[發明專利]一種立管自張緊式水下生產支撐浮筒及其安裝與回收方法

有效

• 申請號: 201611102114.2
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106585910B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 甄興偉;吳佳豪;黃一;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

本發明涉及一種超深水海洋油氣工程開發系統，特別涉及一種水下生產支撐浮筒及其安裝與回收方法。

背景技術

隨著陸地、近海與中深海域油氣資源的逐漸枯竭，海洋石油的開采逐漸向深海與超深海邁進。而現有的浮式生產平臺，水下生產系統均難以在深水與超深水環境中進行應用。

中國專利(CN 102434129 A)公開了一種超深水海洋油氣工程開發系統，用于3000m以上水深的超深海環境油氣開發。該系統包括水面浮式生產裝置、立管支撐浮筒、水中采油設備、上部柔性跨接管、下部剛性立管以及海底井口裝置；所述的采油設備安裝在立管支撐浮筒上。海底的油氣資源通過海底井口裝置、下部剛性立管、水中立管支撐浮筒、采油設備和上部柔性跨接管到達水面浮式生產裝置，從而進行海上油氣田的開發與工程運營。該系統實現了淺海完井工藝和采油設備在超深水的拓展應用，降低了采油設備的性能要求以及安裝和修井的工藝要求，可以安全、經濟和有效地應對3000m以上水深的超深水環境中的各項挑戰。

該系統的立管支撐浮筒采用中央柱結構，中央柱邊緣連接三根矩形截面懸臂浮筒，它們在平面上的夾角為120°，形成輻射狀，矩形截面懸臂浮筒末端采用中性浮力的桁架結構，浮筒由三根系泊纜繩固定在海床上。浮筒主要提供剛性立管頂張緊力、系泊纜繩張力，支撐水中采油設備自重以及部分柔性跨接管重量。

此種超深水海洋油氣開發系統中的立管支撐浮筒在實際工程應用中存在如下幾個問題：

1、系泊纜繩與剛性立管所需的頂張緊力相差很大，例如：當該系統應用在3000m水深中時，若取系泊纜繩安全因子為2.22，單根纜繩所需的張緊力為9689kN；取剛性立管頂張緊力系數為1.7，單根立管所需的張緊力為5757kN。而系泊纜繩與剛性立管均采用立管支撐浮筒被動張緊，難以方便地調整二者的頂張緊力。因此，上述的立管支撐浮筒難以同時提供系泊纜繩和剛性立管所需的頂張緊力。

2、立管支撐浮筒的埋深必須足夠大(200m水深以下)，若埋深不足的話,立管支撐浮筒易受淺水波浪的影響而發生橫向偏移，這將引起系泊纜繩和剛性立管頂張緊力的二次分配，造成剛性立管的主體應力變化，不利于剛性立管的強度和抗疲勞性能。

3、立管支撐浮筒用三根系泊纜繩系泊在海床上，當其中任意一根纜繩因故斷裂失效時，立管支撐浮筒由三點支撐變為兩點支撐，導致其穩定性喪失，系泊纜繩和剛性立管的頂張緊力重新分配，剛性立管頂張緊力急劇增大，而過大的頂張緊力會拉斷剛性立管導致系統崩潰。

由于上述問題，上述系統中的立管支撐浮筒難以在工程實際中應用。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種可以為超深水海洋油氣工程開發系統分別提供剛性立管和系泊纜繩所需頂張緊力的立管自張緊式水下生產支撐浮筒及其安裝與回收方法，該浮筒能將剛性立管和系泊纜繩的垂向受力解耦，并在一根系泊纜繩失效的情況下保持超深水海洋油氣工程開發系統的穩定性。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種立管自張緊式水下生產支撐浮筒，包括外層浮筒和內層浮筒，所述的外層浮筒內嵌套多個內層浮筒；

所述的外層浮筒主體為圓柱體結構，外層浮筒外壁下部邊緣連接四個懸臂浮筒，四個懸臂浮筒沿周向均布，呈輻射狀，懸臂浮筒末端采用桁架結構，桁架結構的外端連接系泊纜繩，外層浮筒由四根系泊纜繩系泊在海床的樁基上；外層浮筒內豎直設置多個圓柱形通道，用于安裝多個內層浮筒；圓柱形通道內壁沿圓周均布四條豎直滑道，滑道貫穿整個圓柱形通道內壁；在相鄰兩滑道之間的內壁中央，離外層浮筒底端1/3高度處設置限位體A；

所述的內層浮筒主體為圓柱體結構，其外徑小于圓柱形通道的直徑，內層浮筒外壁沿圓周均布四個豎直凸出體，凸出體寬度B1小于圓柱形通道內的滑道的寬度B，凸出體與內層浮筒等高；所述的凸出體位于圓柱形通道內的滑道中；在相鄰兩凸出體之間的外壁中央，離內層浮筒底端1/2高度處設置有限位體B，限位體B與位于圓柱形通道內的限位體A相配合，限制內層浮筒與外層浮筒的相對豎直運動；

所述的內層浮筒上部設置有一個井口頭，井口頭的下端有立管通道，剛性立管的上端通過立管通道連接到內層浮筒上部的井口頭；井口頭上安裝有采油設備，內層浮筒用于提供相應的單根剛性立管頂張緊力和支撐采油設備。

進一步地，所述的凸出體正面設置有兩個滾筒裝置，分別位于凸出體正面長邊的兩個三等分高度處，所述的滾筒裝置由滾筒、轉軸和支座組成，轉軸軸線垂直于凸出體側面，支座長度與凸出體正面的寬度B1相等，滾筒通過轉軸安裝在支座上；滾筒與滑道底面滾動接觸。