[發明專利]一種水下組合式生產輸送立管系統及其安裝方法

有效

• 申請號: 201611102112.3
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106741688B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 甄興偉;黃一;吳佳豪;韓玥;張崎;王文華;劉剛;李紅霞;陳景杰;董磊磊;李志遠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B63B35/44
• 分類號: B63B35/44;B63B9/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及海洋油氣開發技術領域的干式采油平臺，具體涉及一種應用于超深水海域環境下干式采油平臺的生產立管系統及其安裝方法。

背景技術

目前，適用于深海油氣開發的干式采油平臺有兩種：TLP平臺和Spar平臺。干式采油平臺的適配型生產立管系統為頂張緊式立管(Top Tensioned Riser，簡稱TTR)。現行TTR的結構型式采用雙層套管式立管(外層保護管、內層保護管及生產輸送管)或單層套管式立管(外層保護管及生產輸送管)。套管的主要作用是預防生產輸送管的泄露導致的海洋環境污染與壓力完整性的失衡。由于套管自重遠大于生產輸送管，因此雙層套管式立管與單層套管式立管均需要巨大的頂張緊力進行支撐。對于TLP平臺，TTR的頂張緊力由TLP平臺的主體浮力直接承擔，因此加大了TLP平臺的主體尺寸及自重，限制了TLP平臺在更深海域的發展應用。對于Spar平臺，TTR的頂張緊力由頂部浮力罐承擔，因此加大了浮力罐的主體尺寸，進一步地加大了Spar平臺的主體尺寸及自重。

為了降低TTR在超深海油氣開發應用中的自重，文獻OTC15100(George Z.Gu,Rod Myers,Robert Sokoll,Joe Jin,Kevin Huang.Technical Feasibility of Tubing Risers.Offshore Technology Conference,Houston,2003.)首次提出了一種解決方案。在該方案中，TTR的結構型式僅具有生產輸送管，而無外層保護管和內層保護管；控制管纜平行或纏繞布置在生產輸送管外緣。然而，該技術方案具有以下技術局限性：

1、生產輸送立管受災害性海洋環境要素(強風、巨浪和海面強流)作用，生產輸送立管易發生干涉、波致疲勞損傷和VIV疲勞損傷等，進而導致生產輸送立管發生破裂及原油泄漏；

2、外層保護管及內層保護管的缺失導致生產輸送管的軸向剛度大大降低，為滿足相鄰生產輸送立管的干涉要求，需加大生產輸送立管的頂部設計間距，為此需增加干式采油平臺的甲板面積，加大干式采油平臺的主體尺寸；

3、缺少外層保護管及內層保護管，熱膨脹導致生產輸送管伸長1.2m左右，為此需增加干式采油平臺的甲板高度，加大干式采油平臺的主體尺寸；

4、外層保護管及內層保護管的缺失導致控制管纜無保護通道，控制管纜需平行或纏繞布置在生產輸送管的外緣，進而導致生產輸送管橫截面的非對稱，從而引發復雜的馳振破壞問題。

發明內容

為了解決現行生產輸送立管技術在超深海油氣開發應用中存在的上述問題，本發明要提供一種實現以下目的的水下組合式生產輸送立管系統及其安裝方法：

1、防止生產輸送管破裂及原油泄漏；

2、防止生產輸送管發生馳振破壞；

3、減小干式采油平臺的主體尺寸。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種水下組合式生產輸送立管系統，包括生產立管組件、控制立管組件、組合浮筒和系泊裝置；

所述的生產立管組件包括柔性生產立管與剛性生產立管，所述的控制立管組件包括剛性保護管和柔性控制管纜，所述的組合浮筒包括外層浮筒、內層浮筒、外圍橫撐、內部橫撐、導向環板和限位板；

所述的外層浮筒共有四個，均為圓柱形，四個外層浮筒通過外圍橫撐連接構成外層浮筒組件；所述的外層浮筒組件為矩形框架，四個外層浮筒豎直安裝在矩形框架水平面的四個角上，且四個外層浮筒的軸線互相平行；四個外層浮筒分別由四根系泊纜繩系泊在海床的樁基上；

所述的導向環板共有2N個，分上下兩層、每層N個，通過內部橫撐連接安裝在外層浮筒組件內，構成兩層導向環板組件，兩層導向環板組件結構相同；每個導向環板組件中，一個導向環板安裝在矩形框架水平面的中心，其余導向環板安裝在矩形框架水平面的中心與四個角之間的連線上；

所述的內層浮筒共有N個，分別豎直安裝在兩層導向環板組件對應的兩個導向環板中；

所述的導向環板的內徑比內層浮筒外徑大0.2至0.4米，內層浮筒與導向環板在豎直方向上滑動接觸，導向環板內壁設置耐磨損的承壓墊，以減小導向環板和內層浮筒接觸部位的磨損；

所述的限位板由兩塊半環板拼成，安裝在內層浮筒外圍形成一個環形板，其外徑大于導向環板的內徑；

所述的外層浮筒組件和導向環板組件構成外圍主體。