建造并利用尤其水域上油气生产设施的方法以及相关的开采设施与流程

本发明涉及一种用于建造并利用水域上油气生产设施的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供至少一个功能模块到工地上，功能模块具有设备以及至少一个混合冷却系统，混合冷却系统具有串联或并联的空冷器和水冷器；

-就地检验功能模块的设备的运行；

-将功能模块安装到至少部分地浸没在水域中的支承结构上；

-将承载功能模块的支承结构在水域上移动到开采地点；

-在水域上进行油气开采。

背景技术：

设施例如是浮式生产储卸系统(fpso)、浮式液化天然气系统(fling)，或者一般地说是海上系统例如半潜式平台，其例如可以是tlp(张力腿平台)、卸载浮筒、浮动竖直管柱或者船只。在变型中，设施是平台或者“重力”类型的固定的刚性结构，例如gbs(gravitybasedstructure：基于重力的结构)。

上述类型的浮动系统一般具有承载大量互连设备的浮动壳体。这些设备例如由导管、功能线例如输电线、液压输送管线、和/或信息传输线路彼此连接。

为了制造这种系统，已知装配壳体，随后在壳体上布置单独预制的不同模块。一旦布置在壳体上，这些模块彼此相互连接，以形成设施的不同系统。

这种解决方案的缺点是，需要在模块之间进行许多相互连接。这些相互连接一般会增加结构的重量，增大其尺寸。

另外，这种结构的设计和施工很复杂，费时间，成本高。事实上，即便每个单独的模块可以分别在一工地制备，但这些模块不能在工地上彼此独立运行。需要在每个模块上进行的大多数预先试运转工作和测试，只能在这些模块在其支承结构上已经互连好之后才进行。

因此，每个模块的功能性只能在所有模块安装好时，在非常有限和高度互相依存的环境中予以测试。

因此，如果在一个模块上发生特定故障，那么，必须在其他模块上进行的测试就可能受到干扰，从而可能导致设施的生产运行会大为延迟。

另一方面，一些测试需要利用海水来使冷却系统工作。这种可利用性通常需要将海上结构布置在最终目的地，从而使这些测试的结束延迟到启动之前的最后一刻。

文献au2013202033描述了上述类型的一种方法，其中，直接在陆上就地测试模块，随后将模块适当定位到浮动支承件上。

技术实现要素：

本发明的一目的在于获得使施工和试运转所需时间大为缩短、同时提供最佳化空间要求和最高效率的建造和利用流体生产设施的方法。

为此，本发明涉及上述类型的一种方法，其特征在于，就地检验功能模块的设备的运行包括使至少一种待冷却流通过混合冷却系统的空冷器，所述待冷却流仅由流经空冷器的空气流进行冷却，而不起动混合冷却系统的水冷器，水域上油气开采包括使至少一种待冷却流通过水冷器，通过水冷器的待冷却流由与取自水域且流经水冷器的水直接热交换或间接热交换来进行冷却。

混合冷却系统的特定使用——其中就地检验阶段专门用空气冷却来进行而开采阶段优选地用空气-水混合冷却来进行，缩短在工地就地测试所需的时间，同时限制空间要求，在开采期间提高效率。

根据本发明的方法可包括单独采用或者根据任何技术上可行的组合采用的以下一个或多个特征：

-直接热交换是与来自水域的海水无接触的热交换；或者，间接热交换通过淡水闭合回路进行，淡水由来自水域的海水冷却；

-在水体上进行油气开采时，待冷却流仅由流经水冷器的水进行冷却，而不由流经空冷器的空气流进行冷却；

-待冷却流是开采的油气流，或者是用于与开采的油气流处于热交换关系的冷却流体流；

-功能模块是单一功能模块，具有至少一个预处理单元、发电机构、公用设施、液化单元和/或油气存储管理单元；

-油气生产设施具有多个功能模块，所述方法包括：将所述多个功能模块安装到支承结构上；用界接件使所述多个功能模块彼此连接，界接件具有使功能模块与至少一个其他的运行模块之间连接的至少一条连接线，连接线是输送开采的流体的管线、电力传输线路、液压流体传输管线和/或信息传输线路；

-界接件具有至多50条连接线；

-功能模块是热功能模块，至少一个功能模块是与热功能模块连接的冷功能模块；

-热功能模块具有油气预处理单元、发电机构和/或公用设施；

-冷功能模块具有液化单元和/或油气存储管理单元；

-功能模块具有发电机构和/或公用设施；

-混合冷却系统连接于待冷却流的压缩机的出口，所述方法包括在就地检验期间和/或在进行油气开采期间，在使待冷却流在混合冷却系统中冷却之前在压缩机中压缩待冷却流；

-功能模块具有至少一个技术建筑，特别是电气室、或者仪表室，技术建筑特别地能与功能模块的设备相互作用，就地检验功能模块的设备的运行包括启用功能模块专有的技术建筑；

-就地检验设备的运行在将功能模块安装到支承结构上之前进行；

-支承结构具有壳体，油气生产设施是fpso或者flng；或者，支承结构是平台，尤其是spar平台或者gbs平台；

-功能模块，有利地每个功能模块，具有火炬；以及

-至少一个功能模块的质量大于6000公吨，尤其是大于10000公吨，特别是大于20000公吨。

本发明还涉及水域上油气生产设施，其具有：

-支承结构；

-至少一个功能模块，功能模块具有设备以及至少一个混合冷却系统，混合冷却系统具有串联或并联的空冷器和水冷器，功能模块安装在支承结构上；

-至少一个向功能模块供流的装置，所述流适于通过混合冷却系统的水冷器和/或空冷器；以及

-控制单元，适于将混合冷却系统在工地就地检验功能模块运行的构型与水域上油气开采的构型之间进行控制，在工地就地检验的构型，混合冷却系统的至少一个空冷器有选择地被起动以冷却待冷却流，而不起动混合冷却系统的水冷器，在油气开采的构型，水冷器连接于水域的水，以使水从水域流到水冷器中并冷却通过水冷器的待冷却流。

根据本发明的设备可包括单独采用或者根据任何技术上可行的组合采用的以下一个或多个特征：

-至少一个功能模块的质量大于6000公吨，尤其是大于10000公吨，特别是大于20000公吨。

-在冷却系统的上游，功能模块具有至少一个压缩机，压缩机用于压缩用于在冷却系统中进行冷却的流。

附图说明

从下面参照附图仅作为例子给出的说明，本发明将得到更好理解，附图中：

图1是根据本发明的第一油气生产设施的俯视示意图；

图2是图1所示设施的第一功能模块的四分之三示意图；

图3是放大俯视示意图，示出图1所示设施的每个功能模块以及两个功能模块之间的界接件；

图4是图1所示设施中使用的第一混合冷却系统的示意图；

图5类似于图4，示出图1所示设施中使用的第二混合冷却系统；

图6类似于图4，示出图1所示设施中使用的第三混合冷却系统；

图7是流程图，示出图1所示设施的建造和利用方法中的不同步骤；

图8类似于图1，示出一油气生产设施变型；

图9类似于图1，示出另一油气生产设施变型。

具体实施方式

图1至图6中示出第一水域12上油气生产设施10。

特别是，设施10用于开采油气例如石油或/和天然气，油气在水域12的底部收集，升运到水域12的水面。

设施10例如是浮式生产储卸系统(fpso)、浮式液化天然气系统(fling)、半潜式平台例如张力腿平台(tlp)、卸载浮筒、浮动竖直管柱或者船只。在变型中，设施10是平台或者“重力”类型的固定的刚性结构，例如gbs(gravitybasedstructure：基于重力的结构)。

水域12例如是湖泊或海洋。直对设施10的水域12的深度例如为50米至3000米之间，甚至4000米。

参照图1，设施10具有部分地浸没在水域12中的支承结构14、以及由支承结构14承载的至少一个功能模块，这里是至少第一功能模块16a和第二功能模块16b。

设施10还具有用于功能模块16a、16b之间连接的界接件18。有利地，设施具有也由支承结构14承载的生活区20。

支承结构14例如浮置在水域12上，或者固定地安装在水域12中。例如，支承结构由浮置在水域上的壳体22形成。

支承结构14具有的上表面24形成功能模块16a、16b安装在其上的甲板。支承结构可选地具有控制系统(未示出)，控制系统适于调节上表面24相对于水域12的高度和使上表面24保持大致水平，即使施加于上表面24的负荷不均匀，也不管潮高变化如何皆如此。例如，控制系统是选择性压载系统。

有利地，支承结构14容纳布置在上表面24下的流体储存器。

每个功能模块16a、16b集组一些设备，这些设备能够一体化地运行以实现一种功能，特别是以便在应用油气开采方法中形成至少一个单元。

这里，每个功能模块16a、16b具有大质量以包含旨在实现所述功能的所有设备。有利地，每个功能模块16a、16b的质量大于6000公吨，特别是大于10000公吨，尤其是大于20000公吨。有利地，功能模块16a、16b以术语“兆级模块”指称。

参照图2，每个功能模块16a、16b具有支承框架30以及由框架30支承的用以实现所述功能的设备32。

至少一个功能模块16a、16b具有混合冷却系统34，混合冷却系统用于在建造期间以及在利用功能模块16a、16b期间选择性地使用。在图2和3所示的实施例中，每个功能模块16a、16b还具有技术建筑36，技术建筑由电气室和/或仪表室组成。

设备32具有功能系统，例如：机械设备(高架起重机、单轨道、板车)；工艺设备例如电容，压缩机，热交换器，膨胀涡轮，膨胀阀，流量、温度、液位或压力控制阀，泵；流体输送管线，或者功能线，例如电力传输线路，液压流体传输管线，或/和信息传输线路。

技术建筑36连接于功能模块16a、16b的设备32，以提供设备32的运行和监控，技术建筑有利地还连接于一个或多个模块16a、16b共有的控制室38(参见图3)，以接收使设备32运行的控制指令。

在图1至3所示的实施例中，设施10具有第一“热”功能模块16a和第二“冷”功能模块16b。

参照图3，热功能模块16a具有至少一个预处理单元40、发电机构42以及公用设施44。

预处理单元40用于处理例如从地下提取的至少一种油气流，以精炼该油气流，减少油气流中不合要求的化合物的数量或去除油气流中不合要求的化合物。不合要求的化合物例如是水、二氧化碳、含硫化合物例如硫醇、或者是重碳氢化合物例如具有5个或多于5个碳原子的碳氢化合物。

因此，有利地，预处理单元40具有至少一个蒸馏塔、和/或净化浴池、和/或冷却系统、和/或吸附不合要求的化合物的电容。

发电机构42用于产生预处理单元40需要消耗的电能。其具有至少一个发电机，有利地还具有冷却系统。

公用设施44具有实用流体源。实用流体的例子是水、蒸汽、空气、氮气。

公用设施44适于以所需的流量给预处理单元40制备、调节和供给实用流体。

冷功能模块16b至少具有液化单元46、液化流体存储管理单元48、发电机构42和/或公用设施44。

液化单元46用于接收油气流，尤其是含有超过50％气态甲烷的天然气流，冷却该流以使之液化。

有利地，参照图4，液化单元46具有用于压缩气态的油气流59的压缩系统54、以及至少一个用于冷却油气流的热循环56、58，热循环56、58各容纳一种冷却流体60、62(图5和6分别部分地示出)。冷却流体60、62用于在至少一个热交换器(未示出)中与油气流处于无接触式的热交换关系。

在图4所示的实施例中，压缩系统54具有用于接收油气流的压缩机64、和在压缩机64下游的混合冷却系统34。

在图5所示的实施例中，第一冷却流体60由烃混合物组成。

第一热循环56具有用于压缩第一冷却流体60的第一压缩机66和在第一压缩机66出口的混合冷却系统34。第一热循环还具有分离罐68、第二压缩机70、以及布置在第二压缩机70下游的另一混合冷却系统34。

在图6所示的实施例中，第二冷却流体62也是一种烃混合物。

第二热循环58具有第一压缩机66，然后是空冷器72。其在空冷器72下游还具有第二压缩机70、以及安装在第二压缩机70下游的混合冷却系统34。

在图6上用虚线所示的变型中，空冷器72由水冷器74补充，以形成另一混合冷却系统34。

参照图4至6，每个混合冷却系统34具有串联的空冷器72和水冷器74。

每个空冷器72和水冷器74用于接收待冷却流及与所述待冷却流进行热交换以使之冷却。

因此，空冷器72适于使气态流尤其是空气流流通，以使在空冷器72中流通的气态流与待冷却流处于无接触式的热交换关系。

水冷器74适于使在水冷器74中流通的流与取自水域12的水处于无接触式的热交换关系。

可通过与取自水域12的海水进行直接热交换，或者可通过由淡水闭合回路进行间接热交换来提供冷却，其中所述淡水本身由来自水域12的海水冷却。海水供应可专用于每个模块16a、16b。

在附图所示的实施例中，每个混合冷却系统34还具有在空冷器72与水冷器74之间分接的多余流体排放管线76，用以使空冷器72中被冷却流的一部分转向改道，将其再输入到位于空冷器72上游的相应压缩机64、66、70的上游。

每个混合冷却系统34具有控制单元78，控制单元78适于将混合冷却系统34在工地就地检验功能模块16a，16b运行的构型与在水域上12进行油气开采的构型之间进行控制，在工地就地检验的构型，空冷器72有选择地被起动以冷却流经空冷器72的流，而不起动任何水冷器74，在油气开采的构型，水冷器74连接到水域12中的水，以使水从水域12流到水冷器74并冷却流经水冷器74的流。

控制单元具有至少一个隔离阀，优选地，具有多个隔离阀，隔离阀适于控制流经空冷器72和水冷器74的空气流和水流。

如下所述，这样允许独立于其它模块16a、16b地检测每个模块16a、16b的运行，而无需采用由来自水域12的水进行的冷却，尤其是在就地检验阶段期间使压缩机64、66、70保持自给自足。但是，在油气生产期间，至少水冷器74被供以来自水域12的水，以提供最大冷却效率，从而增产。

在图4至6中所示的具体实施例中，设施10内在液化单元46的压缩机64、66、70的下游，使用仅四个混合冷却系统34。

界接件18具有使功能模块16a与功能模块16b之间连接的至少一条连接线。连接线是输送开采的流体的管线80、电力传输线路82、液压流体传输管线84或/和信息传输线路86。

鉴于设备32在功能模块16a、16b中的安排布置，鉴于每个功能模块16a、16b相对于其它功能模块16a、16b的自主性，因而使两个功能模块16a、16b彼此连接的连接线(管线80和/或线路82至86)的总数很少。

该数量例如少于50个，特别是少于30个，尤其是为5至20个之间。

因此，在将功能模块16a、16b布置在支承结构14上之后，使功能模块16a、16b连接在一起非常简单。

现在来说明建造并利用水域12上油气生产设施10的方法。

最初，所述方法包括在一个或多个陆上工地彼此独立地制造每个功能模块16a、16b。

在这种制造期间，设备32被装配在支承框架30中。混合冷却系统34在存在时，安装在支承框架30中。同样，技术建筑36安装成在功能模块16a、16b中运转。

因此，在步骤100，提供功能模块16a、16b到一个或多个陆上工地。

然后，所述方法包括就地检验功能模块16a、16b的设备32的运行的检验步骤102。特别是，当功能模块16a、16b具有压缩机64、66、70时，开启压缩机。测试流体流经压缩机64、66、70。

在该测试期间，控制单元78控制每个冷却系统34，以有选择地起动空冷器72，而不起动任何水冷器74。水冷器74不连接于水域12。

特别是，在模块16b的液化单元46中，对压缩机64、66、70排出物进行冷却由每个空冷器72提供，而不使用水冷器74。

待冷却流通过空冷器72和水冷器74，但是仅在空冷器72中通过空气循环进行冷却。

每个压缩机64、66、70独立地运行，无需使模块16a、16b互相组装在一起，或者无需组装在支承结构14上。

因此，检验每个功能模块16a、16b的设备32的运行的步骤可独立于在另一模块16a、16b上进行的检验来进行。如果在一个模块16a、16b的设备32上发生故障或缺陷，那么，这不会使其它模块16a、16b上进行的检验慢下来。

因此，在将每个模块16a、16b安装在支承结构14上之前，每个混合冷却系统34专门用空冷器72运行，而任何水冷器74都不工作。

然后，在步骤104，将每个功能模块16a、16b安装到支承结构14上。为此，支承结构14被运送到工地附近。每个功能模块16a、16b例如由吊车移动到支承结构14上，或者如果其重量太大，就用如本申请人的专利申请wo2018/141725中述及的安置方法来进行这种移动。

然后，将每个功能模块16a、16b固定于支承结构14。然后，安置功能模块16a、16b之间的界接件18。

在步骤106，检验每个界接件18的运行，然后一旦功能模块16a、16b由界接件18连接在一起，也检测系统10的整体运行。

如前所述，每个混合冷却系统34的控制单元78控制每个空冷器72工作，而水冷器74保持不工作且不连接到水域。

继而，所述方法包括使承载每个功能模块16a、16b的支承结构14在水域12上移动到开采地点的步骤108。

然后，将设施10连接到油气源例如位于水域底部的油气生产井、或者油气储层。

然后，所述方法包括在水域12上进行油气开采的步骤110。在该步骤，油气流被供送到功能模块16a中，以在预处理单元40中进行预处理。然后，预处理过的油气流经界接件18输送到模块16b的液化单元46。

在模块16b中，油气流在压缩系统54中被压缩，通过与流经热循环56、58的冷却流体60、62进行无接触式的热交换而被液化。

然后，液化流被送到存储管理单元48，以允许储存液化流，将其卸载到设施10的至少一个容器中，或者输送到油气运输驳船。

在开采步骤110，每个水冷器74连接于水域12。

控制单元78控制每个水冷器74，以使水冷器转换到其油气开采构型，在该构型，水冷器通过与来自水域12的水的热交换提供冷却。这使油气流预冷，并使离开相应压缩机66、70的冷却流体60、62冷却，以使油气流液化。

由水域12的水进行冷却，有利地，由取自水域12深处的水进行冷却，允许达到更低的、特别是低于20℃的冷却温度。

这是最佳的，特别是对于天然气液化，因为冷却水的温度冷且稳定。因此，液化天然气的生产最大化。

因此，根据本发明的在设施10中应用的方法特别有效，因为其允许独立建造和检验构成设施10的每个模块16a、16b，限制延迟，同时在设施10运行时提供最大生产能力。

图8中所示的设施10具有至少三个功能模块，这里是四个功能模块16a、16b、16c、16d。第一功能模块16a具有发电机构42和/或其它模块16b、16c、16d使用的公用设施44。

设施10另外具有：一个热模块16b，其具有至少一个预处理单元40；一些冷模块16c、16d，各具有至少一个液化单元46。

在图8所示的实施例中，设施10具有至少两个冷功能模块16c、16d，其各具有至少一个液化单元46。

在图9所示的实施例中，设施10具有单一功能模块16a，该单一功能模块具有至少一个预处理单元40、至少一个液化单元46、至少一个发电机构42、至少一个公用设施44、以及存储管理单元48。

在一实施例中，冷功能模块16b具有重物提取单元和/或脱氮单元。

在另一实施例中，至少一个功能模块16a、16b，有利地多个或每个功能模块16a、16b，具有火炬。

该实施例使模块之间的相互连接最少化。

在未示出的另一实施例中，根据本发明的设施是陆上油气生产设施。

设施尤其用于开采油气例如石油或/和天然气，油气在地下收集。

设施例如位于水域12附近，水域12例如是湖泊或海洋。特别是，设施位于距水域10千米之内。在这种情况下，设施具有用于从水域12取水的至少一个管，还可能具有用于使在设施中加热的水排放到水域12中的管。

可通过与取自水域12的水进行直接热交换、或者通过与由淡水闭合回路进行的间接热交换来提供冷却，其中所述淡水本身由水域12的水冷却。

另一种替代方案不是从水域12取水，而是提供具有用环境空气冷却的冷却水回路的冷却系统。该冷却系统例如具有至少一个空冷塔(或者冷却塔)，其中环境空气使冷却回路的水冷却。

对于上述实施例，如前所述，设施具有至少一个混合冷却系统34，其具有串联的空冷器72和水冷器74。

每个空冷器72和水冷器74用于接收待冷却流，并与所述待冷却流进行热交换以使之冷却。

因此，空冷器72适于使气态流尤其是空气流流通，以使流经空冷器72的气态流与待冷却流进行无接触式的热交换关系。

水冷器74适于使流经水冷器74的流与取自水域12的水、或者与来自用环境空气冷却的冷却水回路的冷却水进行无接触式的热交换关系。

水的提供可专用于每个模块16a、16b。

如前所述，根据本发明的建造和利用方法，包括在设施工地就地检验功能模块16a、16b的设备32的运行的检验步骤102。特别是，当功能模块16a、16b具有压缩机64、66、70时，使压缩机64、66、70运行。测试流体通过压缩机64、66、70。

在该检验期间，控制单元78控制每个冷却系统34以有选择地起动空冷器72，而不起动任何水冷器74。水冷器74没有连接到水域12，也没有连接到具有用环境空气冷却的冷却水回路的冷却系统。

如前所述，功能模块16a、16b布置在支承结构14上。有利地，支承结构14是浮动运输驳船，用于功能模块16a、16b的水上输送。在变型中，特别是对于较小型的功能模块16a、16b，支承结构14是基于陆运模块16a、16b的卡车。

继而，所述方法包括使承载每个功能模块16a、16b的支承结构14在陆上移动到开采地点的步骤108。

然后，将功能模块16a、16b从支承结构14卸载，并将其与至少一个其他的运行模块16a、16b装配成一起以形成设施10。

然后，使设施10连接到油气源例如位于地下的油气生产井、或者油气储层。

然后，所述方法包括陆上油气开采步骤110。

在该开采步骤110，每个水冷器74连接于水域12，或者连接于具有用环境空气冷却的冷却水回路的冷却系统。

控制单元78控制每个水冷器74，以使每个水冷器转换到油气开采的构型，在该构型，水冷器通过与来自水域12的水或者来自冷却水回路的水进行热交换提供冷却。

可选地，这使油气流预冷，和使离开相应压缩机66、70的冷却流体60、62冷却，以使油气流液化。