CN103397871B - 一种基于干式采油树的超深水油气开发***及其安装方法 - Google Patents

一种基于干式采油树的超深水油气开发***及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于干式采油树的超深水油气开发***及其安装方法，所述的***包括水中浮筒、水下井口舱、干式采油树、水中管汇装置、上部柔性立管和水面浮式生产装置；所述的干式采油树及其相关设备安装于水下井口舱中，所述的水下井口舱安装在水中浮筒的井口头上；水下井口舱的出油管线与水中管汇装置的入口相连接；所述的水中浮筒位于水面以下深度100～400m处，通过张力缆绳系泊于海床上。由于本发明采用水下干式采油树，将采油树及其相关设备通过水下井口舱与海水环境隔开，与湿式采油树相比，避免了海水腐蚀和压力，以及海底淤泥及海生物等影响；其适应性强、操作方便安全、维护费用低，可完全实现免潜水员安装。

Description

一种基于干式采油树的超深水油气开发***及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种超深水油气田开发应用技术，特别是一种基于干式采油树的超深水油气开发***及其安装方法。
背景技术
随着人类对油气资源需求的日益扩大以及海洋石油工业技术的不断发展，海洋石油开采正在朝着超深水（1500～3000m）以及极深水（大于3000m）方向发展。
目前，深水采油通常采用浮式采油***或水下采油***。采油树是各种采油***的重要组成部分。按照采油树的作业环境是否与海水直接接触可以将其分为干式采油树和湿式采油树。干式采油树按照其安装位置又可以分为水上干式采油树和水下干式采油树。水上干式采油树是浮式采油***的重要组成部分；水下干式采油树和湿式采油树是水下采油***的重要组成部分。
现有浮式采油***在使用时，将水上干式采油树安装在水面浮式生产装置上，采油树的重量以及下部水中立管的重量由水面浮式生产装置承担。随着工作水深的增加，水中立管的长度及重量不断增加，对水面浮式生产装置和水中立管***的技术要求越来越高。
现有水下采油***在使用时，将水下干式采油树或湿式采油树直接安装于海底。对于水下干式采油树，在应用时将采油树及其辅助设备安装在一个密封的井口舱内与海水隔绝。随着工作水深的增加，对水下井口舱的形状、尺寸、密闭性以及材料的强度、抗压性能等有更高的要求，且安装更加复杂。
综上，现有干式采油树技术的应用水深受到一定的限制，在超深水以及极深水油气田开发中应用甚少。
目前，在超深水环境中多采用湿式采油树。然而，由于其直接暴露在海水中，腐蚀严重，易受海底淤泥、海生物等的影响，对材料的抗海水腐蚀能力、及强度、韧性等性能的要求很高；并且水深超过一定限度后，结构更加复杂，成本高昂，其运营、维护成本随之增加，安装、修井等工艺也更加复杂。此外，水深较大时，采油立管由于自重过大，会引起水面浮式生产装置的动态响应以及尺寸过大等一系列问题。
基于上述问题，在超深水以及极深水环境下，现有采油树技术的安全性、可行性和经济适用性均无法满足要求。
发明内容
为解决现有采油树技术在超深水环境中应用时存在的上述问题，本发明要设计一种基于现有干式采油树的超深水油气开发***及其安装方法，以降低现有水上干式采油树在超深水环境中应用时对水面浮式生产装置和水中立管***的技术要求，以及现有水下干式采油树在超深水环境中应用时对井口舱强度、抗压性能以及密闭性等的要求，并避免湿式采油树在超深水中应用时遇到的一系列问题，从而提升现有海上采油***的工作能力，更加安全、经济和有效地应对超深水以及极深水海洋环境的各项挑战。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于干式采油树的超深水油气开发***，包括水中浮筒、水下井口舱、干式采油树、水中管汇装置、上部柔性立管和水面浮式生产装置；
所述的干式采油树及其相关设备安装于水下井口舱中，所述的水下井口舱安装在水中浮筒井口头上；水下井口舱的出油管线与水中管汇装置的入口相连接；
所述的水中浮筒位于水面以下深度100～400m处，通过张力缆绳系泊于海床上；水中浮筒井口头与海底井口装置通过下部刚性立管相连接；所述的上部柔性立管的下端与水中管汇装置出口相连接，上部柔性立管的上端与水面浮式生产装置相连接。
一种基于干式采油树的超深水油气开发***的安装方法，包括以下步骤：
A、前期工作
A1、干式采油树及相关设备与水下井口舱在岸上安装完毕；
A2、钻井船在位，完成海上油气田的钻完井过程，海底井口装置安装完毕；
A3、水中浮筒安装完毕，水中浮筒井口头安装完毕；
A4、完成海底井口装置与水中浮筒井口头的回接；
B、水下井口舱的安装
B1、将水下井口舱用液压连接器连接在导向架上，用钻杆把水下井口舱带着液压连接器一起沿着导向索下放，并在位于井口头处的临时性导向底座的辅助下，完成液压连接器与水中浮筒井口头的连接；
B2、经密封试压后，钻井船撤离；
C、水下井口舱与水中管汇装置的连接
通过水下机器人ROV的辅助，完成水下井口舱出油管线与水中管汇装置入口的连接，几个水下井口舱的出油管线经水中管汇装置汇集成为一条出油管线；
D、上部柔性立管与水中管汇装置及水面浮式生产装置的连接
通过ROV的辅助，完成上部柔性立管下端与水中管汇装置的连接，以及上部柔性立管上端与水面浮式生产装置的连接。
本发明工作时，海底的油气资源通过海底井口、下部刚性立管、水中浮筒井口头、水下井口舱、出油管线、水中管汇装置、上部柔性立管，最终到达水面浮式生产装置，从而完成海洋油气资源的开采工作。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、由于本发明采用水下干式采油树，将采油树及其相关设备通过水下井口舱与海水环境隔开，与湿式采油树相比，避免了海水腐蚀和压力，以及海底淤泥及海生物等的影响；其适应性强、操作方便安全、维护费用低，可完全实现免潜水员安装。
2、由于本发明采用与陆上基本相同的常规干式采油树，所有设备可以采用标准和现成型号，使用寿命长，自动化程度高，且其操作、运营和维护检修方便，成本相对较低；采油树及其相关设备与水下井口舱在地面安装好后一起下放，缩短了作业时间；
3、由于本发明水下井口舱安装在水中浮筒上而不是水面浮式生产装置上，采油树的重量及下部刚性立管的重量由水中浮筒承担，与常规的浮式采油***相比，本发明减轻了水面浮式生产装置的承重量，避免了水面浮式生产装置动载荷过大等问题；
4、本发明的水下井口舱安装在水下一定深度的水中浮筒上而不是海底，与常规的安装于海底的水下采油***相比，本发明避免了超深水环境的安装与维修作业，降低了作业难度和对设备的要求，提升了安全性和可靠性；
5、本发明的水中浮筒位于水下一定深度而不是海面，减轻了海面风、浪、流等环境载荷的影响，并且可以适用于不同的作业水深，其可行性和作业能力得到极大提升；可以适用于3000米以上的极深水海洋油气田开发。
附图说明
本发明共有2张附图，其中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的水下井口舱示意图。
图中：1、临时性导向底座，2、导向架，3、液压连接器，4、干式采油树，5、水中浮筒井口头，6、海面，7、海床，8、水下井口舱，9、ROV，10、海底井口装置，11、张力缆绳，12、下部刚性立管，13、水中浮筒，14、出油管线，15、上部柔性立管，16、水面浮式生产装置，17、水中管汇装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。
如图1所示，一种采用干式采油树的超深水油气开发***，包括水中浮筒13、水下井口舱8、出油管线14、水中管汇装置17、上部柔性立管15、水面浮式生产装置16。
所述的水中浮筒13位于水下D（100～400m）深度处，通过张力缆绳11固定在位于海床7的桩基（图中未展示）上，从而可减小水中浮筒13的运动幅度；且由于避开了近海面较强的环境载荷作用区，使得水中浮筒13具有良好的在位性能；
所述的下部刚性立管12下端与海底井口装置10相连接，上端与水中浮筒13的井口头5下端相连接；下部刚性立管12在水中浮筒13浮力的作用下张紧；由水中浮筒13或海底井口压力带来的过张紧力由张力缆绳11承受，防止下部刚性立管12被拉断；
所述的水中浮筒井口头5处安装有临时性导向底座1，便于水下井口舱8与井口头5的准确对接。
所述的上部柔性立管15下端与水中浮筒13上的水中管汇装置17相连接，上部柔性立管15上端与海面6处的水面浮式生产装置16相连接。
所述的水下机器人ROV9在海面以下深度D处待命，进行必要的监控，并完成相应的辅助安装工作。
如图2所示，所述的干式采油树4及其相关设备安装于水下井口舱8中，所述的水下井口舱8安装在水中浮筒井口头5上。将采油树安装在水中浮筒13上，与现有水上干式采油树应用技术相比，降低了对水面浮式生产装置和水中立管***的技术要求，与现有水下干式采油树相比，降低了对井口舱强度、抗压性能以及密闭性等的要求，与安装于海底的湿式采油树相比，降低了对硬件的要求，其安装和维修更加容易，大大提高了作业能力。
海底的油气资源通过海底井口装置10、下部刚性立管12、水中浮筒井口头5、水下井口舱8、出油管线14、水中管汇装置17、上部柔性立管15，最终到达水面浮式生产装置16进行处理，从而完成海洋油气资源的开采工作。
一种基于干式采油树的超深水油气开发***的安装方法，包括以下步骤：
A、前期工作
A1、干式采油树4及相关设备与水下井口舱8在岸上安装完毕；
A2、钻井船（图中未展示）在位，完成海上油气田的钻完井过程，海底井口装置10安装完毕；
A3、水中浮筒13安装完毕，水中浮筒井口头5安装完毕；
A4、完成海底井口装置10与水中浮筒井口头5的回接；
B、水下井口舱8的安装
B1、将水下井口舱8用液压连接器3连接在导向架2上，用钻杆把水下井口舱8带着液压连接器3一起沿着导向索（图中未展示）下放，并在位于井口头5处的临时性导向底座1的辅助下，完成液压连接器3与水中浮筒井口头5的连接；
B2、经密封试压后，钻井船（图中未展示）撤离；
C、水中管线的连接
C1、通过ROV9的辅助，完成水中管汇装置17与水下井口舱8的出油管线14的连接，以及水中管汇装置17与上部柔性立管15下端的连接；
C2、通过ROV9的辅助，完成上部柔性立管15上端对水面浮式生产装置16的连接。
至此，一种基于干式采油树的超深水油气开发***安装完毕。

Claims (1)

1.一种基于干式采油树的超深水油气开发***的安装方法，所述的***包括水中浮筒(13)、水下井口舱(8)、干式采油树(4)、水中管汇装置(17)、上部柔性立管(15)和水面浮式生产装置(16)；
所述的干式采油树(4)及其相关设备安装于水下井口舱(8)中，所述的水下井口舱(8)安装在水中浮筒(13)的井口头(5)上；水下井口舱(8)的出油管线(14)与水中管汇装置(17)的入口相连接；
所述的水中浮筒(13)位于水面以下深度100～400m处，通过张力缆绳(11)系泊于海床(7)上；水中浮筒井口头(5)与海底井口装置(10)通过下部刚性立管(12)相连接；所述的上部柔性立管(15)的下端与水中管汇装置(17)出口相连接，上部柔性立管(15)的上端与水面浮式生产装置(16)相连接；
其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
A、前期工作
A1、干式采油树(4)及相关设备与水下井口舱(8)在岸上安装完毕；
A2、钻井船在位，完成海上油气田的钻完井过程，海底井口装置(10)安装完毕；
A3、水中浮筒(13)安装完毕，水中浮筒(13)的井口头(5)安装完毕；
A4、完成海底井口装置(10)与水中浮筒井口头(5)的回接；
B、水下井口舱(8)的安装
B1、将水下井口舱(8)用液压连接器(3)连接在导向架(2)上，用钻杆把水下井口舱(8)带着液压连接器(3)一起沿着导向索下放，并在位于井口头(5)处的临时性导向底座(1)的辅助下，完成液压连接器(3)与水中浮筒井口头(5)的连接；
B2、经密封试压后，钻井船撤离；
C、水下井口舱(8)与水中管汇装置(17)的连接
通过水下机器人ROV(9)的辅助，完成水下井口舱(8)的出油管线(14)与水中管汇装置(17)入口的连接，几个水下井口舱(8)的出油管线(14)经水中管汇装置(17)汇集成为一条出油管线；
D、上部柔性立管(15)与水中管汇装置(17)及水面浮式生产装置(16)的连接
通过ROV(9)的辅助，完成上部柔性立管(15)下端与水中管汇装置(17)的连接，以及上部柔性立管(15)上端与水面浮式生产装置(16)的连接。
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