CN102428244A

CN102428244A - 保护柔性立管的方法及其设备

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Publication number: CN102428244A
Application number: CN2010800217193A
Authority: CN
Inventors: M·埃夫蒂米乌; H·T·范德梅伊登; J·J·B·佩克
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2030-05-18
Also published as: CY1115428T1; AP2011005957A0; BRPI1012862A2; EP2432964B1; WO2010133564A3; EP2253796A1; KR101679178B1; WO2010133564A2; EP2432964A2; CN102428244B; AP3886A; AU2010251212A1; BRPI1012862B1; AU2010251212B2; KR20120030372A

Abstract

本发明提供一种保护一个或多个柔性立管的方法及设备，该柔性立管可将立管流体，举例来说诸如天然气的烃生产流体，输送到浮动结构或从该浮动结构输出，所述方法至少包括如下步骤：(a)提供浮动结构(100)，一个或多个柔性立管(10)，所述柔性立管中的每一个都载有立管流体并具有连接到该浮动结构(100)的第一端(20)和位于海床(500)上且与一个或多个立管流体储层(250)流体连通的第二端(30)；(b)关闭一个或多个柔性立管(10)和一个或多个立管流体储层(250)之间的流体连通；(c)利用保护流体替换柔性立管(10)中的一个或多个内的立管流体的至少一部分，其中所述保护流体的密度大于所述立管流体的密度。

Description

保护柔性立管的方法及其设备

技术领域

本发明提供一种保护一个或多个柔性立管的方法及其设备，该柔性立管能将立管流体，举例来说诸如天然气的烃生产流体，输送到浮动结构或从该浮动结构输出。尤其是，在此公开的方法设法保护柔性立管免受由浮动结构随着恶劣天气条件下的波浪运动而发生的升沉和/或俯仰(pitch)所引起的弯曲。

背景技术

浮动式天然气液化(FLNG)构思将天然气处理、液化过程、储罐、装载系统及其他基础设施结合到单个浮动结构中。这种结构是有利的，因为它提供一种海上液化站替换岸上液化站。FLNG船舶可在足以允许将LNG产品卸载(off-loading)到运输船上的水深处系泊在气田附近或气田处。它还代表可移动资产，当气田接近其生产寿命结束时或在经济、环境或政治情况需要时可重新安置到新的地点。

浮动结构可与储层的生产井口流体连通。浮动结构可连接到一个或多个柔性立管上。柔性立管可通过立管底部管汇固定到海床。海底流动管路可直接地或可选地经由井孔管汇将立管底部管汇连接到井口。

在这种构造中，来自诸如气田的烃储层的诸如天然气的生产烃可沿水下管道从一个或多个可处于同一或不同烃储层的井口传递到立管底部管汇。在立管底部管汇位置处，生产和任何注入管道连接到将生产烃传送到浮动结构的柔性立管。柔性立管在坐定点(hangoff point)连接到浮动结构。坐定点可以位于浮动结构的侧面或位于浮动结构中的月池内，例如在转台的底部处。浮动结构可通过多个锚固到海床的系泊缆系泊到海床。

柔性立管是悬浮在浮动结构和立管底部管汇之间的柔性管并且可被配置为自由悬链或使用浮力模块的替代构型，例如低弯度波形(lazywave)和低弯度S形。柔性立管的详细论述记载在美国石油组织(American Petroleum Institute)的以下出版物中：名称为“非粘接管道规范”，API规范17J，第二版，生效日期为2002年12月。

柔性立管操作的论述记载在美国石油组织的以下出版物中：标题为“柔性管的推荐作法”，API推荐作法17B，第三版，2000年3月。

当浮动结构的坐定点的竖直运动剧烈时，例如在巨浪海区中时，柔性立管中可能出现可引起整体弯曲的压缩力。压缩力在坐定点与浮动结构的运动中心拉开距离的情形下会更剧烈，这是因为结构的升沉和俯仰中的一者或两者都被相应放大。

2003年5月5日-8日举行的OTC 15168海上技术会议上McCann等人的标题为“深海应用柔性立管的压缩成型指南”的论文指出了与由于可能系泊在恶劣环境中的浮式生产储存和卸载船舶(FPSO)的剧烈升沉所致的压缩载荷相关的立管弯曲问题。该文认为，在向下升沉和/或俯仰期间，立管试图跟随对结构所施加的运动。当立管移过水柱时，与运动方向相反的阻力起作用，妨碍立管的运动。因此浮船的运动被转换为有效张力的减小。当立管开始压缩时，依赖于横截面弯曲刚度来限制曲率。然而，立管的横截面弯曲刚度与涉及的距离和力相比很小。

WO-2006/031335-A1涉及一种在相对小型的海上开采的冷水生产环境下水下设备中防止水合物。所公开的系统具有至少一个水下生产井、用来将产出流体从水下井输送到管汇的跨接装置、用来将产出流体输送到生产收集设施的生产管线和用来将化学材料输送到管汇的脐带管(umbilical)。脐带管终止于洋底。脐带管可将化学抑制剂传递到洋底然后传递到海底处理系统的设备。抑制剂是为了保证来自井的流动不受流动流(flow stream)中诸如水合物、蜡和水垢的固体形成的影响而设计和设置的。WO-2006/031335-A1的系统使用了使系统相对昂贵的脐带管。

US-2003/008577-A1公开了一种系统，其特征在于诸如立管流动管路的管道具有一个或多个用于浮力控制的附加通道。流动管路的浮力可以通过用浮力控制材料填充附加通道来进行动态控制，从而提供正浮力或负浮力。附加通道可由外部附接于立管的管道或立管内的附加环状物形成，然而这将增加立管的成本。

WO-95/22678-A1公开了一种包括呈平面循环起伏构型的管道的立管组件。张力构件在立管组件的纵向方向上延伸并以隔开间距固定到管道上，因此可以吸收张力。

US-5875848公开了一种用于控制水下立管组件重量的系统和方法。该系统包括阻塞机构，用来选择性地阻塞立管组件的底端以使重钻井泥浆保留在立管组件内部。上、下溢流阀在阻塞机构上方位于立管组件内并间隔开。这些阀可以打开以使得立管组件中的环状物与周围的水处于流体连通。在布署或断开状态期间，可使用上、下溢流阀将钻井液引入环状物或由环状物排出。下溢流阀安装在阻塞机构正上方。上溢流阀优选设置在洋底和水面之间距离的大约三分之一处。因此US-5875848中的系统旨在填充立管环状物的下端。

发明内容

本发明寻求解决由极端天气条件引起的浮动结构的严重升沉和/或俯仰期间的立管弯曲问题。

一方面，本发明提供一种在水下环境中保护一个或多个柔性立管的方法，至少包括如下步骤：

(a)提供浮动结构，一个或多个柔性立管，所述柔性立管中的每一个都载有立管流体并具有连接到浮动结构的第一端和位于海床上且与一个或多个立管流体储层处于流体连通的第二端；

(b)关闭所述一个或多个柔性立管和所述一个或多个立管流体储层之间的流体连通；

(c)利用保护流体替换所述柔性立管中的一个或多个内的立管流体的至少一部分，其中所述保护流体的密度大于所述立管流体的密度。

柔性立管在水中经受的力可通过考虑自由柔性立管的运动而最容易理解。在重力加速度的作用下，会出现柔性立管在水中的向下运动。随着速度增加，恢复阻力增加，直至与重力加速度相匹配并且柔性立管达到终极速度(terminal velocity)。在终极速度，柔性立管的加速度通过恢复阻力平衡，以使得：

V_{Term} = \sqrt{\frac{2 . m . g}{C_{d} . ρ . D_{drag}}}

其中m是包括内部流体的柔性立管的质量，g是重力，C_d是标准阻力系数，D_drag是阻力直径，ρ是水密度，V_Term是终极速度。

当柔性立管受到约束以使得其在第一端附接到位于水面的浮动结构上而在第二端附接在海床时，可能由随着表面的水运动而致的浮动结构的升沉和/或俯仰引起柔性立管的竖直运动。

当柔性立管在海水中的终极速度被立管连接到浮动结构的立管第一端的速度超过时，会出现柔性立管的损坏。这个连接点也被称为坐定点(hang-off point)。当由于浮船的升沉和/或俯仰引起的柔性立管在坐定点的向下速度(“坐定速度”)大于柔性立管在水中的终极速度时，立管将处于压缩状态。这种压力可能导致柔性立管的弯曲和永久损坏。

柔性立管中的压缩应力还可被看做负的立管张力。数学上进行解释，当立管的向下坐定速度与立管在水中的终极速度的比值超过1时可能存在发生弯曲的可能性。因此压缩模型允许针对特定结构升沉和/或俯仰、立管类型和坐定点距结构运动中心的距离预测潜在的立管弯曲。

通过用具有比立管流体更高密度的保护流体填充立管的至少一部分，立管的表观重量增加。这导致立管在水中的终极速度增加。通过增加立管的终极速度，可以适应更高的坐定速度而不会使立管弯曲。这意味着在可能出现压缩和立管弯曲之前柔性立管可以容忍更大的竖直升沉和/或俯仰。因此，与没有至少部分填充保护流体的立管相比，载有保护流体的柔性立管可耐受更恶劣的天气条件，尤其是增加的波高。

在一个实施例中，浮动结构包括保护流体储罐，所述保护流体储罐包括用于保护流体流的出口；并且所述柔性立管中的每一个都具有连接到所述浮动结构的第一端，所述第一端与用于立管流体流的第一端连接器和用于保护流体流的进口直接流体连通，所述用于保护流体流的进口与保护流体储罐的出口流体连通，所述进口与所述第一端连接器分开。

在另一个实施例中，步骤(b)包括关闭第二端；并且步骤(c)包括通过进口将保护流体流引入到一个或多个立管中从而替换立管流体的至少一部分；和通过用于立管流体流的第一端连接器排出被替换的立管流体部分。

本发明的方法使用了设有用于保护流体的顶侧进口的立管。顶侧在此表示立管的附接于浮动结构的一侧。所述进口与用于立管流体的顶侧第一端连接器(进口或出口)分开。进口使得能够利用保护流体快速填充立管的主流体通道，而同时可通过第一端连接器排出立管流体。

另一方面，本发明提供一种在水下环境中保护一个或多个柔性立管的设备，所述设备至少包括：

-包括保护流体储罐的浮动结构，所述保护流体储罐包括用于保护流体流的出口；

-一个或多个柔性立管，所述柔性立管中的每一个都具有连接到所述浮动结构的第一端，所述第一端与用于立管流体流的第一端连接器和用于保护流体流的进口直接流体连通，所述用于保护流体流的进口与保护流体储罐的出口流体连通，所述进口与所述第一端连接器分开，并且所述柔性立管中的每一个都具有位于海床上的第二端，所述第二端具有与一个或多个立管流体储层处于流体连通的立管流体输送流的第二端连接器。

本发明的方法和设备提供一种容易在不利天气条件期间保护立管的相对便宜的装置。本发明免除了附加的脐带管、管道或环状物。立管设有用于保护流体流的进口从而使得能够从立管顶侧利用保护流体快速替换立管流体。

附图说明

现在仅仅通过举例方式并参考伴随的非限制性附图描述本发明的实施例，其中：

图1显示了根据本发明的典型方法和设备方案的第一实施例。

图2显示了根据本发明的典型方法和设备方案的第二实施例。

为了描述，为管线以及管线中输送的流指定单个参考数字。相同的参考数字指的是相同的元件、流或管线。

具体实施方式

图1显示出保护一个或多个柔性立管10的第一方法和设备1的横截面，尤其是在恶劣天气条件期间。柔性立管在海床下方的一个或多个立管流体储层250和海面的浮动结构100之间输送立管流体。因此，立管可能是水下立管。当在这里使用时，术语“水下”意思是包括海水和淡水环境，并且表示水面和水体底部之间的区域。

因此，浮动结构100可以是浮船或海上浮动平台。浮船可以是任何一种可移动的或系泊的船，通常至少具有船体并且一般呈诸如“油船”的船形式。

这种浮船可具有任意尺寸，但是一般是细长的。尽管浮船的尺寸在海上未受限制，单浮船的建造和维护设备可能限制这些尺寸。因此，在本发明的一个实施例中，浮船或海上浮动平台小于600m长，例如为500m，船宽小于100m，例如为80m，以便能够适应现有的船舶建造和维护设备。

海上浮动平台也可以是移动的，但是一般情况下可比浮船更长久地设置。

例如，本发明的方法和设备有利于深水应用，诸如大于200m的水深，例如250到500m，或者大于1000m。

在一个实施例中，立管流体是诸如天然气的烃流体，并且一个或多个立管流体储层250是诸如天然气储层的烃流体储层。在这个实施例中，烃流体将从海床500下方的烃流体储层250输送到浮动结构100，在那里烃流体可以储存并且优选进行处理。当烃流体是天然气时，优选的是浮动结构100包括天然气处理和/或液化单元以使得天然气可被处理以去除不需要的杂质并被冷却以提供液化天然气。这将结合图2更详细地论述。

在一个替代实施例中，在此公开的方法和设备可被用于二氧化碳截存。

许多烃储层，例如天然气储层可包括例如6-10％含量的二氧化碳。这种二氧化碳可在浮动结构中与诸如天然气的烃流体分离，从储层移出然后再次注入到立管流体储层250中。立管流体储层可以是任何一种密封的地下地质构造，例如烃储层、贫化烃储层、蓄水层或其他密封含水层。在这种情况下，立管流体包括优选呈浓相的二氧化碳，例如超临界状态的二氧化碳，即具有高于临界点的压力和温度的二氧化碳。与前面的实施例相反，包括二氧化碳的立管流体被例如从浮动结构100上的分离单元输送到海床500下方的一个或多个贫化烃储层250，在那里可以存储包括二氧化碳的立管流体。

在另一个替代实施例中，同时示例说明了二氧化碳截存方法，输送到立管流体储层250、包括二氧化碳的立管流体可来自任意来源。例如，二氧化碳可产生在不同于浮动结构100的位置，例如岸上位置，并且转移到浮动机构100以用于海床下方截存。立管流体和立管流体储层250可为如前面的实施例中所限定的。

为了本发明的最大利益，优选立管流体的密度小于0.9g/cm³，更优选为小于0.7g/cm³，更加优选为小于0.5g/cm³。

在图1的示例性实施例中，浮动机构100是浮船。浮船通过多个系泊缆610固定就位，该系泊缆在系泊点连接到浮船并将浮船的系泊点维持于固定位置。图1显示了系泊缆的三束620a、620b、620c的三角形布置方式，每一束都包括四根系泊缆610a、b、c、d。系泊缆610牢固地紧固到海床500，例如使用锚桩来紧固。

一个或多个柔性立管10可设置为自由悬挂式悬链或使用浮力模块的替换构型，例如低弯度波形或低弯度S形。每个柔性立管10都具有连接到浮船100的第一端20。图1显示了八个柔性立管10a-h，设置成各具有四个立管的第一和第二立管束，分别在第一端20a-h连接到浮船100。

柔性立管10a-h分别具有位于海床500上的第二端30a-h。柔性立管10a-h的第二端30a-h不必与海床500直接接触。优选的是柔性立管的第二端30a-h适于固定到海床500。在图1所示的实施例中，柔性立管的第二端30连接到两个立管底部管汇300。第一立管束的第二端30a-d连接到第一立管底部管汇300a，而第二立管束的第二端30e-h连接到第二立管底部管汇300b。立管底部管汇300牢固地紧固到海床500，例如使用固定桩。通过这种方式，柔性立管10的第一和第二端20、30分别固定到浮船100和海床500。

立管底部管汇300在柔性立管10和一个或多个立管流体输送流210之间提供流体连接。所述一个或多个立管流体输送流在立管底部管汇300和立管井口200之间传递立管流体。图1显示了通过任选的井口管汇220a连接到四个井口200a-d的第一立管底部管汇300a。四个立管流体输送流210a-d连接井口200a-d至井口管汇220a。两个其他立管流体输送流210i、j连接井口管汇220a至立管底部管汇300a。类似地，第二立管底部管汇300通过任选的井口管汇220b连接到四个井口200e-h。四个立管流体输送流210e-h连接井口200e-h至井口管汇220b。两个其他立管流体输送流210l、m连接井口管汇220b至立管底部管汇300b。井口200与位于海床500下方的一个或多个立管流体储层250流体连通。

按照这种方式，诸如烃流体的立管流体从一个或多个烃储层250输送到浮船100。类似地，包括二氧化碳的立管流体可从浮船100输送到一个或多个立管流体储层以用于碳截存。

系泊缆610用来使浮船100的系泊点保持在固定位置。然而，可能是钢链的系泊缆610提供运动自由度以使得浮船100的系泊点可以随着波浪运动，例如浮船100的升沉和/或俯仰，而进行运动。

在恶劣天气条件下，波浪运动可能变得很显著以致一个或多个柔性立管有弯曲的危险。如前所述，当立管在海水中的终极速度被立管10连接到浮动结构100的第一端20的坐定速度超过时，出现立管弯曲。由于浮船100的升沉和/或俯仰而导致的立管在坐定点处的向下速度大于柔性立管在水中的终极速度时，立管受到压缩。这种压缩应力可能导致柔性立管的弯曲和永久损坏。

在此公开的方法和设备设法减轻恶劣天气条件下立管损坏的问题。尤其是，用保护流体替换柔性立管10中的一个或多个内的立管流体(例如烃流体或包括二氧化碳的流体)的至少一部分。保护流体的密度大于立管流体的密度，因此对于相等的流体体积，立管10中的流体的质量增加。增加立管中的流体质量会增加立管的总体质量(即立管质量加上流体含量)。增加立管的总体质量会增加立管在水中的终极速度。这意味着在超出终极速度之前柔性立管可允许更大的坐定速度。更大的坐定速度对应于坐定点上更大的升沉和/或俯仰，因此能容忍更极端的海洋情况。

优选的是保护流体的密度大于0.9g/cm³，更优选大于1.0g/cm³，更加优选大于1.1g/cm³。与立管流体相比保护流体密度大得越多，在用保护流体替换立管流体时柔性立管的终极速度增加越大。柔性立管终极速度增加越大，所能承受的不会压缩柔性立管的坐定速度越大。因此，优选的是保护流体和立管流体之间的密度差至少为0.2g/cm³，更优选为至少0.4g/cm³，更加优选为至少0.6g/cm³。

合适的保护流体的实例是包括乙二醇和烃冷凝物液的组中的一项或多项。这些流体在立管流体为烃流体的情况下作为保护流体特别有用。浮船100可包括一个或多个烃处理装置，例如分离装置，例如低压气/液分离器，从而由烃立管流体形成烃冷凝物。烃流体优选为稳定形式。因此，烃冷凝物的储备可设于浮船中，例如冷凝物贮罐中。在烃冷凝物具有比立管流体更大的密度的情况下，例如如果立管流体是未处理的烃流，诸如天然气流，烃冷凝物的储备可以包括一个保护流体源。

在一个替代实施例中，在立管流体为烃流体的情况下，将例如乙二醇(MEG)的水合物抑制剂注入到烃流体可能是必需的。例如，可在烃流体从井口220露出时或露出之前向烃流体注入水合物抑制剂从而防止在立管流体输送流210和柔性立管10中形成水合物。在这种情况下，浮船100可包括水合物抑制剂储罐，例如MEG储罐。浮船100还可包括水合物抑制剂再生装置以由立管流体分离水合物抑制剂。

在水合物抑制剂具有比立管流体更大的密度的情况下，水合物抑制剂的储备可以包括一个保护流体源。在一个实施例中，提供的MEG储罐具有的容量使15-20％的MEG罐容量可将所有柔性立管10完全充满保护流体。在这种情况下，优选的是保持15-20％的储罐中的MEG的最小盛装量从而确保有足够的MEG来为每个柔性立管10提供最大保护(即完全填充)。

优选的是从连接到浮动结构100的第一端向一个或多个柔性立管10填充保护流体。这允许保护流体存储在浮动结构100上。

优选地，将一个或多个柔性立管10中的每一个中的立管流体的一部分替换为保护流体。通过这种方式，可在不利天气条件下防止所有柔性立管10损坏。更加优选地，用保护流体替换的立管流体部分在每个立管中都是一样的。因为给每个立管增加了相同质量，所以这是有利的。对于相同的立管，每个立管都因此具有在海水中相同的终极速度从而显示出类似的动态特性。

不建议在每个柔性立管中用保护流体替环不同的立管流体部分，因为不同的立管将显示出不同的动态特性，这会随着浮动结构100的运动引起相邻柔性立管间的碰撞。

尤其优选的是用保护流体完全替换柔性立管中的所有立管流体。在每个立管起初完全充满立管流体的情况下，这将导致每个柔性立管完全充满保护流体。这样，使用在此公开的方法获得总体立管质量的最大增益。这将使柔性立管在海水中的终极速度最大。因此，柔性立管能经受的天气情况恶劣程度增加。

为了实现在此公开的方法，必须决定在一个或多个柔性立管中用保护流体替换立管流体的至少一部分。因此，该方法可进一步包括以下步骤：

-在浮动结构100周围的区域监控天气条件以得到一个或多个测量天气变量并且在所述一个或多测量天气变量满足预定标准时执行步骤(b)和(c)。

浮动结构100周围的区域具有的大小应足以允许在浮动机构100处出现不利天气条件之前执行在此公开的方法。例如，浮动结构100周围的区域可能有200km，更优选为浮动结构100周围500km从而允许有足够的时间来用保护流体替换立管流体。

使用一个或多个天气变量来评估不利天气条件。一个或多个天气变量包括风速和波高中的一者或两者。

优选的是，预定标准表示或预示如下情形，柔性立管10的第一端20的坐定速度在工作过程中(即当充有立管流体时)接近柔性立管10的终极速度。

预定标准可选自超过60ms^-1的风速。例如，70-74ms^-1范围内的风速表示万年一遇的飓风(10000year cyclone)。

替代地，预定标准可以选自有效波高(significant wave height)。例如，预定标准可以是16m或更大的有效波高。有效波高为例如暴风期间2/3的波浪所超过的波高。

一旦恶劣天气过去，柔性立管10可恢复正常工作。因此，该方法可进一步包括以下步骤：

(d)打开一个或多个柔性立管10和一个或多个立管流体储层250之间的流体连通；

(e)作为已用保护流体流将保护流体从一个或多个柔性立管10传送到浮动结构100；和

(f)在浮动结构100上处理已用保护流体流从而再生保护流体。

虽然可以在浮动结构100上提供用于处理已用保护流体的专用单元，但优选的是，已用保护流体可通过已经存在的用于处理立管流体的单元来进行处理。例如，当立管流体是已经用水合物抑制剂处理过的烃流体时，已用保护流体可被送到水合物抑制剂处理单元进行处理，该已用保护流体富含诸如MEG的水合物抑制剂，但是也可包含少量未从柔性立管中置换的烃流体。这个程序可能会导致诸如MEG的水合物抑制剂堵塞，需要处理。如果水合物抑制剂的堵塞超过可被设计为处理水合物抑制烃流体的进口设施的容量，则进口设施的流速可能被降低，直至水合物抑制剂中富含的所有已用保护流体已被处理。在已用保护流体的堵塞通过浮动结构100的进口设施处理过之后，正常生产可以恢复。

图2给出了在此公开的方法和设备的另一种示意图，尤其显示了柔性立管10的第一和第二端20、30与海床500和浮动结构100的连接能力。出于清楚目的，系泊缆610a、e和柔性立管10a、10e的数量已分别减为两个，但是可以设计任意数量，例如以两个或多个分开的束设置的4-6个。

柔性立管10a、10e具有连接到在图2中表示为船舶的浮动结构100的第一端20a、20e。柔性立管的第一端20a、e在转台150处固定到浮船100上。转台150通过系泊缆610a、610b连接到海床500。

浮船100具有一个或多个允许船舶围绕转台150转动的轴承。通过这种方式，浮船可以围绕地固转台起到天气风向标的作用，因此可将船定向为使船首面对例如来波或来风的所处天气条件的方向。在一个优选实施例中，转台150朝向浮船100的一端设置，从而允许根据所处天气条件进行优化转动。这允许将例如天然气处理和液化单元的处理单元400(随后对此进行更详细论述)沿浮船的甲板放在转台150的后方。

转台150包括一个或多个使柔性立管10a、e通过一根或多根I型管170a、b通向坐定甲板180的弯曲加强件160a、b。坐定甲板180固定每个柔性立管10a、e的第一端20a、e。

每个柔性立管10a、e的第一端20a、e与第一立管流体流40的第一端连接器22a、22e流体连通。第一端20a、e可通过转台管道连接器与第一端连接器22a、e连通。立管流体流40的每个第一端连接器22a、22e都连接到立管应急关闭阀190a、e。与保护流体储罐110的出口112流体连通的保护流体流120的进口24a、24e也与每个柔性立管10a、e的第一端20a、e流体连通。由图2显而易见的是，保护流体流120的进口24a、24e与第一立管流体流40的第一端连接器22a、22e分开。旋转叠(swivel stack)中的旋转管道连接器允许立管流体流40和保护流体流120在转台150和浮动结构100的其余部件之间穿过。因此，即使在浮船围绕转台150转动时也能保持恒定的流体连接。

保护流体流120可被传递到每个第一进口22a、g并继续传递到柔性立管10a、e的第一端。通过从其第一端填充柔性立管10a、e，保护流体可以置换一个或多个柔性立管中的立管流体的至少一部分。随着柔性立管10a、e被填充保护流体，具有比保护流体更低密度的被置换立管流体被向上推动，因此立管流体可在第一端20a、e处流出立管，从可能是出口的第一端连接器24a、e流出。立管流体可作为立管流体流40被传递到处理单元400。

每个柔性立管10a、e的第二端30a、e位于海床500上。每个第二端都包括与立管流体输送流210a、b、g、h流体连通的第二端连接器32a、e。立管流体输送流210a、b、g、h与一个或多个立管流体储层250处于流体连通。在一个优选实施例中，每个柔性立管10a、e的第二端30a、e通过连接到立管底部管汇300a、b而固定到海床500。立管底部管汇300a、b刚性固定到海床500。

立管底部管汇300a、b包括通向立管流体输送流210a、b、g、h的第一管汇连接器302a、b、c、d。第二管汇连接器304a、b连接到柔性立管10a、e的第二端连接器32a、e。

在图2的实施例中，立管流体输送流210可以是天然气输送流。一个或多个立管流体储层250可以是天然气储层。立管流体流40可以是天然气流。在这种情况下，天然气储层250可通过井口200a、b、g、h连接到立管流体输送流210。

图2显示出浮动结构100上的天然气处理和液化单元400。当立管流体是天然气时，该单元可被用于立管流体的预处理和冷却。接下来论述的布置方案仅仅是示例性的而未被限于上述单元的组合。另外，替代方案对本领域普通技术人员是可知的。

通常天然气流40大体上包括甲烷。优选天然气流包括至少50mol％甲烷，更优选为至少80mol％甲烷。

根据来源，天然气可以包含可变数量的、比甲烷重的烃，特别是例如乙烷、丙烷和丁烷，以及可能很少数量的戊烷和芳香烃。成分根据气体的类型和位置而变化。

按照惯例，在任何显著冷却之前，比甲烷重的烃都应尽可能高效地从天然气流中去除，这是因为若干理由，例如具有可能使其堵塞甲烷液化站零件的不同凝固或液化温度。

天然气流可首先通过流经酸气脱除(AGR)单元或系统进行酸气脱除，该单元或系统可以是单独的或专用的单元，或者与一个或多个其他单元或设备相结合。AGR系统提供一种以本领域中已知的方式脱除二氧化碳和硫化氢和/或COS的方法，例如WO 03/057348 A1中所述方法中的一个或多个。

AGR系统提供经过处理的天然气流。然后经过处理的天然气流可进入第一冷却级，该级包括可一部分冷却系统和/或液化系统。第一冷却级包括一个或多个并联和/或串联的热交换器，并且能够降低经过处理的天然气流的温度，优选低于0℃，更优选在-10℃到-70℃的范围内，并且提供冷却天然气流。

第一冷却级可具有本领域中已知的任何一种构型，通常包括一个或多个制冷剂回路，其传递一种或多种制冷剂，以便为处理过的烃流体流提供低温或冷能。示例性制冷剂回路是本领域中已知的丙烷制冷剂回路。

第一制冷剂回路可经过第一冷却级，在向处理过的烃流提供冷却之后膨胀的制冷剂流体流由此进入第一级压缩机进行再压缩。第一级压缩机可包括一个或多个以本领域中已知的方式串联或并联的压缩机。制冷剂的压缩通常会升高制冷剂温度，以使得它通常通过一个或多个位于第一级压缩机下游的热交换器进行冷却。下游热交换器可包括一个或多个本领域中已知的环境水和/或空气冷却器。

已冷却的天然气流可经过第二冷却级，该级同样包括一个或多个热交换器，所述热交换器并联和/或串联并被设计为进一步冷却和/或液化已冷却的天然气流，从而提供优选为液化天然气流的进一步冷却的天然气流。进一步冷却的天然气流可被传递到例如一个或多个储罐的存储器，或者通过其他管道或管路被传递到位于其他地方的一个或多个储罐，例如位于地面设施或其他浮船上的储罐。其他浮船可以是LNG载船。

和第一冷却级一样，第二冷却级可包括一个或多个制冷剂回路，其具有适于对已冷却的天然气流提供进一步冷却的制冷剂。示例性制冷剂回路是混合致冷剂，并且第二冷却级可使已冷却的天然气流的温度降低到-100℃以下，优选为-150℃以下。

在第二冷却回路中，来自第二冷却级的膨胀制冷剂可经过第二级压缩机(其可以包括一个或多个并联和/或串联的压缩机)从而提供压缩流，压缩流通常随后由一个或多个下游热交换器进行冷却，例如环境水和/或空气冷却器。第二制冷剂回路中的制冷剂流可随后以本领域中已知的方式经过第一冷却级，可选择地具有通过第二冷却级的第一通道，以便在到达阀之前进一步冷却，以便以本领域中已知的方式膨胀并且在第二冷却级中再次使用。

一个或多个AGR系统及第一和第二冷却级包括一个或多个诸如燃气轮机的发电机，从而驱动一个或多个其中的装置、单元或分离器，例如仅仅举例来说的第一和第二压缩机。

所属技术领域普通技术人员应当理解，可以按众多不同方式实现本发明而不脱离所附权利要求的范围。

Claims

1.一种在水下环境中保护一个或多个柔性立管(10)的方法，至少包括如下步骤：

(a)提供浮动结构(100)，一个或多个柔性立管(10)，所述柔性立管中的每一个都载有立管流体并具有连接到该浮动结构(100)的第一端(20)和位于海床(500)上且与一个或多个立管流体储层(250)流体连通的第二端(30)；

(b)关闭所述一个或多个柔性立管(10)和所述一个或多个立管流体储层(250)之间的流体连通；

(c)利用保护流体替换所述柔性立管(10)中的一个或多个内的立管流体的至少一部分，其中所述保护流体的密度大于所述立管流体的密度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(c)中，保护流体置换所述柔性立管(10)中的一个或多个内的立管流体的至少一部分以使得被置换的立管流体在第一端连接器(22)排出，该第一端连接器是与柔性立管(10)的第一端(20)直接流体连通的出口。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于该浮动结构(100)包括保护流体储罐(110)，所述保护流体储罐包括用于保护流体流(120)的出口(112)；并且

所述柔性立管中的每一个都具有连接到所述浮动结构(100)的第一端(20)，所述第一端(20)与用于立管流体流(40)的第一端连接器(22)和用于保护流体流(120)的进口(24)直接流体连通，所述用于保护流体流的进口与保护流体储罐(110)的出口(112)流体连通，所述进口(24)与所述第一端连接器(22)分开。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(b)包括关闭第二端(30)；以及

其中步骤(c)包括通过该进口(24)将保护流体流(120)引入到所述一个或多个立管中从而替换立管流体的至少一部分；和

通过用于立管流体流(40)的第一端连接器(22)排出被替换的立管流体部分。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述立管流体包括二氧化碳并且所述一个或多个立管流体储层(250)是密封的地下地质构造；所述方法在步骤(a)和(b)之间进一步包括如下步骤：

-通过至少所述一个或多个柔性立管(10)将包括二氧化碳的立管流体从浮动结构(100)输送到一个或多个密封的地下地质构造(250)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述立管流体是烃生产流体并且所述一个或多个立管流体储层(250)是烃储层；所述方法在步骤(a)和(b)之间进一步包括如下步骤：

-通过至少所述一个或多个柔性立管(10)将烃生产流体从一个或多个烃储层(250)输送到浮动结构(100)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于保护流体具有大于0.9g/cm³的密度，优选大于1.0g/cm³，更优选大于1.1g/cm³。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于保护流体选自包括乙二醇和烃冷凝物的组中的一项或多项。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在步骤(c)中，所述一个或多个柔性立管(10)从连接到浮动结构(100)的第一端(20)填充保护流体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该立管流体是烃生产流体并且一个或多个立管流体储层(250)是烃水下储层，并且进一步包括在浮动结构(100)上处理该烃生产流体从而提供液化烃流的步骤。

11.一种在水下环境中保护一个或多个柔性立管(10)的设备(1)，所述设备至少包括：

-浮动结构(100)，所述浮动结构包括保护流体储罐(110)，所述保护流体储罐包括用于保护流体流(120)的出口(112)；

-一个或多个柔性立管(10)，所述柔性立管中的每一个都具有连接到所述浮动结构(100)的第一端(20)，所述第一端(20)与用于立管流体流(40)的第一端连接器(22)和用于保护流体流(120)的进口(24)直接流体连通，所述用于保护流体流的进口与保护流体储罐(110)的出口(112)流体连通，所述进口(24)与所述第一端连接器(22)分开，并且所述柔性立管(10)中的每一个都具有位于海床(500)上的第二端(30)，所述第二端具有用于与一个或多个立管流体储层(250)流体连通的立管流体输送流(210)的第二端连接器(32)。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于该柔性立管(10)的第二端(30)连接到刚性固定到海床的立管底部管汇(300)，所述立管底部管汇具有用于立管流体输送流(210)的第一管汇连接器(302)和连接到该柔性立管(10)的第二端连接器(32)的第二管汇连接器(304)。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于柔性立管(10)的第一端(20)在转台(150)处连接到浮动结构(100)，该转台包括一个或多个弯曲加强件(160)，所述弯曲加强件使一个或多个柔性立管(10)经过一个或多个I型管(170)通向立管坐定甲板(180)，在甲板上每一个所述柔性立管(10)的第一端(20)被固定，其中用于立管流体流的第一端连接器(22)连接到立管应急关闭阀(190)。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的设备，其中立管流体输送流(210)是天然气输送流，一个或多个立管流体储层(250)是天然气储层，立管流体流是天然气流并且浮动机构(100)进一步包括天然气处理单元和液化单元(400)中的一个或两个。