用于取回和替换海底生产和处理设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及用于海底石油和天然气操作的设备，并且更具体地，本发明涉及可以用于帮助取回和替换海底石油和天然气生产和/或处理设备的方法。
【背景技术】
[0002]与近海石油和天然气操作相关联的最具挑战性的活动之一是取回和/或替换可以定位在海床上或附近的设备，例如，海底生产和处理设备，等等。如可以理解，以下一般统称为海底设备的海底生产和处理设备会偶尔需要日常维护或修理，这是由于常规磨损，或由于会与意料之外的操作混乱或停工相关联的海底设备的损坏和/或故障，以及诸如此类。在这样的情况下，必须执行操作以从其在海床处的位置取回海底设备以用于修理和替换海底设备，以便使生产和/或处理操作可以在基本有限的中断下继续进行。
[0003]在许多应用中，各种成本和物流设计考虑要素会导致至少某些海底设备部件配置为一个或多个海底生产或处理设备防滑包(skid package)的一部分，所述海底生产或处理设备防滑包在此一般称为海底设备包或海底设备防滑包。例如，诸如容器、泵、分离器、压缩机等的各种机械设备部件可以借助各种互连的管道系统和流动控制部件而被组合在常见的防滑包内，所述管道系统和流动控制部件例如是管道、配件、法兰、阀和类似物。然而，虽然海底设备的防滑包装通常提供许多制造和搬运益处，但是它会在脱烃、减压以及将设备取回到水面期间存在至少某些挑战，如以下将说明的。
[0004]依据给定的海底设备防滑包的尺寸和复杂性，构成防滑包的各种设备和管道系统部件在正常操作期间会包含有数百加仑或甚至更多的碳氢化合物。通常，在设备取回处理期间在海底设备防滑包中的该体积的碳氢化合物必须被适当地搬运和/或容纳，从而避免碳氢化合物不期望地释放到周围的海底环境。
[0005]在许多应用中，海底系统经常在5000英尺或更大的水深中并且在超过1000psi或更大的内压下操作。将应理解，虽然技术上会可行的是在维持海底设备处于这种高压下的同时封闭海底设备并且将海底设备从这些深度取回到水面，但是会难以在近海平台或干预船舶上和附近安全地搬运和移动设备包，如在海底设备处于这种高压下的同时会出现这种情况。此外，并且依据当地监管要求，会不允许在这样的设备和/或设备防滑包处于内压下的同时移动或运输这样的设备和/或设备防滑包。
[0006]对于海底设备的另一个关注之处在于，在设备存在于海底环境中的同时，由于这样或者那样的原因，当流过设备的流动停止时，有时会产生问题。例如，在某些情况下，流过海底设备的给定件的流动可以被故意地停止，以便使设备可以被封闭和隔离以用于取回到水面。在其它情况下，在由于操作混乱和/或设备故障而出现的意外的系统停工期间，流动会意外地停止。无论是什么原因，当流过海底设备的流动停止时，有时会在设备的内侧形成水合物和/或其它不期望的碳氢化合物析出物，例如，沥青质、树脂、石蜡，等等。在这样的情况下，存在的任何不想要的析出物或水合物在意外的停工之后会可能淤塞设备和阻止系统重新起动，或者任何不想要的析出物或水合物在设备已经取回到水面之后会使维护和/或修理努力变复杂。因此，在这样的时间期间，如当流过设备的流动停止时，通常必须例如通过去除和/或中和会导致这样的问题的成分来解决这些问题。
[0007]在其它情况下，诸如二氧化碳(CO2)或硫化氢(H2S)等的潜在的破坏性成分会以溶液形式存在于液态碳氢化合物中，所述液态碳氢化合物可以在停工期间被捕集在设备内部。例如，硫化氢可以在存在有水的情况下可能形成硫酸(H2SO4),所述硫酸尤其当流过设备的流动停止并且硫酸会在延长的时间段上保持与设备的湿部件接触时可以侵袭某些海底设备的材料。此外，众所周知的是二氧化碳也可以存在于所捕集的碳氢化合物中，并且有时可以从溶液里出来而与可以存在于设备中的任何产出的水结合，从而形成碳酸(H2CO3),所述碳酸在延长的暴露期间也会破坏构成设备的湿部件的材料。正如上述与水合物和碳氢化合物析出物相关联的问题一样，有时需要补救措施来解决这样的问题，即，所述问题是与当流过设备的流动停止时可以导致湿部件的材料破坏的各种成分有关。
[0008]因此，需要开发出这样的系统和设备构造，即，所述系统和设备构造可以用于克服或至少缓解上述可以与海底石油和天然气设备的取回和/或替换相关联的问题中的一个或多个。
【发明内容】
[0009]以下表示本公开的简明总结，以便提供对本文公开的某些方面的基本理解。该总结既不是本公开的详尽概述，也不意欲识别出本文公开的主旨的关键或重要元素。该总结的唯一目的是以简明形式表示某些概念，所述简明形式作为以后将讨论的更加详细的说明的序g。
[0010]本公开总体上涉及这样的系统，即，所述系统可以用于帮助取回和/或替换生产和/或处理设备，所述生产和/或处理设备可以用于海底石油和天然气操作。在一个说明性实施例中，公开了一种方法，所述方法尤其包括:在海底设备操作地连接到海底环境中的海底设备安装设施的同时，从海底设备去除所捕集的生产流体的至少部分；和将所捕集的生产流体的至少所述去除部分储存在海底容纳结构中，所述海底容纳结构定位在海底环境中。另外，所公开的方法还包括:将海底设备与海底设备安装设施断开；和从海底环境取回海底设备。
[0011]本文还公开了另一个说明性方法，所述方法包括:将海底设备与海底设备安装设施相邻地定位在海底环境中；将可调节容积的海底容纳结构连接到海底设备，所述可调节容积的海底容纳结构容纳有所存储的量的至少生产流体；和将所存储的量的生产流体的至少部分注射到海底设备中。
[0012]在本文公开的另一个说明性实施例中，该方法尤其包括:将海底处理包连接到海底设备，所述海底处理包包括分离器容器和循环泵，其中，所述分离器容器容纳有第一量的流动保障化学物质，并且其中，海底设备操作地连接到海底环境中的海底设备安装设施，并且所述海底设备容纳有至少一定量的所捕集的生产流体。此外，所公开的方法还包括:借助循环泵139使混合流体的第一流动通过海底设备和海底处理包循环，所述混合流体包括所述至少第一量的流动保障化学物质和所述至少一定量的所捕集的生产流体。另外，该方法尤其包括:借助分离器容器将所述一定量的所捕集的生产流体的气体部分的至少部分从所述第一流动分离。
[0013]在又一个示例性实施例中，公开了一种方法，所述方法包括:将一定量的生产流体捕集在海底设备中，所述海底设备操作地连接到海底设备安装设施的流动线，其中，所述捕集一定量的生产流体的步骤尤其包括:使流过流动线的生产流体的流动绕过海底设备。此夕卜，所公开的方法包括:在生产流体的流动有或没有绕过海底设备的情况下将所捕集的量的生产流体的至少部分加压即推挤到流动线中。
[0014]本文公开的另一个说明性方法尤其包括:将海底设备与流过海底流动线的生产流体的流动隔离，所述海底流动线操作地连接到海底设备，其中，所述隔离海底设备的步骤包括:将一定量的生产流体捕集在海底设备中。该方法还包括:在隔离海底设备之后，将海底泵连接到海底设备，以便使海底泵的吸入侧与海底设备流体连通；和操作海底泵，从而将所捕集的量的生产流体的至少部分从所述海底设备泵送出来。
[0015]本文还公开了又一个示例性实施例，所述又一个示例性实施例包括:将容纳有一定量的流动保障化学物质的可调节容积的海底容纳结构从水面部署到海底环境；和在海底环境中将所述可调节容积的海底容纳结构连接到海底设备。此外，所公开的方法还尤其包括:从可调节容积的海底容纳结构到海底设备产生所述一定量的流动保障化学物质的至少部分的流动，从而将所捕集的量的生产流体的至少部分从海底设备位移到海底流动线中，所述海底流动线连接到海底设备。
【附图说明】
[0016]本公开可以通过参考以下参照附图的说明来理解，在附图中相同的附图标记指示相同的元件，其中:
[0017]图1示意性地示出根据本公开的某些说明性实施例的、可以用于取回和替换海底设备的干预系统；
[0018]图2A至图2F示意性地示出根据本文公开的主旨的、可以用于取回海底设备的方法的各种说明性实施例；
[0019]图2G示意性地示出图2A至图2F中所示的说明性设备取回方法的可替代实施例；
[0020]图3A至图3E示意性地示出根据本文公开的至少某些实施例的、可以用于替换海底设备的一个示例性方法；
[0021]图3F至图3H示意性地示出根据本文公开的主旨的其它实施例的、可以用于替换海底设备的另一个说明性方法；
[0022]图31和图3J示意性地示出根据本公开的其它说明性实施例的、可以用于替换海底设备的又一个方法；
[0023]图4A至图4C示意性地示出根据本文公开的至少某些实施例的、可以用于取回海底设备的又一个示例性方法；
[0024]图5A至图示意性地示出根据本公开的其它示例性实施例的、可以用于取回海底设备的又一个方法；
[0025]图6A至图61示意性地示出根据本文公开的一些实施例的、可以用于取回海底设备的额外的说明性方法；
[0026]图7A至图71示意性地示出根据本公开的某些说明性实施例的、可以用于取回海底设备的其它示例性方法；和
[0027]图8A至图SE示意性地示出根据所公开的主旨的某些示例性实施例的、可以用于取回海底设备的额外的说明性方法。
[0028]虽然本文公开的主旨易于存在各种修改方案和可替代的形式，但是其具体的实施例已经在附图中以示例的方式示出并且在此详细地说明。然而，将应理解，本文具体的实施例的说明意欲将本发明不限于所公开的特定形式，但是正相反，本发明将覆盖所有落入如由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有修改方案、等效方案和可替代方案。
【具体实施方式】
[0029]以下说明本发明的主旨的各种说明性实施例。为了清楚起见，在本说明书中并非说明了实际实施方案的所有部件。当然，将应理解，在任何这种实际实施例的开发中，必须使许多实施方案的具体决策实现开发者的具体目标，例如，顺从与系统有关的约束和与商业有关的约束，这些约束将从一个实施方案改变到另一个实施方案。此外，将应理解，这种开发努力会是复杂的和耗时的，但是对于具有本公开的益处的本领域的技术人员而言将仍然是常规任务。
[0030]现在将参照【附图说明】本发明的主旨。在附图中示意性地示出各种结构和装置以仅用于解释的目的，从而不使本公开因对于本领域的技术人员而言公知的细节而变模糊。然而，附图涉及说明和解释本公开的说明性示例。本文所使用的词语和短语应当被理解和解释为具有与由本领域的技术人员对这些词语和短语的理解一致的意义。术语或短语的特定定义，即，与如由本领域的技术人员所理解的普通和惯例的意义不同的定义，意欲不受本文的术语或短语的一贯用法所暗示。就术语或短语意欲具有特定意义而言，即，所述特定意义是除了由技术人员所理解的意义以外的意义，这种特定定义将以直接地和明确地提供用于术语或短语的特定定义的定义方式在本说明书中被明白地阐述。
[0031]本公开总体上涉及各种方法和系统，所述各种方法和系统可以用于帮助取回和替换设备，所述设备可以用于海底石油和天然气操作。在本发明的主旨的某些说明性实施例中，公开了各种用于取回海底设备的方法，所述方法尤其包括:在将设备从其海底位置取回到水面之前，从海底设备去除碳氢化合物的大部分或基本全部。在一些实施例中，所去除的碳氢化合物可以被泵送或通过静水压力被加压到与海底设备连接的邻近的生产/处理设备和/或流动线。在其它实施例中，所去除的碳氢化合物可以被临时地储存在所取回的海底设备的安装位置处或附近以用于随后被重新注射到替换的海底设备中。
[0032]在本文公开的某些说明性实施例中，从海底设备基本去除的碳氢化合物可以在取回之前在海底设备的内部通过尤其诸如海水、流动保障化学物质或其混合物的基本不可压缩的液体和/或通过诸如空气或氮气的可压缩气体替换。此外，在一些实施例中，海底设备还可以在将海底设备取回到水面之前被至少部分地减压，而在本文公开的其它说明性实施例中，海底设备可以在海底设备从其海底位置提升到水面的同时被至少部分地减压。在又一些其它实施例中，在取回海底设备之前可以存在于海底设备中的流体中的至少某些可以在设备被提升到水面的同时被排放到海底环境，所述流体中的至少某些可以包括海水、流动保障化学物质和/或可压缩气体，等等。
[0033]在本公开的又一些说明性实施例中，还公开了各种用于替换海底设备的方法，所述海底设备可以根据本文公开的海底设备取回方法中的一个或多个已经从海底环境取回。在一些实施例中，替换的海底设备可以在将替换的海底设备从水面下降到所取回的海底设备的安装位置之前用诸如海水、流动保障化学物质或其混合物的基本不可压缩的液体填充。在其它实施例中，替换的海底设备可以在从水面下降之前用诸如空气或氮气等的可压缩气体填充。在至少某些实施例中，在替换的海底设备上的一个或多个阀可以在替换的海底设备正从水面下降的同时保持打开，从而使海底环境的变化的静水压力与替换的海底设备的容纳物平衡。
[0034]在一些实施例中，容纳在替换的海底设备内的一种或多种流体可以在替换的海底设备已经部署到海底安装位置并且连接到邻近的海底设备和/或流动线之后被净化或从替换的海底设备冲刷。在某些实施例中并且依据在设备部署之前容纳在替换的海底设备内的流体的性质，流体可以被冲刷到海底环境中，而在其它实施例中，流体可以在静水压力下被泵送或加压到邻近的海底设备和/或流动线中。在这样的说明性实施例中，即，其中可以已经从所取回的海底设备去除的碳氢化合物可以已经被临时地储存在海底安装位置附近，所储存的碳氢化合物可以在替换设备已经附装到邻近的海底生产/处理设备和/或流动线之后通过泵送或在局部静水压力的作用下被注射到替换的海底设备中。
[0035]现在参照以上列出的视图，图1是根据本公开的某些说明性实施例的、可以用于取回和替换海底生产和/或处理设备的干预系统的示意图，所述海底生产和/或处理设备例如是海底设备包100。图1示出在水体184的水面191处的干预船舶190，所述水体184例如是海湾、海洋或大海，等等，在该处所述干预船舶190可以基本定位在海底设备安装设施185上方。如图1中所示，海底设备安装设施185可以位于海床192上或附近，并且可以尤其包括海底油井或歧管193，所述海底油井或歧管193与流动线194连接，所述流动线194可以用于将生产流动从海底油井或歧管193指引到海底设备包100。海底设备包100可以是任何说明性海底生产或处理设备包，所述海底生产或处理设备包则可以经由流动线194连接到海底立管或其它海底设备(未示出)。
[0036]干预船舶190可以包括大小合适的起重机197，所述起重机197可以适于从海床192取回海底设备包100以及使用上升线186将替换的设备包(未示出)向下部署到海底设备安装设施185。干预船舶190还可以配备有一个或多个遥控潜水器(ROV) 195，所述一个或多个遥控潜水器195可以以控制管缆196的方式从干预船舶190控制。在一些实施例中，R0V(或多个R0V) 195可以用于执行可以在取回海底设备包100期间以及在部署替换的海底设备包期间所需要的各种步骤中的一个或多个，如将参照本文所包含的各种附图进一步说明的。
[0037]图2A是在典型的设备操作阶段期间的本公开的说明性海底设备包100的一个实施例的示意性流程图。如图2A所示，海底设备包100可以尤其由分离器容器10v构成，所述分离器容器10v可以容纳例如分离的液体1la和分离的气体101b。分离的液体1la可以是液相碳氢化合物和所产出的水的混合物以及一定量的沙子和/或其它固体颗粒物质。分离的气体1 Ib可以基本由气态碳氢化合物组成，所述气态碳氢化合物已经从可以存在于分离的液体1la中的液态碳氢化合物析出，但是分离的气体1lb还可以依据产生的碳氢化合物的特定形态而包括其它所产生的气体，例如，二氧化碳、硫化氢，等等。
[0038]在至少某些实施例中，海底设备包100可以包括第一设备隔离阀102a和第二设备隔呙阀102b，所述第一设备隔呙阀102a和第二设备隔呙阀102b当如图2A中所不打开时可以在相应的第一设备连接件103a、第二设备连接件103b与分离器容器10v之间提供流体连通。另外，第一流动线隔离阀199a和第二流动线隔离阀199b可以附装到流动线194，并且当相应的流动线隔离阀199a和/或199b如图2A中所示打开时可以类似地在相应的第一流动线连接件104a、第二流动线连接件104b与流动线194之间提供流体连通。在一些实施例中，在海底设备包100上的第一设备连接件103a和第二设备连接件103b可以与流动线194上的相应的第一流动线连接件104a和第二流动线连接件104b配对地和密封地接合，由此当至少一对隔离阀102a/199a或102b/199b打开时在流动线194与海底设备包100之间提供流体连通。
[0039]在图2A中所示的海底设备包100的典型操作阶段期间，两对隔离阀102a/199a和102b/199b打开，并且流动线旁通阀198关闭，以便使穿过流动线194的生产流动的基本全部通过海底设备包100传送。因此，对于其中海底设备包100包括例如分离器容器10v的本公开的那些说明性实施例而言，如图2A中所示，在正常设备操作期间，气相和液相的流动可以被分成分离的液体1la和分离的气体101b。
[0040]海底设备包100可以包括上连接件108，所述上连接件108经由上隔离阀107连接到分离器容器ΙΟΟν。在某些实施例中，上连接件108可以定位在海底设备包100的较高点处或附近，以便当上隔离阀107打开时使上连接件108可以与分离的气体1lb流体连通。然而，如在图2A中所示的海底设备包100的说明性操作构造中所示，上隔离阀107处于关闭位置中，这是由于当前没有什么附装到上连接件108。
[0041]在一些实施例中，海底设备包100还可以包括下连接件106，所述下连接件106经由下隔离阀105连接到分离器容器ΙΟΟν。如图2A中所示，下连接件106可以定位在海底设备包100的较低点处或附近，以便当下隔离阀105打开时使下连接件106可以与分离的液体1la流体连通。然而，如先前参照上隔离阀107所述，在图2A的说明性操作构造期间，下隔离阀105处于关闭位置中，这是由于也没有什么附装到下连接件106。
[0042]海底设备包100还可以包括化学物质注射连接件110，所述化学物质注射连接件110通过化学物质注射阀109连接到分离器容器100V，并且所述化学物质注射阀109当处于打开位置中时可以在分离器容器10v与化学物质注射连接件110之间提供流体连通，如图2A中所示。在某些实施例中，化学物质注射线189可以包括化学物质注射线隔离阀188，化学物质注射线189可以经由化学物质注射线连接件187附装到化学物质注射连接件110。依据海底设备包100的操作要求，化学物质注射线189可以包括单个注射线或多个单独的注射线，所述注射线中的每个都可以用于将诸如流动保障化学物质和/或材料保护化学物质等的一种或多种各种化学物质从化学物质注射包(未示出)注射到海底设备包100中，所述化学物质注射包可以是海底设备安装设施185的一部分(参见图1)。在至少某些实施例中，化学物质注射连接件110可以定位在海底设备包100的较高点处或附近，以便使海底设备包100当化学物质注射阀109打开时可以与分离的气体1lb流体连通，如图2A中所示。将应理解，图2A中所示的化学物质注射连接件110的位置仅是说明性的，如连接件110可以位于分离器容器10v上的若干合适的点或液面中的任一个处。此外，也可以使用多个化学物质注射连接件110。
[0043]在一些示例性实施例中，海底设备包100还可以包括泄压阀112，所述泄压阀112可以用于在本文公开的至少某些设备取回方法期间将所捕集的气体和/或高压液体直接排放到海底环境180中，并且如以下将进一步讨论的。泄压阀112可以经由泄压隔离阀111连接到分离器容器ΙΟΟν，并且泄压阀112还可以定位在海底设备包100的较高点处或附近，以便当泄压隔离阀111打开时使泄压阀112可以与分离的气体1lb流体连通。然而，如图2A中所示，泄压隔离阀111通常保持在关闭位置中，从而避免在正常操作期间通过泄压阀112有任何意外的泄漏，并且泄压隔离阀111将通常仅在某些设备取回或安装操作期间打开。
[0044]在一些说明性实施例中，图2A中所示的各种阀102a/b、199a/b、105、107、109和111中的任一个或全部可以是可人工地操作的。在其它实施例中，阀102a/b、199a/b、105、107,109和111中的任一个或甚至全部可以依据海底设备包100的具体操作和控制方案被远程地致动，而在又一些其它实施例中，包100可以包括可人工操作的阀和被远程地致动的阀的组合。此外，在至少某些实施例中，上述阀中的任一个或全部还可以具有机械超越控制(override)以用于经由R0V195操作。另外，应当注意到，上述的且图2A中所示的各种阀、管道系统部件和海底连接件与本文公开的各种碳氢化合物去除和设备减压、取回和替换操作相关联，并且可以不仅是可以作为海底设备包100的一部分的元件。
[0045]因此，虽然以下本文所述的系统和方法的说明可以总体上涉及使用R0V，例如，ROV195，以便执行阀致动操作，但是将应理解，这样的操作可以不受严格的限制，如在本公开的范围内依据每个单独的阀的具体致动能力以及与海底活动相关联的相关情况而好好地人工地和/或远程地执行这样的操作中的至少某些或甚至全部。因此，将应理解，本文对于经由ROV的阀操作的任何参考还应当理解为，包括可以普遍用于在海底环境中例如人工地和/或远程地致动阀的任何其它适当的方法。
[0046]将应理解，图2A中所示的示例性海底设备包100示出为包括单个分离器容器ΙΟΟν，仅用于说明简洁的目的。如本领域的技术人员将应理解，在得益于本公开的详尽阅读之后，本文公开的方法会可等效地应用于这样的海底设备包100，即，所述海底设备包100还可以额外地或可替代地包括:一个或多个其它类型的海底设备，例如，一个或多个泵、一个或多个气液分离罐、一个或多个压缩机、一个或多个流量计和/或一个或多个流动调整器和类似物；以及各种互连的管道系统和流动控制部件，例如，管道、配件、法兰、阀和类似物。此外，还将应理解，本文公开的海底设备包100的任何说明性实施例不限于任何某些类型的应用，但是可以与海底生产或处理操作相关联，如可以是依据特定的应用要求的情况。
[0047]图2B示意性地示出可以在用于分离和去除海底设备包100的制备中执行的某些初始的说明性方法步骤，其中，所述包100可以与穿过流动线194的生产流动隔离。如图2B中所示，海底设备包100的隔离可以