CN101218459B - 近海浮式采油装置上的提升管安装 - Google Patents
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Abstract
一种用于安装提升管使它们从FPU(浮式采油装置)延伸到油田的多个海底烃井的方法,该方法避免了管段的损害并且经济。管段与FPU处的管柱部分(68B-68D)的近端(56)连接时,拖船(30)将管柱的远端(65)拖向井口。先将长拖绳(34)呈双悬链曲线从拖船上的绞盘(32)延伸到管柱远端。操纵绞盘将拖绳缩短,直到管柱呈双悬链曲线(60)延伸。安装期间,保持管柱近端部分,以使其与垂线以一个近端角度(70)延伸,该近端角度(70)一直处在预定范围例如3°至12°内,从而使管柱中的张力保持在适当的水平。
Description
技术背景
深海油田(至少100米深的海中)的烃可以使用FPU(浮式采油装置)生产,FPU上安装有用于从海底井生产出的烃中取出沙子、石头、水等并存储所述烃以及不时地将存储的烃卸至油轮的设备。由于油田的开发,需要在海底铺设提升管用以连接FPU和附设井。随着钻井和完井技术的发展,大油田可以开发很多年。一直以来用于在从井延伸到FPU的管柱中铺设钢管的工程船的体积大并且成本高,其工作费用可能超过每天$200,000。在FPU和每一个海底井口之间长期安装管柱的低成本方法将是有价值的。
发明内容
根据本发明的一个实施例,以经济的方式提供了一种安装在FPU(浮式采油装置)和海床井口之间延伸的管柱形式的提升管(riser)的方法和装置。该方法包括在FPU处连接管段并通过使其轴线最初基本上竖直将它们放入海中,以得到由管段组成的管柱。在FPU处的管柱近端增加管段时,与近端相对的管柱远端由拖船拖向管柱将要连接的井口。管柱远端连接在延伸到拖船的拖绳上。拖绳最初较长并呈双悬链曲线延伸,而后由拖船绞盘拉回以拉动管柱远端,直到管柱呈双悬链曲线延伸。拖船向前移动继续拉动管柱远端,同时通过保持管柱近端与垂线成一定角度来控制管柱弯曲度,该角度限定在一定的范围内,例如在6°和12°之间。
当一部分管柱搁置在海床时,拖船继续拉动管柱远端,此时管柱沿海床滑动。每当增加一些新管道到管柱近端上,通过逐步移动拖船使管柱的近端角度保持在限定的范围内。当管柱远端接近预定井口时,FPU放下管柱近端,使其沉入深水中。拖船拉动并下降管柱远端使其与井口连接。随后FPU将管柱近端提升到FPU上。这导致近端角度从3°至12°的范围增大至20°,从而使完全安装好的管柱中有更大的管柱张力。
本发明的新颖的技术特征尤其在所附权利要求中阐述。结合附图阅读以下说明书将能够最好地理解本发明。
附图说明
图1是本发明的生产系统的三维视图,示出了FPU(浮式采油装置)和管柱的近端,同时示出了拖船。
图2是图1的生产系统的平面图。
图3是图1的生产系统的侧视图,示出了管柱安装期间四个不同位置的拖船和管柱。
图4是图3的生产系统的侧视图,示出了管柱安装期间的四个后期位置。
图5是管柱安装最后阶段图3的FPU的侧视图。
具体实施方式
图1示出了包括FPU(浮式采油单元)12的烃生产系统10,FPU12具有通过若干系泊索16固定于海床的船体14。J-lay塔22安装在船体上,J-lay塔延伸到在船体一侧24之外。J-lay塔包括设计成保持长管段21的绞盘25,在每个管段的下端与前一管段的上端相连时,每个管段的轴23都基本上垂直。下面对管柱的安装描述是假定使用直径为10英寸、长为24或37米的钢管。一串管段的总长度可能有1000米或更长,因此将有大量管段串联,从而得到安装完后通常被称为提升管的管柱。
图1中示出了拖船30,申请人使用它拉出管柱以对其进行安装。拖船或拖轮是带有GPS(全球定位系统)装置的动态定位的船,因此它可以自己保持在期望的位置并可以在海面上向任何方向移动。拖船具有马达驱动的绞盘32,绞盘32能够松开和拉回例如为钢丝绳的拖绳34。PDU具有用于从烃中去掉沙子和水的烃处理设备40,其端口42用于从已安装的管柱或提升管接收烃。图2示出FPU可以与许多管柱或提升管44连接,每个管柱或提升管44都延伸到不同井口46,井口46与海底储层50中的井连接。
图3示出了提升管安装的四个不同步骤。在第一步骤中,拖船后部处在位置A,并且在与下一管段54连接时,第一管段52已经从J-lay塔22上放下。第一管段的上端看作是管柱(现在由单管组成)的近端56。从拖船朝向后的方向R延伸的拖绳34以双悬链曲线60(部分62以向前-向下的斜度延伸,同时部分64以向前-向上的斜度延伸)延伸到第一管段52的下端。拖绳后端通过连接器65与管柱的前端或远端连接。另外的管段与第一管段串联时,拖船操纵其绞盘32拉回拖绳,以使管柱沿着逐渐增大的管柱组合66与拖绳展开长度的百分比延伸,直到在拖船位置B,在68B处的管柱部分以双悬链曲线延伸。管柱的每个部分可以称为管柱,因为它包括一串管子,或者称为管柱部分,因为它是最终的更长管柱或提升管的一部分。
在管柱通过连接另外管段进行加长时,申请人通过严密监控管柱的展开角度或近端角度70来控制从FPU向下延伸的管柱部分的方向。申请人将角度70保持在与垂线72成约在3°和12°(2°至15°)之间的预定范围。近端角度70可以测量为FPO下面的管柱的角度,或J-lay塔下方前两个管段的平均角度,或接近FPU的海面下50米深处的角度。
当拖绳34已经在拖船位置B充分缩短并且增加管段时,拖船逐步向前移动,并在每步之间保持静止位置。这时,在拖船位置B,处于拖船拖绳后部的连接器65沿着向前-向上的斜度延伸。当增加了足够的管段以致近端角度70减小到角度范围的下限例如3°时,拖船向前F移动,直到近端角度增加到10°至12°。随后拖船保持在适当的位置,同时增加另外的管段,并且在拖船再次向前移动时角度减少到6°。图3示出了处在位置B和C的拖船,其拖绳34长度不变,当增加了另外的管段时,管柱部分68B和68C的长度逐渐增加。如果最终的提升管相对于海洋深度足够长,那么拖船将到达位置D,在该位置管柱部分68D的一部分74搁在海底76上。管段增加的同时拖船继续逐步向前移动,该中间管柱部74沿海床滑行。海床已经勘测过,从而确保不会损坏海床上的管柱部。
在申请人为10英寸钢管设计的一个安装方法中,拖船开始处在FPU 12前面300米的位置A(图3),750米的拖绳34延伸到FPU。随着管段的增加,管柱增长,拖船拉回其拖绳,随后在管段在两个步骤之间增加时,拖船逐步向前移动。在多数系统中可能需要几百米长的拖船拖绳。
图4示出拖船逐渐向更前方移动,经过位置E、F和G,直到拖船到达位置H。随后,操纵拖船上的绞盘拉回其拖绳34,这样连接器65只处在很浅的深度。管道终端80与管柱远端连接,同时管柱降至海床,以连接到事先已经安装在海床上的井口86的井口平台84的连接器82上。通常使用远程操作设备随同管道终端一起降至井口,帮助进行连接。
在由拖船保持的管柱的远端被拖到位置G或H之前,在FPU(浮式采油装置)12处的管柱近端56(图5)采取一些措施。图5示出申请人将绳90与绞动装置例如J-lay塔的绞盘或单独的绞盘连接,以及与管柱近端56连接,并操纵绞动装置将管柱近端放至FPU下数米(大于10米的深度),到达位置56A。管柱远端被进一步向前拖动之后,申请人操纵绞动装置将管柱近端56A升至FPU的甲板,并将管柱近端与烃接收端口42(图1)连接。管柱近端的提升,即近端部分处在62A,使近端角度70(图5)从约6°增大至约20°(15°至28°)。由于现在作为提升管一部分的管柱的近端部分62A以这么大的角度延伸,极大地增加了提升管近端部分62A内的张力。如果出现产生大浪的暴风雨,这种较大的张力可以避免提升管近端部分62由于压缩而扭曲。
图1示出FPU具有许多管子,每个管子形成连接器100,每个连接器都连接基本上向下延伸到海中的管柱。每个管柱或提升管使用单独的连接器,以防止提升管之间相互摩擦。有时,希望管柱44A(图2)延伸到井口例如46A,其中只放置有可用的导向器100A,因此从导向器100A延伸出的任何管柱必须与另一提升管44B交叉(如图2的平面图所示)。这可以通过普通的方法做到,即用拖船将新管柱44A拖至它必须交叉的现有提升管44B下方。新管柱44A的近端在安装期间保持在3°至12°的近端角度。安装结束时,新提升管的近端拉至避免提升管交叉的连接器100,同时提升管以与和它交叉的其他提升管相同的近端角度例如与垂线成20°延伸。
因此,本发明提供了一种在FPU(浮式采油装置)和井口之间安装提升管的经济的方法和装置。该方法包括,当通过连接另外管段到管柱近端而加长管柱时,使用拖船(任何可以拖的船舶都视为拖船)拖动该管柱(管柱安装好后将成为提升管)。管柱的弯曲度通过拖动管柱远端进行控制,因此该近端与垂线成一近端角度延伸,该角度维持在预定范围内,优选在3°和15°之间。拖船首先将拖绳向后拉伸得足够长,使其呈双悬链曲线延伸到短管柱的远端。拖船保持在固定的位置,并且在管柱加长的同时拖绳被向前拉回拖船中,直到管柱呈双悬链曲线延伸,并优选沿双悬链曲线前部沿着大部分距离延伸。此后,拖船逐步向前移动,并在每步移动之间停止,在拖船停止时增加另外的管段。控制拖船的移动和管段的增加,以便将管柱的近端角度维持在预定范围。最后,将管柱近端放入FPU下面的海中,拉动远端,并提升近端,以增大近端角度。
尽管在此已经描述和说明了本发明的特定实施例,但是应认识到本领域的技术人员可以容易地对其进行修改和变化。因此,希望权利要求能够解释为覆盖这些修改和等价物。
Claims (3)
1.一种用于安装提升管(44)使其在浮式采油装置(12)和位于海床处的井口(46)之间延伸的方法,包括在将若干段管段(21、52、54)大致竖直保持在所述浮式采油装置的一侧并将这些管段下放到海中的同时,串接这些管段,以得到管柱(68B、68C、68D),该管柱具有在所述浮式采油装置处的近端(56)以及与该近端相对并被多次加长的远端(65),当管柱的远端位于其中一个所述井口的附近时,下放所述远端并将所述远端与所述井口连接,其中加长步骤包括在所述管柱从所述浮式采油装置延伸到拖船的拖绳时,将所述管柱的所述远端与拖船(30)上的拖绳(34)连接,并操纵所述拖船以将所述远端向前拖离所述浮式采油装置,其中:
所述加长步骤包括首先将所述拖船定位在靠近浮式采油装置的拖船位置(A),以及在所述管柱包括至少一个管段时,将所述拖船拖绳从所述拖船上的绞盘(25)拉出足够长的长度,一直延伸到管柱的远端,从而拖绳呈双悬链曲线(60)从拖船延伸到管柱,并操纵所述绞盘以拉动拖船拖绳使其缩短,直到拖船拖绳呈单悬链曲线从管柱远端延伸到所述拖船并且管柱呈双悬链曲线延伸;
将所述拖船多次移动到逐渐远离所述浮式采油装置的位置(B,C),以将所述管柱远端移动成更靠近所述井口。
2.一种用于安装提升管使其在浮式采油装置(112)和位于海床处的井口(46)之间延伸的方法,包括在将若干段管段(21、52、54)大致竖直保持在所述浮式采油装置的一侧并将这些管段下放到海中的同时,串接这些管段,以得到管柱,该管柱具有在所述浮式采油装置处的近端(56)以及与该近端相对并被多次加长的远端(65),当管柱的远端位于其中一个所述井口的附近时,下放所述远端并将所述远端与所述其中一个所述井口连接,其中加长步骤包括在所述管柱从所述浮式采油装置延伸到拖船的拖绳时,将所述管柱的所述远端与拖船(30)上的拖绳(34)连接,并操纵所述拖船以将所述远端向前拖离所述浮式采油装置,其中:
所述加长步骤包括逐步向前移动所述拖船,然后将拖船保持在固定的地理位置,并且包括在拖船保持在固定的地理位置时,执行连接若干段管段的步骤,同时监测管柱近端与垂线的角度(70)。
3.一种用于安装提升管(44)使其在浮式采油装置(112)和位于海床处的井口(46)之间延伸的方法,包括在将若干段管段(21、52、54)大致竖直保持在所述浮式采油装置的一侧并将这些管段下放到海中的同时,串接这些管段,以得到管柱,该管柱具有在所述浮式采油装置处的近端(56)以及与该近端相对并被多次加长的远端(65),当管柱的远端位于其中一个所述井口的附近时,下放所述远端并将所述远端与所述其中一个所述井口连接,其中加长步骤包括在所述管柱呈悬链曲线从所述浮式采油装置延伸到拖船的拖绳时,将所述管柱的所述远端与拖船(30)上的拖绳(34)连接,并操纵所述拖船以将所述远端向前拖离所述浮式采油装置,其中:
操纵所述拖船以拖拉所述管柱远端的步骤包括借助于通过拖船运动而不是通过缩短所述拖船拖绳而产生的所述管柱远端的最大运动,移动所述拖船以将管柱的所述远端拖离浮式采油装置。
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