CN103562491A - 容纳单元及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明整体涉及由深水中损坏的或破裂的取油管引起的漏油的容纳和控制。更具体地，本发明涉及可重复使用的单元，其将漏油容纳到特定的位置，并且还允许在石油流到单元顶部时收获石油，同时最小化甚至消除任何环境净化成本。本发明的单元在闭合位置中下降到整个损坏的或破损的取油管之上，该单元分段进行释放和稳定，直到到达表面，并且容纳单元是完全直立的。

Description

容纳单元及其使用方法

相关专利申请的交叉引用

本申请是2011年2月3日提交的美国临时专利申请No.61/439,352的部分继续申请，该美国临时专利申请的公开据此全文引入本发明中以供参考。

技术领域

本发明涉及水下石油泄漏（或类似的状况，例如陆地上气体泄漏）以及快速地、有效地且便利地容纳和回收漏油而由此使得石油损失最小化且保护环境的手段。

背景技术

多年来，救助深海石油泄漏的问题已经得到极大的关注。长期以来已知的是，这样的泄漏浪费了宝贵的大量石油和/或天然气，石油引起由于海洋、海滩、野生动植物等方面的巨大的环境问题。这些漏油的环境的财政花费和成本是巨大的。

这些漏油涉及极大量的石油浪费。例如，在1979发生的墨西哥坎佩切海湾油井泄漏灾难中，据报告，泄漏每天喷涌出超过10,000桶的石油，在不到三个月的时间内，超过2,000,000桶的石油倒进了海湾中。

最近，在2010年，在墨西哥湾发生了达三个月的深水地平线漏油。在油井被封盖之后，漏油的影响持续了很长时间。这是石油工业历史上最大的意外海洋漏油。在7月15日，通过封盖喷涌的井口阻止了泄漏，但是这之前已经释放了大约四百九十万桶或两亿零五百八十万加仑的原油。据估计，就在油井封盖之前从油井每天逸出53,000桶（每天8,400m³）。据信，每天的流量随时间而减小，从大约每天62,000桶（每天9,900m³）开始，并且随着供应喷油井的碳氢化合物的储量逐渐耗尽而减小。在9月19日，减压井处理成功完成，联邦政府公开宣称油井“有效废弃”。然而，漏油继续导致对海洋和野生生物生境以及海湾捕鱼和旅游业的破坏。

在2010年11月末，在捕虾网中发现焦油球之后，4,200平方英里（11,000km²）的海湾被再次封闭而不能捕虾。受石油影响的路易斯安那州海岸线的总量从7月的287英里增加到11月末的320英里（510km）。在2011年1月，爆炸后八个月，漏油特派员报告称，焦油球继续冲上岸，在渔船之后能看到紧随的石油光泽的轨迹，湿地沼泽禾草保持污染和死亡，原油存在于离岸深水中，并且存在于陆地细泥和细沙中。

因此，仍然需要提供快速地、有效地且便利地容纳和回收漏油而由此使得石油损失最小化且保护环境的手段。

发明内容

本发明整体涉及由深水中损坏的或破裂的取油管、损坏的水下设备或类似物引起的漏油的容纳和控制。其还可以用于预防性的目的，例如在钻孔循环期间。

更具体地，本发明涉及可重复使用的单元，其将漏油容纳到特定的位置，并且还允许在石油流到单元顶部时收获石油，同时最小化甚至消除任何环境净化成本。

本发明的目的在于提供一种容纳单元，其包括加重基部、至少一个浮选单元以及屏障。

本发明的单元下降到整个损坏的或破损的取油管或损坏的设备之上。该单元分段释放和稳定，直到到达水的表面，并且容纳单元是完全直立的。或者，各区段可以延伸到泥线上方任何距离，而不必延伸到水的表面。

本发明的另一个目的在于提供一种使用容纳单元的方法，包括以下步骤：a）将压缩的容纳单元在整个破损的取油管上配置到海洋底部；b）释放第一浮选单元；c）以规则的增量顺序地释放后续的浮选单元，直到到达海洋表面，该规则的增量优选地为1,000英尺的增量；以及d）在释放后续的浮选单元之前，根据需要锚固每个浮选单元。

从而，已经相当宽泛地概述了本发明的较为重要的特征，以便下面能够更好地理解本发明的详细描述，并且可以更好地理解本发明对本领域的贡献。当然，在下文中将进一步描述本发明的额外特征。

在这个方面中，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明并不限于构造细节的应用，并且也不限于以下的描述所述的或附图中所示的部件的布置。本发明能够具有其它实施例并且能够以多种方法实施或执行本发明。此外，应当理解，本文所用措词和术语是出于描述目的，而不应视为限制性的。

同样，本领域技术人员将会理解，本发明所基于的概念可以容易地用作用于实施本发明若干目的的其它结构、方法和系统的设计的基础。因此，重要的是，不脱离本发明的精神和范围的等效构造包含在本发明中。

为了更好地理解本发明、其操作优点及其使用所取得的目标，应当参考示出了本发明的优选实施例的附图和描述性主题。

附图说明

图1-6是示出了使用第一优选实施例的容纳单元的方法的示意图。

图7A-7D一起形成根据第一优选实施例的浮选单元的示意图。

图8A和8B一起形成根据第一优选实施例的直立的容纳单元的示意图。

图9示出了根据第二优选实施例的容纳单元，其中船只处于水体中。

图10A-10C是根据第二优选实施例的容纳单元的变型的全貌图。

图11示出了就位的根据第二优选实施例的容纳单元。

具体实施方式

将参考附图详细描述本发明的优选实施例，其中在全文中相同的附图标记表示相同的元件。

通过用远程操作车辆（ROV）将压缩的容纳单元配置到破损的取油管上的海洋底部，来使用第一优选实施例的容纳单元。第一浮选单元被释放，然后，后续的浮选单元以大约1,000英尺的增量顺序地被释放，直到到达海洋表面。每个浮选单元根据需要锚固到海洋底部（优选地距海洋底部最多3,000英尺）或锚固到拖船/驳船（优选地距海洋底部超过3,000英尺），以在释放后续的浮选单元之前稳定每个浮选单元。

结果是直立的容纳单元包括多个浮选单元（根据所需的深度），浮选单元具有用缆线、涂有橡胶的缆线或固体PVC管加强的Kevlar或橡胶壁，这将漏油保持在一个特定的位置中，并且不允许石油扩散和污染环境。本发明的容纳单元还允许船只或油船从单元的顶部吸取石油。

现在将更详细地描述该过程。该过程的细节是示例性的而非限制性的，并且可以根据特定需要或条件而改变。

如图1所示，压缩的容纳单元102包括多个浮选单元，优选地为五个浮选单元（根据水的深度，即5,000英尺），容纳单元围绕破损的或损坏的取油管104放置在海洋、海湾或具有表面110的其它咸水水体108的底部106上。

如图2所示，第一浮选单元202被释放。如图所示，基部单元204由混凝土206形成，涂覆泡沫浮选单元202位于该混凝土顶部上。第一浮选单元202具有由缆线212加强的Kevlar或橡胶的屏障壁210，缆线212由连接器214连接。浮选单元202由涂覆泡沫制成，该涂覆泡沫以下面解释的方式用金属横杆支撑。第二到第四浮选单元202压在第一浮选单元202的顶部上。浮选单元202为1,000英尺高，并且其具有的内径足以容纳取油管。

图3示出了释放的第二浮选单元202。图4示出了释放的第三浮选单元202。图5示出了释放的第四浮选单元202。然后，配置第五浮选单元（未示出）以达到5,000英尺。

图6示出了直立的容纳单元102。在下一个浮选单元202释放之前，根据需要，每个浮选单元202通过缆线602锚固到锚固件604。距海洋底部106最多3,000英尺的浮选单元可以锚固到海洋底部106。距海洋底部106超过3,000英尺的浮选单元可以锚固到拖船或驳船。诸如围油栏的屏障606围绕容纳单元102的顶部放置在海洋的表面110上。

图7A-7D是浮选或基部单元的俯视图、透视图、第一侧视图和第二侧视图。由用于基部单元的混凝土和用于浮选单元的涂覆泡沫形成的两个端部部件702通过金属支柱704连接。优选地，该金属是铝。或者，该支柱是填充有混凝土的PVC。涂覆泡沫优选地为大约8英尺厚，并且为涂覆有塑料或橡胶的泡沫聚苯乙烯。

图8A和8B是完全延伸的容纳单元102的两个侧视图，示出了浮选单元202、基部单元204、加强缆线602和锚固到海洋底部106的混凝土锚固件604。基部单元204提供开口802，以允许海水进入容纳单元102，从而防止石油的冻结。

容纳单元优选地由屏障壁制成，该屏障壁包括合成纤维，优选地为芳族聚酰胺纤维材料，例如Kevlar或Twaron，用缆线加强，其中浮选单元的增量为大约1,000英尺，以形成叠堆或塔状物。尺寸和材料均是示意性的而非限制性的，可以根据环境进行确定。或者，壁可以由橡胶制成。浮选单元优选地用金属杆支撑。该单元优选地足够大，以允许设备能够从单元的表面配置。更优选地，其可以用作拖曳箱，同时保护环境。

第一实施例的容纳单元优选地由4个浮选单元和1个锚固单元构成。每个浮选单元的内部尺寸优选地为30x30英尺，以容纳破损的/损坏的取油管，并且每个浮选单元优选地具有Kevlar壁，该壁用于涂有橡胶的铁缆线加强，以用于框架支撑。根据水深，基部单元为2到4吨重，20英尺高。容纳单元还可以是正方形的、矩形的、椭圆形的或圆形的。

壁优选地由Kevlar层制成，具有涂有橡胶的缆线框架，然后另一个Kevlar涂层用于附加的强度。当附接到将变成容纳单元的浮选单元时，缆线包括20,000英尺的Kevlar和缆线框架。每个浮选单元将升高1,000英尺。虽然Kevlar提供为示例性例子，但是可以使用任何其它合适的材料，只要其是不透油的、柔性的且不会被石油或咸水破坏的。Kevlar被认为是好的选择，原因是其在长期配置的情况下能够经受住咸水。

基部单元用作用于浮选单元的平台和壳体。所有的浮选单元叠堆在基部单元的顶部上，并且下降到海洋底部。包裹带从基部单元到顶部浮选单元一次一个地释放。在以1,000英尺的增量移动到下一个区段之前，必须稳定每个区段。优选地，所有的单元都不会立刻释放，以避免材料的裂开和叠堆过程失去控制。容纳单元应当尽可能直地上升，但是柔韧材料（Kevlar/缆线）允许其在海洋运动的情况下偏移和摆动。或者，基部单元可以由成堆的重物构成，并且可以预先安装。

ROV用来从基部单元开始释放每个浮选单元。在关键点处附接缆线的下降锚固块用于结构支撑。在额外使用或不使用提升袋或空气袋的情况下，当第一浮选单元被释放时，其将从基部向上上升1,000英尺。第一浮选单元可以需要或者可以不需要用于支撑的锚固线。在这种情况下，锚固件在释放第二浮选单元之前进行附接。然后，释放第二单元，容纳单元上升另外的1,000英尺，也就是总共2,000英尺，锚固块利用缆线附接到浮选单元。ROV用来每1,000英尺锚固所有的4个侧部。然后，ROV释放第三浮选单元，并且将其在4个侧部上锚固在3,000英尺处。该方法使用到最多3,000英尺。当容纳单元为4,000到5,000英尺高时，使用驳船或拖船。

在大约4,000英尺处，锚固线可以附接到驳船或拖船，以用于单元的额外支撑和稳定。在海洋表面处，可以添加额外的浮选单元，以增大容纳单元的高度。可以在表面容纳区段的周围使用额外的周边屏障，例如围油栏，以捕获可能从容纳单元逸出的任何石油。随着取油管压力损失以及石油流到表面，船只可以从容纳区域内侧的表面吸取石油。

完成的结构足够高，以便在进行必要的修复时容纳石油，而不允许石油到达海岸线。在这点上，单元是“容纳”单元，而不是“箱”；也就是，海水将通过混凝土基部中的开口流入到单元中，并且石油经由压力而将向上推到表面，以用于被表面上的驳船/船只捕获。海水是必须的，以便避免石油在这样的深度冻结。

优选地，本发明的容纳单元被压缩，以用于例如借助于带（优选橡胶或尼龙带）进行存储。用于配置的包裹装置可以包括带轮和其它装置，以防止缆线的缠结。缆线自身可以由金属、尼龙或能够经受住环境的任何其它合适的材料制成。

第二优选实施例的构造和使用类似于第一优选实施例，浮选单元在闭合位置中下降到整个取油管或其它设备和锚固单元之上，并且从底部到顶部向上打开。第二优选实施例使用防风帽和浮筒将石油（或天然气等）容纳在Kevlar（或其它合适材料）柱中，以引导流向生产船只/油轮。更具体地，如图9所示，在容纳单元900中，基部902利用绳索或附接缆线904附接到柱906，浮选单元908对该柱906加盖。到达柱906的顶部的石油进入石油收集单元或防风帽910，并且经由软管912（优选大直径软管）传递到水体918的表面916上的捕获/容纳船只或转移船只914。第二优选实施例提供用于捕获船只的较安全的环境，以在油井上方距可能的气体收集位置较安全的距离处进行操作。软管912提供容纳单元900和捕获/容纳船只914之间的连接。额外的选择包括能够注射水合物抑制剂或分散剂以确保流动。

防风帽910是转移箱，其保持石油而同时允许气体逸出。容纳单元900初始可以用金属板加盖，然后该金属板根据需要被防风帽910取代。

本发明相对于常规技术的一个优点在于，仅仅需要三个船只：转移船只914，其将石油与水分离；油轮920，其将石油运送到海岸；以及配置船只922，其配置单元900。容纳单元900可以在闭合位置中通过配置船只920传送，然后从底部到顶部打开和安装。另一个优点在于，根据当地条件，包括风暴，可以在各个位置处使用防风帽910。例如，防风帽910可以位于压力最小的位置处。在与软管912组合使用的情况下，防风帽910和水表面916之间的间隙将保护船只不爆炸。

第二优选实施例提供在深水状况下由水下设备的损坏的或故障的部件所导致的漏油的容纳和控制。本发明的容纳单元以节省成本的方式将漏油容纳到特定的位置，并且还允许在石油流到水表面处的顶部时收获石油，最小化对环境的影响。

单元900自身包括两个主要部件。第一个是加重基部902，其测量的直径大致为30英尺，优选地为圆形。该单元还可以具有不同的形状，以最佳地适应特定状况的需要。基部由混凝土和嵌入的结构梁制成。其目的是提供其余部件的锚固，以正确地起作用。单元900在海床1004上配置在整个泄漏结构1002上，例如防喷器（BOP），如图10A所示。

该单元的第二个部件是屏障区段，其包括在包围周边906的顶部处的浮选单元908，该包围周边906由Kevlar或其它此类材料制成，从浮选单元向下延伸1,000英尺。在配置之前，这些区段在顶侧进行连接。区段的数量取决于当地的水深，每1,000英尺水深一个区段。存在多种方式来安装和定制上述部件，以便于在不利条件（例如高水流和高井压）下进行安装。借助线材系统的引导件可以用来将屏障部件附接到混凝土基部。还可以规定提供足够的停泊点，使得整体单元经受住水流和振动。这可以通过成堆的重物、部分环或获得稳定的其它可用方法来实现。

Kevlar或其它材料提供用作屏障的隔绝柱，以保持环境安全。材料优选地是轻量的，以在配置和回收期间保持稳定性。如图10A所示，用作加强件的线材滑行装置1006从单元的顶部附接到基部混凝土环或一系列成堆的重物。混凝土环或成堆的重物系列提供将容纳单元保持就位所需的重量，从而经受住洋流和其它力。可调节的重载绳索904将柱906锚固到基部902。该绳索是可调节的，以允许在ROV触及BOP方面具有较大的灵活性，并且最大化容纳。

图10B示出了较小直径的结构900′，其用于泄漏取油管（小直径泄漏），具有成堆的重物或部分环1008。图10C示出了下降到BOP上的容纳柱906。图11示出了就位的容纳单元900。

第二实施例的结构提供：

·坚固的混凝土基部，其可以在灾难到达之前预先安装；

·快速响应深海容纳结构；

·在深水状况下由水下设备的损坏的或故障的部件所导致的漏油的容纳和控制的安全解决方案；

·将漏油容纳到特定位置的节省成本的方法；以及

·能够在石油流到水表面处的顶部时收获石油，最小化对环境的影响。

在任一个优选实施例中，或者在任何其它的实施例中，对于浮选装置的变型是可能的。例如，提升袋可以用于快速直立，于是浮选单元用来保持容纳单元是竖立的且直立的。尽管由于泡沫能够长时间配置在各种环境中而使得泡沫对于浮选单元而言是优选的，但是如本领域技术人员将会了解的，也可以使用其它合适的材料。优选地，泡沫应当能够提供足够的提升，例如1,000lbs，以保持容纳单元竖立。除了以1,000英尺的增量永久地安装到屏障内侧的浮选单元之外，额外的浮选单元可以添加到屏障外部，即浮选环状圈。这些浮选环状圈可以固定到屏障外侧，或者可以是可移动的，也就是它们可以在制造期间或配置期间固定到屏障的外部。另外，间距可以改变；例如，当条件许可时，可以每500或800英尺放置外部（环状圈）浮选单元。此外，加重基部可以被锚固方案取代，或者补充有锚固方案，在锚固方案中，销在海底射入到泥中。

现在已经描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员应当理解，前述描述仅仅是示例性的而非限制性的，仅仅是通过举例的方式提供的。许多修改形式和其它实施例处于本发明及其任何等效形式的范围内。可以理解，本发明的变型形式对于本领域技术人员而言将是明显的，并且本发明包括这些可选的形式。

另外，因为许多修改形式对于本领域技术人员而言将是明显的，所以不期望将本发明限制为所述和所示的确切构造和操作，因此，所有合适的修改形式和等效形式可以被认为落在本发明的范围内。例如，数值限制是示例性而非限制性的，具体材料的列举也是示例性而非限制性的。另外，本发明可以用来将任何泄漏材料容纳到周围流体中，其中周围流体可以是水、用于陆地使用的空气或类似物。因此，本发明应当构造为仅仅由所附的权利要求限制。

Claims (36)

1.一种用于容纳泄漏到周围流体中的材料的容纳单元，该容纳单元包括：

加重基部，该加重基部用于围绕泄漏设置，同时允许周围流体进入容纳单元；

至少一个浮选单元，该至少一个浮选单元能够附接到加重基部，该至少一个浮选单元被构造成使得多个所述浮选单元能够附接在一起，以用于不同深度的周围流体；以及

屏障，该屏障用于防止材料的逸出。

2.根据权利要求1所述的容纳单元，其中容纳单元是可重复使用的。

3.根据权利要求1所述的容纳单元，其中基部是正方形的、矩形的或圆形的。

4.根据权利要求1所述的容纳单元，其中基部的内径为至少30英尺。

5.根据权利要求1所述的容纳单元，其中基部包括由支柱支撑的加强混凝土。

6.根据权利要求5所述的容纳单元，其中支柱是金属的。

7.根据权利要求6所述的容纳单元，其中金属是铝。

8.根据权利要求5所述的容纳单元，其中支柱是填充有混凝土的PVC。

9.根据权利要求1所述的容纳单元，其中该至少一个浮选单元能够提升足够的重量，以保持容纳单元竖立。

10.根据权利要求1所述的容纳单元，其中浮选单元是正方形的、矩形的或圆形的。

11.根据权利要求1所述的容纳单元，其中浮选单元的内径为至少30英尺。

12.根据权利要求1所述的容纳单元，其中基部和浮选单元具有相同的形状。

13.根据权利要求1所述的容纳单元，其中浮选单元包括由支柱支撑的涂覆泡沫。

14.根据权利要求13所述的容纳单元，其中支柱是金属的。

15.根据权利要求14所述的容纳单元，其中金属是铝。

16.根据权利要求13所述的容纳单元，其中支柱是填充有混凝土的PVC。

17.根据权利要求13所述的容纳单元，其中涂覆泡沫为至少大约8英尺厚。

18.根据权利要求13所述的容纳单元，其中涂覆泡沫是涂覆有塑料或橡胶的泡沫聚苯乙烯。

19.根据权利要求1所述的容纳单元，其中屏障是柔性的。

20.根据权利要求1所述的容纳单元，其中屏障包括Kevlar或橡胶。

21.根据权利要求1所述的容纳单元，其中屏障是加强的。

22.根据权利要求21所述的容纳单元，其中屏障利用涂有橡胶的缆线或固体PVC管加强。

23.根据权利要求1所述的容纳单元，其还包括防风帽。

24.根据权利要求1所述的容纳单元，其中浮选单元是锚固的。

25.根据权利要求24所述的容纳单元，其中浮选单元锚固到海洋底部或者锚固到拖船或驳船。

26.根据权利要求25所述的容纳单元，其中浮选单元在最多3,000英尺的情况下锚固到海洋底部，而在超过3,000英尺的情况下锚固到拖船和驳船。

27.根据权利要求1所述的容纳单元，其中各个浮选单元间隔开大约1,000英尺。

28.根据权利要求1所述的容纳单元，其中对于5,000英尺的深度，容纳单元包括5个浮选单元。

29.根据权利要求1所述的容纳单元，其中容纳单元被压缩以用于存储。

30.根据权利要求29所述的容纳单元，其中容纳单元借助于带而被压缩，该带优选地为橡胶或尼龙带。

31.根据权利要求1所述的容纳单元，其中容纳单元是被锚固的，并且在海洋底部上方对破损的取油管进行加盖。

32.根据权利要求31所述的容纳单元，其中容纳单元是转移箱。

33.根据权利要求31所述的容纳单元，其中基部是敞开的。

34.根据权利要求31所述的容纳单元，其中顶部是封闭的。

35.一种使用根据权利要求1所述的容纳单元的方法，所述方法包括：

a.将压缩的容纳单元在整个破损的取油管之上配置到海洋底部，同时使该至少一个浮选单元处于第一压缩位置；

b.释放第一所述浮选单元；

c.顺序地释放后续的所述浮选单元，直到到达海洋表面；以及

d.在释放后续的浮选单元区段之前，根据需要锚固每个所述浮选单元。

36.一种使用根据权利要求1所述的容纳单元的方法，所述方法包括：

a.提供围绕泄漏的基部单元；

b.根据周围流体的深度，将足够的所述浮选单元组装在一起；以及

c.将所述浮选单元锚固到基部单元。

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