探開發(fā)中的應(yīng)用。油氣處理與存儲(chǔ)的位置在海中浮筒9內(nèi)，海上浮體只有一個(gè)外輸浮筒2，水線面小、受風(fēng)面積小。為了便于說明，將電線分為第一電線7和第二電線10，將拉力傳感器分為第一拉力傳感器6和第二拉力傳感器19。本發(fā)明的超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，海上油氣從海床22進(jìn)入水下井口裝置21，然后通過回接管18接入到海中浮筒9中，經(jīng)過油水置換模塊14處理后，儲(chǔ)存在儲(chǔ)油模塊25中，積累到一定量后通過防噴器15經(jīng)過隔水管11進(jìn)入外輸浮筒2，最后輸入到穿梭油輪30中。所述外輸浮筒2通過系纜8與海中浮筒9相連，系纜8 一端與外輸浮筒2的絞車4連接，另一端連接到海中浮筒9上。系纜8上安裝有第一拉力傳感器6，將系纜8的具體張力值通過第一電線7傳給海中浮筒9的控制模塊。所述張力腿17下端與海床22上的海底錨20連接，上端連接于海中浮筒9上；張力腿17上裝有第二拉力傳感器19，將張力腿17中的具體張力值通過第二電線10傳給海中浮筒9的控制模塊。所述空氣壓縮機(jī)3將空氣通過管纜13傳到海中浮筒9中，所述管纜13 —端與外輸浮筒2的管纜控制絞車5連接，另一端與海中浮筒9的進(jìn)氣閥12連接，海中浮筒9中的空氣可以通過排氣閥16排出。本發(fā)明中，控制模塊與第一拉力傳感器6、第二拉力傳感器19配合進(jìn)行工作的原理如下:根據(jù)浮式結(jié)構(gòu)物系泊系統(tǒng)的規(guī)范，在控制模塊中設(shè)定控制程序，分別對(duì)應(yīng)系纜8和張力腿17設(shè)定一個(gè)合理張力區(qū)間,其中系纜8對(duì)應(yīng)最小張力為A、最大張力為B ;張力腿17對(duì)應(yīng)最小張力為C、最大張力為D ;第一拉力傳感器6傳回的實(shí)時(shí)張力與A和B對(duì)比,第二拉力傳感器19傳回的實(shí)時(shí)張力與C和D對(duì)比。采油或輸油作業(yè)前，海中浮筒9提供的浮力與自身的重力和張力腿17的重力、回接管18的重力相抵消。此時(shí)儲(chǔ)油模塊25里面為真空，提供浮力；浮力調(diào)節(jié)模塊26盛滿海水。 所述儲(chǔ)油模塊25和浮力調(diào)節(jié)模塊26在采油或輸油作業(yè)時(shí)保持動(dòng)態(tài)平衡，具體方式，如下所述:采油過程:隨著儲(chǔ)油模塊25存儲(chǔ)的油氣越來越多，海中浮筒9重力與浮力不平衡，此時(shí)第二拉力傳感器19傳回的張力值變小，將具體值與C和D對(duì)比；第一拉力傳感器6傳回的張力值增大，將具體值與A和B對(duì)比；如果第二拉力傳感器19傳回的實(shí)時(shí)張力值小于C，或者第一拉力傳感器6傳回的實(shí)時(shí)張力大于B，海中浮筒9中的控制模塊發(fā)出指令，打開進(jìn)氣閥12，空氣壓縮機(jī)3通過管纜13向海中浮筒9輸入空氣，同時(shí)打開灌/排水閥27將浮力調(diào)節(jié)模塊26中的水排出，海中浮筒9浮力增大，遏制系纜8中張力的增大和張力腿17中張力減小的趨勢(shì)，使系統(tǒng)趨于安全穩(wěn)定、達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。輸油過程:當(dāng)儲(chǔ)油模塊25油氣存儲(chǔ)到一定量時(shí)，穿梭油輪30到達(dá)油田區(qū)域，開始進(jìn)行油氣外輸工作。此時(shí)海中浮筒9中油氣不斷減少，導(dǎo)致第二拉力傳感器19傳回的張力值增大，將具體值與C和D對(duì)比；第一拉力傳感器6傳回的張力值減小，將具體值與A和B對(duì)比；如果第一拉力傳感器6傳回的實(shí)時(shí)張力值小于A，或者第二拉力傳感器19傳回的實(shí)時(shí)張力大于D，海中浮筒9中的控制模塊發(fā)出指令，海中浮筒9上的排氣閥16打開、灌/排水閥27打開，排出氣體灌入海水，海中浮筒9浮力減小，從而遏制系纜8中張力的減小和張力腿17中張力增大的趨勢(shì)，使系統(tǒng)趨于安全、達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。海中浮筒9不僅要承擔(dān)儲(chǔ)油及油氣處理任務(wù)，還負(fù)責(zé)給張力腿17、回接管18提供浮力。
綜上所述，本發(fā)明將儲(chǔ)油模塊25和防噴器15等設(shè)在海平面I下的200m 300m處，海平面I上只有小水線面外輸浮筒2，最大程度上降低了風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素對(duì)采油系統(tǒng)的影響；本發(fā)明的浮力調(diào)節(jié)裝置，使張力腿17和系纜8上的張力值平穩(wěn)變化，從而最大程度減小了纖維系纜復(fù)雜的材料及力學(xué)性能造成的疲勞等因素對(duì)系統(tǒng)的影響。由此可見，本發(fā)明具有安全可靠、穩(wěn)定性好 、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，包括海上外輸浮筒(2)、穿梭油輪(30)、海中浮筒(9)及系泊立管系統(tǒng)，所述外輸浮筒(2)包括空氣壓縮機(jī)(3)、管纜控制絞車(5)和絞車(4);所述系泊立管系統(tǒng)包括系泊系統(tǒng)和立管；所述系泊系統(tǒng)包括海中浮筒(9)上面的系纜(8)和海中浮筒(9)下面的張力腿(17);所述系纜(8)上端與外輸浮筒(2)上的絞車(4)連接，系纜(8)下端與海中浮筒(9)的上部連接；所述張力腿(17)上端與海中浮筒(9)的下部連接，張力腿(17)下端與海床(22)上的錨(20)連接，并且系纜(8)和張力腿(17)上都設(shè)有用電線連接到海中浮筒(9)的控制模塊的拉力傳感器；所述立管包括上部隔水管(11)和下部回接管(18);所述隔水管(11)上端與外輸浮筒(2)相連，隔水管(11)下端與安裝在海中浮筒(9)井口頭上的防噴器(15)相連；所述回接管(18)上端通過海中浮筒的隔水管通道與安裝在海中浮筒(9)的井口頭相連，回接管(18)下端與海床(22)的水下井口裝置(21)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于:系纜(8)和張力腿(17)采用重量小、造價(jià)低的聚酯纖維材料，系纜部分系泊形式為張緊式，張力腿(17)系泊形式為張力腿式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，其特征在于:還包括浮力調(diào)節(jié)裝置，所述浮力調(diào)節(jié)裝置包括空氣壓縮機(jī)(3)、管纜(13)、進(jìn)氣閥(12)、排氣閥(16)、拉力傳感器和灌/排水閥(27);所述空氣壓縮機(jī)(3)安裝在海上外輸浮筒(2)上，空氣壓縮機(jī)(3)通過管纜(13)將氣體送至海中`浮筒(9)內(nèi)，來調(diào)節(jié)海中浮筒(9)在海中的浮力大小。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超深水浮筒式海洋油氣開發(fā)系統(tǒng)，包括海上外輸浮筒、穿梭油輪、海中浮筒及系泊立管系統(tǒng)，所述外輸浮筒包括空氣壓縮機(jī)、管纜控制絞車和絞車；所述系泊立管系統(tǒng)包括系泊系統(tǒng)和立管；所述系泊系統(tǒng)包括海中浮筒上面的系纜和海中浮筒下面的張力腿；所述系纜上端與外輸浮筒上的絞車連接，系纜下端與海中浮筒的上部連接。本發(fā)明與浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)相比外輸浮筒沒有儲(chǔ)油及油氣處理裝置，體積小、重量小，所受風(fēng)浪流的作用力遠(yuǎn)小于龐大的浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)，在百年一遇的極限海況下，不必避風(fēng)撤離。
文檔編號(hào)E21B43/01GK103244080SQ20131020691
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月28日
發(fā)明者朱建, 竇培林, 施興華, 孔令海 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)