CN106585910A - 一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法，所述的浮筒包括外层浮筒和内层浮筒，所述的外层浮筒内嵌套多个内层浮筒。本发明的外层浮筒负责提供系泊缆绳张紧力，内层浮筒则提供刚性立管顶张紧力，因此本发明可以方便地同时提供刚性立管和系泊缆绳所需顶张紧力，在超深水海洋油气工程开发系统中使用这种立管自张紧式水下生产支撑浮筒才能满足工程实际应用的要求。本发明将刚性立管与外层浮筒的垂向运动以及受力解耦，可以减小刚性立管的受力和运动幅度，有利于改善刚性立管的强度和疲劳性能。当浮筒发生偏移时，各个刚性立管之间不会发生顶张紧力的二次分配，有利于改善刚性立管的强度和疲劳性能使其满足使用需求。

Description

一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法

技术领域

本发明涉及一种超深水海洋油气工程开发系统，特别涉及一种水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法。

背景技术

随着陆地、近海与中深海域油气资源的逐渐枯竭，海洋石油的开采逐渐向深海与超深海迈进。而现有的浮式生产平台，水下生产系统均难以在深水与超深水环境中进行应用。

中国专利(CN 102434129 A)公开了一种超深水海洋油气工程开发系统，用于3000m以上水深的超深海环境油气开发。该系统包括水面浮式生产装置、立管支撑浮筒、水中采油设备、上部柔性跨接管、下部刚性立管以及海底井口装置；所述的采油设备安装在立管支撑浮筒上。海底的油气资源通过海底井口装置、下部刚性立管、水中立管支撑浮筒、采油设备和上部柔性跨接管到达水面浮式生产装置，从而进行海上油气田的开发与工程运营。该系统实现了浅海完井工艺和采油设备在超深水的拓展应用，降低了采油设备的性能要求以及安装和修井的工艺要求，可以安全、经济和有效地应对3000m以上水深的超深水环境中的各项挑战。

该系统的立管支撑浮筒采用中央柱结构，中央柱边缘连接三根矩形截面悬臂浮筒，它们在平面上的夹角为120°，形成辐射状，矩形截面悬臂浮筒末端采用中性浮力的桁架结构，浮筒由三根系泊缆绳固定在海床上。浮筒主要提供刚性立管顶张紧力、系泊缆绳张力，支撑水中采油设备自重以及部分柔性跨接管重量。

此种超深水海洋油气开发系统中的立管支撑浮筒在实际工程应用中存在如下几个问题：

1、系泊缆绳与刚性立管所需的顶张紧力相差很大，例如：当该系统应用在3000m水深中时，若取系泊缆绳安全因子为2.22，单根缆绳所需的张紧力为9689kN；取刚性立管顶张紧力系数为1.7，单根立管所需的张紧力为5757kN。而系泊缆绳与刚性立管均采用立管支撑浮筒被动张紧，难以方便地调整二者的顶张紧力。因此，上述的立管支撑浮筒难以同时提供系泊缆绳和刚性立管所需的顶张紧力。

2、立管支撑浮筒的埋深必须足够大(200m水深以下)，若埋深不足的话,立管支撑浮筒易受浅水波浪的影响而发生横向偏移，这将引起系泊缆绳和刚性立管顶张紧力的二次分配，造成刚性立管的主体应力变化，不利于刚性立管的强度和抗疲劳性能。

3、立管支撑浮筒用三根系泊缆绳系泊在海床上，当其中任意一根缆绳因故断裂失效时，立管支撑浮筒由三点支撑变为两点支撑，导致其稳定性丧失，系泊缆绳和刚性立管的顶张紧力重新分配，刚性立管顶张紧力急剧增大，而过大的顶张紧力会拉断刚性立管导致系统崩溃。

由于上述问题，上述系统中的立管支撑浮筒难以在工程实际中应用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以为超深水海洋油气工程开发系统分别提供刚性立管和系泊缆绳所需顶张紧力的立管自张紧式水下生产支撑浮筒及其安装与回收方法，该浮筒能将刚性立管和系泊缆绳的垂向受力解耦，并在一根系泊缆绳失效的情况下保持超深水海洋油气工程开发系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，包括外层浮筒和内层浮筒，所述的外层浮筒内嵌套多个内层浮筒；

所述的外层浮筒主体为圆柱体结构，外层浮筒外壁下部边缘连接四个悬臂浮筒，四个悬臂浮筒沿周向均布，呈辐射状，悬臂浮筒末端采用桁架结构，桁架结构的外端连接系泊缆绳，外层浮筒由四根系泊缆绳系泊在海床的桩基上；外层浮筒内竖直设置多个圆柱形通道，用于安装多个内层浮筒；圆柱形通道内壁沿圆周均布四条竖直滑道，滑道贯穿整个圆柱形通道内壁；在相邻两滑道之间的内壁中央，离外层浮筒底端1/3高度处设置限位体A；

所述的内层浮筒主体为圆柱体结构，其外径小于圆柱形通道的直径，内层浮筒外壁沿圆周均布四个竖直凸出体，凸出体宽度B1小于圆柱形通道内的滑道的宽度B，凸出体与内层浮筒等高；所述的凸出体位于圆柱形通道内的滑道中；在相邻两凸出体之间的外壁中央，离内层浮筒底端1/2高度处设置有限位体B，限位体B与位于圆柱形通道内的限位体A相配合，限制内层浮筒与外层浮筒的相对竖直运动；

所述的内层浮筒上部设置有一个井口头，井口头的下端有立管通道，刚性立管的上端通过立管通道连接到内层浮筒上部的井口头；井口头上安装有采油设备，内层浮筒用于提供相应的单根刚性立管顶张紧力和支撑采油设备。

进一步地，所述的凸出体正面设置有两个滚筒装置，分别位于凸出体正面长边的两个三等分高度处，所述的滚筒装置由滚筒、转轴和支座组成，转轴轴线垂直于凸出体侧面，支座长度与凸出体正面的宽度B1相等，滚筒通过转轴安装在支座上；滚筒与滑道底面滚动接触。

进一步地，所述的悬臂浮筒为矩形截面悬臂浮筒。

进一步地，所述的滑道的横截面为矩形截面；所述的凸出体的横截面为矩形截面。

进一步地，所述的限位体A为矩形体，每个圆柱形通道内均有4个，沿圆柱形通道内壁周向均布，并处在圆柱形通道内壁同一高度处；所述的限位体B为矩形体，每个内层浮筒上均有4个，沿内层浮筒外壁周向均布，并处在内层浮筒外壁同一高度处；当内层浮筒与外层浮筒的中心等高时，限位体B与限位体A之间留有1至2米的间距。

正常工作时，内层浮筒置于圆柱形通道之中，内层浮筒凸出体嵌入圆柱形通道的滑道之中，内层浮筒与外层浮筒通过八个滚筒装置接触，限位体B与限位体A之间留有1至2米的间距；通过滚筒装置，内层浮筒与外层浮筒可以在竖直方向上相对运动，但不能在水平方向上相对运动；这样，各个内层浮筒分别提供相应的单根刚性立管顶张紧力并支撑水下采油设备重量，外层浮筒提供系泊缆绳张力并作为内层浮筒的水平约束，实现了刚性立管与系泊浮筒的垂向运动以及受力的解耦。

鉴于目前的浮筒安装方法都是针对单个立管支撑浮筒的安装，本发明还要提出一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒在超深水中的整体式安装与回收方法。该方法与现有单个立管支撑浮筒的安装方法配合，可以实现本发明中立管自张紧式水下生产支撑浮筒在超深水中的安装与回收。

一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒的整体式安装方法，包括以下步骤：

A、预备工作：

A1、将外层浮筒吊装置于半潜船主甲板上，再将内层浮筒吊至圆柱形通道的正上方，调整内层浮筒的位置和角度，直至内层浮筒的四个凸出体分别对准圆柱形通道上的四条滑道，将内层浮筒下放至圆柱形通道之中；

A2、重复A1步骤操作，依次完成所有内层浮筒的就位；内层浮筒与外层浮筒在岸上组合完成，构成组合浮筒；

B、组合浮筒的就位与下沉：

B1、利用半潜船将组合浮筒拖曳至安装地点，各工作船就位；在外层浮筒上连接常规安装作业方法用的缆绳和锚链等，半潜船加压载水下沉并开离，组合浮筒浮在海面上；

B2、同时向各个内层浮筒压载舱内注水，内层浮筒在重力作用下缓慢下沉，直至内层浮筒上的四个限位体B分别与外层浮筒上的四个限位体A接触；继续向各个内层浮筒压载舱注水至设计量，该设计量的压载水使得内层浮筒完全没入水中时其重力G₁仍大于浮力F₁，在此过程中外层浮筒在各个内层浮筒的拖曳下随内层浮筒一起缓慢下沉至停止，组合浮筒浮在海面上；

B3、向外层浮筒压载舱内注水至设计量，该设计量的压载水使得外层浮筒完全没入水中时其浮力F₂大于重力G₂，在此过程中外层浮筒在各个内层浮筒的拖曳下随内层浮筒一起缓慢下沉直至外层浮筒完全没入水中；

B4、当组合浮筒完全没入水中时，在竖直方向上的受力状态为：外层浮筒的浮力F₂大于其重力G₂，内层浮筒的重力G₁大于其浮力F₁，且所有内层浮筒的净浮力之和N(G₁-F₁)大于外层浮筒的净浮力F₂-G₂，其中N为内层浮筒个数，即N(G₁-F₁)>(F₂-G₂)；在这种受力情况下，内层浮筒能够拖曳外层浮筒稳定下沉，在这种受力情况下，内层浮筒能够拖曳外层浮筒稳定下沉，且在下沉过程中限位体B与限位体A紧密接触，外层浮筒与内层浮筒不会有相对运动；

C、组合浮筒的水下安装：

C1、待组合浮筒下沉至目标深度后，外层浮筒连接对应的四根系泊缆绳；向外层浮筒注入氮气，外层浮筒上浮，张紧系泊缆绳；该过程中内层浮筒由于限位体的作用始终与外层浮筒无相对运动；

C2、先以其中一个内层浮筒为水中支撑基础安装刚性立管；立管安装完成后向内层浮筒中注入氮气，内层浮筒上浮，完成与刚性立管的连接，并张紧刚性立管；内层浮筒浮至设计位置，即内层浮筒与外层浮筒的中心等高，限位体B与限位体A之间留有1至2米的间距；

C3、重复C2步骤，依次完成所有刚性立管的安装；

至此，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒安装完毕。

一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒的整体式回收方法，包括以下步骤：

D1、先向其中一个内层浮筒压载舱注水，内层浮筒下沉至限位体B与限位体A接触，内层浮筒稳固地支撑在四个限位体A之上；断开内层浮筒与刚性立管的连接，回收刚性立管；刚性立管回收完毕后，向内层浮筒注入氮气排出压载水，内层浮筒稳定上浮，与外层浮筒分离之后继续上浮直至浮出海平面，内层浮筒及水下采油设备的回收完毕；

D2、重复D1操作，依次完成所有刚性立管，内层浮筒与水下采油设备的回收；

D3、向外层浮筒压载舱注水，直至系泊缆绳松弛，断开外层浮筒与系泊缆绳的连接；向外层浮筒注入氮气，外层浮筒稳定上浮直至浮出海平面；外层浮筒的回收完毕；

至此，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒回收完毕。

本发明具有以下显著的技术进步性：

1、本发明提出一种自张紧水下生产支撑浮筒，主要包括外层浮筒和内层浮筒。外层浮筒负责提供系泊缆绳张紧力，内层浮筒则提供刚性立管顶张紧力，因此自张紧水下生产支撑浮筒可以方便地同时提供刚性立管和系泊缆绳所需顶张紧力，在海洋油气工程开发系统中使用这种浮筒才能满足工程实际应用的要求。

2、本发明中的自张紧水下生产支撑浮筒将刚性立管与外层浮筒的垂向运动以及受力解耦，可以减小刚性立管的受力和运动幅度，有利于改善刚性立管的强度和疲劳性能。

3、本发明中一个内层浮筒提供相应的单根刚性立管顶张紧力，实现了各个刚性立管之间的运动以及受力的解耦。当浮筒发生偏移时，各个刚性立管之间不会发生顶张紧力的二次分配(上游刚性立管的顶张紧力增大同时下游刚性立管的顶张紧力减小)，有利于改善刚性立管的强度和疲劳性能；并能方便地控制单根刚性立管的顶张紧力，使其满足使用需求。

4、本发明中的立管自张紧式水下生产支撑浮筒在发生偏移时，不会引起系泊缆绳和刚性立管顶张紧力的二次分配，因此海洋油气工程开发系统能够抵御一定程度的浅水波浪，故可以将浮筒布置在稍浅(50至100米)的水深工作，这会进一步降低对采油设备的性能要求以及安装和修井的工艺要求。

5、本发明中的外层浮筒采用四根系泊缆绳系泊在海床上，当其中任意一根缆绳因故断裂失效时，剩下的三根缆绳仍能保持浮筒的稳定性，保证了海洋油气工程开发系统的安全。

6、本发明的自张紧水下生产支撑浮筒的整体式安装方法，将外层浮筒和内层浮筒在岸上安装组合，避免了浮筒在水下组合的复杂操作；且只需一个下沉过程即可将外层浮筒以及各个内层浮筒均安装完成，节省了操作工时和安装成本。

7、本发明中的自张紧水下生产支撑浮筒整体式安装方法通过调节浮筒的压载，使得外层浮筒重力大于浮力，各个内层浮筒浮力大于重力。在限位板和导向环板的作用下，外层浮筒拖曳内层浮筒下沉，在下沉和安装过程中自张紧水下生产支撑浮筒在水下不会发生碰撞，保障了安装作业的安全。

8、本发明在服役期间，可以对其中一个内层浮筒(或其上部安装的采油设备)进行回收和维修，而不影响其它采油设备正常工作；可以对各内层浮筒(刚性立管)进行依次回收，保障了回收过程的安全。

附图说明

图1是外层浮筒的示意图；

图2是外层浮筒的剖视图；

图3是内层浮筒的示意图；

图4是滚筒装置的剖视图；

图5是内层浮筒与外层浮筒组合后的俯视图；

图6是内层浮筒置于圆柱形通道之中的细节图：

图7是内层浮筒与外层浮筒组合后的示意图，其中外层浮筒只画出剖视图；

图8是内层浮筒上的限位体B与外层浮筒上的限位体A接触时的示意图；

图9是组合浮筒漂浮在海面上的示意图；

图10是组合浮筒稳定下沉的示意图；

图11是外层浮筒系泊后，内层浮筒支撑在限位体上的示意图；

图12是刚性立管安装完成后的示意图。

图中：1、外层浮筒，2、悬臂浮筒，3、圆柱形通道，4、滑道，5、限位体A，6、内层浮筒，7、凸出体，8、限位体B，9、立管通道，10、滚筒，11、转轴，12、支座，13、滑道底面，14、凸出体正面，15、桁架结构，16、系泊缆绳，17、桩基，18、刚性立管，19、井口头，20、圆柱形通道内壁，21、内层浮筒外壁，22、海平面，23、海床。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的自张紧水下生产支撑浮筒进行进一步地描述。本发明图示以具有五根刚性立管的超深水海洋油气工程开发系统中的自张紧水下生产支撑浮筒为例。

如图1-7所示，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，包括外层浮筒1和内层浮筒6，所述的外层浮筒1内嵌套多个内层浮筒6；

所述的外层浮筒1主体为圆柱体结构，外层浮筒1外壁下部边缘连接四个悬臂浮筒2，四个悬臂浮筒2沿周向均布，呈辐射状，悬臂浮筒2末端采用桁架结构15，桁架结构15的外端连接系泊缆绳16，外层浮筒1由四根系泊缆绳16系泊在海床23的桩基17上；外层浮筒1内竖直设置多个圆柱形通道3，用于安装多个内层浮筒6；圆柱形通道内壁20沿圆周均布四条竖直滑道4，滑道4贯穿整个圆柱形通道内壁20；在相邻两滑道4之间的内壁中央，离外层浮筒1底端1/3高度处设置限位体A5；

所述的内层浮筒6主体为圆柱体结构，其外径小于圆柱形通道3的直径，内层浮筒外壁21沿圆周均布四个竖直凸出体7，凸出体7宽度B1小于圆柱形通道3内的滑道4的宽度B，凸出体7与内层浮筒6等高；所述的凸出体7位于圆柱形通道3内的滑道4中；在相邻两凸出体7之间的外壁中央，离内层浮筒6底端1/2高度处设置有限位体B8，限位体B8与位于圆柱形通道3内的限位体A5相配合，限制内层浮筒6与外层浮筒1的相对竖直运动；

所述的内层浮筒6上部设置有一个井口头19，井口头19的下端有立管通道9，刚性立管18的上端通过立管通道9连接到内层浮筒6上部的井口头19；井口头19上安装有采油设备，内层浮筒6用于提供相应的单根刚性立管18顶张紧力和支撑采油设备。

进一步地，所述的凸出体正面14设置有两个滚筒装置，分别位于凸出体正面14长边的两个三等分高度处，所述的滚筒装置由滚筒10、转轴11和支座12组成，转轴11轴线垂直于凸出体7侧面，支座12长度与凸出体正面14的宽度B1相等，滚筒10通过转轴11安装在支座12上；滚筒10与滑道底面13滚动接触。

进一步地，所述的悬臂浮筒2为矩形截面悬臂浮筒。

进一步地，所述的滑道4的横截面为矩形截面；所述的凸出体7的横截面为矩形截面。

进一步地，所述的限位体A5为矩形体，每个圆柱形通道3内均有4个，沿圆柱形通道3内壁周向均布，并处在圆柱形通道3内壁同一高度处；所述的限位体B8为矩形体，每个内层浮筒6上均有4个，沿内层浮筒外壁21周向均布，并处在内层浮筒外壁21同一高度处；当内层浮筒6与外层浮筒1的中心等高时，限位体B8与限位体A5之间留有1至2米的间距。

正常工作时，内层浮筒6置于圆柱形通道3之中，内层浮筒6的凸出体7嵌入圆柱形通道3的滑道4之中，内层浮筒6与外层浮筒1通过八个滚筒装置接触，限位体B8与限位体A5之间留有1至2米的间距；通过滚筒装置，内层浮筒6与外层浮筒1可以在竖直方向上相对运动，但不能在水平方向上相对运动；这样，各个内层浮筒6分别提供相应的单根刚性立管18顶张紧力并支撑水下采油设备重量，外层浮筒1提供系泊缆绳16张力并作为内层浮筒6的水平约束，实现了刚性立管18与外层浮筒1的垂向运动以及受力的解耦。

鉴于目前的浮筒安装方法都是针对单个立管支撑浮筒的安装，本发明还要提出一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒在超深水中的整体式安装与回收方法。该方法与现有单个立管支撑浮筒的安装方法配合，可以实现本发明中立管自张紧式水下生产支撑浮筒在超深水中的安装与回收。

如图8-12所示，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒的安装方法，包括以下步骤：

A、预备工作：

A1、将外层浮筒1吊装置于半潜船主甲板上，再将内层浮筒6吊至圆柱形通道3的正上方，调整内层浮筒6的位置和角度，直至内层浮筒6的四个凸出体7分别对准圆柱形通道3上的四条滑道4，将内层浮筒6下放至圆柱形通道3之中；

A2、重复A1步骤操作，依次完成所有内层浮筒6的就位；内层浮筒6与外层浮筒1在岸上组合完成，构成组合浮筒；

B、组合浮筒的就位与下沉：

B1、利用半潜船将组合浮筒拖曳至安装地点，各工作船就位；在外层浮筒1上连接常规安装作业方法用的缆绳和锚链等，半潜船加压载水下沉并开离，组合浮筒浮在海面上；

B2、同时向各个内层浮筒6压载舱内注水，内层浮筒6在重力作用下缓慢下沉，直至内层浮筒6上的四个限位体B8分别与外层浮筒1上的四个限位体A5接触；继续向各个内层浮筒6压载舱注水至设计量，该设计量的压载水使得内层浮筒6完全没入水中时其重力G₁仍大于浮力F₁，在此过程中外层浮筒1在各个内层浮筒6的拖曳下随内层浮筒6一起缓慢下沉至停止，组合浮筒浮在海面上；

B3、向外层浮筒1压载舱内注水至设计量，该设计量的压载水使得外层浮筒1完全没入水中时其浮力F₂大于重力G₂，在此过程中外层浮筒1在各个内层浮筒6的拖曳下随内层浮筒6一起缓慢下沉直至外层浮筒1完全没入水中；

B4、当组合浮筒完全没入水中时，在竖直方向上的受力状态为：外层浮筒1的浮力F₂大于其重力G₂，内层浮筒6的重力G₁大于其浮力F₁，且所有内层浮筒6的净浮力之和NG₁-F₁大于外层浮筒1的净浮力F₂-G₂，其中N为内层浮筒6个数，即NG₁-F₁>F₂-G₂；在这种受力情况下，内层浮筒6能够拖曳外层浮筒1稳定下沉，在这种受力情况下，内层浮筒6能够拖曳外层浮筒1稳定下沉，且在下沉过程中限位体B8与限位体A5紧密接触，外层浮筒1与内层浮筒6不会有相对运动；

C、组合浮筒的水下安装：

C1、待组合浮筒下沉至目标深度后，外层浮筒1连接对应的四根系泊缆绳16；向外层浮筒1注入氮气，外层浮筒1上浮，张紧系泊缆绳16；该过程中内层浮筒6由于限位体的作用始终与外层浮筒1无相对运动；

C2、先以其中一个内层浮筒6为水中支撑基础安装刚性立管18；立管安装完成后向内层浮筒6中注入氮气，内层浮筒6上浮，完成与刚性立管18的连接，并张紧刚性立管18；内层浮筒6浮至设计位置，即内层浮筒6与外层浮筒1的中心等高，限位体B8与限位体A5之间留有1至2米的间距；

C3、重复C2步骤，依次完成所有刚性立管18的安装；

至此，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒安装完毕。

一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒的回收方法，包括以下步骤：

D1、先向其中一个内层浮筒6压载舱注水，内层浮筒6下沉至限位体B8与限位体A5接触，内层浮筒6稳固地支撑在四个限位体A5之上；断开内层浮筒6与刚性立管18的连接，回收刚性立管18；刚性立管18回收完毕后，向内层浮筒6注入氮气排出压载水，内层浮筒6稳定上浮，与外层浮筒1分离之后继续上浮直至浮出海平面22，内层浮筒6及水下采油设备的回收完毕；

D2、重复D1操作，依次完成所有刚性立管18，内层浮筒6与水下采油设备的回收；

D3、向外层浮筒1压载舱注水，直至系泊缆绳16松弛，断开外层浮筒1与系泊缆绳16的连接；向外层浮筒1注入氮气，外层浮筒1稳定上浮直至浮出海平面22；外层浮筒1的回收完毕；

至此，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒回收完毕。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，其特征在于：包括外层浮筒(1)和内层浮筒(6)，所述的外层浮筒(1)内嵌套多个内层浮筒(6)；

所述的外层浮筒(1)主体为圆柱体结构，外层浮筒(1)外壁下部边缘连接四个悬臂浮筒(2)，四个悬臂浮筒(2)沿周向均布，呈辐射状，悬臂浮筒(2)末端采用桁架结构(15)，桁架结构(15)的外端连接系泊缆绳(16)，外层浮筒(1)由四根系泊缆绳(16)系泊在海床(23)的桩基(17)上；外层浮筒(1)内竖直设置多个圆柱形通道(3)，用于安装多个内层浮筒(6)；圆柱形通道内壁(20)沿圆周均布四条竖直滑道(4)，滑道(4)贯穿整个圆柱形通道内壁(20)；在相邻两滑道(4)之间的内壁中央，离外层浮筒(1)底端1/3高度处设置限位体A(5)；

所述的内层浮筒(6)主体为圆柱体结构，其外径小于圆柱形通道(3)的直径，内层浮筒外壁(21)沿圆周均布四个竖直凸出体(7)，凸出体(7)宽度B1小于圆柱形通道(3)内的滑道(4)的宽度B，凸出体(7)与内层浮筒(6)等高；所述的凸出体(7)位于圆柱形通道(3)内的滑道(4)中；在相邻两凸出体(7)之间的外壁中央，离内层浮筒(6)底端1/2高度处设置有限位体B(8)，限位体B(8)与位于圆柱形通道(3)内的限位体A(5)相配合，限制内层浮筒(6)与外层浮筒(1)的相对竖直运动；

所述的内层浮筒(6)上部设置有一个井口头(19)，井口头(19)的下端有立管通道(9)，刚性立管(18)的上端通过立管通道(9)连接到内层浮筒(6)上部的井口头(19)；井口头(19)上安装有采油设备，内层浮筒(6)用于提供相应的单根刚性立管(18)顶张紧力和支撑采油设备。

2.根据权利要求1所述的一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，其特征在于：所述的凸出体正面(14)设置有两个滚筒装置，分别位于凸出体正面(14)长边的两个三等分高度处，所述的滚筒装置由滚筒(10)、转轴(11)和支座(12)组成，转轴(11)轴线垂直于凸出体(7)侧面，支座(12)长度与凸出体正面(14)的宽度B1相等，滚筒(10)通过转轴(11)安装在支座(12)上；滚筒(10)与滑道底面(13)滚动接触。

3.根据权利要求1所述的一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，其特征在于：所述的悬臂浮筒(2)为矩形截面悬臂浮筒。

4.根据权利要求1所述的一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，其特征在于：所述的滑道(4)的横截面为矩形截面；所述的凸出体(7)的横截面为矩形截面。

5.根据权利要求1所述的一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒，其特征在于：所述的限位体A(5)为矩形体，每个圆柱形通道(3)内均有4个，沿圆柱形通道(3)内壁周向均布，并处在圆柱形通道(3)内壁同一高度处；所述的限位体B(8)为矩形体，每个内层浮筒(6)上均有4个，沿内层浮筒外壁(21)周向均布，并处在内层浮筒外壁(21)同一高度处；当内层浮筒(6)与外层浮筒(1)的中心等高时，限位体B(8)与限位体A(5)之间留有1至2米的间距。

6.一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、预备工作：

A1、将外层浮筒(1)吊装置于半潜船主甲板上，再将内层浮筒(6)吊至圆柱形通道(3)通道的正上方，调整内层浮筒(6)的位置和角度，直至内层浮筒(6)的四个凸出体(7)分别对准圆柱形通道(3)通道上的四条滑道(4)，将内层浮筒(6)下放至圆柱形通道(3)通道之中；

A2、重复A1步骤操作，依次完成所有内层浮筒(6)的就位；内层浮筒(6)与外层浮筒(1)在岸上组合完成，构成组合浮筒；

B、组合浮筒的就位与下沉：

B1、利用半潜船将组合浮筒拖曳至安装地点，各工作船就位；在外层浮筒(1)上连接常规安装作业方法用的缆绳和锚链等，半潜船加压载水下沉并开离，组合浮筒浮在海面上；

B2、同时向各个内层浮筒(6)压载舱内注水，内层浮筒(6)在重力作用下缓慢下沉，直至内层浮筒(6)上的四个限位体B(8)分别与外层浮筒(1)上的四个限位体A(5)接触；继续向各个内层浮筒(6)压载舱注水至设计量，该设计量的压载水使得内层浮筒(6)完全没入水中时其重力G₁仍大于浮力F₁，在此过程中外层浮筒(1)在各个内层浮筒(6)的拖曳下随内层浮筒(6)一起缓慢下沉至停止，组合浮筒浮在海面上；

B3、向外层浮筒(1)压载舱内注水至设计量，该设计量的压载水使得外层浮筒(1)完全没入水中时其浮力F₂大于重力G₂，在此过程中外层浮筒(1)在各个内层浮筒(6)的拖曳下随内层浮筒(6)一起缓慢下沉直至外层浮筒(1)完全没入水中；

B4、当组合浮筒完全没入水中时，在竖直方向上的受力状态为：外层浮筒(1)的浮力F₂大于其重力G₂，内层浮筒(6)的重力G₁大于其浮力F₁，且所有内层浮筒(6)的净浮力之和N(G₁-F₁)大于外层浮筒(1)的净浮力F₂-G₂，其中N为内层浮筒(6)个数，即N(G₁-F₁)>(F₂-G₂)；在这种受力情况下，内层浮筒(6)能够拖曳外层浮筒(1)稳定下沉，在这种受力情况下，内层浮筒(6)能够拖曳外层浮筒(1)稳定下沉，且在下沉过程中限位体B(8)与限位体A(5)紧密接触，外层浮筒(1)与内层浮筒(6)不会有相对运动；

C、组合浮筒的水下安装：

C1、待组合浮筒下沉至目标深度后，外层浮筒(1)连接对应的四根系泊缆绳(16)；向外层浮筒(1)注入氮气，外层浮筒(1)上浮，张紧系泊缆绳(16)；该过程中内层浮筒(6)由于限位体的作用始终与外层浮筒(1)无相对运动；

C2、先以其中一个内层浮筒(6)为水中支撑基础安装刚性立管(18)；立管安装完成后向内层浮筒(6)中注入氮气，内层浮筒(6)上浮，完成与刚性立管(18)的连接，并张紧刚性立管(18)；内层浮筒(6)浮至设计位置，即内层浮筒(6)与外层浮筒(1)的中心等高，限位体B(8)与限位体A(5)之间留有1至2米的间距；

C3、重复C2步骤，依次完成所有刚性立管(18)的安装；

至此，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒安装完毕。

7.一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒的回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

D1、先向其中一个内层浮筒(6)压载舱注水，内层浮筒(6)下沉至限位体B(8)与限位体A(5)接触，内层浮筒(6)稳固地支撑在四个限位体A(5)之上；断开内层浮筒(6)与刚性立管(18)的连接，回收刚性立管(18)；刚性立管(18)回收完毕后，向内层浮筒(6)注入氮气排出压载水，内层浮筒(6)稳定上浮，与外层浮筒(1)分离之后继续上浮直至浮出海平面(22)，内层浮筒(6)及水下采油设备的回收完毕；

D2、重复D1操作，依次完成所有刚性立管(18)，内层浮筒(6)与水下采油设备的回收；

D3、向外层浮筒(1)压载舱注水，直至系泊缆绳(16)松弛，断开外层浮筒(1)与系泊缆绳(16)的连接；向外层浮筒(1)注入氮气，外层浮筒(1)稳定上浮直至浮出海平面(22)；外层浮筒(1)的回收完毕；

至此，一种立管自张紧式水下生产支撑浮筒回收完毕。