专利名称：一种超深海水下立管支撑浮筒的定位系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋油气田开发技术，特别是一种用于超深海油气田开发的水下立管支撑浮筒的定位系统及其方法。
背景技术：
在超深海(水深1500m以上)油气田开发中，海洋立管作为连接海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。鉴于超深海水深和高压的巨大挑战，对于传统立管的适用性所带来的严重挑战， 当下，新颖的海洋立管应用理念是采用水中立管支撑浮筒来支撑下部刚性立管，下部刚性立管的底端与海底井口头连接，顶端与水中立管支撑浮筒连接。这便要求水中立管支撑浮筒可以平稳地停留在指定工作区的位置，以使得下部刚性立管顺利通过水中立管支撑浮筒并与海底井口头连接。目前通用的一种做法，是使立管支撑浮筒直接沉入到水下预设定位置，这种工程做法的优点是简单易行，但对水中立管支撑浮筒位置的可操控性太差，无法自由调节水中立管支撑浮筒的位置，危险系数高。此外，还有在海底打桩来支撑浮筒，但这种做法仅适用于浅海，对于深海便已不适用。由于上述问题的存在，在超深海环境下，对水中立管支撑浮筒的传统定位方法已经无法满足设计要求。
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浮筒的定位系统及其方法，在立管支撑浮筒下沉到水下预设定位置的过程中，该定位系统可自由地、精准地调节立管支撑浮筒在水中的位置；在立管支撑浮筒到达水中指定位置后，采用张力系泊定位，使得立管支撑浮筒稳定地停留在水中指定位置。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浮筒的定位系统，所述的立管支撑浮筒由中央柱结构浮筒和三根矩形截面悬臂浮筒组成，三根悬臂浮筒位于中央柱结构浮筒边缘，在平面上的夹角为120° ；所述的三根悬臂浮筒是悬臂浮筒A、悬臂浮筒B和悬臂浮筒C ；所述的定位系统包括水中动力定位装置和浮筒张力系泊定位装置；所述的动力定位装置包括一根控制管缆和四个推进器，其中，推进器A位于悬臂浮筒A下方，推进器B位于悬臂浮筒B下方，推进器C位于悬臂浮筒C下方，推进器D位于中央柱结构的正中间；推进器D负责立管支撑浮筒在水中的升降运动，推进器B和推进器 C负责立管支撑浮筒在水中的前后运动，推进器A负责立管支撑浮筒在水中的水平旋转运动；控制管缆的一端连接安装驳船、另一端通过立管支撑浮筒上部的控制管缆接口连接四个推进器并负责向四个推进器提供动力和控制信号；所述的浮筒张力系泊定位装置是采用张力缆绳将立管支撑浮筒垂直系泊在海床
3上，通过增加立管支撑浮筒的浮力来张紧张力缆绳以使得立管支撑浮筒保持平稳定位状态。一种超深海水下立管支撑浮筒的定位系统的定位方法，包括以下步骤A、安装驳船通过吊装缆绳将立管支撑浮筒吊装入海面以下，由控制管缆对立管支撑浮筒提供动力源，控制管缆一端与立管支撑浮筒的控制管缆接口连接，另一端与安装驳船连接；B、立管支撑浮筒在海面操控单元的控制下，开启推进器D下沉至海面下指定深度 Hl处；继而，海面操控单元通过调节立管支撑浮筒的推进器A、推进器B和推进器C，使立管支撑浮筒平稳地停留在位于海床上的桩基的正上方；所述的Hl为200-350m水深；C、立管支撑浮筒到达海面下指定位置后，对立管支撑浮筒进行张力系泊定位。本发明所述的立管支撑浮筒的张力系泊定位的方法，包括以下步骤Cl、安装驳船将三根张力缆绳穿过立管支撑浮筒的三根悬臂浮筒的末端，与位于海床上的桩基连接，从而为立管支撑浮筒提供稳定性支撑；C2、张力缆绳安装完毕后，安装驳船关闭立管支撑浮筒的动力定位装置，安装驳船通过控制管缆向立管支撑浮筒内输入指定量的氮气，提升立管支撑浮筒的浮力，以使张力缆绳承受一定的预设张紧力，从而使立管支撑浮筒稳定地定位在海面下Hl处。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果1、本发明将四个推进器安装在立管支撑浮筒上，可自由、精准地移动立管支撑浮筒在水中的位置。2、本发明的立管支撑浮筒通过水中动力定位装置到达水中指定位置后，通过张力系泊定位装置，减少立管支撑浮筒的运动幅度，可使得立管支撑浮筒非常平稳地停留在水中指定位置。
本发明共有附图5张，其中图1是本发明的立管支撑浮筒的俯视图；图2是本发明的立管支撑浮筒的正视图；图3是本发明的立管支撑浮筒的左视图；图4是本发明的立管支撑浮筒的动力定位至水中指定位置的过程示意图；图5是本发明的立管支撑浮筒的张力系泊定位示意图。图中1、推进器A，2、推进器B，3、推进器C、4、推进器D，7、张力缆绳，8、桩基，10、立
管支撑浮筒，11、中央柱结构，12、悬臂浮筒A，13、悬臂浮筒B、14、悬臂浮筒C，16、海面，17、 海床，20、控制管缆接口，21、控制管缆，22、排气阀门，30、安装驳船，31、吊装缆绳。
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，立管支撑浮筒10由中央柱结构浮筒11和三根矩形截面悬臂浮筒组成，三根悬臂浮筒位于中央柱结构浮筒11边缘，在平面上的夹角为120°，形成辐射状。所述的三根悬臂浮筒是悬臂浮筒A12、悬臂浮筒B13和悬臂浮筒C14，三根悬臂浮筒的末端采用中性浮力的桁架结构，使得立管支撑浮筒10在水中满足预设计浮力的情况下，降低立管支撑浮筒10的重量，进而降低生产成本。如图2所示，立管支撑浮筒10上部有控制管缆接口 20，下部有排气阀门22。如图1-3所示，所述的立管支撑浮筒10的动力定位装置包括有四个推进器。其中， 推进器Al位于悬臂浮筒A12下方，推进器B2位于悬臂浮筒B13下方，推进器C3位于悬臂浮筒C14下方，推进器D4位于中央柱结构11的正中间。图1所示的推进器D4负责立管支撑浮筒10在水中的升降运动，图2所示的推进器B2和推进器C3负责立管支撑浮筒10在水中的前后运动，图3所示的推进器Al负责立管支撑浮筒10在水中的水平旋转运动。以下就各定位装置的安装与工作方法做一说明。如图3所示，安装驳船30通过吊装缆绳31将立管支撑浮筒10吊装入海面16以下，由控制管缆21对立管支撑浮筒10提供动力源，控制管缆21 —端与立管支撑浮筒10的控制管缆接口 20连接，另一端与安装驳船30连接。立管支撑浮筒10在海面操控单元的控制下，开启推进器D4下沉至海面16下指定深度Hl处。继而，海面操控单元通过调节立管支撑浮筒10的推进器Al、推进器B2和推进器C3，使立管支撑浮筒10平稳地停留在位于海床17上的桩基8的正上方。立管支撑浮筒10到达海面16下指定位置后，进行立管支撑浮筒10的张力系泊定位。如图5所示，张力系泊定位装置包括张力缆绳7和桩基8。立管支撑浮筒10通过张力缆绳7连接位于海床17上的桩基8完成对立管支撑浮筒10的水中系泊定位。下面就立管支撑浮筒10的张力系泊定位装置的安装方法作进一步描述如图5所示，安装驳船30将三根张力缆绳7穿过立管支撑浮筒10的三根悬臂浮筒的末端，与位于海床17上的桩基8连接，从而为立管支撑浮筒10提供稳定性支撑。张力缆绳7安装完毕后，安装驳船30关闭立管支撑浮筒10的动力定位装置，安装驳船30通过控制管缆21向立管支撑浮筒10内输入指定量的氮气(防腐蚀)，提升立管支撑浮筒10的浮力，使得张力缆绳7承受一定的预设张紧力，从而使立管支撑浮筒10稳定地定位在海面 16下Hl处。
权利要求
1.一种超深海水下立管支撑浮筒的定位系统，所述的立管支撑浮筒(10)由中央柱结构(11)浮筒和三根矩形截面悬臂浮筒组成，三根悬臂浮筒位于中央柱结构(11)浮筒边缘， 在平面上的夹角为120° ；所述的三根悬臂浮筒是悬臂浮筒A(12)、悬臂浮筒B(13)和悬臂浮筒C(14)；其特征在于所述的定位系统包括水中动力定位装置和浮筒张力系泊定位装置；所述的动力定位装置包括一根控制管缆和四个推进器，其中，推进器A(I)位于悬臂浮筒A(12)下方，推进器B(2)位于悬臂浮筒B(13)下方，推进器C(3)位于悬臂浮筒C(14) 下方，推进器D(4)位于中央柱结构(11)的正中间；推进器D(4)负责立管支撑浮筒(10)在水中的升降运动，推进器BQ)和推进器CC3)负责立管支撑浮筒(10)在水中的前后运动， 推进器A(I)负责立管支撑浮筒(10)在水中的水平旋转运动；控制管缆的一端连接安装驳船(30)、另一端通过立管支撑浮筒(10)上部的控制管缆接口 00)连接四个推进器并负责向四个推进器提供动力和控制信号；所述的浮筒张力系泊定位装置是采用张力缆绳(7)将立管支撑浮筒(10)垂直系泊在海床(17)上，通过增加立管支撑浮筒(10)的浮力来张紧张力缆绳(7)以使得立管支撑浮筒(10)保持平稳定位状态。
2.一种超深海水下立管支撑浮筒的定位系统的定位方法，其特征在于包括以下步骤A、安装驳船(30)通过吊装缆绳(31)将立管支撑浮筒(10)吊装入海面(16)以下，由控制管缆对立管支撑浮筒(10)提供动力源，控制管缆—端与立管支撑浮筒(10) 的控制管缆接口 00)连接，另一端与安装驳船(30)连接；B、立管支撑浮筒(10)在海面(16)操控单元的控制下，开启推进器D(4)下沉至海面 (16)下指定深度Hl处；继而，海面(16)操控单元通过调节立管支撑浮筒(10)的推进器 A(l)、推进器BQ)和推进器C(3)，使立管支撑浮筒(10)平稳地停留在位于海床(17)上的桩基(8)的正上方；所述的Hl为200-350m水深；C、立管支撑浮筒(10)到达海面(16)下指定位置后，对立管支撑浮筒(10)进行张力系泊定位。本发明所述的立管支撑浮筒(10)的张力系泊定位的方法，包括以下步骤Cl、安装驳船(30)将三根张力缆绳(7)穿过立管支撑浮筒(10)的三根悬臂浮筒的末端，与位于海床(17)上的桩基(8)连接，从而为立管支撑浮筒(10)提供稳定性支撑；C2、张力缆绳(7)安装完毕后，安装驳船(30)关闭立管支撑浮筒(10)的动力定位装置，安装驳船(30)通过控制管缆向立管支撑浮筒(10)内输入指定量的氮气，提升立管支撑浮筒(10)的浮力，以使张力缆绳(7)承受一定的预设张紧力，从而使立管支撑浮筒 (10)稳定地定位在海面(16)下Hl处。
全文摘要
本发明公开了一种超深海水下立管支撑浮筒的定位系统及其方法，所述的定位系统包括水中动力定位装置和浮筒张力系泊定位装置；所述的动力定位装置包括一根控制管缆和四个推进器，所述的浮筒张力系泊定位装置是采用张力缆绳将立管支撑浮筒垂直系泊在海床上。本发明将四个推进器分别安装在立管支撑浮筒上的四个指定的位置，分别负责立管支撑浮筒在水中的升降、进退和旋转，可自由、精准地移动立管支撑浮筒到水中的指定位置。本发明的立管支撑浮筒通过动力定位到达水中指定位置后，通过浮筒张力系泊定位装置，将立管支撑浮筒固定在海床上，以减少立管支撑浮筒的运动幅度，可使得立管支撑浮筒非常平稳地停留在水中指定位置。
文档编号E21B43/017GK102434130SQ20111044191
公开日2012年5月2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