专利名称：一种超深海水下立管支撑装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种深海油气田开发技术，特别是一种用于超深海油气田开发的水下
立管支撑装置。
背景技术：
立管作为连接水面部分及水下生产系统的唯一结构，是海上油气田开发的重要组成部分，尤其在深海与超深海油气田开发中起着关键作用。目前在深海石油工程界应用较为广泛和成熟的生产立管是TTR立管，即顶张紧式立管。然而在超深海环境下，水中立管重量随着水深和水压的增大而自然急剧增加；同时，立管重量的增加还将要求立管顶部的张紧力极大增加，这对TTR立管的适用性和经济性带来很严重的问题。此外，由于立管与水面浮式生产装置相连接，随着水深的增加，巨大的水中立管载荷会加大水面浮式生产装置所需承担的动载，从而提高了水面浮式生产装置的建造与运营成本。故采用传统的TTR立管生产系统，油田整体开采成本巨大。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种超深海水下立管支撑装置， 该装置通过在水面下200 350m的位置为传统TTR立管提供张紧力，能极大地提高传统 TTR立管以及水面浮式生产装置在超深海环境下的工作能力，同时大大降低生产成本。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种超深海水下立管支撑装置，包括立管支撑浮筒、张力系泊装置和脐带缆；所述的立管支撑浮筒上部设置有井口头A，井口头A下部为贯穿立管支撑浮筒的通道；所述的立管支撑浮筒，在其上方设置有进气阀门、下方设置有排气阀门，所述的进气阀门通过脐带缆与位于水面的浮式生产装置连接；水面浮式生产装置通过脐带缆将气体送至立管支撑浮筒，并通过进气阀门和排气阀门控制气体的进出，以此调节立管支撑浮筒的浮力；所述的立管支撑浮筒为海星式结构，即中央柱结构浮筒边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒，它们在平面上的夹角为120° ；所述的悬臂浮筒末端采用中性浮力的桁架结构，所述的三根矩形截面悬臂浮筒通过机械方式连接在中央柱结构浮筒边缘。所述的张力系泊装置包括张力缆绳和桩基，立管支撑浮筒通过张力缆绳系泊在海床的桩基上以约束立管支撑浮筒在水中的运动，并为立管支撑浮筒提供一定的稳定性支撑。本发明所述的立管支撑浮筒用中央柱结构浮筒代替；所述的张力系泊装置由中央柱结构浮筒张紧的TTR立管代替。本发明所述的立管支撑浮筒设置有管线中转装置，立管支撑浮筒上部有三个井口头A，井口头A处的管线汇集后与管线中转装置连接。本发明支撑的立管包括TTR立管和柔性立管。TTR立管的上端与立管支撑浮筒上部的井口头A连接、下端与布置在海床上的井口装置连接；柔性立管的下端与立管支撑浮筒的上部连接、上端连接至水面的浮式生产装置。由此，立管支撑浮筒为TTR立管提供所需的张紧力，并为柔性立管提供支撑平台。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果1、本发明的立管支撑浮筒结构形式灵活，可为中央柱结构浮筒或海星式结构浮筒；悬臂浮筒通过机械方式连接在中央柱结构浮筒边缘，简化悬臂浮筒的安装与拆卸工艺。2、本发明的悬臂浮筒末端采用了中性浮力的桁架结构。当设计要求需要额外加大立管支撑浮筒浮力时，只需减少桁架结构在悬臂浮筒上的比例长度或增加悬臂浮筒的长度即可；若满足设计浮力要求，可加大桁架结构在悬臂浮筒上的比例长度，从而降低立管支撑浮筒的重量。综上，可极大简化悬臂浮筒的建造工艺难度，降低建造成本。3、本发明通过立管支撑浮筒为TTR立管提供张紧力，减少了水面浮式生产装置支撑的动载荷，降低了对水面浮式生产装置的要求，从而降低了水面浮式生产装置的建造成本。4、本发明通过立管支撑浮筒为TTR立管提供张紧力，极大地提升了传统的TTR立管的工作水深。
本发明共有附图3张，其中图1是本发明的超深海水下立管支撑装置的整体示意图；图2是本发明的立管支撑浮筒俯视图；图3是本发明的工程应用的整体示意图。图中2、桁架结构，3、井口头A，4、进气阀门，5、排气阀门，7、张力缆绳，8、桩基，9、 脐带缆，10、立管支撑浮筒，11、中央柱结构浮筒，12、悬臂浮筒，15、浮式生产装置，16、水面， 17、海床，20、柔性立管，21、远程控制机器人，22、管线中转装置，25、TTR立管，沈、井口头B。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种超深海水下立管支撑装置，包括立管支撑浮筒10、张力系泊装置和脐带缆9。如图1-2所示，所述的立管支撑浮筒10为海星式结构，即中央柱结构浮筒11边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒12，它们在平面上的夹角为120°，形成辐射状。悬臂浮筒12 的末端采用中性浮力的桁架结构2。当设计要求需要额外加大立管支撑浮筒10的浮力时， 只需减少桁架结构2在悬臂浮筒12上的比例长度或增加悬臂浮筒12的长度即可；若满足设计浮力要求，可加大桁架结构2的在悬臂浮筒12上的比例长度，从而降低立管支撑浮筒 10的总重量。综上，可极大简化立管支撑浮筒10的建造工艺难度并减少生产成本。如图1所示，所述的张力系泊装置包括张力缆绳7和桩基8 ；所述的立管支撑浮筒 10由三根张力缆绳7 (附图中为示意整体结构清晰，只展示了两根张力缆绳)系泊在位于海床17的桩基8上，以约束立管支撑浮筒10在水中的运动，并为立管支撑浮筒10提供一定的稳定性支撑。同时张力缆绳7可承受立管支撑浮筒10可能带来的过张紧力，防止TTR立管25由于可能承受的过张紧力而引发断裂损害。如图1所示，所述的立管支撑浮筒10具有浮力调节装置，当需要增加立管支撑浮筒10的净浮力时，位于水面16上的浮式生产装置15通过脐带缆9连接立管支撑浮筒10 上部的进气阀门4，向立管支撑浮筒10内输入氮气(防腐蚀)；当净浮力要求降低时，浮式生产装置15遥控开启排气阀门5即可。如图1所示，所述的立管支撑浮筒10位于水面16下Hl (约200_350m)处，以避开海面下的紊流区，使得立管支撑浮筒10几乎不受近海面处的强风、海浪和海流载荷影响， 保持良好的在位性能。如图2-3所示，为简化安装工艺，立管支撑浮筒10设置有管线中转装置22。所述的立管支撑浮筒10上部有三个井口头A3，井口头A3处的管线汇集后与管线中转装置22连接。图3所示为本发明工程应用的整体示意图。TTR立管25的上端与立管支撑浮筒 10上部的井口头A3连接、下端与布置在海床上的井口头似6连接；柔性立管20的下端与管线中转装置22连接，上端与位于水面16的浮式生产装置15连接。由此，立管支撑浮筒 10为TTR立管25提供所需的张紧力，并为柔性立管20提供支撑平台。远程控制机器人21 在水面16下Hl附近待命，负责水中监控工作以及相关部件的连接、释放工作。海底的油藏最终通过位于海床17上的井口头B26、TTR立管25、立管支撑浮筒10、 柔性立管20最终到达位于水面16上的浮式生产装置15，从而进行海上油气田的工程开发。由于本发明利用立管支撑浮筒10的净浮力为TTR立管25提供所需的张紧力，因此相对传统技术，本发明可极大地减少水面浮式生产装置15的工作载荷，从而降低对水面浮式生产装置15的设计要求与建造要求，进而极大地降低建造水面浮式生产装置15的技术难度和建造成本。此外优选地，可依据实际工程需要，本发明的立管支撑浮筒10的海星式结构可通过机械方式移除三根悬臂浮筒12简化为中央柱结构浮筒11。与此同时，移除张力系泊装置，由中央柱结构浮筒11张紧的TTR立管25为中央柱结构浮筒11提供稳定性支撑。
权利要求
1.一种超深海水下立管支撑装置，其特征在于包括立管支撑浮筒(10)、张力系泊装置和脐带缆(9)；所述的立管支撑浮筒(10)上部设置有井口头A(3)，井口头AC3)下部为贯穿立管支撑浮筒(10)的通道；所述的立管支撑浮筒(10)，在其上方设置有进气阀门(4)、下方设置有排气阀门(5)，所述的进气阀门⑷通过脐带缆(9)与位于水面(16)的浮式生产装置(15)连接；水面(16)浮式生产装置(1 通过脐带缆(9)将气体送至立管支撑浮筒(10)，并通过进气阀门(4)和排气阀门( 控制气体的进出，以此调节立管支撑浮筒(10)的浮力；所述的立管支撑浮筒(10)为海星式结构，即中央柱结构浮筒(11)边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒(12)，它们在平面上的夹角为120° ；所述的悬臂浮筒(12)末端采用中性浮力的桁架结构O)，所述的三根矩形截面悬臂浮筒(12)通过机械方式连接在中央柱结构浮筒(11)边缘;所述的张力系泊装置包括张力缆绳(7)和桩基(8)，立管支撑浮筒(10)通过张力缆绳 (7)系泊在海床(17)的桩基(8)上以约束立管支撑浮筒(10)在水中的运动，并为立管支撑浮筒(10)提供一定的稳定性支撑。
2.根据权利要求1所述的一种超深海水下立管支撑装置，其特征在于所述的立管支撑浮筒(10)用中央柱结构浮筒(11)代替；所述的张力系泊装置由中央柱结构浮筒(11)张紧的TTR立管05)代替。
3.根据权利要求1所述的一种超深海水下立管支撑装置，其特征在于所述的立管支撑浮筒(10)设置有管线中转装置(22)，立管支撑浮筒(10)上部有三个井口头A(3)，井口头A(3)处的管线汇集后与管线中转装置02)连接。
全文摘要
本发明公开了一种超深海水下立管支撑装置，包括立管支撑浮筒、张力系泊装置和脐带缆；立管支撑浮筒上部设置有井口头A，井口头A下部为贯穿立管支撑浮筒的通道；立管支撑浮筒为海星式结构，即中央柱结构浮筒边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒，它们在平面上的夹角为120°。本发明的悬臂浮筒末端采用了中性浮力的桁架结构，可通过减少桁架结构在悬臂浮筒上的比例长度或增加悬臂浮筒的长度来满足立管支撑浮筒的浮力要求，可极大简化悬臂浮筒的建造工艺难度，降低建造成本。本发明通过立管支撑浮筒为TTR立管提供张紧力，减少了水面浮式生产装置支撑的动载荷，降低了对水面浮式生产装置的要求，从而降低了水面浮式生产装置的建造成本。
文档编号E21B15/02GK102418480SQ20111043969
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月24日 优先权日2011年12月24日
发明者刘刚, 张崎, 李红霞, 甄兴伟, 黄一 申请人:大连理工大学