CN103711459B - 基盘式水面连接筒型水下干式采油装置 - Google Patents

Abstract

一种基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，有井口舱、电气舱、设备舱、连接箱梁，其中井口舱、电气舱、设备舱的结构形式相同，均由筒基与舱体组成，连接箱梁将井口舱、电气舱、设备舱连为一体，其为箱型结构，顶部和中部设有两道水平板，底部为开口结构。本发明可以设置在水面以下一定深度，且在水下使用干式采油装置便可以进行采油，解决了在特殊水面活动区进行油田开采的难题，避免了在此类区域内对船舶活动的影响；同时，大大降低生产成本，节省了使用水下设备的费用。

Description

基盘式水面连接筒型水下干式采油装置

技术领域

本发明涉及采油装置，尤其涉及一种用于在特殊水面活动区，且水面处不能有结构物伸出水面的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置。属于海洋石油工程领域。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，石油需求越来越大，石油消费逐年增长。我国已在开采的大规模油田多进入了后期开发阶段，已探明可供开发的整装优质储量油田甚少，因此，边际油田的开采变得越来越重要。

目前，一些储量相对较大的边际油田位于特殊水面活动区，这些海域经常有船舶行驶，为了不影响船舶的正常行驶，在这些区域内是不允许有伸出水面的结构物，由于常规的采油平台结构大都位于水面以上。因此，对于这些油田的开发不能采用常规的采油平台进行开采。

为了开采这些位于特殊水面活动区内，且储量相对较大的边际油田，可以采用在深水海域的采油方式，这种开采形式由于大多使用水下生产系统，其开采所用设备均设在水面以下，可以达到水面不伸出结构物的要求。

现有的水下生产系统包括：采油树、管汇基盘、控制系统、管线、立管等。其中，采油树设置在水下井口的上部，用于原油的开采；管汇基盘包括基盘和管汇两部分，基盘为管汇提供定位，同时，也是管汇的基础。基盘包括：基础和底座两部分，基础一般采用筒形基础，筒形基础安装到泥面以下一定深度，筒形基础顶部设有底座，底座与筒形基础为焊接连接，底座上设有定位导向柱和限位导向柱，用于与管汇对位连接。管汇外部保护架为框架结构，由梁柱组成，管汇内部设有管道阀门及控制设备。管汇位于各个井口的中心处，通过跨接管与各个井口的采油树相连，将各个井口的来液汇集后输送至依托设施进行处理储存。控制系统包括：水下控制模块和水下控制脐带缆终端，水下控制模块设置在管汇内部，水下控制脐带缆终端设置在管汇附近，通过脐带缆与管汇相连。管线设置在管汇外部，与管汇主管道及立管相连。立管设置在管线和依托设施之间，一般采用柔性立管。由于深水海域的采油方式使用的均为水下生产系统，其所采用的设备均为水下生产设备，结构比较复杂，开采费用过高，对于边际油田很难达到收益率的要求。

本专利申请正是在这一背景下提出了一种能够使用干式采油装置便可以在水下进行采油的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，其可以设置在水面以下一定深度，且在水下使用干式采油装置便可以实现水下油田开采，解决了在特殊水面活动区进行油田开采的难题，避免了在此类区域内对船舶活动的影响；同时，大大降低生产成本，节省了使用水下设备的费用。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，其特征在于：设有井口舱、电气舱、设备舱、数根连接箱梁，其中，井口舱、电气舱、设备舱的结构形式相同，均由筒基与舱体组成，连接箱梁将井口舱、电气舱、设备舱连为一体。

所述井口舱、电气舱、设备舱结构均为大直径圆管结构，结构大小依据舱体内部所设设备及位置布置而有所不同。

所述连接箱梁为箱型结构，其顶部和中部设有两道水平板，底部为开口结构。

所述筒基与舱体为相同规格的大直径圆管，筒基与舱体之间设有一道水平隔板。

所述井口舱，其舱体内部布置有隔水套管导向、隔水套管、连接劲板、采油树、连接管线、压力探测器、可燃气体探测器、下人爬梯、维修舱盖、维修人孔及连接法兰，隔水套管安装在隔水套管导向内部，连接劲板将隔水套管导向与舱体的侧壁连接在一起，采油树安装在隔水套管顶部，连接管线将各个井口的采油树连接至设备舱的多路阀中，下人爬梯设置在舱体侧壁上，维修舱盖通过连接法兰与舱体连接，维修人孔与维修舱盖焊接为一体，维修人孔顶部设有可开启人孔盖，人孔盖与维修人孔通过螺栓连接，维修人孔的外侧设有供维修套筒连接的法兰盘。

所述电气舱，其舱体内设有数台变压器柜、数台中压变频控制柜、数台中压进线柜、PLC子站、电缆外接接头、脐带缆外接接头、高温探测器、可燃气体探测器、下人爬梯、维修舱盖、维修人孔及连接法兰，变压器柜内的变压器互为备用，容量相同；中压进线柜的断路器互为备用并有电气连锁，自带通讯模块。

所述设备舱，其舱体内设有连接管线、多路阀、多相流量计、井口外接口、压力传感器、下人爬梯、维修舱盖、维修人孔及连接法兰，其中多路阀、多相流量计与采油树分舱室设置，井口与多路阀、多相流量计之间管线的长度可加长，采油树与多路阀通过连接管线连接，井口外接口将水下干式采油装置所采得的原油、天然气和油藏水输送至附近的依托平台。

所述连接箱梁中部均设置有密封隔离舱，各个密封隔离舱内均设置有可燃气体探测器。

所述依托平台分别通过电缆、脐带缆及输油管线与水下干式采油装置进行连接，电缆外接接头与脐带缆外接接头均设置在电气舱内，脐带缆上集成了控制、信号传输，化学注入及换气管线。

所述维修套筒外接套筒主要由外筒体、密封橡胶、内法兰、导向口和吊耳组成，外筒体为上下开口的圆管，内法兰设置在外筒体内部，密封橡胶设置在外筒体的底部，并与外筒体的内壁连接在一起，导向口设置在外筒体的底部，吊耳设置在外筒体的顶部。

所述密封橡胶为楔形形式，导向口为喇叭口结构。

本发明的有益效果：本发明由于采用上述技术方案，其可以设置在水面以下一定深度，且在水下使用干式采油装置便可以实现水下油田开采，解决了在特殊水面活动区进行油田开采的难题，避免了在此类区域内对船舶活动的影响；同时，大大降低生产成本，节省了使用水下设备的费用。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明：

图1为本发明井口结构示意图。

图2为本发明各舱体与箱梁连接示意图。

图3为本发明井口舱、电气舱连接示意图。

图4为本发明井口舱、设备舱连接示意图。

图5为本发明维修套筒示意图。

图6为本发明维修套管示意图。

图7为本发明管线连接示意图。

图中主要标号说明：

1—筒基；2—舱体；3—水平隔板；4—隔水套管导向；5—隔水套管；6—连接劲板；7—采油树；8—连接管线（井口舱内）；9—压力探测器（井口舱内）；10—可燃气体探测器（井口舱内）；11—下人爬梯；12—维修舱盖；13—维修人孔；14—连接法兰；15—变压器柜；16—中压变频控制柜；17—中压进线柜；18—PLC子站；19—电缆外接接头；20—脐带缆外接接头；21—温度探测器；22—可燃气体探测器（电气舱内）；23— 连接管线（设备舱内）；24—多路阀；25—多相流量计；26—井口外接口；27—压力探测器（设备舱内）；28—密封隔离舱；29—电缆；30—输油管线；31—控制及信号传输管线；32—可燃气体探测器（连接箱梁内）；33—外筒体；34—密封橡胶；35—内法兰；36—导向口；37—吊耳（维修套筒内）；38—外套管；39—外法兰；40—吊耳（维修套管内）；41—井口舱；42—连接箱梁；43—电气舱；44—设备舱；45—依托平台；46—脐带缆。

具体实施方式

如图1所示，本发明设有井口舱41、电气舱43、设备舱44、数根连接箱梁42，其中，井口舱41、电气舱43、设备舱44的结构形式相同，均由筒基1与舱体2组成，连接箱梁42将井口舱41、电气舱43、设备舱44连为一体，使三个舱共同抵抗环境荷载。本实施例：井口舱41、电气舱43、设备舱44结构均为大直径圆管结构，结构大小依据舱体2内部所设设备及位置布置而有所不同。连接箱梁42为箱型结构，其顶部和中部设有两道水平板，底部为开口结构，连接箱梁42内设有动力电缆、油气输送管、控制及信号传输线，完成三个舱室内的电、控系统的连接，连接箱梁42中有密封段，以保证电气舱43为非危险区。

如图2-4所示，井口舱41为水下干式采油装置的井口区，其舱体2内部布置有隔水套管导向4、隔水套管5、连接劲板6、采油树7、连接管线8、压力探测器9、可燃气体探测器10、下人爬梯11、维修舱盖12、维修人孔13及连接法兰14，隔水套管5安装在隔水套管导向4内部，为钻井提供导向和支撑，同时保证钻井液的循环，隔水套管导向4为隔水套管5的安装提供定位和支承，保证隔水套管5顺利安装到位；连接劲板6将隔水套管导向4与舱体2的侧壁连接在一起，加强了隔水套管5的稳定性；采油树7安装在隔水套管5顶部，连接管线将8各个井口的采油树7连接至设备舱44的多路阀24中，将井口采集的原油进行汇总；下人爬梯11设置在舱体2侧壁上，用于维修人员进入和离开舱体2，维修舱盖12通过连接法兰14与舱体2连接，维修人孔13与维修舱盖12焊接为一体，维修人孔13顶部设有可开启人孔盖，人孔盖与维修人孔13通过螺栓连接，维修人孔13的外侧设有供维修套筒连接的法兰盘。

电气舱43为水下干式采油装置的动力区，其舱体2内设有数台变压器柜15、数台中压变频控制柜16、数台中压进线柜17、PLC子站18、电缆外接接头19、脐带缆外接接头20、温度探测器21、可燃气体探测器22、下人爬梯11、维修舱盖12、维修人孔13及连接法兰14。本实施例：电气舱43舱体2内设置有两台变压器柜15，两台变压器互为备用，容量相同，都能满足罐体内所有负荷的用电，当一路供电出现故障时，自动或远程切断故障回路，另一回路供电投入，远程重启，确保电潜泵的有效运行；由于水下维护工作量巨大以及舱体内的散热问题，舱体2内设置了六台中压变频控制柜16，与常规采油平台相比节省了变频器的数量，节约罐体内空间的同时也减少了散热量。中压变频控制柜16具有过流、短路、缺相、过压、欠压、过温、失速和外部报警等保护功能，可实现工频/变频模式切换；舱体2内设置了两台中压进线柜17，中压进线柜17的断路器互为备用，并有电气连锁，具有过载、短路保护功能，并自带通讯模块，可实现远程合分闸，读取电压、电流、功率、频率等基本参数，读取故障信息；并支持远程故障复位功能；PLC子站18将采集开关量信号、模拟量信号及通讯数据，传输至附近依托平台45上的PLC主站，可实现远程遥测，也可将PLC主站发出的远程控制信号传输至舱体内的各个电气设备，以实现远程遥控。

设备舱44为水下采油装置的设备区，其舱体2内设有连接管线23、多路阀24、多相流量计25、井口外接口26、压力传感器27、下人爬梯11、维修舱盖12、维修人孔13及连接法兰14，其中多路阀24、多相流量计25与采油树7分舱室设置，井口与多路阀24、多相流量计25之间管线的长度可加长，从而使得管线可降低由于采油树7热胀冷缩变形产生的应力；采油树7与多路阀24通过连接管线连接，将来自井口的生产流输送至多路阀24；多路阀24将各井口的生产流汇集起来输送至外输管线。多相流量计25与多路阀24配合可实现各生产井的单井计量；井口外接口26将水下干式采油装置所采得的原油、天然气和油藏水输送至附近的依托平台45。

水下干式采油装置位于海底，所有功能均为远程控制，为了保证其安全可靠的运行，在各舱体内根据实际需要设置有可燃气体探测、压力探测、温度探测等设备对整个装置进行监测。由于井口舱41内的井口装置和设备舱44的多相流量计25、多路阀24等预计正常运行时周期或偶尔释放危险气体，属于I级一类危险区，因此在每个连接箱梁42的中间设置有密封隔离舱28，阻断各舱室间的空气流通，电缆、管道的穿孔密封采取密封处理，保证隔离舱室的密封性，在每个密封隔离舱内布置可燃气体探测器，信号传输至电气舱43的PLC控制系统。电气舱43内电气设备的运行对环境温度有一定要求，因此在该舱体内布置温度探测器21，根据温度的变化进行定时空气置换来实现电气舱43的散热，同时布置可燃气体探测器22，与密封隔离舱的可燃气体探测器32并用来实现可燃气体探测的双重保障，为防止井口舱41、设备舱44内气体泄漏引起的压力增高，在这两个舱内布置压力探测器，对设备舱44内的压力进行监测，上述所有监测信号传至电气舱43PLC子站18，再上传至附近依托平台45上的监测管理系统。

如图5-6所示，维修套筒主要由外筒体33、密封橡胶34、内法兰35、导向口36和吊耳37组成，在井口舱41、电气舱43及设备舱44上均可使用。外筒体33为上下开口的大口径圆管，在维修时用于隔离海水；内法兰35设置在外筒体33内部，用于与水下干式采油装置套接后与其连接法兰14进行连接。密封橡胶34与外筒体33的内壁粘接在一起，设置在外筒体33的底部，密封橡胶为楔形形式，压缩后可实现很好的密封效果；导向口36为喇叭口结构，设置在外筒体33的底部，便于维修套筒在水下与水下干式采油装置对接。吊耳37设置在外筒体33的顶部，用于维修套筒的吊装作业。

维修套管主要由外套管38、外法兰39及吊耳40组成，在井口舱41、电气舱43及设备舱44上均可使用。外套管38为开口钢管，在维修时用于隔离海水。外法兰39设置在外套管38的底部，用于与水下干式采油装置的维修人孔13对接连接。吊耳40设置在外套管38的顶部，用于维修套管的吊装作业。

当水下干式采油装置需要进行小型维修时，可采用维修套管进行维修。维修时首先将维修套管吊装下水，下水后将维修套管的外法兰39与需进行维修舱体维修人孔上13的法兰进行螺栓连接，连接完成后排出维修套筒内部的海水，维修人员沿维修套筒进入至维修人孔13处，拆除人孔盖即可进入舱体2内在干式环境下进行井口及设备的维修，维修完成后按照与安装相反的顺序拆除维修套管。

当该水下干式采油装置需要进行大型维修时，可采用维修套筒进行维修。维修套筒的安装与安装水下干式采油装置时的安装方法一样，维修套筒安装完成后，排出筒内的海水，拆除舱体顶部维修舱盖12与舱体2的连接螺栓，井口顶部便没有任何阻挡物，可使用修井机进行井口的维修作业，维修完成后安装舱体2上的维修舱盖12，拆除维修套筒，水下井口便可继续作业。

如图7所示，水下干式采油装置与依托平台45共设置三条连接管线，分别为电缆29、输油管线30及脐带缆46。电缆外接接头19设置在电气舱43内，整个采油装置的动力均由外接电缆29提供。输油管线外接口设置在设备舱44，各井口的原油经过计量汇总后直接从此舱输送至依托平台45。脐带缆46也设置在电气舱43，脐带缆46上集成了控制及信号传输管线31、化学注入及换气管线，通过脐带缆46，依托平台45可直接对水下采油装置进行实时检测和控制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，其特征在于：设有井口舱、电气舱、设备舱、数根连接箱梁，其中，井口舱、电气舱、设备舱的结构形式相同，均由筒基与舱体组成，连接箱梁将井口舱、电气舱、设备舱连为一体；

所述井口舱，其舱体内部布置有隔水套管导向、隔水套管、连接劲板、采油树、连接管线、压力探测器、可燃气体探测器、下人爬梯、维修舱盖、维修人孔及连接法兰，隔水套管安装在隔水套管导向内部，连接劲板将隔水套管导向与舱体的侧壁连接在一起，采油树安装在隔水套管顶部，连接管线将各个井口的采油树连接至设备舱的多路阀中，下人爬梯设置在舱体侧壁上，维修舱盖通过连接法兰与舱体连接，维修人孔与维修舱盖焊接为一体，维修人孔顶部设有可开启人孔盖，人孔盖与维修人孔通过螺栓连接，维修人孔的外侧设有供维修套筒连接的法兰盘；

所述电气舱，其舱体内设有数台变压器柜、数台中压变频控制柜、数台中压进线柜、PLC子站、电缆外接接头、脐带缆外接接头、温度探测器、可燃气体探测器、下人爬梯、维修舱盖、维修人孔及连接法兰，变压器柜内的变压器互为备用，容量相同；中压进线柜的断路器互为备用并有电气连锁，自带通讯模块；

所述设备舱，其舱体内设有连接管线、多路阀、多相流量计、井口外接口、压力传感器、下人爬梯、维修舱盖、维修人孔及连接法兰，其中多路阀、多相流量计与采油树分舱室设置，井口与多路阀、多相流量计之间管线的长度可加长，采油树与多路阀通过连接管线连接，井口外接口将水下干式采油装置所采得的原油、天然气和油藏水输送至附近的依托平台。

2.根据权利要求1 所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，其特征在于：所述井口舱、电气舱、设备舱结构均为大直径圆管结构，结构大小依据舱体内部所设设备及位置布置而有所不同。

3.根据权利要求1 所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，其特征在于：所述连接箱梁为箱型结构，其顶部和中部设有两道水平板，底部为开口结构。

4.根据权利要求1 所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，其特征在于：所述筒基与舱体为相同规格的大直径圆管，筒基与舱体之间设有一道水平隔板。

5.根据权利要求3 所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，特征在于：所述连接箱梁中部均设置有密封隔离舱，各个密封隔离舱内均设置有可燃气体探测器。

6.根据权利要求1 所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，特征在于：所述依托平台分别通过电缆、脐带缆及输油管线与水下干式采油装置进行连接，电缆外接接头与脐带缆外接接头均设置在电气舱内，脐带缆上集成了控制及信号传输管线、化学注入及换气管线。

7.根据权利要求1所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，特征在于：所述维修套筒主要由外筒体、密封橡胶、内法兰、导向口和吊耳组成，外筒体为上下开口的圆管，内法兰设置在外筒体内部，密封橡胶设置在外筒体的底部，并与外筒体的内壁连接在一起，导向口设置在外筒体的底部，吊耳设置在外筒体的顶部。

8.根据权利要求7 所述的基盘式水面连接筒型水下干式采油装置，特征在于：所述密封橡胶为楔形形式，导向口为喇叭口结构。