专利名称：用于深水的混合浮标式和拉线式塔和立管的制作方法
技术领域：
本发明的领域为用于混合塔、且特别地是浮标式(buoyed)和拉线式(stayed)塔和立管组件的各种配置和方法。
背景技术：
许多海洋立管塔是本领域中已知的，且示范性混合塔和配置例如在以下专利和申请中描述美国专利 No. 6，082，391、No. 6，461，083、No. 6，837，311、No. 7，100，694 ;美国专 利申请 No. 2010/0172699、WO 2010/035248 和 WO 2010/041229。本文所讨论的这些和所有其它外来资料以其它们全文引用的方式而合并到本文中。在所合并的参考中术语的定义或使用是与本文所提供的该术语的定义不一致或矛盾的情况下，本文所提供的该术语的定义适用且在参考中该术语的定义并不适用。虽然大部分已知的混合塔能在相对较浅深度处在海上或离岸储层(offshorereservoir)中被制造和操作、而并未面临重大挑战,但用于显著较深的深度处的混合塔的绝热性、结构完整性和重量控制却面临着重大挑战。此外，由于发现更多的储层产生腐蚀性产物，则需要用以解决流送管线(flowline)和立管中出现的严重腐蚀问题的解决方案。因此，在深水油气田开发中维护、修理和/或扩展流送管线和立管已对于延长油气田的开采期而言变得越来越重要。举例而言，为了辅助将深水油气递送到海上/离岸浮式开采和储存船只(FPSO)，流送管线立管连接着在海面处的浮式船只与海床上的管道。但是，这样的连接非同小可，特别是在海上油气田处于海平面下方显著较深的深度处时。除了其它困难之外，大部分目前已知的结构不利地影响到操作灵活性。举例而言，添加和/或移除、或维护流送管线立管常常中断了持续的产物流动。同样，在需要扩展开采能力的情况下，向现有结构简单地添加新立管通常是不可能以具有成本效益的方式来进行的。因而，尽管已知许多方法和系统来从深海位置向海上浮式开采和储存船只或其它接收结构来输送气和/或油，但仍然存在各种问题。因此，仍需要提供塔和立管的配置和方法。
发明内容
本发明针对于混合立管塔配置和方法，其不仅允许简化的构造和安装，而且也在一旦安装后提供灵活性。此外，所设想的塔能经由结构桁架或其它静态元件而被联接到彼此以形成对海洋环境具有微小影响的操作结构。在本发明主题的一个方面，一种混合浮标式和拉线式塔和立管组件包括支承结构，和多个分隔件，分隔件联接到支承机构且从支承结构在径向延伸。最通常地，多个立管管线经由联接元件而联接到多个分隔件中的至少一个，且多个隔离阀分别以流体方式联接到多个立管管线，且被配置成允许隔离在塔和立管组件内的每个个别立管。在这样的组件中，还特别优选的是，联接元件以及分隔件中的至少一个允许由遥控操作的运载工具来添加和/或移除一个或多个立管管线。在另外特别优选的方面，立管管线包括了包含于外壳中的立管管道，其中立管管道和/或外壳由复合/合成的泡沫而隔离，且其中复合/合成的泡沫以数量有效地向立管管线中的至少一个立管管线提供浮力的量而被应用。替代地或补充地，支承结构包括结构钢管，且其中支承结构由合成泡沫至少部分地封闭。最通常地，塔和立管组件包括具有动态柔性跨接管(jumper)的顶侧元件和/或具有静态柔性跨接管的底部元件。另外还设想到两个或两个以上的混合浮标式和拉线式塔和立管组件被联接到彼此，优选地经由结构桁架。该桁架可用于各种功能，且最优选地用以将一个或多个钢悬链(catenary)立管联接到结构祐1架。替代地或补充地，一个或多个浮标式和拉线式塔可联接到该组件，优选地经由立管衬缘(porch)(其可允许实现对柔性立管的湿式储存)。 在本发明主题的另一方面，一种修改混合浮标式和拉线式塔和立管组件的方法可包括以下步骤提供支承结构和多个分隔件，分隔件被联接到支承结构、且在径向上从支承结构延伸。在另一步骤中，使用遥控可操作的运载工具将立管管线经由联接元件联接到一个或多个分隔件、或从一个或多个分隔件移除，使用遥控可操作的运载工具将多个隔离阀联接到立管管线、或与立管管线断开联接以由此使得顶侧跨接管和底部跨接管以流体方式联接到立管管线、或者与立管管线以流体方式隔离。最优选地，立管管线包括了包含于外壳中的立管管道，其中立管管道和外壳中的至少一个由合成泡沫隔离，且其中合成泡沫以有效地向所述立管管线提供浮力的量而被应用。而且，通常优选地，支承结构包括结构钢管，且支承结构由合成泡沫至少部分地封闭。在其它所设想的方面，混合浮标式和拉线式塔和立管组件优选地经由结构桁架而联接到第二混合浮标式和拉线式塔和立管组件、或者联接到浮标式和拉线式塔。若需要，钢悬链线立管可联接到结构桁架。替代地或补充地，结构桁架被配置成允许实现对柔性立管的湿式储存。因此，在本发明主题的再一方面，结构桁架被配置成用于将第一混合浮标式和拉线式塔和立管组件或浮标式和拉线式塔联接到第二混合浮标式和拉线式塔和立管组件或浮标式和拉线式塔，且还被配置成用以允许桁架充当立管衬缘，或者用以接收并维护钢悬链线立管和/或柔性跨接管。在第一塔和第二塔经由相应系绳联接到浮力元件的情况下，通常优选地，桁架联接到系绳。通过本发明的优选实施例的下文的详细描述，本发明的各种目的、特点、方面和优点将会更加显而易见。
图IA为根据本发明主题的第一示范性混合立管的截面图。图IB为根据本发明主题的第二示范性混合立管的截面图。图2A和图2B为图IB的混合立管的透视细节图。
图3A和图3B为根据本发明主题的混合立管的示范性顶部元件和底部元件的透视细节图。图4A至图4D为根据本发明主题的示范性混合立管配置的示意图。
具体实施例方式本发明者已发现混合立管塔能被配置成使得能以在概念上简单且有效的方式克服迄今已知的系统和方法的所有或几乎所有缺点，其中多个立管管线经由分隔件而联接到混合立管塔，其中联接元件被配置成允许使用水下遥控运载工具来进行联接和断开联接操作。通过以流体的方式联接隔离阀以使得个别立管管线能以流体方式被隔离，来实现了额外优点。除了其它优点之外，这样的配置将允许添加、移除和/或替换包含于单个深水混合立管塔内的一个或多个立管管线，而不会影响到生产期间的操作。此外，所设想到的混合立管塔还可优选地经由桁架而与至少一个其它混合立管塔或拉线式和浮标式塔相联接，以减小意外移动的不利影响、且进一步提供扩展能力，因为桁架可被配置为立管衬缘 (porch)和/或允许将SCR联接到桁架。在如图IA示意性地示出的本发明主题的一个示范性方面，混合立管塔100A包括结构钢管作为通常在中央的支承结构110A。多个径向延伸的分隔件120A被联接到支承结构IlOA(通常以规则间隔)，间隔件120A可被配置成用以向混合立管塔提供额外结构稳定性。所设想到的分隔件被配置成用以接纳立管管线140A的至少一部分，从而使得立管管线能经由R0V、通过使用联接元件(参看图2A和图2B)而被附加到分隔件120上。立管管线可被封闭于外壳(未图示)中，类似于如下文图IB中所描绘的那样。最优选地，立管管线在等距位置在周向被联接到支承结构和分隔件，且额外管线(例如，脐带管150A)也可在外围位置被联接到分隔件以进行远程添加和/或移除。混合立管塔的浮力优选地至少部分地经由包围着介于分隔件之间的支承结构的合成泡沫层130A而实现。当然，应了解到，可如本领域中已知的那样利用在浮力腔室中的各种气体来实现额外浮力。在如图IB示意性地示出的本发明主题的另一示范性方面中，混合立管塔100B包括结构钢管作为通常在中央的支承结构110B。多个径向延伸的分隔件120A被联接到支承结构IlOB (通常以规则间隔)，间隔件120A可被配置成向混合立管塔提供额外结构稳定性。所设想到的分隔件120B被配置成以类似于上文图IA的方式接收所述立管管线140B的至少一部分。但是，在图IB的实例中，立管管线由包围着合成泡沫144B的外壳146B形成，合成泡沫144B继而至少部分地封闭着立管管线142。额外管线(例如，脐带管150B)然后可穿过分隔件或者如上文图IA所描绘的那样在周向排布。图2A示意性地示出了混合立管塔的细节图，其中立管管线被包含于带合成泡沫的外壳中。此处，联接元件260A与分隔件220A协同工作以保持立管管线在混合立管塔上。为了增添额外浮力，可添加额外合成泡沫230A以包围中央支承结构。额外管线250A穿过分隔件220A而排布。图2B为图2A的细节图，其中联接元件260B与分隔件220B的一部分协同工作以保持立管管线240B。额外脐带管线250B被穿过分隔件220B而布设。因此，应认识到，本文所设想到的混合立管塔能被局部地且基本上完全制造为用以形成自立的混合立管塔，其能使用常规的海上抛锚装卸和拖航船只来加以运输和安装。此外，本文所提出的所设想的配置和方法允许来自多个储层的多个小立管被安装于一个所制造的单元中，且因此通过利用规模经济的优点来降低每个立管的总成本。作为本文所提出的混合立管塔构造的另一优点，现也能添加、移除和/或替换包含于单个深水混合立管塔内的立管管线、而不会影响生产期间的操作。最通常地，由在塔上和/或在跨接管处隔离着单个塔内的每个个别立管管线的一系列隔离阀来实现这样的优点。提供常规释放夹具和释放机构以因此允许由源自水下工作的ROV(遥控操作的运载工具)的远程干预来释放立管管线。还应了解，现在也能通过使用合成泡沫和空气以提供每个立管管线的正浮力来控制立管管线浮力，从而回收和替换个别立管管线。因此，应当指出的是，诸如抛锚装卸和拖航船只这样的常规低成本海上安装船只可用于回收和替换立管管线。在图3A和图3B中示意性地描绘了混合立管塔组件的顶部元件和底部元件的示范性方面。在图3A中，顶部元件302A通常经由链条或其它柔性结构而联接到浮力罐306A，且经由ROV可操作的联接元件360A而以流体方式联接到下面的支承结构和立管管线。保护罩308覆盖着在立管管线与动态柔性跨接管的端口之间的流体连接器，且隔离阀304A被联接到这些端口。备选地，隔离阀也可在该端口下游，例如在动态柔性跨接管的顶侧或端部处。图3B描绘了具有两个独立部分301B和301’B的示范性底部元件。类似于顶部元件， 个别立管管线经由ROV可操作的联接元件360B而被联接到底部元件，且静态柔性跨接管被附连到相应端口和隔离阀303B。如之前那样，应了解到，隔离阀也可放置于除了底部元件之外的位置处，例如在静态柔性跨接管的另一端处、或者在其上游的位置处。最通常地，底部元件也将包括用于锚固混合立管塔的连接器(此处为旋转R锁连接器309B)。还应了解，若在这样的塔不可用的情况下，单个混合立管塔或多个混合立管塔通过移除将会由FPSO支承的较大重量而允许FPSO运动以与立管本身解除联接。在最优选的方面，柔性动态立管将自立的立管塔连接到FPS0，且柔性动态立管能在紧急情况(例如，暴风雨)下从FPSO移除、且被储存于海底结构衬缘上，优选地通过将两个或多个自立混合立管塔与结构桁架或框架联接在一起、或者通过将两个自立浮标式和拉线式的立管塔联接在一起来形成海底结构衬缘。如本文所用，且除非上下文指示为其它情况，术语“联接到”预期包括直接联接(其中，彼此联接的两个元件彼此接触)和间接联接(其中，在两个元件之间存在至少一个额外元件)。因此，术语“联接到”和“与……联接”被同义地使用。因此，且从另一角度来看，应了解到，本文所提出的浮标式且拉线式的塔和立管将提供一种独特的解决方案，且这添加了交叉支撑桁架或将两个立管塔联接在一起以形成平台的其它结构，在该平台上，可添加钢悬链线立管以在比提供单独立管显著更小的增量成本的情况下来扩展海上油气田开发，因为已经存在用于扩展的平台。在图4A至图4D中示意性地描绘了各种示范性配置。图4A示出了混合立管塔400A，其从多个生产线420A接收产物，其中每个生产线具有相应隔离阀402A且其中每个生产线以流体方式联接到相应静态柔性跨接管422A，静态柔性跨接管422A以流体方式联接到在混合立管塔中的相应立管管线。然后产物自混合立管塔经由相应动态柔性跨接管410A而输送到FPS0。如在图4B中示范性地示出的那样，能实现这样的配置的能力扩展，其中两个混合立管塔400B经由结构桁架440B而联接到彼此。如之前那样，混合立管塔400B从多个生产线420B接收产物，其中每个生产线具有相应隔离阀402B且其中每个生产线以流体方式联接到相应静态柔性跨接管422B，静态柔性跨接管422B以流体方式联接到混合立管塔中的相应立管管线。然后产物从混合立管塔经由相应动态柔性跨接管410A输送到FPSO。此外，钢悬链线立管430B联接到呈缓波(lazy wave)配置的桁架440B且还向FPSO提供产物。在预期了要湿式储存动态柔性跨接管的情况下，设想到在图4C中示范性地描绘的配置。此外，两个拉线式浮标式塔401C经由结构桁架440C而被联接到彼此，结构桁架440C被配置为立管衬缘，在其上可储存着动态柔性跨接管。跨接管源于混合立管塔400C，混合立管塔400C经由个别立管管线接收产物，个别立管管线经由隔离阀402C而与生产线420C以流体方式隔离。在如图4D中示范性地示出了的本发明主题的另外的设想的方面，两个混合的立管塔400D经由结构元件联接到彼此、且还经由结构元件441D而联接到两个拉线式浮标式塔401D，拉线式的浮标式塔401D也经由桁架440D联接到彼此。如之前那样，还应了解到， 桁架和/或其它结构元件可用作立管衬缘，用作用于钢悬链线立管430D的载体、和/或用作加强机构来减少混合立管塔的意外接触和挠曲超过所需程度。但对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本文的发明概念的情况下除了已经描述的那些之外的许多另外的修改是可能的。因此，除了在所附权利要求的范围中，本发明的主题不应受到限制。此外，在解释说明书和权利要求中，所有术语应以与上下文一致的最广义的可能方式来理解。特别地，术语“包括”和“包含”应被理解为以非排他性的方式来提及元件、构件或步骤，指示出所提及的元件、构件或步骤可与未明确提及的其它元件、构件或步骤一起存在、被利用、或组合。虽然说明书权利要求提及选自包括A、B、C……和N的集合中的至少一个，本文应被理解为需要来自该集合的仅一个元件，而不是A加N，或B加N
坐寸ο
权利要求
1.ー种混合浮标式和拉线式塔和立管组件，包括 支承结构，和多个分隔件，所述分隔件联接到所述支承结构、且在径向从所述支承结构延伸； 多个立管管线，其经由联接元件而联接到多个分隔件中至少ー个； 多个隔离阀，其分别以流体方式联接到所述多个立管管线，且配置成允许实现对在所述塔和立管组件内的每个个别立管的隔离；以及 其中所述联接元件和所述分隔件中的至少ー个分隔件配置成允许由可遥控操作的运载工具添加和/或移除所述立管管线中的至少ー个。
2.根据权利要求I所述的组件，其中，所述立管管线中的至少ー个包括含于外壳中的立管管道，其中所述立管管道和所述外壳中至少ー个由合成泡沫隔离，且其中所述合成泡沫以有效地向所述立管管线中至少ー个提供浮力的量而施用。
3.根据权利要求I所述的组件，其中，所述支承结构包括结构钢管，且其中所述支承结构由合成泡沫至少部分地封闭.
4.
5.根据权利要求3或4所述的组件，其中，所述塔和立管组件包括适合于附连动态柔性跨接管的顶部元件和适合于附连静态柔性跨接管的底部元件中的至少ー个.
6.根据权利要求I所述的组件，其还包括第二混合浮标式和拉线式的塔和立管组件，和将所述组件联接在一起的结构桁架.
7.根据权利要求6所述的组件，其还包括联接到所述结构桁架上的钢悬链线立管.
8.根据权利要求I所述的组件，其还包括联接到立管衬缘的至少ー个浮标式和拉线式塔，其配置成用以允许实现对柔性立管的湿式储存.
9.根据权利要求8所述的组件，其中，两个浮标式和拉线式塔联接到所述立管衬缘.
10.ー种修改混合浮标式和拉线式塔和立管组件的方法， 包括 提供支承结构和多个分隔件，所述分隔件联接到所述支承机构、且在径向从所述支承结构延伸； 使用可遥控操作的运载工具来经由联接元件将立管管线联接到所述多个分隔件中至少ー个、或者从所述多个分隔件中至少ー个移除；以及 使用所述可遥控操作的运载工具将多个隔离阀联接到所述立管管线、或者从所述立管管线断开联接，以由此使得顶部跨接管和底部跨接管以流体方式联接到所述立管管线、或者与所述立管管线以流体方式隔离.
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述立管管线包括含于外壳中的立管管道，其中所述立管管道和所述外壳中至少ー个由合成泡沫隔离，且其中所述合成泡沫以有效地向所述立管管线提供浮力的量而施用.
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述支承结构包括结构钢管，且其中所述支承结构由合成泡沫至少部分地封闭.
13.根据权利要求10所述的方法，其还包括以下步骤将所述混合浮标式和和拉线式塔和立管组件联接到第二混合浮标式和拉线式塔和立管组件、或者到浮标式和拉线式塔.
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括所述联接步骤包括经由结构桁架将所述混合浮标式和和拉线式塔和立管组件联接到第二混合浮标式和拉线式塔和立管组件、或者到浮标式和拉线式塔.
15.根据权利要求14所述的方法，其还包括以下步骤将钢悬链线立管联接到所述结构相1架.
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述结构桁架配置成允许对柔性立管的湿式储存.
17.一种结构桁架，其配置成用于将第一混合浮标式和拉线式塔和立管组件或浮标式和拉线式塔联接到第二混合浮标式和拉线式塔和立管组件、或浮标式和拉线式塔，且还配置成允许作为立管衬缘，接收和维持钢悬链线立管以及接收并维持柔性跨接管的操作之
18.根据权利要求17所述的结构桁架，其中，所述第一塔和第二塔经由相应系绳而联接到浮力元件，且其中所述桁架联接到所述系绳。
全文摘要
所构想的混合立管塔配置成使得个别立管管线能经由海底ROV而添加或移除。最优选地，立管管线由外壳和合成泡沫制成，外壳和合成泡沫封闭立管管线以便提供绝缘和浮力。在另外的优选方面，混合立管塔能经由桁架联接到彼此以允许经由SCR而实现扩展和/或提供立管衬缘。
文档编号E21B7/12GK102782242SQ201080057889
公开日2012年11月14日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月21日
发明者C.N.普雷斯科特 申请人:氟石科技公司