CN101730784B - 可解脱立管系泊系统 - Google Patents

Abstract

一种用于深海定位的系统，用于将采油平台或漂浮装置(14)系泊在碳氢化合物储层(26)上方的位置处，并且用于连接能够用来将碳氢化合物从海底向上运送到用来存储碳氢化合物的采油平台的立管(101)、用于注水、气举、出气的出油管、集成管束和用于系泊该平台的系泊缆。系泊缆和立管通过连接浮筒或连接器(16)可分离分离地连接于平台。本发明涉及这样一种系统，它允许使用重量和体积最小的连接器，从而特别在其与平台连接和分离期间方便其操作。

Description

可解脱立管系泊系统

背景技术

位于深海底部的海底储层中的碳氢化合物一般是由这样一种设备来生产的，该设备包括用于从海底将碳氢化合物运送到用来存储这些碳氢化合物的采油平台的立管。与海床连接的连接部还可以包括用于注水，气举，出气和电液控制管缆的流体输送管线，并且还可以包括用来系泊平台的系泊缆。在风暴来临时或者要将所存储的碳氢化合物运送到另一个位置或者为了其它目的，有时平台必须航行离开立管和系泊缆所处的储层区域上方的位置。为此，该设备通常包括连接浮筒或者与立管的上端和系泊缆的上端连接的浮式连接器，并且反过来按照使得连接器能够分离以及重新连接的方式与平台连接。在连接器与平台分离时，连接器沉入到海平面下方至少25米的位置，从而连接器位于大多数或所有波浪作用区下方。

在平台返回到生产设备时，必须由平台上工作人员和/或潜水员将连接器升起并且连接至平台上。连接器越轻，则在分离和重新连接期间更容易操作并且移动它。本发明主要涉及制造出这样的设备，从而连接器具有最小的质量和体积，因此更容易移动，并且因此连接器移动最小的距离。这些设备主要用来生产碳氢化合物，但是可以用于要输送大量碳氢化合物的任何地方。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于系泊碳氢化合物输送平台的设备，该设备包括用于将立管和系泊绳连接至平台的浮式连接器，其中该连接器可以与平台分离以在波浪作用区域下很深的地方下沉，其中可以用最小的力让该连接器移动。系泊绳主要具有向上延伸至系泊浮筒的基本竖直的下部，并且具有主要从系泊浮筒水平延伸至连接器的上部。立管具有从海底向上延伸至立管浮筒装置的下部，并且立管具有采取跨接软管形式的上部，它从立管浮筒装置延伸至连接器。在大多数的情况中，立管浮筒装置为与系泊浮筒分开的浮筒，但是在有些情况中，立管由还用于支撑立管的下部的系泊浮筒形成。根据本发明，立管浮筒装置不直接系泊在海床上，而是与系泊浮筒连接。应该注意的是，在这一点上，“与系泊浮筒连接”包括连接于位于浮筒附近的系泊系统上，或者连接于与浮筒连接的连接元件上。

立管具有从海底延伸至立管浮筒装置的下部，并且立管具有以跨接软管形势的上部，它们从立管浮筒装置延伸至连接部。在大多数情况中，立管浮筒装置为与系泊浮筒分开的浮筒，但是在有些情况中立管浮筒是由还支撑着立管的下部的系泊浮筒形成。根据本发明，立管浮筒装置不直接系泊在海床上，而是与系泊浮筒连接。应该指出的是，在本文中“与系泊浮筒连接”包括连接至位于浮筒附近的系泊系统上，或者连接至与浮筒连接的连接件上。

在任意立管浮筒(或者立管浮筒装置)和浮式连接器之间没有基本竖直的绳索或其它承重连接部分。柔性跨接软管从立管浮筒延伸至连接器，但是跨接软管漂浮在水中，而且太长太软以致于不能将重量从立管浮筒传递给连接器。因此，连接器基本上只是支撑期其自身重量以及跨接软管的一半重量。因此，在连接器必须从水下深处(例如水下50米)向平台提升时，则工作人员必须只是抬起浮式连接器(减去其浮力)、每个系泊缆水平上部的一个端部，以及立管的一部分跨接软管的重量。

给出了本发明的新颖特征(特别是在所附权利要求中)。应该理解的是，在涉及立管时，申请人指的是从海底将碳氢化合物运送到用来存储碳氢化合物的采油平台的立管，以及用于注水、气举、出气(需要时)的管线和集成管束。结合附图根据下面的说明书将最好地理解本发明。

附图说明

图1a为本发明的采油平台和碳氢化合物运送设备的侧视图，其中该设备的连接器与采油平台连接。

图1b为与图1a的设备不同的设备的侧视图，其中系泊浮筒更紧地连接于立管浮筒，但是更不紧地连接于连接器。

图1c为与图1a类似的视图，但是其中连接器与采油平台分离并且位于波浪作用区下。

图1d为与图1b类似的视图，但是其中连接器与采油平台分离并且位于波浪作用区下。

图2为本发明另一个实施例的采油平台和设备的侧视图，其中系泊浮筒用作也支撑立管的浮筒装置。

图3为图1a的采油平台和设备的平面图。

图4为图1a和1b的一部分设备的端视图。

图5为本发明另一个实施例的采油平台和设备的侧视图，其中，每个立管(或紧挨在一起从海底向上延伸的立管组)具有张紧的下部，并且其下立管部分的顶部由单独的立管浮筒支撑。

图6为与图5类似的采油平台和设备的侧视图，但是具有在每个系泊浮筒和立管浮筒之间以及在立管浮筒之间延伸的基本上水平的栓系绳索，并且立管下部具有悬链线形状。

图7为结合了图2和5的系统的采油平台和设备的侧视图，其中有些立管下部由系泊浮筒支撑并且有些立管下部由单独的立管浮筒支撑。

图8为图7的系统的侧视图，但是其中连接器与采油平台分离并且位于水下深处。

具体实施方式

图1a示出用于通过可分离的回转浮筒或连接浮筒或浮式连接器16系泊采油平台14(例如FPSO，即，漂浮、生产、储油以及卸油)的系统12。该系统包括立管(生产管线，用于注水、气举的管线，以及集成管束)101，其下端24通向与海底碳氢化合物(石油和/或天然气)储层26连接的井口25，并且还包括用来使平台保持不动的系泊缆或系泊缆组件30。立管101和系泊或锚固组件30的上端与连接浮筒16连接，并且其下端与海底34连接。因此，通过连接浮筒16形成该平台与海底连接的所有主要连接部。不存在从立管浮筒102延伸至海床34的基本竖直张紧，或拉紧的绳索。在大的暴风雪或冰山接近时，或者在该平台要航行至将其采集并且存储的碳氢化合物卸载的位置的情况下，该平台有时会航行离开储层上面的位置。在那些情况下，连接浮筒16必须与平台14分离，并且允许下沉到优选低于高度为A的波浪作用区40的底部70的高度，并且随后被捡起并且重新与平台14连接。

在连接浮筒16的分离和重新连接期间，浮筒必须由平台上工作人员和/或潜水员来进行操作。连接浮筒越轻，则在这些操作期间更容易操作并且移动它。本发明涉及设计出这样的系统，从而可以采用质量和体积最小的连接浮筒来可靠地将该系统的系泊和立管部件与平台连接和分离。

系泊组件30包括优选由其重量低于长钢链系泊缆的钢绳或聚酯绳或其组合制成的绳索。钢的比重大约为7，并且如果采用长钢链，则其上端必须由相对较大的平台或较大的浮筒来支撑。

图1a还示出该平台具有允许平台转动的转台，并且浮式连接器16与转台的底部连接。连接器16的高度的大部分位于转台下面。平台壳体的底部位于用于所示设备的海平面下方大约20米处，并且连接器的顶部位于平台壳体底部14b上方大约3米的位置处。因此，为了能够位于波浪作用区40下面(该波浪作用区延伸至海平面下面大约50米的位置，或者延伸至海平面下面25至75米之间的深度处)，连接器要向下移动大约33米，并且为了将它重新连接在平台上，必须将连接器提升大约33米。如果连接器完全位于平台中，则它将不得不从更深7米的更深位置向上移动以便重新连接。在特定的情况中例如在有许多冰山的海洋中，连接器可以向下移动大约100米以便位于冰山下面。

在图1a中示出位于波浪作用区40下方的弹力浮筒50(该浮筒具有从浮筒向下延伸的弹簧)，弹力浮筒50安装在每一组基本上竖直的下系泊缆部分44的下端上。钢链的较短部分52从弹力浮筒延伸至每个下绳索部分44上。构成上系泊缆部分的两个或更多个基本上水平的上聚合物或聚合物-钢缆绳部分56从弹力浮筒延伸至连接浮筒16。为了安全原因，申请人优选使用至少两个上绳索部分，因此即使在一个上系泊缆部分断裂的情况下也能够确保连续的系泊。

图1a还示出由钢悬链状立管(SCR)形成的立管101、下立管部分100和柔性跨接软管64，并且共用立管浮筒102通过基本上水平的绳索104与弹力浮筒或系泊浮筒50连接。立管浮筒102相对于海底更接近于海面。立管浮筒102不直接系泊在海床上，而是在与弹力浮筒相互连接时跟随着弹力浮筒运动和移动。共用的立管浮筒102也可能指的是几个更小的浮筒束(如图1b所示)，一个浮筒支撑着一个立管下部100。

另外，在图1a中可以看出，连接浮筒16支撑着基本上水平的上系泊缆部分56中的每一个的一个端部。这些系泊缆部分56的比重只是比水适当大些。连接器浮筒16还支撑着由跨接软管64形成的立管上部的一些重量。跨接软管非常柔性，并且不会支撑除了其自身重量之外的任何重量。不存在从共用浮筒102延伸至海床的基本上竖直的拉紧承重绳索。由于在浮式连接器16和共用浮筒或者立管浮筒装置102之间不存在任何张紧绳索，所以在连接器竖直运动时共用浮筒102不会显著地向上或向下运动(连接器的竖直运动的至少10％)。因此，在必须将图1c的分离的连接器16A重新连接至平台14上时，工作人员必须抬起并且操作连接器16A的重量、上系泊缆部分56A在水中的大约一半重量以及跨接软管64A的一部分重量。在将连接器16A升起时，它不会抬起共用浮筒102A或者悬挂在浮筒102A上的立管下部100A的重量。

图1b示出可选的实施例，其中系泊浮筒50通过张紧绳索104B与共用浮筒连接，并且共用浮筒为小浮筒102的束，每个立管100具有一个小浮筒。在该结构中，在系泊缆下部44和在系泊浮筒50和小浮筒102之间延伸的基本上水平的张紧绳索104B之间共享预张力。上系泊缆部分56B没有任何净张力(除了由其在水中的重量引起的之外)。除了绳索104B之外，系泊浮筒50也可以通过张紧绳索105相互连接(为了安全考虑或者在没有立管时)。在该结构中，系泊缆上部56B非常轻并且松弛，因此由连接器浮筒16支撑的系泊缆重量较小。因此，它产生出人工水深，因此系泊缆上部56B和跨接软管64独立于施加在该系统上的预张力，连接器16与跨接软管64和系泊缆上部56B一起运动。人工水深使得申请人能够使用上系泊缆部分56B和长度较短的跨接软管64，较短的长度使悬挂重量最小。因此，由于其浮力更小、体积更小并且更轻，所以可以简化连接器浮筒的设计。

图1c示出在连接浮筒16A已经与平台分离时图1a的系统。浮筒16A漂浮，而在上绳索部分56A和与浮筒连接的跨接软管64A往往沉入在水中。在浮筒下沉时，它支撑着跨接软管64A的更小部分直到浮筒到达稳定的深度。应该注意，该系泊系统和流体输送系统的所有承重上部水平连接，因而它们往往一起水平运动。因此，当位于16或16A处的连接浮筒水平移动时，弹力浮筒50和立管浮筒102也将水平移动，因为它们都水平连接。

图1d示出在连接浮筒16B已经与平台分离时图1b的系统。一旦分离，位于16B处的连接器位于立管浮筒102B和系泊浮筒50的底下。由于该结构，立管下部100B的相对运动减小。在图1d中，弹力浮筒50和立管浮筒102B将水平移动，因为它们都通过张紧绳索104B和105水平连接。另外，由于图1b的结构使得连接器16B和浮筒(50，102B)能够竖直的分离，所以它产生出人工水深，立管下部100的相对运动减小，并且跨接软管64B的连接器支撑部分和系泊缆上部56B将达到稳定的深度，这比在图1c中示出为下沉的图1a的一个结构更深。因为当连接器16B向下移动时浮筒50没有进一步移动分开，所以连接器16B到达更深的深度。

申请人将相互连接的图1d的弹力浮筒50和立管浮筒102B紧挨着放置在波浪作用区40下面，并且优选其中心设置在该区域的底部70下方小于距离A的位置处。

图2示出立管91，它具有向上延伸至弹力浮筒50的钢悬链线状立管下部90和延伸至连接浮筒的跨接软管92。在图2的系统中，形成立管上部的软管与所要支撑的弹力系泊浮筒50连接。图1a和1b以及图2的系统可以与钢悬链线状立管91、101一起使用，并且也可以与柔性立管和集成管束一起使用。

在图2中，使下系泊缆部分44保持拉紧并且支撑着每个上系泊缆部分56的一个端部的系泊浮筒50为立管浮筒装置的一部分，该部分还支撑着每个跨接软管92的一个端部。这避免了需要至少一个附加浮筒。

图3示出平台14和系统12的顶视图，其中平台用虚线示出。所示的该特定系统具有三组隔开120°的系泊组件30，每一组包括由钢绳或聚酯绳制成的三根基本上竖直的绳索下部44。对于每一组而言，申请人提供了多个(优选至少三个)竖直绳索下部44，它们以稍微不同的罗盘方向(通常大约为4°，即2°至8°)延伸。这提供了安全性以确保即使在三根下系泊缆中的一个断裂或其基础被破坏的情况下也将有足够的系泊。

这里清楚示出立管和立管浮筒102位于120度分开的系泊组件30之间。图3示出立管浮筒102和弹力浮筒50相互连接。(对于在图1b中所示的实施例而言，除了绳索104之外，还可以在系泊浮筒50之间增加连接绳索105)。

部分由聚酯材料制成的系泊缆是有利的，以减小在深水(例如，超过500米)中必须支撑的重量。实际上，聚酯材料其比重为1.1至1.4，因此它们只需要相对较轻的支撑。

图4示出图1a、1b和3的浮筒102、跨接软管64和所连接的立管下部100的结构的侧视图。跨接软管64每根都以悬链线曲线延伸，并且具有不同的长度以避免混杂。图4的最下面的跨接软管64c其长度比上软管64a长大约20％(10％至35％)。这导致在最上面和中间的软管64b之间形成竖直间隔L1并且在最上面和最下面软管之间形成间隔L2。在相邻软管的长度之间的差异优选至少为5％，并且优选不超过15％。由于在位于平台附近的系泊缆之间的密集区域中只有有限的水平空间，所以在跨接软管之间的距离基本上竖直变化每个跨接软管的长度。这避免了跨接软管在通常位于波浪作用区中的位于系泊缆之间的有限、密集的空间中相互摩擦。每个跨接软管以J曲线延伸，其基本上竖直的部分从连接器16向下延伸，并且其较大的弯曲部分从基本上竖直部分100向下延伸并且向上延伸至浮筒102。可选方案可以为在跨接管不漂浮时具有以波浪曲线或S形曲线延伸的跨接软管。

图5-8示出本发明的另外可能的特征，其中立管20的每个都包括从海底向上延伸至立管浮筒62的刚性下立管部分60和以悬链线状曲线向上延伸至连接浮筒16的柔性上立管部分或跨接软管64。

图5示出与图1a类似的设备，除了采用单独的立管浮筒62来支撑每个立管下部60。这允许每个下立管部分以基本上竖直的从海底向上至浮筒62的直线张紧地延伸，而不是让每个立管下部成曲线延伸。该设备在其它方面类似于图1a的设备，除了没有任何稳定绳索从系泊浮筒50延伸至立管浮筒62。在图5中，每个立管浮筒62设置成位于波浪作用区40下方距离较短的位置处，并且该距离(距离每个浮筒12的中部)优选不大于波浪作用区的高度A。通常波浪作用区具有50米的高度，这与特定的FPSO平台14的大约35米的高度的量级相同。在与平台分离时，连接浮筒16应该位于海平面下方至少25米的位置处以位于波浪作用区的上半部下方，在那里水运动最大，并且优选应位于大约50米的整个波浪作用区高度下方(如果需要避开冰山，则要甚至更深)。图5还示出在已经与平台分离之后位于16C处的连接浮筒。该连接浮筒16是漂浮的，而与浮筒连接的系泊上绳索部分56和跨接软管64往往沉入在水中，因此该浮筒向下运动直到其浮力等于各个部分56和跨接软管64在其上的向下重量(以及上绳索部分56的张力)。

图6示出与图5的设备类似的设备，除了基本上水平的稳定绳索72从每个系泊浮筒50延伸至每个立管浮筒。稳定绳索例如缆绳或链72在每个弹力浮筒和立管浮筒之间延伸，以便降低其相对的水平运动。在该系统具有悬链线状下立管部分60而不是张紧的竖直下立管部分时，需要该稳定绳索。

图7示出结合图2和5的系统的设备，其中一些立管下部件80的每个都延伸至还用作立管浮筒装置的弹力浮筒，并且一些立管的每个都延伸至单独的立管浮筒。在图7中，设有集成管束立管下部件80，它从连接浮筒16延伸至每个弹力浮筒50，并且从那里延伸至井口82以运送工具。

图8示出在连接器16B连接并且沉入到波浪作用区下方的高度(其中心在其下方)时的该设备。它示出图7的系统，在16B的连接浮筒被释放以下沉，而拾取浮筒84保持在海平面。

在图5、7和8中所示的系统还能够根据环境条件在备用浮筒50、62之间设置稳定绳索。在连接浮筒16(例如图5)分离时，系泊浮筒50和立管浮筒62将支撑上系泊缆部分56和跨接软管64的任意额外重量。弹力浮筒50和立管浮筒62两者都设计成获取在连接浮筒的连接和分离的位置之间的该重量变化。

因此，本发明提供了一种改进的设备，该设备包括连接器浮筒或连接器，用来将系泊缆和立管连接至平台上。系泊缆具有基本上竖直延伸至系泊浮筒的下部，并且具有基本上水平延伸至连接器的基本上水平的上部以防止平台飘流远离中央位置。立管具有基本上竖直向上延伸至立管浮筒装置的下部，该立管浮筒装置可以包括共用浮筒、单独浮筒或系泊缆浮筒以及向上延伸至连接器的柔性跨接软管。在立管浮筒装置和连接器之间或者在任一个立管浮筒或系泊浮筒之间存在竖直分离，因此连接器不会使得立管浮筒或系泊浮筒与连接器一起适度竖直向上运动(多于连接器竖直移动的10％)。这使在要将连接器升起以重新连接至平台上时被向上移动的重量最小。

在连接器分离时，连接器通常但不总是位于立管浮筒上方(参见在图1d中所示的实施例)。连接器通过成J形曲线延伸的柔性跨接软管与下立管部分和立管浮筒连接，因此跨接软管从连接器向下延伸至低于立管浮筒的高度，然后沿着曲线向上延伸至立管浮筒。

这些附图只是示出其中漂浮设备为平台例如FPSO的实施例，但是它可以是任意类型的平台(漂浮、储油和卸载设备(FSO)，漂浮存储和加油设备...)以及任意类型的漂浮设备例如SPARs和漂浮生产设备(FPU)。

虽然在这里已经说明并且示出本发明的一些特别实施例，但是要知道的是，一些变型和变化对于本领域普通技术人员是显而易见的，因此权利要求书将被解释为涵盖这些变型和等同方案。

Claims (6)

1.一种海上流体输送系统(12)，其包括漂浮装置(14)；能够与漂浮装置连接和分离的连接浮筒(16)；多个立管(101)，每个立管都从海底延伸至连接浮筒；和多个系泊缆组件，每个系泊缆组件都从海底延伸至连接浮筒；该系统包括：

多个系泊浮筒(50)，每个系泊浮筒(50)相对于海底更接近于海面，每个系泊缆组件具有从海底向上延伸至所述系泊浮筒中的一个的下系泊缆部分(44)和从相应的系泊浮筒基本水平地延伸至所述连接浮筒的上系泊缆部分(56)；

立管浮筒(102)，其相对于海底更接近于海面，并且漂浮在水中用于支撑每个所述立管的一部分，每个所述立管都具有从海底延伸至所述立管浮筒的立管下部(100，60)，并且具有从立管浮筒延伸至连接浮筒的立管上部(64)，所述连接浮筒能从所述漂浮装置分离，然后支撑所述上系泊缆部分(56)的上端和所述立管的上端。

2.如权利要求1所述的系统，其中，

所述漂浮装置包括转台，所述连接浮筒具有一高度，所述连接浮筒的高度的主要部分位于所述转台之下，以便使得在将连接浮筒重新连接期间必须将其抬起的高度最小。

3.如权利要求1所述的系统，其中，

所述立管浮筒包括共用浮筒，所述多个立管都由所述共用浮筒支撑，并且每个立管具有单独的柔性跨接软管；

所述跨接软管布置成每个跨接软管的底部以悬链线状延伸，并且各跨接软管的所述悬链线竖直间隔开(L1，L2)。

4.一种海上流体输送系统，它包括漂浮装置；能够与漂浮装置连接和分离的浮式连接器；多个立管，每个立管都从海底延伸至浮式连接器；以及多个锚固绳索，每个锚固绳索具有从海底延伸至锚固浮筒的下锚固绳索部分以及从锚固浮筒延伸至浮式连接器的上锚固绳索部分，该系统包括：

多个系泊浮筒，每个系泊浮筒相对于海底更接近于海面；

立管浮筒装置，立管浮筒装置漂浮在水中，并且位于所述浮式连接器之下，并且比海底更靠近海平面，所述多个立管的每个都具有从海底延伸至所述立管浮筒装置的立管下部，并且具有从立管浮筒装置的高度处延伸至浮式连接器的立管上部；

多个拉紧绳索，它们基本上水平延伸并且将系泊浮筒与立管浮筒装置连接起来，因此上锚固绳索部分不张紧，并且因此浮式连接器没有被上锚固绳索部分向下偏移。

5.如权利要求4所述的系统，其中，

所述系统没有从所述锚固浮筒和所述立管浮筒装置到所述浮式连接器的重量传递连接部分，因此在浮式连接器与漂浮装置连接时，浮式连接器不支撑锚固浮筒或立管浮筒装置。

6.如权利要求4所述的系统，其中，

海洋具有在海平面下面延伸大约50米的预定距离的波浪作用区，并且所述浮式连接器的中部在与漂浮装置分离时不高于所述波浪作用区的底部；

所述漂浮装置具有带有底部的壳体；

在浮式连接器与漂浮装置连接时所述浮式连接器以其高度的一部分位于所述壳体的底部下面，由此减小了浮式连接器的竖直移动高度。

Images