CN101203657A - 近海采油装置中立管的安装方法 - Google Patents
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Abstract
立管安装方法，包括以下步骤：a.提供位于碳氢化合物井(2)上的第一艘船(1)；b.通过所述第一艘船(1)支撑一个碳氢化合物传输管道(5)的第一端；c.将所述碳氢化合物管道(5)的第二端附至第二艘船(20)；d.放下所述传输管道(5)；e.沿第三艘船(8)的方向行驶所述第二艘船(20)，从而增大所述第二艘船(20)与所述第一艘船(1)的距离，同时牵拉所述传输管道(5)；f.使所述传输管道(5)的所述第一端和所述第二端之间的某区段与海底接触；g.移动所述传输管道(5)的所述第二端使其超过所述第三艘船(8)；h.使传输管道的所述第二端返回所述第三艘船(8)的系泊位置；以及i.使所述碳氢化合物传输管道(5)的所述第二端与所述第三艘船(8)发生流体连通。
Description
技术领域
本发明涉及一种立管安装方法，根据该方法，将立管从第一艘船上放下，并用拖船拖住该立管终端、将该立管沿海底拖至终点。
背景技术
这种安装方法见诸以本申请人的名义申请的专利WO 2004/035375中。这份出版物描述了锚泊在海底的浮式采油装置(Floating ProductionUnit，FPU)，该装置包括一或多根从船延伸至海底的立管。FPU包括用于装配立管、以及将立管垂直向海底放下的升降设备。被放下的立管可由拖船自FPU向预钻井口牵拉，并被连接至预钻井口，从而使碳氢化合物可从井口流至FPU，且可在FPU被临时加工和/或储存。
另一种安装方法是在陆上将管道的不同区段连接起来，并将管道拖到其在海底的安装位置进行安装。在Offshore Technology Conference OTC11875，Houston，Texas，1-4May 2000的题目为“Hybrid Riser forDeepwater Offshore Africa”的文章中描述了用于深水的竖管，该竖管包括具有若干采油立管、注气线和注水线的钢套管。将竖管在陆上装配并拖至某位置，在该位置将竖管向上直立、并连接至海底上的基座。立管的上部连接至水下浮筒。在安装混合竖管之后，用软跳线将水下浮筒连接至诸如FPSO之类的海面设施，该海面设施可位于距水下浮筒70m至200m之间的位置。该已知方法存在以下缺点，即不能在安装立管期间开采和/或加工碳氢化合物。此外，安装需要使用特殊和专用的安装装备。专用安装船的设计旨在用于尽可能大的海况中，因此是相当大且昂贵的装备。
由US-4,182,584可知，可附上独立式海上采油立管，用于在基础部分与水下浮筒之间的深水中。通过使用诸如半潜船之类的装备有钻架的船，将立管套管经浮筒中部放下，并联结至底部，直到完成刚性立管部分的安装。接下来，将软管附至用于开采和加工碳氢化合物的海面设施。此外，对于使用独立的特制船安装立管和开采/加工碳氢化合物，需要以高的日工资率将安装船调度和移动就位，并在安装立管之后使安装船复位。
深水域开发可包括一些与集中FPU相距甚远的海底井。这些井经钢管道被回系至FPU，且立管可作为SCR、终止于采油装置上。大的现场布置有可能需数年时间才能完全开发。取决于钻探和完工进度表，为将井连结至FPU而可能多次调动施工船。调动这些船可花费数百万美元，且这些船的工作率可能超过每天十万或二十万美元。因此，有利的做法是，通过自行安装自钻探船的管道和立管、尽量减少或消除对这些船的需求。
WO 2004/035375中描述了一种未使用专用管道铺设船的管道安装方法；管道的终端部安装在海底或水下浮筒上。当将管道附至诸如FSU之类的海面舰船上时，应精确确定相对于垂直线的离出角，以防止在使用期间出现疲劳弱化现象，且该离出角应例如在10°至20°之间。
发明内容
本发明的目的是提供一种安装方法，通过使用该方法，可避免使用专用管道铺设船，且可精确控制立管被附至海面舰船或水下浮筒时所具有的离出角。
至此，根据本发明的安装方法包括以下步骤：
a.提供位于碳氢化合物井上的第一艘船；
b.支撑自第一艘船的碳氢化合物传输管道的第一端，且将该第一端附至第一艘船上的升降装置；
c.将碳氢化合物管道的第二端附至位于第一艘船附近的第二艘船；
d.使用升降装置放下传输管道；
e.沿第三艘船的方向行驶第二艘船，从而增大第二艘船距第一艘船的距离；且牵拉传输管道，直到第二艘船位于第三艘船附近；该第三艘船停泊在距第一艘船稍远的系泊位置；
f.使传输管道的第一端和第二端之间的某区段与海底接触；
g.沿传输管道的长度方向、将传输管道的第二端自第一艘船移置一距离，该距离大于第一艘船与第三艘船系泊位置之间的距离；
h.使传输管道的第二端返回第三艘船的系泊位置；以及
i.使碳氢化合物传输管道的第二端与第三艘船产生流体连通。
通过牵引管道支线、经海底、至第三艘船(FSU)(该管道支线可以是经由诸如拖船之类的第二艘船的钢悬链立管(Steel Catenary Riser，SCRI))，可获得无需使用昂贵的管道铺设船的简单安装方法。这种方法可提高安装立管以及开采和/或加工碳氢化合物的灵活性，同时避免安装船的复杂行程安排，且允许在任何适当时机安装立管。
当牵引管道支线经过海底时，为适当传输水平牵引力，相对于垂直线的牵引角将大于管道支线型第三艘船或在其使用期间所附至的系泊浮筒的要求离出角。通过将管道支线牵引至比海面舰船的系泊点或管道支线终端附至的(水下)浮筒更远的地方，可使管道支线与海底的接触位置移向系泊位置，且使管道支线的离出角增至最佳值。由于在这一区域不能检查管道，规章要求疲劳计算结果显示出10倍于管道预期寿命的寿命；即对于25年的现场寿命，在分析结果中必须显示出250年的寿命。因此，为确定预期管道运动的可接受角度，设计者将考虑船在25年间的运动、以及在触地区域中具有土壤参数的管道的不同角度。人们发现较不垂直的角度通常可延长疲劳寿命。由于较不垂直的角度会增加船上负荷，因而优选保持角度尽可能垂直。优选偏离垂直线15至20度的角度，不过在较深的水中，角度可能更小。
可在距第一艘船最近的一侧、将管道支线从第二艘船传递至FSU，从而可使船在FUSU周围航行，并在远离第一艘船的一侧拾取管道支线。在该位置可将管道支线从FSU下方牵引通过其系泊点，从而使管道自海底的离出点充分移近FSU，以获得要求的离出角。接下来，第二艘船可返回FSU，以连接管道支线的终端。第二艘船在这一步未施加很大的牵引力，因而考虑到在牵引管道支线经过海底期间发生的土壤阻力的变化，可相对接近FSU，而不会有碰撞的危险。
在另一方法中，通过临时改变第三艘船的系泊位置，将管道支线牵引越过其系泊位置。面对第一艘船的第一组锚索被放松，同时位于远离第一艘船一侧的第二组锚索被拉紧，然后第一组被拉紧、而第二组被放松。
在一实施例中，第一艘船包括位于近海碳氢化合物井上的钻探船和/或作业船。在钻探或在碳氢化合物井上从事作业活动之后或期间，可将管道支线拖至第三艘船，并连接在其终端，然后可将其始端连接至新钻井。可在钻一些井期间、采用这种方式将多个管道支线或立管连接起来，其中管道支线的安装过程可与钻探操作同时进行。
根据本发明，在一立管安装方法的一实施例中，可间歇增大和减小由第二艘船施加的牵引力，从而将传输管道拖过海底达一预定距离；之后重复步骤d和e，从而使传输管道位于静止状态。当管道支线由可由焊接或由螺纹连接器连接在一起的区段组成时，可使间歇牵引力与区段的管道装配速率同步、以及与管道支线的升降周期同步。管道支线在每个周期内的牵引距离可对应一或多个区段的长度，且每个区段的长度例如在10m至50m之间。要求的牵引力将随搁置在海底上的管道长度的增加而增大，且该牵引力与连续力的形式比较，可通过高功率的短间距更有效地传输。
当从套筒供应管道支线时，或当使用可一次放下两个钻柱、且可在其上连续装配管道区段的双钻探船时，可使用慢而连续的牵引力拖出管道。“双钻探”船可在两个井处同时进行钻探和独立的作业活动，或具有两根不同直径的、用于高效钻出一个井的钻柱。这类钻探船可有两个钻塔或一个简单的钻塔，且为提高效率和缩短近海钻探时间，可同时装配两个钻柱(单或双钻架MODU)。这些双钻探船广为人知，且用于工业中，例如在均以Transocean的名义申请的专利US6047781与US6068069中所述，其题目为“Multi-activity offshore exploration and/or developmentdrilling method and apparatus”。
为在安装期间适应悬链式构形的传输管道的弯曲，可在第一艘船上提供导向部件，由该导向部件从沿海底方向的第一艘船处、沿与垂直线成一角度的弯曲路径、对传输管道进行导向。该导向部件可以例如包括靠近或低于第一艘船龙骨的“托管架”，且包括若干缓冲器，这些缓冲器的直径随在钻探平台下的距离而增大。这一系列的缓冲器形成像喇叭一样的表面，该表面的半径(在垂直面上)可限制管道支线的弯曲半径，且当将管道支线侧向牵引至布置管道支线要求的角度时、该表面可防止管道支线屈服。
也可通过压载第一艘船、使其垂直中心线沿管道支线的方向倾斜，调节自第一艘船的管道支线或立管的移送角。以这种方式，无需进行特殊准备，即可在自第一艘船的移送点、沿弯曲的轨迹对管道支线进行导向。
附图说明
下文将结合附图，对本发明的方法的一些实施例进行详细说明。在图中：
图1是通过支撑在海底上的钢管线连接至FPU的钻探/作业钻探平台的示意图；
图2是通过支撑在海底上的管线连接至诸如出口终点之类的浮动结构的FPU的示意图；
图3是拖船处的管线在拖拉期间的离出角示意图；
图4是双钻探/作业钻探平台与转塔式系泊的FPU的布置示意图；
图5和图6分别是由拖船从图4中的钻探/作业钻探平台拖至FPU的管线的侧视图和俯视图；
图7-11是被拖越过FPU的系泊位置、并随后被连接至FPU的管线的示意图；
图12-14是通过选择性拉紧和放松FPU的锚索而被拖越过FPU的系泊位置的管线的示意图；
图15和图16显示将管道支线的终端附至水下浮筒；
图17显示钻探/作业钻探平台的控制倾斜，以使钻探设备的离出角与悬链式管道支线的离出角相适合；以及
图18显示使用导向部件控制管线的弯曲。
具体实施方式
图1显示通过钻柱4连接至海底3上的水下井2的钻探/作业钻探平台1。管线5的始端6连接至钻探平台1的升降装置7，且沿与垂直线成3°至10°之间的角度的离出角β延伸。管线5被支撑在海底上、并向FPU 8延伸，且FPU 8通过系泊缆9、以例如500m至10km之间的距离D系泊在海底上。管线5从海底上的离出点10向上延伸至FPU。管线的终部11以例如10°至20°之间的离出角α延伸。管线5的上部12可包括钢悬链立管(Steel Catenary Riser，SCR)。水深可在500m至3000m之间。
管线5的安装包括通过靠近或直接在浮式采油装置(FloatingProduction Unit，FPU)8上的海底管线端终点(Pipe Line EndTermination，PLET)或钢悬链立管(Steel Catenary Riser，SCR)结构、将终端11从钻探平台牵引至FPU 8，且该PLET或SCR结构可以是FPSO、船柱、半潜式装置、TLP等。为获得要求的离出角α，可牵引管线5通过海底3，直到离出点10位于正确的位置。在安装之后，可继续将管线5的始端6附至钻探平台1，或可在ROV的控制之下放下，以连接至碳氢化合物井2。一旦铺设了管道5，钻探平台1可使管道5的始端6附于其上或附至海底位置2。
在钻探或作业活动期间，管线5或SCR可被同时装配在钻探船1上，且可在天气稳定的情况下，借助于拖船，从钻探船被牵引至FPU 8。
通常采用钻探船1对井2进行钻探或作业。在对井2进行钻探之后，或如上文所述，甚至在钻探新井期间，可开始装配新的SCR或管线5，且拖船可将管线拖入正确的位置。当已安装一个管道时可重复该程序，且碳氢化合物将从一个井口流至FPU。当管道或SCR从钻探平台1分离并连接至井口2时，可在FPU 8开始开采和加工碳氢化合物。可自同一地点钻探的新井口处安装另外的管道，或可将钻探船1移至不同地点、并开始钻探新井。
在图2的实施例中，将FPU 8连接至管线5的始端6，且将诸如出口浮筒13之类的第三艘船附至管线5的终端11。在安装时，通过拖船将终端11从FPU 8传输至船或浮筒13。
在图3中，显示拖船20正拖着管线5的终端11、从钻探/作业钻探平台1、经过海底3、至FPU 8。终端11被附至缆索或链23，且该缆索或链23被附至拖船上的绞盘21。为适当传输管线5上的水平牵引力，在拖拉期间的离出角γ与垂直线成20°至50°之间的角。管线5可由管道区段组成，每个管道区段的长度可例如为10-50m，且可通过焊接将这些管道区段附至始端6，但优选使用螺纹连接。升降装置7可以是在WO 2004/035375中描述的类型，包括为附上管线5的放下部分的管道区段而与始端6交替接合的固定和活动夹具。
图4显示具有两根钻柱4和4’的双钻探船1，且每根钻柱均延伸至各自的海底井2和2’。如果在双钻探船1处无钻探活动，由于一根管道的两管道区段、或甚至两根管道可同时装配，为非常有效而快速地装配管道/SCR 5，可使用船上的双钻探装备。在这一结构中，有可能在钻探船1上连续装配管道5，并可由拖船20慢但连续地牵拉管道5，甚至无任何停顿。
如图4所示，FPU 8包括锚泊至海底3的转塔25，且取决于风和海流的方向、船可在转塔25的周围起风标的作用。如图5所示，拖船20牵出管线5，同时长度按附至始端6的区段增加。拖船20驶向FPU 8，从而接近位于系泊缆9和9’之间的FPU 8。
当在海底3上牵引管道5时，管道牵拉过程中存在的一个困难是未知管道5上的土壤摩擦力。由于管道时而停止、时而滑动，且由于有静止和动态的土壤摩擦，因而该牵拉过程不稳定。土壤的静摩擦力高于动摩擦力意谓着，一旦管道滑动，滑动的量将取决于静摩擦力与动摩擦力的比率、以及牵引拖船使用的管道与缆索的悬链式结构。当由拖船20拉向FPU 8时，有必要保持安全的距离，以应对在管道滑动时、以及在牵引缆索可能断裂时船向FPU的运动。当发生管道滑动时，船将随牵引缆索拉力的下降而向前移动。
如图7所示，将管道5向上拉至拖船的背面，并通过三板连接至自FPU 8延伸的安装线27。然后由拖船20放下管道5的终端11，直到FPU线27获得管道的拉力。现在拖船与管道脱离。如图8所示，将FPU线27引至FPU的远侧29，并在此处将它再附至已在FPU周围移动的拖船20。附置是经由自拖船和三板处的线23完成的。一旦将线23固定至拖船20，管道拉力被再次传输至拖船，拖船现在可牵引管道5越过FPU 8的系泊位置，从而将管道5离开海底3时的移送点10置于要求的位置，如图9所示。
然后将安装线27向后传输至FPU 8，并在绞盘30上绞起，然后绞盘30将管道5牵入其最终结构中，且管道5在该最终结构中被连接至FPU，如图11所示。当FPU被展开系泊时，管线5将被连接至船的侧部、底部或月池。当FPU被转塔式系泊时，管道将被附至转塔25。如图10和11所示，由缆索31将管道5的始端6从钻探/作业钻探设备1上放下，并附至碳氢化合物井2。
在图12的实施例中，FPU 8为具有系泊缆33和34的展开系泊型。放松系泊缆33的同时拉紧系泊缆34，从而使FPU移离其通常的系泊位置。将在管道5的终端11处的安装线23传输至FPU，然后通过拉紧系泊缆33、并放松系泊缆34，使FPU向后移至其平衡系泊位置，例如如图13所示。同时，由缆索31放下管道5的始端6。如图14所示，使FPU8的系泊位置回至平衡距离D，从而使离出点10足够接近FPU，且管道5终端的离出角α在要求的范围内。
在图15和图16所示的实施例中，将管道5的终端11附至水下浮筒35，且由缆索36将水下浮筒35锚泊至海底3。离出点10现足够接近浮筒35，以确保α角再次在10°至20°之间的范围内。
如图17所示，钻探/作业钻探设备1包括压载舱40和41，且这些压载舱中充满水，该水量可使垂直中心线42自垂直线倾斜约2°-4°，以确保离出角β介于3°至6°之间。
在图18的实施例中，导向部件43从钻探设备1的底部延伸出来。导向部件43可包括管道弯曲限制滚轮(在管道铺设船上被称为托管架)，以防止由于静态波和一些其他波诱导的动态角造成的管道的过度弯曲。该托管架具有一系列的同心圆形缓冲器，且这些缓冲器的直径随在钻探设备下的距离而增加。这一系列的缓冲器实际上形成像喇叭一样的表面，该表面的半径(在垂直面上)可将管道弯曲限制至某一程度，从而当将管道侧向牵引至布置管道要求的角度时、防止管道屈服。也有可能在钻探船1处将轻微的纵倾与托管架结合起来。
Claims (15)
1.一种立管安装方法，包括以下步骤：
a.提供位于碳氢化合物井上的第一艘船；
b.支撑自所述第一艘船的碳氢化合物传输管道的第一端，且将该第一端附至所述第一艘船上的升降装置；
c.将所述碳氢化合物管道的第二端附至位于所述第一艘船附近的第二艘船；
d.使用所述升降装置放下所述传输管道；
e.沿第三艘船的方向行驶所述第二艘船，从而增大所述第二艘船距所述第一艘船的距离；且牵拉所述传输管道，直到所述第二艘船在所述第三艘船附近；该第三艘船停泊在距所述第一艘船稍远的系泊位置；
f.使所述传输管道的所述第一端和所述第二端之间的某区段与海底接触；
g.沿所述传输管道的长度方向、将所述传输管道的所述第二端自所述第一艘船移置一距离，该距离大于所述第一艘船与所述第三艘船系泊位置之间的距离；
h.使所述传输管道的所述第二端返回所述第三艘船的系泊位置；以及
f.使所述碳氢化合物传输管道的所述第二端与所述第三艘船发生流体连通。
2.根据权利权利要求1所述的立管安装方法，其特征在于，当所述第二艘船位于所述第一艘船与所述第三艘船之间时，所述碳氢化合物传输管道的所述第二端从所述第二艘船被传输至所述第三艘船，然后所述第二艘船航行至远离所述第一艘船的所述第三艘船的侧面，然后所述传输管道的所述第二端被传输至所述第二艘船，且所述第二艘船驶离所述第一艘船达另一预定距离、并随后返回所述第三艘船，然后所述传输管道的所述第二端被传输至所述第三艘船或浮筒。
3.根据权利权利要求1所述的立管安装方法，其特征在于，在将所述传输管道附至所述第三艘船之后，所述第三艘船从其系泊位置、沿所述传输管道的长度方向移离所述第一艘船，并返回所述系泊位置。
4.根据权利权利要求3所述的立管安装方法，其特征在于，当面对所述第一艘船的第一组锚索被放松时，位于远离所述第一艘船一侧的第二组锚索被拉紧，然后所述第一组锚索被拉紧、而所述第二组锚索被放松。
5.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，所述第一艘船包括位于近海碳氢化合物井上的钻探船和/或作业船。
6.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，可间歇增大和减小由所述第二艘船施加的牵引力，从而将所述传输管道拖过海底达一预定距离，之后重复步骤d和e，从而使所述传输管道处于静止状态。
7.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，所述传输管道由区段组成，其中在步骤d之前，将一传输管道区段附至所述碳氢化合物传输管道的所述第一端。
8.根据权利权利要求6和7所述的立管安装方法，其特征在于，所述预定距离对应一或多个区段的长度。
9.根据权利权利要求7和8所述的立管安装方法，其特征在于，可使用机械联接器、优选为螺纹联接器、将所述区段互相连接起来。
10.根据权利权利要求7和8所述的立管安装方法，其特征在于，所述区段通过焊接互相连接，
11.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，所述第一艘船配备有导向部件，且由该导向部件可从沿海底方向的所述第一艘船、沿与垂直线成一角度的弯曲路径、对所述传输管道进行导向。
12.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，所述第一艘船包括压载舱，这些压载舱压载在所述船的一侧，从而使所述船的垂直中心线沿所述碳氢化合物传输管道的方向倾斜。
13.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，在所述第一艘船上配备有至少一台钻探设备，且该钻探设备经改造后、可将两根钻柱从所述船延伸至海底碳氢化合物井。
14.根据权利权利要求13所述的立管安装方法，其特征在于，可根据权利要求1-8中的任意一项权利要求所述的方法，将一根钻探连接至碳氢化合物井，同时安装传输管道。
15.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的立管道安装方法，其特征在于，所述立管的所述第二端被附至水下浮筒，且由一条软管将所述第二端连接至所述第三艘船。
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