CN103210178A - 海底自动分散剂注入***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于将化学分散剂自动地供应至海底烃类排放现场的***，该***包括海底存储容器，该海底存储容器被构造成在海底存储化学分散剂。该存储容器包括与海底烃类排放现场流体连通的分散剂出口。

Description

海底自动分散剂注入***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年2月22日提交的标题为“Subsea AutonomousDispersant Injection System and Methods（海底自动分散剂注入***和方法）”的美国临时专利申请No.61/445,357、于2010年10月13日提交的标题为“Marine Subsea Free Standing Riser Apparatus，Systems andMethods（海上海底独立立管装置、***和方法）”的美国临时专利申请No.61/392,899、以及于2010年10月12日提交的标题为“MarineContainment and Disposal Systems and Methods（海上围堵以及处理***和方法）”的美国临时专利申请No.61/392,443的优先权，这些美国临时专利申请以其整体在此通过引用并入本文用于所有目的。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用

技术领域

本发明大体涉及海底分散剂***和方法。更具体地，本发明涉及用于管理烃类的海底释放或***的自动分散剂***和方法。

背景技术

化学分散剂，或仅仅分散剂，辅助分解烃类固体和液体，并且通过形成被迅速稀释的水溶胶团来驱散水面上的浮油。因此，烃类被有效地分散遍及较大体积的水。此外，认为分散剂通过微生物促进并且加速对油的消化。分散剂还能够延迟持久性水包油乳液的形成。

传统上，已经将油分散剂喷洒到在水面处的油上。通常地，该过程受到控制并且源自水面船舶或源自在水面上的油的紧上方的空中。例如，可以采用航空器来将油分散剂喷洒在海面上的浮油上。一般而言，最小化分散剂的数量和分布一般是优选的。然而，由于从海底井释放的油在其上升到海面时扩散并分散开来，所以在海面上的油常常分散遍及相对大的区域（例如，数百或数千平方英里）。为了充分地覆盖到达海面的所有或基本上所有油，必须将相对大量的分散剂分布于由浮油包围的相对大的区域上。此外，通过限制分散剂分布于海面，仅那些在海面或接近海面的微生物有机会开始进行油的消化。此外，由于预期的飓风活动，可能偶尔需要撤离。由于在海面处分布分散剂通常涉及人为干预，所以在这样的撤离期间分布分散剂是不可能的。

因此，本领域中仍然存在对在海面操作不可行的时段期间能够自动地操作的化学分散剂分配***和方法的需要。如果这样的***和方法提供最小化散发的分散剂的量、增强油的分散、以及促进油的增加的微生物消化的可能性，则这样的***和方法将是特别容易接受的。

发明内容

在一个实施例中通过用于将化学分散剂自动地供应到海底烃类排放现场的***来解决本领域中的这些和其它需要。在一个实施例中，该***包括海底存储容器，所述海底存储容器被构造成在海底存储化学分散剂。该存储容器包括与海底烃类排放现场流体连通的分散剂出口。

在另一个实施例中通过用于将化学分散剂自动地供应到海底烃类排放现场的方法来解决本领域中的这些和其它需要。在一实施例中，所述方法包括：（a）在海床上安装***，所述***包括多个海底存储容器，每个存储容器均包括分散剂出口。此外，所述方法包括：（b）将化学分散剂存储在海底存储容器中。此外，所述方法包括：（c）使化学分散剂从一个或多个海底存储容器流动到海底烃类排放现场。

因此，本文所描述的实施例包括旨在解决与特定现有装置、***、以及方法与相关联的各种缺点的特征和优势的组合。对本领域技术人员而言，在阅读下列详细描述之后并且通过参照附图，以上描述的各种特性以及其它特征将是显而易见的。

附图说明

对于本发明的优选的实施例的详细描述，现在将参照附图，其中：

图1是根据在此所描述的原理的自动海底分散剂***的实施例的示意性顶视图；

图2是图1的分散剂存储组件的示意性顶视图；

图3是图2的存储容器中的一个存储容器的透视图；

图4是图1的存储组件中的一个存储组件和相应的分配歧管的示意性顶视图；

图5是图4的分配歧管的透视图；

图6是图1的输送歧管、泵***、和排放现场的放大示意性顶视图；

图7是图6的输送歧管的透视图；

图8是图6的泵***的示意图；

图9是图1和图6的歧管排放现场的前视图；并且

图10是图6和图9的文氏排放管的横截面图。

具体实施方式

以下讨论涉及本发明的各种实施例。虽然这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应被理解为或以其它方式被用作对本公开、包括权利要求书的范围的限制。此外，本领域的技术人员应当明白，以下描述具有宽泛的应用，并且任何实施例的讨论仅意味着为该实施例的示例，并且不旨在暗示本公开、包括权利要求书的范围被限制于该实施例。

特定的术语贯穿以下描述和权利要求书地使用，以指代特定的特征或部件。如本领域的技术人员将了解的，不同的人员可以用不同的名称表示相同的特征或部件。本文献不旨在区别在名称而非功能上不同的部件或特征。附图不一定按比例。为了清晰和简明，本文的某些特征和部件可能按比例夸大或以某种程度的示意形式示出，并且常规元件的一些细节可能未被示出。

在下列讨论中以及在权利要求中，术语“包括（including）”以及“包括（comprising）”以开放形式使用，并且因此应被解释为意味着“包括但不限于...”。另外，术语“联接（couple）”或“联接（couples）”旨在意味着间接或直接连接。因此，如果第一装置联接到第二装置，则该连接可以是通过直接连接或通过经由其它装置、部件、以及连接件的间接连接。此外，如本文所使用的，术语“轴向（axial）”和“轴向地（axially）”大体意味着沿着或平行于中心轴线（例如，本体或端口的中心轴线），而术语“径向（radial）”和“径向地（radially）”大体意味着垂直于中心轴线。举例来说，轴向距离表示沿着或平行于中心轴线测量的距离，并且径向距离意味着垂直于中心轴线测量的距离。

现在参照图1，示意性地示出根据本文中描述的原理的海底分散剂分配***100的实施例。***100沿着海床101被设置并且将化学分散剂输送至一个或多个海底油排出或排放现场110。如将在下文中更详细地描述的，化学分散剂被直接注入到海底油流中，以促进化学分散剂在一个或多个海底喷射现场110处的分解、分散、以及微生物消化。如图1中所示的，一个排放现场110，其也被标记为110a，是海底BOP，并且第二排放现场110，其也被标记为110b，是预安装的海底歧管（例如，烟囱）。然而，一般而言，给定的排放现场（例如，排放现场110）可以是任意海底现场或油被***、排出、或喷射（有意地或无意地）到周围海水中的位置，包括但不限于海底BOP、海底管线或管道、海底歧管、或其组合。例如，为了井压力控制的目的，在飓风来临之前在相关海面操作的撤离时，可以有意地将井从海底BOP或歧管***到周围海水中。作为另一个示例，油可能从受损或破裂的海底油管或BOP非故意地***到周围海水中。

在该实施例中，***100包括：多个分散剂存储组件120；联接到每个存储组件120的一个分散剂分配歧管140；联接到每个分配歧管140的分散剂输送歧管160；以及联接到输送歧管160的泵送***180。一般而言，每个存储组件120均将化学分散剂存储在海底，每个分配歧管140均收集来自其对应的存储组件120的分散剂并且将该分散剂供应至输送歧管160，并且输送歧管160将分散剂供应至一个或多个排放现场110。泵***180促进分散剂通过***100从存储组件120到排放现场110的流动。如将在下文中更详细地描述的，***100的各种部件（例如，存储组件120、分配歧管140、以及输送歧管160）包括多个阀，该多个阀使得能够控制分散剂从每个存储组件120到一个或多个排放现场110的流动，从而减小分散剂意外排放到周围海水中的可能性。

***100的部件被输送到海底，在海底被联接在一起，并且由一个或多个远程操作装置（ROV）在海底操作。由于安装***100可能必需的时间和精力，所以优选地将安装***100实施为离岸油田的开发的长期计划的部分。例如，如果尚未安装***100，则一旦已经识别特定飓风风险，则安装***100可能太迟了。

现在参照图2，示出***100的两个存储组件120。在该实施例中，每个存储组件120均是完全相同的。具体地，每个存储组件120包括沿着海床101设置的多个泥垫121和由泥垫121支撑的多个分散剂存储容器122。泥垫121沿着海床101分布存储容器122的重量，从而约束和/或防止存储容器122下沉到海床101中。此外，泥垫121覆盖并且保护海床101免受由ROV推进器引起的湍流影响，从而减小在安装与操作期间由于干扰的泥浆而导致的可见度损失。在图2中，每个存储组件120包括总共六个存储容器122，该六个存储容器122布置成交错的两排，每排三个容器122。然而，一般而言，存储组件（例如，存储组件120）可以包括以任意适当的构造布置的任何数目的存储容器（例如，容器122）。

现在参照图3，示出一个存储容器122，应理解，***100的每个存储容器122被构造成相同的。一般而言，存储容器122是被设计成用以在海底容纳化学分散剂并且将化学分散剂供应至***100的剩余部分的装置。在该实施例中，每个存储容器122均包括架子或支撑结构123和被支撑在所述结构123内的柔性分散剂存储囊状部130。支撑结构123具有：下矩形基座124；从基座124垂直向上延伸的多个导柱或轨道125；以及可滑动地安装到轨道125的矩形上压缩板或构件126。具体地，每个导轨125均被固定到基座124并且从基座124的一个角部竖直向上延伸，并且上板126的每个角部均包括绕一个轨道125可滑动地设置的环形套筒或卡圈127。每个导轨125的上端均包括从其相应的轨道125径向向外延伸的止动件128；每个止动件128约束和/或防止对应的卡圈127滑落和脱离轨道125。另外，上板126相对于基座124沿着轨道125上下自由移动。

存储囊状部130被定位在基座124与上板126之间，并且被设置在四个导轨125内。在该实施例中，囊状部130大体被构造成当填充有分散剂时在支撑结构123内呈现矩形形状。为了减小和/或消除容纳在囊状部130中的化学分散剂意外漏泄或排放到周围的海水中，囊状部130优选地由适合于将化学分散剂存储在海底环境中的（一种或多种）柔性耐用材料制成。合适的材料的示例的包括但不限于PVC涂层织物和EVA涂层织物。随着在囊状部130中的分散剂的体积减小，囊状部130将在上板126与基座124之间坍缩，并且上板126将在重力下朝基座124向下移动。为了增强囊状部130的压缩（以促进分散剂从囊状部130流动到***100的剩余部分），上板126可以包括附加重量。上板126大体保持与囊状部130的顶部接触，并且因此，板126相对于基座124的位置和运动将至少部分地取决于在囊状部130内的分散剂的体积。为了进一步保护囊状部（例如，囊状部130），在其它实施例中，框架（例如，支撑结构123）可以包括外壁，该外壁在上板（例如，板126）与基底（例如，基座124）之间延伸，并且在相邻的导轨（例如，轨道125）之间延伸，以防止囊状部向外延伸超过框架的周边。这样的壁可以包括任意适当的材料，诸如镀层钢、聚丙烯网、或金属丝网。

虽然存储容器122的该实施例包括可滑动地联接到导轨125的上板126，在其它实施例中，囊状部支撑结构（例如，结构123）的上构件（例如，板126）可以被固定到从基座垂直延伸的支撑柱（例如，类似于从基座124延伸的轨道125）。在这样的实施例中，囊状部（例如，囊状部130）可以被从上构件悬吊（suspended）。在操作期间，存储在囊状部内的稍微浮起的分散剂随着其体积减小而在囊状部内向上升起。

现在参照图3和图4，每个存储容器122还包括分散剂管道或流线132，该分散剂管道或流线132联接到上板126并且提供到囊状部130的通道。特别地，管道132包括可释放地连接到囊状部联接件131的T形连接件133，该囊状部联接件131限定在囊状部130中的进口/出口通道或端口。囊状部联接件131从囊状部130的顶部竖直延伸通过在上板126中的通孔129并且被可释放地联接到T形连接件133。因此，可以使分散剂经由管道132、T形连接件133、以及联接件131流动到囊状部130中或从囊状部130流出。

分散剂管道132具有第一端132a和第二端132b，该第一端132a限定管道132的进口134，该第二端132b限定管道132的出口135。一般而言，囊状部130经由进口134填充有分散剂，并且囊状部130经由出口135将分散剂供应至***100的剩余部分。在该实施例中，每个端部132a、b均包括阳性联接件200，该阳性联接件200被构造成可释放地连接到匹配的阴性联接件201。此外，管道132包括：定位在出口135与T形连接件133之间的出口阀210；定位在进口134与T形连接件133之间的进口阀211；以及定位在进口阀211与T形连接件133之间的止回阀212。止回阀212被构造并且被定向成允许从进口134通过阀211流动到T形连接件133和囊状部130的单向流体流动。换言之，止回阀212防止在囊状部130和管道132中的分散剂经由进口134离开管道132。设置压力计或传感器220以测量在管道132和囊状部130中的分散剂的压力。

在该实施例中，每个阀210、211均是由一个或多个远程操作装置（ROV）物理且直接地致动的直角回转蝶阀。然而，一般而言，每个阀210、211均可以包括能够在允许流体流动通过的打开位置和防止流体流动通过的关闭位置之间转换的任意适当的阀。适当的阀的示例包括但不限于球阀和蝶阀。此外，虽然阀210、211在该实施例中是由海底ROV操作的手动阀，但是一般而言，阀210、211可以由其它合适的手段致动，所述合适的手段包括但不限于液压致动、电动致动、气动致动或其组合。

仍然参照图3和图4，为了在***或排放海底烃类之前最小化和/或消除化学分散剂意外排放到周围的海水中，优选地关闭每个容器122的出口阀210和进口阀211，直至是时候将分散剂注入到海底烃类流中为止。为了用分散剂填充囊状部130，利用一个或多个海底ROV来将在分散剂供应线230的端部上的阴性插座（receptacle）或联接件201可释放地连接到在进口端132a处的匹配的阳性联接件200，然后打开进口阀211。在出口阀210在关闭位置中的情况下，通过供应线230泵送分散剂通过进口134、进口阀211、止回阀212、T连接件133、以及囊状部联接件131到囊状部130中。为了最小化过度膨胀囊状部130的风险，过度膨胀可能潜在地撕裂或损坏囊状部130，在填充的同时利用压力计220来监测在管道132和囊状部130中的分散剂的压力。该压力可以利用海底ROV来监测和/或可以经由遥测技术（例如，声波遥测技术）传播到海面，然后由人造卫星传播到边远地区，用于对在囊状部130内的分散剂压力的周期或实时监测。如果在供应线230上的联接件201从在进口端132a处的联接件200意外地分离或断开，而进口阀211是打开的并且囊状部130正被填充，则止回阀212约束和/或防止在囊状部130内的分散剂回流通过阀211并且通过端部132a离开管道132，从而限制和/或防止分散剂意外释放到周围环境。一旦囊状部130被充分地填充，就关闭进口阀211，并且使分散剂供应线230的阴性联接件从在进口端132a处的联接件200断开。以类似的方式填充每个囊状部130。

现在参照图1和图4，为每个存储组件120设置一个分配歧管140。一般而言，每个分配歧管140收集由一个存储组件120的每个容器122供应的分散剂，然后将收集的分散剂供应至输送歧管160。虽然图4示出仅一个分配歧管，但是每个分配歧管140被构造成是相同的。

多个分散剂管线或管道231将存储在存储容器122中的分散剂供应至歧管140—每个管道231从存储组件120的一个存储容器122延伸到歧管140。特别地，每个管道231具有第一或进口端231a和第二或出口端231b，该第一或进口端231a包括阴性联接件201，该阴性联接件201可释放地连接到在一个存储容器流线143的出口135处的匹配的阳性联接件200，该第二或出口端231b包括阴性联接件201，该阴型联接件201可释放地联接到歧管140的匹配的阳性联接件。一般而言，每个管道231均可以包括用于使化学分散剂流动的任意适当的刚性或柔性管件或管。每个管道231优选地由适合于严峻的海底条件以及分散剂的化学性质的材料制成，所述材料诸如具有氯丁橡胶套的氢化丁腈橡胶（HNBR）衬里。可以根据需要增加或减小管道231的直径，以分别减小或增加流体流动通过管道231的内部摩擦和关联的阻力。在该实施例中，每个管道231均包括四英寸直径的柔性软管。

现在参照图4和图5，架子或支撑结构150将歧管140支撑在海床101上。结构150包括：框架151；联接到框架151的底部并且沿着海床101设置的大体水平下板152；以及联接到框架151的顶部并且在下板152上方与该下板152隔开的大体水平上板153。类似于先前所描述的泥垫121，下板152沿着海床101分配结构150和歧管140的重量，从而约束和/或防止结构150下沉到海床101中。此外，平行的板152、153沿着海床101覆盖并且挡住泥浆受ROV推进器引起的湍流影响，从而减小由于干扰的泥浆导致的可见度损失。

歧管140被固定到上板153并且包括多个分散剂进口141以及一对分散剂出口142。每个进口141均与一个存储容器122流体连通，并且每个出口142均与输送歧管160流体连通。具体地，每个进口141均包括阳性联接件200，该阳性联接件200可释放地连接到在从一个存储容器122延伸的一个管道231的出口端231b上的匹配的阴性联接件201，并且每个出口142均包括阳性联接件200，该阳性联接件200可释放地连接到在延伸到输送歧管160的一个管道231的进口端231a上的匹配的阴性联接件201。如图4中最佳所示，每个进口141均包括止回阀212，该止回阀212被构造和定向成允许通过进口141从供应管道231流动到歧管140中的单向流体流动。因此，分散剂能够从存储容器122通过管道231流动到歧管140中，然而，止回阀212约束和/或防止分散剂通过一个或多个管道231从歧管140流动到存储容器122。因此，如果海底囊状部130撕裂或破裂，则从其它囊状部130流动通过歧管140的分散剂被防止从歧管140回流到撕裂的囊状部130，从而限制和/或防止分散剂通过在损坏的囊状部130中的裂缝进一步排放到周围的海中。

仍然参照图4和图5，每个出口142均包括出口阀210以及用以测量流动通过该出口142的分散剂的压力的压力计或传感器220。进口141与其对应的出口阀210已经被打开的每个出口142流体连通。因此，如果两个出口阀210均打开，则每个进口141均与两个出口142流体连通；如果一个出口阀210被打开并且另一个出口阀210被关闭，则每个进口141均与打开的阀210相关联的出口142流体连通并且与关闭的阀210相关联的出口142没有流体连通；并且如果该两个出口阀210均被关闭，则没有进口141与任一出口142流体连通。

现在参照图1和图6，每个分配歧管140将分散剂经由从出口142延伸的管道231供应至输送歧管160。一般而言，输送歧管160收集由每个分配歧管140供应的分散剂，然后将收集的分散剂输送至一个或多个海底烃类排放现场110。

如先前所描述的，多个分散剂管道231将分散剂从分配歧管140供应至输送歧管160—每个管道231从一个分配歧管出口142延伸至歧管160。特别地，在每个管道231的进口端231a处的阴性联接件201可释放地连接到在一个出口142处的匹配的阳性联接件200，在每个管道231的出口端231b处的阴性联接件201可释放地联接到歧管160的匹配的阳性联接件200。

现在参照图7，架子或支撑结构170将歧管160支撑在海床101上。结构170类似于先前所描述的结构151。即，支撑结构170包括：框架171；联接到框架171的底部并且沿着海床101设置的大体水平下板172；以及联接到框架171的顶部并且在下板172上方与该下板172隔开的大体水平上板173。类似于先前所描述的泥垫121，下板172沿着海床101分配结构170和歧管160的重量，从而约束和/或防止结构170下沉到海床101中。此外，平行的板172、173沿着海床101覆盖并且挡住泥浆受到ROV推进器引起的湍流影响，从而减小由于干扰的泥浆导致的可见度损失。

现在参照图6和图7，歧管160被固定到上板173并且包括：多个分散剂进口161；泵出口162a；泵进口162b；以及多个排放出口163。进口161经由管道231接收来自分配歧管140的分散剂，泵出口162a将分散剂从歧管160供应至海底泵送***180，泵进口162b从泵送***180接收分散剂，并且出口163将分散剂供应至排放现场110。在该实施例中，***100被构造成将分散剂供应至海底歧管BOP110a以及海底歧管110b—一对出口163，也被标标记为出口163a，将分散剂提供到BOP110a，并且第二对出口163，也被标记为出口163b，将分散剂提供到歧管110b。使每个排放现场110包括多个出口163在出于任何原因的分散剂通过一个出口163的输送被中断或被阻碍的情形中提供冗余度（redundancy）。在该实施例中，每个进口161、162b以及每个出口162a、163均包括阳性联接件200，该阳性联接件200可释放地连接到分散剂管道或管线的匹配的阴性联接件201。例如，在每个进口161处的联接件200可释放地连接到在从分配歧管140延伸的一个管道231的出口端231b处的阴性联接件201。此外，每个出口163均包括如先前所描述的出口阀210。

仍然参照图6和图7，每个进口161均包括如先前所描述的进口阀211。在阀211的下游，进口161合并在一起，并且流动通过进口161的分散剂经过单个闸阀213，该闸阀213控制分散剂通过歧管160和***100的剩余部分的流动。为了最小化供应过量的分散剂，流量计221测量经过闸阀213、歧管171和***100的分散剂的总流量。由流量计221测量的分散剂的流量可以利用海底ROV来监测和/或可以经由遥测技术（例如，声波遥测技术）传播到海面，并且然后由人造卫星传播到边远地区，以对总分散剂流量进行周期或实时监测。流量计221还记录流量，以便稍后检索和分析。此外，设置压力计或传感器220来测量在输送歧管171中的分散剂的压力。

歧管160还包括：定位在泵出口162a与泵进口162b之间的阀214；与泵出口162a相关联的出口阀210；以及与泵进口162b相关联的进口阀211。当阀214被关闭并且泵出口162a和泵进口262b的阀210、211分别被打开时，分散剂从流量计221通过泵出口162a流动至泵***180，并且分散剂从泵***180通过泵进口162b返回到歧管160。一般而言，泵***180在出口162a和进口162b中的分散剂之间（即，在阀214两端）产生压差，该压差促进分散剂通过***100从存储组件120到排放现场110的运动。类似于先前所描述的阀210、211,在该实施例中，阀214是由一个或多个海底远程操作装置（ROV）手动致动的直角回转蝶阀。然而，一般而言，阀214可以包括能够在允许流体流动通过的打开位置与防止流体流动通过的关闭位置之间转换的任意适当的阀。适当的阀的示例包括但不限于球阀和蝶阀。此外，虽然阀214是该实施例中是由海底ROV操作的手动阀，但是一般而言，可以通过其它合适的手段来致动阀214，所述合适的手段包括但不限于液压致动、电动致动、气动致动、或其组合。

现在参照图6-8，泵***180包括分散剂进口181、分散剂出口182、主泵183、第一备用泵184以及第二备用泵185。在该实施例中，进口181包括供应管道232a，该供应管道232a利用匹配的阴性联接件201可释放地连接到输送歧管出口162a的阳性联接件200，并且出口182包括返回管道232b，该返回管道232b利用匹配的阴性联接件201可释放地连接到输送歧管进口162b的阳性联接件200。因此，供应管道232a使分散剂从输送歧管160流动到泵***180，并且返回管道232b使分散剂从泵***180流动到歧管160。

如图8中最佳地所示，每个泵183、184、185被类似地构造。具体地，每个泵183、184、185均包括分散剂进口186、分散剂出口187、电力和控制***188以及驱动机构189。在泵***180的操作期间，每个进口186均与管道232a流体连通并且将分散剂供应至其相应的泵183、184、185，并且每个出口187均与管道232b流体连通并且使分散剂从其相应的泵183、184、185返回到输送歧管160。在该实施例中，每个出口187均包括如先前所描述的止回阀212，用以允许从出口187流动到返回管道232b的单向流体流动。换言之，在泵***180中的止回阀212防止在返回管道232b中的分散剂回流到泵183、184、185中。

仍然参照图8，每个电力和控制***188均包括：多个电池，该多个电池在向驱动机构189供应电力的两个独立的电路188a中；以及控制器188b，该控制器188b监测并且调节功率输出以及驱动机构189的操作（例如，通/断、速度、分散剂流量）。例如，控制器188b可以在分散剂输送操作期间测量并且记录分散剂输送曲线（profile），以用于稍后检索和分析。当操作时，每个驱动机构189在对应的进口186和对应的出口187中的分散剂之间产生压差，从而使分散剂移动通过。一般而言，每个驱动机构189可以包括能够产生压差以使流体移动的任意适当的装置，包括但不限于，正排量泵（positive displacement pump）（例如，齿轮泵、螺杆泵、往复活塞泵，等）、速度泵（velocity pump）（例如，离心泵、径流泵、轴流泵、等）或其组合。

泵183、184、185提供多级冗余——泵184充当泵183的备用，并且泵185充当泵184的备用。在该实施例中，泵183、184、185被布置并且被构造成使得泵183在泵184、185断开的情况下开始泵送操作，第一备用泵184在主泵183的输出不充足时（例如，主泵183发生故障或开始耗尽功率等）接通，并且第二备用泵185在主泵183和第一备用泵184的输出两者都不充足时接通。特别地，***180包括与控制器188b连通的多个压力传感器221。主泵183的出口187包括测量在其中的分散剂的压力的两个压力传感器221，并且第一备用泵184的出口187包括测量在其中的分散剂压力的一个压力传感器221。在主泵183的出口187上的一个压力传感器221与第一备用泵184的控制器188b连通，在主泵184的出口187上的另一个压力传感器221与在第一备用泵184的出口187上的压力传感器221串联并且与控制器188b连通。当在主泵183的出口187中的压力足够低时，一个传感器221闭合（close）指示第一备用泵184的控制器188b开始泵送操作的电路，并且另一个传感器221部分地闭合可能最终指示第二备用泵185的控制器188b开始泵送操作的电路。当在第一备用泵184的出口187中的压力足够低时，传感器221完全闭合指示第二备用泵185的控制器188b开始泵送操作的电路。

仍然参照图8，泵***180还包括设置在泵183、184、185的出口187与返回管道232b之间的压力控制旁路***190。一般而言，压力控制旁路***190保护泵183、184、185免受过度背压影响，并且允许泵183、184、185在泵183、184、185已经故障、未被使用或泵送不充足的情况下被旁路。***190包括：在管道232a、b之间延伸的“闲置常开”液压阀215；与阀215、泵出口187以及管道232b流体连通的第一可变压力控制阀或调节器216；以及与阀215、调节器216、以及泵出口187流体连通的第二可变压力控制阀或调节器217。一般而言，调节器216、217允许分散剂在特定的预定阈值压力（thresholdpressure）之上经过。因此，调节器216、217在***190中产生背压。由于调节器216、217而导致的在***190中的背压将液压阀215从其常开位置转换至关闭位置。在打开位置中，阀215允许在管道232a、b之间的直接流体连通，从而允许流动通过的分散剂有效地绕开泵***180以及泵183、184、185。然而，在关闭位置中，阀215约束和/或防止在管道232a、b之间的直接流体连通，从而迫使在供应管道232a中的分散剂在进入到返回管道232b中之前流动通过泵***180以及泵183、184、185。

如先前所描述的，调节器216、217允许分散剂在特定的预定阈值压力之上经过。在该实施例中，调节器216具有比调节器217的预定经过阈值压力小的预定经过阈值压力。因此，随着在出口187中的分散剂的压力增加，调节器216将在调节器217之前允许分散剂经过。当允许分散剂经过调节器216时，在出口187中的分散剂的压力将大体被保持在调节器216的预定经过阈值压力处或稍微高于该阈值压力。因此，调节器217的较高预定经过阈值压力可能不被获得。然而，如果在出口187中的分散剂的压力在分散剂流动通过调节器216之后继续上升，则存在产生过度背压的风险，过度背压可以损坏泵183、184、185。因此，调节器217被构造成使得其预定经过阈值压力低于对泵183、184、185的损坏可能出现的压力。当在出口187中的分散剂的压力满足或超过调节器217的预定经过阈值压力时，调节器217将打开并且允许分散剂***到海里，从而保护泵***180免受损坏。

再次参照图6，输送歧管出口163a经由一对BOP供应管道233将分散剂供应到BOP110a。每个管道233均具有进口端233a和出口端233b，该进口端233a包括可释放地连接到一个出口163a的阴性联接件201，该出口端233b包括可释放地连接到BOP注入构件190的阳性联接件200。一般而言，BOP注入构件190可以包括允许将分散剂注入到在BOP110处***的烃类流中的任意装置。在该实施例中，BOP注入构件190包括安装到BOP110a的环，该环包括与流动通过BOP110a的烃类的流体连通的注入端口。在该实施例中，注入构件190包括一对进口191、注入出口或端口192以及一对出口阀210。每个进口191均包括联接到一个出口端233b的阴性联接件201。

输送歧管出口163b将分散剂经由一对歧管供应管道234供应到歧管110b。在该实施例中，每个管道234均包括可释放地端到端连接的多个管道或软管。每个管道234均具有进口端234a和出口端234b，该进口端233a包括可释放地连接到一个出口163b的阴性联接件201，该出口端233b包括可释放地连接到被安装到歧管110b的文氏排放管195的阳性联接件200。每个管道234还均包括出口阀210。压力计或传感器222测量在管道234之间的压差。

现在参照图9和图10，文氏排放管195被安装到海底歧管110b的上端，并且包括烃类进口196、分散剂进口197、以及出口198。分散剂进口197被定位在烃类进口196与出口198的交叉点处。烃类进口196包括延伸到分散剂进口197的收缩截头圆锥形流路196a，并且出口198包括从分散剂进口197延伸的发散截头圆锥形流路198a。因此，路径196a、198a一起限定收缩扩散喷嘴，该收缩扩散喷嘴在出口198中导致流体压力下降，这将分散剂经由进口197抽吸到排放管195中。在出口198内，分散剂与烃类流混合。

在该实施例中，文氏排放管195与海底歧管110a结合地使用。然而，文氏排放管195的实施例可以与在海底排出或***烃类的其它海底装置结合地使用。由于文氏排放管195依赖于文氏管效应来吸入分散剂，所以优选地在单相流动环境中采用文氏排放管195。取决于通过***100的分散剂的期望流量，由文氏排放管195产生的压降可以足以驱动分散剂通过***100，而无需泵***180。替代地，在不影响（leverage）文氏排放管（例如，文氏排放管195）或由文氏排放管195引起的压降对于驱动***100而言不充足的实施例中，可以依赖于泵***180来驱动分散剂流动通过***100。

现在参照图1、图4、图6和图8，如先前所描述的，优选地作为长期发展计划的部分利用ROV将***100安装到海底。ROV可以用于在海底定位***100的部件（例如，歧管140、160以及相关联的架子150、170、存储容器122等）以及在各种部件之间形成连接（例如，在存储容器122与分配歧管140之间的连接管道231、在歧管140与歧管160之间的连接管道231等）。在安装之后，使***100处于“待用”状态，直至是时候需要将化学分散剂注入到海底烃类流或泄漏为止。可以如上文所描述在安装时或根据需要（即，一旦已经作出操作***100的决定）填充分散剂囊状部130。

在安装之后，但是在使用***100之前（即，当***100处于待用状态中时），***100的各种阀优选地被构造成最小化分散剂意外泄漏或排放到周围的海水中的风险。例如，优选地关闭每个存储容器122的出口阀210。在使用***100之前，选择下游阀可以被保持打开，以最小化一旦需要时，ROV打开对***100的操作是必要的若干阀所需的时间和精力。例如，每个分配歧管140的出口阀210；以及输送歧管160的进口阀211、闸阀213，以及出口阀210可以被构造成在实际使用***100之前在它们的打开位置中。然而，为了减小允许在BOP110和/或歧管110b中的烃类回流到***100中的可能性，当***100不在工作中时，在BOP供应管道233和歧管供应管道234中的阀210优选地被构造成在它们的关闭位置中。由于***100可以由泵***180、文氏排放管195或其组合来驱动，所以对于阀214、泵出口162a的出口阀210以及泵进口162b的进口阀211而言存在若干可能的构造。例如，为了单独地利用一个或多个文氏排放管195来驱动***100，打开阀214，关闭泵出口162a的出口阀210，并且关闭泵进口162b的进口阀211。然而，为了利用泵***180以及一个或多个文氏排放管195来驱动***100，关闭阀214，打开泵出口162a的出口阀210，并且打开泵进口162b的进口阀211。

仍然参照图1、图4、图6、以及图8，在烃类在一个或多个排放现场110处在海底排放和/或***时，可以将***100从“待用”模式转变到“操作”或“激活”模式，在所述“操作”或“激活”模式中，分散剂被从存储容器122供应至排放现场110。例如，在预测到飓风来临时，可以有意地将烃类从一个或多个排放现场110***，以用于在与排放现场110相关联的海面操作和海面设施的后续撤离期间的压力控制。在撤离这样的表面操作和设施之前，激活***100以将分散剂注入到海底烃类流中。特别地，一旦已经作出操作***100的决定，就可以采用一个或多个ROV来填充囊状部130（如果在安装之后未被填充）以及视情况构造***100的阀，以允许分散剂通过***100从囊状部130流动到排放现场110。在依赖于泵***180将分散剂泵送到现场110的情况下，可以采用ROV来开始利用泵***180的泵送操作。替代地，可以使泵***180适于从海面或其它位置的远程激活。

一旦***180已经被激活，则该***180就能够自动地（即，无人为干预或从海面的干预）操作并且连续地使分散剂流动到现场110。例如，只要烃类流动通过文氏排放管195，则在文氏排放管195中的低压区域就将通过***100从存储容器122吸入分散剂。此外，只要在电路188a中的相关联的电池提供充分的电力来驱动泵183，184、185，则泵***180的电力和控制***188就能够操作泵183、184、185。因此，一般而言，***100能够将分散剂输送至现场110，直至囊状部130已经被排空或ROV关闭***100（例如，切断泵***180、关闭允许分散剂流通通过***100的阀等）。

在***100的操作期间，利用管道231将分散剂从存储容器122供应到分配歧管140，然后利用管道231将分散剂从分配歧管140供应到输送歧管160。可以通过供应管道233将分散剂从输送歧管160泵送到现场110b，并且在现场110a处通过供应管道234将分散剂泵送和/或抽吸到文氏排放管195。因此，也可以将***100描述为包括：将分散剂存储在海底的一个或多个分散剂存储组件（例如，组件120）；将烃类流放出到海底的一个或多个海底烃类排至现场（例如，现场110）；以及将分散剂从存储组件输送至排放现场的分散剂分配***（例如，管道231、分配歧管140、输送歧管160、泵***180以及供应管道233、234）。虽然在***100中的分散剂分配***包括多个相互连接的管道（例如，管道231、233、234）和歧管（例如，歧管140、160），但是在其它实施例中，可以设置其它适当的它连接件、部件等，用以将分散剂从存储组件输送至排放现场。例如，可以消除分配歧管140，并且将存储组件120直接连接至输送歧管160的进口161。

如先前所描述的，绝大多数常规分散剂技术依赖于在海面上将分散剂分配在烃类上。然而，***100的实施例使得能够将化学分散剂直接注入到一个或多个海底烃类流中。在不受到该或任何特定理论的限制的情况下，与将分散剂散布遍及在海面上的浮油相比，在海底烃类释放时注入分散剂通过在烃类的基本上扩散之前最大化分散剂和烃类的混合而提供大大改进分散剂效率的可能性。此外，在海底烃类释放时注入分散剂提供最小化在海面上的VOC的可能性。

以所描述的方式，本文所描述的实施例提供用于即使当海面操作装置不可行时，也自动且连续地使化学分散剂流动到一个或多个海底烃类排放现场的***和方法。此外，在本文所描述的实施例中的出口阀210、闸阀214、止回阀212、流量计221、和压力计220、222的包括和特定布置提供减小意外海底分散剂泄漏或排出、储囊状部的不期望撕裂或损坏、以及泵***（例如，泵***180）的损坏的可能的可能性。

虽然已经示出并且描述了优选实施例，但是在不脱离本文的范围或教导的情况下，本领域的技术人员可以作出这些优选实施例的改型。本文所描述的实施例仅是示例性的并且不是限制性的。本文所描述的***、装置和过程的许多变化和改型是可能的并且是在本发明的范围内的。例如，能够改变各个零件的相对尺寸以及制成各个零件的材料和其它参数。因此，保护的范围并不限于本文所描述的实施例，而仅受到随后的权利要求限制，并且权利要求的范围将包括权利要求的主题的所有等同物。

Claims (25)

1.一种用于将化学分散剂自动地供应至海底烃类排放现场的***，所述***包括：

海底存储容器，所述海底存储容器被构造成在海底存储所述化学分散剂，其中所述存储容器包括与所述海底烃类排放现场流体连通的分散剂出口。

2.根据权利要求1所述的***，还包括第一海底歧管，所述第一海底歧管包括：与所述存储容器的所述分散剂出口流体连通的分散剂进口；以及与所述海底烃类排放现场流体连通的分散剂出口。

3.根据权利要求2所述的***，还包括：

多个海底存储容器，其中每个存储容器均被构造成在海底存储所述化学分散剂并且包括分散剂出口；

其中所述第一海底歧管包括多个分散剂进口，每个分散剂进口均与所述存储容器中的一个存储容器的分散剂出口流体连通。

4.根据权利要求3所述的***，其中每个存储容器均包括：

所述分散剂出口；

分散剂进口；

出口阀，所述出口阀被构造成控制分散剂通过所述分散剂出口的流动；

进口阀，所述进口阀被构造成控制分散剂通过所述分散剂进口的流动；以及

止回阀，所述止回阀被构造成允许所述分散剂通过所述进口阀到达所述存储容器的单向流体连通。

5.根据权利要求4所述的***，其中每个存储容器还包括：

支撑结构；

柔性囊状部，所述柔性囊状部被设置在所述支撑结构内，其中所述囊状部被构造成存储所述分散剂并且与所述存储容器的分散剂出口流体连通。

6.根据权利要求5所述的***，其中每个存储容器的所述支撑结构均包括：下基座；多个导轨，所述导轨从所述基座垂直地延伸；以及上板，所述上板可滑动地安装到所述导轨；

其中每个存储容器的所述柔性囊状部均被设置在所述下基座与所述上板之间。

7.根据权利要求5所述的***，其中每个存储容器的所述支撑结构均包括：下基座；多个支撑柱，所述支撑柱从所述基座垂直地延伸；以及上板，所述上板被固定到所述支撑柱；

其中每个存储容器的所述柔性囊状部均被从所述上板悬吊。

8.根据权利要求2所述的***，还包括：

第一多个海底存储容器；

第二多个海底存储容器；

其中每个存储容器均被构造成在海底存储所述化学分散剂并且包括分散剂出口；

其中所述第一海底歧管包括多个分散剂进口，所述第一海底歧管的每个分散剂进口均与所述第一多个海底存储容器中的一个存储容器的分散剂出口流体连通；

第二海底歧管，所述第二海底歧管包括多个分散剂进口和分散剂出口，所述第二海底歧管的每个分散剂进口均与所述第一多个海底存储容器中的一个存储容器的分散剂出口流体连通；

输送歧管，所述输送歧管包括多个分散剂进口和至少一个分散剂出口，其中所述输送歧管的每个分散剂进口均与所述第一海底歧管或所述第二海底歧管中的一个分散剂出口流体连通；

其中所述输送歧管的所述至少一个分散剂出口与所述海底烃类排放现场流体连通。

9.根据权利要求8所述的***，还包括安装到所述排放现场的文氏排放管，其中所述文氏排放管包括：适于使烃类流流动的收缩扩散喷嘴；和与所述扩散喷嘴流体连通的分散剂进口；

其中所述文氏排放管的分散剂进口与所述输送歧管的所述至少一个出口流体连通。

10.根据权利要求8所述的***，还包括海底泵***，所述海底泵***被构造成将所述化学分散剂从所述存储容器泵送至所述海底烃类排放现场；

其中所述海底泵***包括：

与所述输送歧管的泵出口流体连通的分散剂进口；

与所述输送歧管的泵进口流体连通的分散剂出口；

主泵，所述主泵与所述泵***的所述分散剂进口以及所述泵***的所述分散剂出口流体连通；

第一备用泵，所述第一备用泵与所述泵***的所述分散剂进口流体连通；

第一多个电池，所述第一多个电池被构造成向所述主泵提供电力；以及

第二多个电池，所述第二多个电池被构造成向所述第一备用泵提供电力。

11.根据权利要求8所述的***，其中所述输送歧管的每个分散剂进口均包括止回阀，所述止回阀被构造成允许通过所述进口到所述输送歧管中的单向流体流动。

12.根据权利要求8所述的***，其中所述输送歧管包括多个分散剂出口，所述输送歧管的每个分散剂出口均被构造成使所述分散剂流至所述海底排放现场；

其中所述输送歧管的每个分散剂出口均包括出口阀，所述出口阀被构造成控制所述分散剂通过所述出口阀的对应的分散剂出口的流动。

13.一种用于将化学分散剂自动地供应至海底烃类排放现场的方法，所述方法包括：

（a）在海床上安装一***，所述***包括多个海底存储容器，每个存储容器均包括分散剂出口；

（b）将化学分散剂存储在所述海底存储容器中；

（c）使所述化学分散剂从所述海底存储容器中的一个或多个海底存储容器流动到所述海底烃类排放现场。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在（a）之后并且在（c）之前使所述***处于待用状态；

激活所述***，以在（c）中使来自所述海底存储容器中的一个或多个海底存储容器的所述化学分散剂流动。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在激活所述***之后撤离海面设施或海面操作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在无人为干预的情况下执行（c）。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述***还包括第一歧管，所述第一歧管包括分散剂出口和多个分散剂进口；并且

其中（c）包括：

（c1）使所述化学分散剂从所述海底存储容器中一个或多个海底存储容器流动到所述第一歧管；以及

（c2）使所述化学分散剂从所述第一歧管流动到所述海底烃类排放现场。

18.根据权利要求17所述的方法，其中（c）包括：将所述化学分散剂从所述海底存储容器中一个或多个海底存储容器泵送到所述第一歧管；并且

其中（d）包括：将所述化学分散剂从所述第一歧管泵送到所述海底烃类排放现场。

19.根据权利要求17所述的方法，其中（a）包括：将文氏排放管安装到所述海底排放现场，所述文氏排放管包括收缩扩散喷嘴和分散剂进口。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

使烃类流流动通过所述文氏排放管的所述收缩扩散喷嘴；

在使所述烃类流流动通过所述文氏排放管的所述收缩扩散喷嘴的同时，在所述文氏排放管中产生低压区域；

依赖于在所述文氏排放管中的所述低压区域，使所述化学分散剂从所述海底存储容器中的一个或多个海底存储容器流动到所述第一歧管，并且使所述化学分散剂从所述第一歧管流动到所述海底烃类排放现场。

21.根据权利要求13所述的方法，还包括：在海底用所述化学分散剂填充每个存储容器。

22.根据权利要求21所述的方法，其中每个存储容器均包括：

分散剂进口，所述分散剂进口包括进口阀和止回阀；

支撑结构；

柔性囊状部，所述柔性囊状部被设置在所述支撑结构内，其中所述囊状部被构造成存储所述分散剂；

其中每个存储容器的所述分散剂出口均包括出口阀。

23.根据权利要求22所述的方法，其中填充每个存储容器包括：

打开所述存储容器的所述进口阀；

使所述分散剂通过所述存储容器的所述进口和止回阀而流动到所述囊状部中；以及

使所述囊状部膨胀。

24.根据权利要求17所述的方法，还包括：限制所述分散剂从所述第一歧管流动到所述存储容器中的一个或多个存储容器。

25.根据权利要求17所述的方法，其中所述***还包括：

第一多个海底存储容器；

第二多个海底存储容器；

第二歧管，所述第二歧管包括分散剂出口和多个分散剂进口；

其中每个存储容器均包括分散剂出口；

输送歧管，所述输送歧管包括分散剂出口和多个分散剂进口；

其中（c）还包括：使所述化学分散剂从所述第一多个存储容器的每个存储容器流动到所述第一歧管，并且使所述化学分散剂从所述第二多个存储容器的每个存储容器流动到所述第二歧管；

其中（d）还包括：使所述化学分散剂从所述第一歧管和所述第二歧管流动到所述输送歧管，并且使所述化学分散剂从所述输送歧管流动到所述海底烃类排放现场。

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