CN105003232B - 一种超深海海洋油气干式生产系统及其安装撤离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超深海海洋油气干式生产系统及其安装撤离方法，所述的系统包括移动式采油平台、干式生产装备、水中平台、刚性立管系统、张力系泊系统和水中井口系统。所述的刚性立管系统，包括下部刚性立管系统和上部刚性立管系统。本发明将超深海生产平台设计为一个移动式采油平台和一个水中平台。由于水中平台承担下部刚性立管系统重量，因此，减少了繁重的生产立管对移动式采油平台的要求。本发明中的移动式采油平台实现了浅海移动式采油平台在超深海中的扩展应用。与目前超深海采油平台相比，结构形式简单，降低建造成本。本发明中的移动式采油平台安装在水中平台上，因此，避免了使用目前超深海采油平台需要的复杂系泊定位系统。

Description

一种超深海海洋油气干式生产系统及其安装撤离方法

技术领域

本发明涉及一种海洋油气开发技术，特别涉及一种用于在超深海环境下工作的海洋油气干式生产系统及其安装撤离方法。

背景技术

南海的油气资源极为丰富，我国对南海超深海区(水深大于1500米)的油气开发尚处于起步阶段。

目前，中国专利(专利号：ZL201110441883.6)公开了一种新型超深水油气田工程开发系统，该系统主要由单一的立管支撑浮筒和水中采油设备构成，可通过采用浅水(300米水深以内)水下采油设备安装在张力系泊的潜没浮筒上，实现超深水油气田开发。该系统存在如下问题：

第一，由于该系统仍然采用的水下生产系统，因此安装、使用、维护的成本很高；

第二，由于该系统潜没浮筒上部甲板空间有限，因此这些水下生产系统无法在浮筒上合理的布局。

中国专利(专利号：ZL 2013204961047)公开了“一种基于干式采油树的超深水油气开发系统”，该系统主要有干式采油树和水下井口舱组成，干式采油树及相关设备位于水下井口舱中，水下井口舱安装在水中井口上。该系统存在如下问题：

第一，由于该系统位于水下100～400米处的水中平台上，因此水下井口舱需要承受巨大的静水压力；

第二，水下井口舱体积较大，并且每个水下完井装置都需要一个水下井口舱，因此不利于在水中平台上布置；

第三，该系统使用的仪器繁多、结构复杂、成本高。

现有的干式油气开发装备具有修井方便、操作成本低、停机时间短和流动安全性好的优势。但由于南海超深海区环境条件极为恶劣，应用目前传统干式油气开发装备还存在以下几个问题：

第一，目前生产实际中，可用的干式油气开发装备仅局限于张力腿平台和单柱式平台；

第二，超深海灾害性海洋环境要素对干式油气开发装备的设计要求高；

第三，受超深海水深的限制，张力腿平台系泊系统成本高昂，已成为其向超深水迈进的主要限制因素。单柱式平台建造难度大，涡激振动明显，抗疲劳性能差。

第四，在超深海环境条件下，张力腿平台、单柱式平台的安装和撤离程序复杂。

基于以上问题，上述专利及传统的海洋油气生产系统均无法满足超深海环境下使用干式油气开发装备的可行性和经济适用性的要求。

发明内容

为解决现有干式油气开发装备在超深海环境下存在的上述问题，本发明要设计一种可以实现以下目的的超深海海洋油气干式生产系统及其安装撤离方法：

可以实现浅海移动式采油平台在超深海中的扩展应用；

可以降低使用干式生产装备超深海移动式采油平台的设计要求；

可以简化结构，降低设计、建造、安装和维护成本；

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种超深海海洋油气干式生产系统，包括移动式采油平台、干式生产装备、水中平台、刚性立管系统、张力系泊系统和水中井口系统。

所述的刚性立管系统，包括下部刚性立管系统和上部刚性立管系统。下部刚性立管系统将油气生产通道由海底井口系统回接至水中井口系统，上部刚性立管系统将油气生产通道由水中井口系统回接至移动式采油平台的干式井口系统。

所述的移动式采油平台，用于支撑干式生产装备和上部刚性立管系统，通过下放四个圆柱形桩腿固定于水中平台上。

所述的干式生产装备，位于海平面以上，由移动式采油平台支撑。

所述的水中平台，位于海平面以下50～200米处，用于支撑水中井口系统和下部刚性立管系统，同时为移动式生产平台提供支撑基础，通过张力系泊系统固定在海床上。

所述的张力系泊系统，包括挠性接头、张力系泊缆和吸力锚。张力系泊缆上部通过挠性接头连接水中平台，下部连接吸力锚，通过吸力锚将水中平台系泊在海床。

一种超深海海洋油气干式生产系统的安装方法，包括以下步骤：

A、在移动式采油平台到达目标海域之前，首先，预安装水中平台，将水中平台通过张力系泊系统系泊在海床上；然后，采用下部刚性立管系统将海底井口系统回接至水中平台的水中井口系统；最后，调整张力系泊系统，完成水中平台的工作定位。

B、将移动式采油平台拖航至目标海域，下放四个圆柱形桩腿至离水中平台上甲板3-5米的地方，暂停下放。然后在拖轮的辅助下确定井位和桩脚箱槽位置，完成就位。

C、采用移动式采油平台桩腿自带的喷射系统冲洗清理水中平台的桩脚箱槽，在对应的风、浪很小的工作窗下，迅速将全部桩腿同步下放到水中平台的桩脚箱槽内，并完成固桩操作。

D、完成固桩后，启动移动式采油平台升降系统，将移动式采油平台主船体上升至海平面以上一定高度，避免波浪和流的作用。同时不断调整水中平台的压载水，以保证水中平台具备足够的浮力。

E、安装上部刚性立管系统，回接水中井口系统至移动式采油平台干式井口系统，打通油气生产通道，进行生产作业。

一种超深海海洋油气干式生产系统的撤离方法，包括以下步骤：

A、当移动式采油平台需要撤离时，关闭水中井口系统，回收上部刚性立管系统；

B、下放移动式采油平台主船体至预定吃水线处；

C、排开移动式采油平台主船体压载水，启动升降系统把桩腿升至预定高度；同时调整水中平台压载水，使之不至于为下部刚性立管系统和张力系泊系统提供过大张力；

D、采用拖轮将其拖离。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明将超深海生产平台设计为一个移动式采油平台和一个水中平台。由于水中平台承担下部刚性立管系统重量，因此，减少了繁重的生产立管对移动式采油平台的要求。

2、本发明中的水中平台位于平均海平面以下50～200米处，明显的降低了海面灾害性环境要素对水中平台的作用。

3、本发明中的移动式采油平台在正常工作状态下，其主船体由四个桩腿支撑上升到海平面以上一定高度，因此，主船体不再受波浪和流载荷的作用，明显降低了整个系统所受的波浪力和流载荷作用力。

4、本发明中的移动式采油平台实现了浅海移动式采油平台在超深海中的扩展应用。与目前超深海采油平台相比，结构形式简单，降低建造成本。

5、本发明中的移动式采油平台在安装时，只需要选择合适的工作窗，在海面辅助船只的辅助下进行插桩，避免了使用大型安装船只，降低了安装风险和成本。同时在撤离时，只需要下降主船体至预定吃水处，进行拔桩操作，因此撤离程序简单，缩短撤离时间。

6、本发明中的移动式采油平台安装在水中平台上，因此，避免了使用目前超深海采油平台需要的复杂系泊定位系统。

7、与中国专利(专利号：ZL 2011104418836)、中国专利(专利号：ZL2013204961047)以及目前生产实际中，可用的干式油气开发装备(张力腿平台和单柱式平台)相比，本发明采用的干式井口系统和干式生产装备，便于在移动式采油平台上的布局，具有作业维护方便、效率高、便于控制的优点。因此，具有明显的技术经济性。

附图说明

本发明共有附图11张，其中

图1是本发明已经安装就位的水中平台。

图2是本发明水中平台的俯视图。

图3是本发明移动式采油平台。

图4是本发明移动式采油平台俯视图。

图5是本发明移动式采油平台移航至目标海域示意图。

图6是本发明移动式采油平台到达目标海域，下放桩腿示意图。

图7是本发明移动式采油平台安装就位示意图。

图8是本发明安装上部刚性立管系统后的示意图。

图9是本发明撤离时回收下部刚性立管系统后的示意图。

图10是本发明撤离时提升桩腿示意图。

图11是本发明移动式采油平台撤离示意图。

图中：1、水中平台，2、桩脚箱槽，3、水中井口系统，4、下部刚性立管系统，5、海底井口系统，6、张力系泊系统，7、海床，8、海平面，9、圆柱形桩腿，10、桩脚箱，11、主船体，12、上部刚性立管系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

如图1-11所示，一种超深海海洋油气干式生产系统，包括移动式采油平台、干式生产装备、水中平台1、刚性立管系统、张力系泊系统6和水中井口系统3。

所述的刚性立管系统，包括下部刚性立管系统4和上部刚性立管系统12。下部刚性立管系统4将油气生产通道由海底井口系统5回接至水中井口系统3，上部刚性立管系统12将油气生产通道由水中井口系统3回接至移动式采油平台的干式井口系统。

所述的移动式采油平台，用于支撑干式生产装备和上部刚性立管系统12，通过下放四个圆柱形桩腿9固定于水中平台1上。

所述的干式生产装备，位于海平面8以上，由移动式采油平台支撑。

所述的水中平台1，位于海平面8以下50～200米处，用于支撑水中井口系统3和下部刚性立管系统4，同时为移动式生产平台提供支撑基础，通过张力系泊系统6固定在海床7上。

所述的张力系泊系统6，包括挠性接头、张力系泊缆和吸力锚。张力系泊缆上部通过挠性接头连接水中平台1，下部连接吸力锚，通过吸力锚将水中平台1系泊在海床7。

本发明的安装撤离方法如下：

如图1所示，水中平台1通过张力系泊系统6完成安装定位，采用下部刚性立管系统4将海底井口系统5回接至水中井口系统3。

如图2所示，为水中平台1俯视图。

如图3所示，为处于移航状态的移动式采油平台。

如图4所示，为移动式采油平台俯视图。

当移动式采油平台移航到目标海域进行生产作业时，需要进行以下操作：

如图5所示，水中平台1安装就位后，移动式采油平台移航至目标海域。

如图6所示，移动式采油平台到达目标海域后，下放四个圆柱形桩腿9，当桩脚箱10距离水中平台1只有3-5米的地方暂停下放。使用自带的喷射系统对桩脚箱槽2进行清理。

如图7所示，移动式采油平台在工作船的辅助下定井位，完成就位。在合适的工作窗下，迅速将圆柱形桩腿9下放，使桩脚箱10顺利下入桩脚箱槽2中，完成桩腿固定。升起海面移动式采油平台主船体11至海面以上预定高度。同时，不断排出水中平台1的压载水、调节张力系泊系统6，以保证水中平台1能有效的支撑移动式采油平台，同时，也能够为下部刚性立管系统4和张力系泊系统6提供足够的顶张紧力。

如图8所示，安装上部刚性立管系统12，将水中井口系统3回接至移动式采油平台的干式井口系统，打开油气生产通道，进行生产作业。

当撤离移动式采油平台时，需要进行以下操作：

如图9所示，关闭生产井，回收上部刚性立管系统12，封闭水中井口系统3。

如图10所示，将移动式采油平台主船体11下降到预定吃水线处，同时，不断地向水中平台1中注入压载水，调节张力系泊系统6，保证水中平台1能够为下部刚性立管系统4和张力系泊系统6提供合适的张紧力。起升全部圆柱形桩腿9使桩脚箱10拔出桩脚箱槽2。

如图11所示，将圆柱形桩腿9提升至预定高度，移动式采油平台移航至下一个目标海域。

Claims (3)

1.一种超深海海洋油气干式生产系统，包括移动式采油平台、干式生产装备、水中平台(1)、刚性立管系统、张力系泊系统(6)和水中井口系统(3)；

所述的水中平台(1)，位于海平面(8)以下50～200米处，用于支撑水中井口系统(3)和下部刚性立管系统(4)，同时为移动式生产平台提供支撑基础，通过张力系泊系统(6)固定在海床(7)上；

所述的张力系泊系统(6)，包括挠性接头、张力系泊缆和吸力锚；张力系泊缆上部通过挠性接头连接水中平台(1)，下部连接吸力锚，通过吸力锚将水中平台(1)系泊在海床(7)；

其特征在于：所述的刚性立管系统，包括下部刚性立管系统(4)和上部刚性立管系统(12)；下部刚性立管系统(4)将油气生产通道由海底井口系统(5)回接至水中井口系统(3)，上部刚性立管系统(12)将油气生产通道由水中井口系统(3)回接至移动式采油平台的干式井口系统；

所述的移动式采油平台，用于支撑干式生产装备和上部刚性立管系统(12)，通过下放四个圆柱形桩腿(9)固定于水中平台(1)上；

所述的干式生产装备，位于海平面(8)以上，由移动式采油平台支撑。

2.一种如权利要求1所述的超深海海洋油气干式生产系统的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、在移动式采油平台到达目标海域之前，首先，预安装水中平台(1)，将水中平台(1)通过张力系泊系统(6)系泊在海床(7)上；然后，采用下部刚性立管系统(4)将海底井口系统(5)回接至水中平台(1)的水中井口系统(3)；最后，调整张力系泊系统(6)，完成水中平台(1)的工作定位；

B、将移动式采油平台拖航至目标海域，下放四个圆柱形桩腿(9)至离水中平台(1)上甲板3-5米的地方，暂停下放；然后在拖轮的辅助下确定井位和桩脚箱槽(2)位置，完成就位；

C、采用移动式采油平台桩腿自带的喷射系统冲洗清理水中平台(1)的桩脚箱槽(2)，在对应的风、浪很小的工作窗下，迅速将全部桩腿同步下放到水中平台(1)的桩脚箱槽(2)内，并完成固桩操作；

D、完成固桩后，启动移动式采油平台升降系统，将移动式采油平台主船体(11)上升至海平面(8)以上一定高度，避免波浪和流的作用；同时不断调整水中平台(1)的压载水，以保证水中平台(1)具备足够的浮力；

E、安装上部刚性立管系统(12)，回接水中井口系统(3)至移动式采油平台干式井口系统，打通油气生产通道，进行生产作业。

3.一种如权利要求1所述的超深海海洋油气干式生产系统的撤离方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、当移动式采油平台需要撤离时，关闭水中井口系统(3)，回收上部刚性立管系统(12)；

B、下放移动式采油平台主船体(11)至预定吃水线处；

C、排开移动式采油平台主船体(11)压载水，启动升降系统把桩腿升至预定高度；同时调整水中平台(1)压载水，使之不至于为下部刚性立管系统(4)和张力系泊系统(6)提供过大张力；

D、采用拖轮将其拖离。