CN104471189B - 海底泄漏检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于海上作业设施的海底泄漏检测系统，它包括至少一个泄漏检测器(5)，该泄漏检测器(5)可操作地连接到位于海底组件上的控制器(9)。所述系统设置有漂浮构件(1)，泄漏检测器(5)被适当的安装在漂浮构件(1)上。所述漂浮构件(1)适合于被安装和稳定地定位在所述组件的上方。

Description

海底泄漏检测系统
发明领域
本发明大体涉及一种海底泄漏检测系统，和用于安装该海底泄漏检测系统的方法。
更具体地，本发明涉及一种海底泄漏检测系统，其适于被精确地、安全地和方便地放置在适当的海底位置。这有利于精确地检测来自诸如采油树(X-mas trees)的海底组件的烃类和其它泄漏。因此，实现了触发给监管团队的消息以用于采取纠正措施。
发明技术背景
在本领域中已知的是，各种海底组件被用来勘探和生产烃类如油和气。这包括各种设备和组件的复杂的安装。如本领域的技术人员所已知的，这样的组件可以是采油树、BOP、生产管汇(manifold)等。
已知的是，烃类和例如注入流体和化学品的其它不希望的物质小规模和大规模的泄漏，发生自这样的海底组件，特别是在生产过程中，结果造成烃类或其他化学物质排出到周围的水里。
如今，烃类泄漏的环境影响分析是全世界关注的问题。因此，不仅从经济的角度，而特别是由于环境问题，烃类勘探和生产机构现在把管控和从本质上防止来自海底单元的烃类和其它的泄漏视为极为重要。
在上述背景下，在此澄清：在上文和下文中，参照烃类、采油树、生产单元/设备，对本发明及其技术背景、已知的现有技术进行了说明。应当理解的是，这些均是为了说明的目的的限制。本发明涉及水下的所有类型的泄漏的检测，例如烃类，液压流体和化学品等。另外，本发明适用于关于所有类型的被本领域的技术人员所公知的涉及通过海上作业的烃类采收的单元、装置、设备和海底组件，例如采油树、生产管汇等。参照海底烃类生产单元和作业，纯粹是示例性的和非限制性的。
发现用于海底泄漏检测的声学方法的应用的适用性已经相当长的时间，但受到对信号被海底结构和单元屏蔽敏感的缺点的影响。然而，已知的是，这样的缺点通过在潜在泄漏区周围部署多个检测器来有效地克服。
根据水生动物对于污染的行为的研究，生物传感器被公认为在较浅的水平有效。然而，这种传感器现在主要还在实验中。
电容式传感器测量传感器周围的介质的介电常数的变化，并且被发现在海底生产单元的烃类和其他泄漏的精确检测中是相当且合理地可靠的。
海底生产过程中的任何规模的烃类泄漏的预防已经变得越来越重要。能越早检测到小泄漏就越容易防止重大泄漏。在这方面所遇到的一个显著问题是定位泄漏检测器以使其正确地检测泄漏。
泄漏检测系统的恰当定位不仅是泄漏的精确检测所需，而且也是确保来自海床的天然溢出物的检测不会触发检测器的需要。天然溢出物可能引发错误的信号发给泄漏管理团队。此外，保持泄漏检测器的安装后的位置是另一个挑战。
换句话说，在本领域中已知的泄漏检测系统都没有合适地适于被精确地和可靠地定位。
US 7918126公开了一种泄漏检测系统，用于精确检测水下材料的泄漏，例如烃类，液压流体，化学品。它包括多个传感器和控制器，控制器用于从这些传感器接收泄漏检测数据。基于该数据，它指示传感器的感测活动。然而，它没有教导用于泄漏检测的系统的精确和可靠的定位，因为它不适合于被这样定位，此外它涉及复杂的结构网络。
同样，US 4282487公开了一种烃类检测系统，但也没有公开系统是如何适于精确和可靠地定位以用于泄漏的精确检测。而且，“发明背景”下的一般地陈述了：想要的是多个检测单元应被定位在烃类泄漏的潜在位置。
为处理如在前述段落中所述的问题，已成为常识的是，泄漏检测系统通常位于例如采油树的海底组件的天花板中。动机是来捕获从这些单元出来的所有泄漏检测。然而，这样的定位导致错误的检测，在采油树上的那么多如油和气的烃类的泄漏并没有被检测到。
此外，这种现有技术的泄漏检测系统的结构不允许用于精确检测的合适的和安全的位置。此外，由于它们的结构的缺点，现有技术的海底泄漏检测系统不能很容易地安装，或者由于该原因不能在安装后被回收，以进行维修或更换。例如，由于采油树顶部和采油树之间有限的空间，这是想要的安装位置。
因此，存在对于海底泄漏检测系统的需要，凭借该系统的简单结构的优点，该系统适于被适当地和可靠地定位/安装来精确检测烃类的泄漏。
本发明满足了上述长期的需要和本领域技术人员通过下文将明白的其他相关需求。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种海底泄漏检测系统，由于其简单和独特的结构，该海底泄漏检测系统适于被精确地和可靠地安装在合适的海底位置，用于精确检测烃类和其他材料的泄漏。
本发明的另一个目的是提供一种海底泄漏检测系统，该海底泄漏检测系统结构简单，包括相互平衡部件，易于安装和非常符合成本效益，而不会影响精度。
本发明的再一个目的是提供一种泄漏检测系统，该泄漏检测系统较少(如果有的话)地依赖于海底结构和保护结构之间的距离上的公差。
本发明的另一个目的是提供一种泄漏检测系统，当保护结构被掉落的物体击中或受到过大的力时，该泄漏检测系统不会将冲击力传递到海底结构。
本发明的另一个目的是提供一种海底泄漏检测系统，该海底泄漏检测系统能够容易地被接近，例如通过ROV被接近，以用于安装和作业完成后或为了维修/更换的取回。
本发明的另一个目的是提供一种海底泄漏检测系统，该海底泄漏检测系统适于在检测到泄漏的情况下发送信号到泄漏管理团队以发起纠正步骤。
本发明的另一个目的是提供一种海底泄漏检测系统，该海底泄漏检测系统适于忽略来自海床的天然溢出物。
本发明的另一个目的是提供一种用于适当地安装海底泄漏检测系统的方法，如前文标题“发明目的”下所述的，该方法具有海底作业期间用于精确检测烃类和其他材料的泄漏的所有优点。
如何实现前述目的和其他有利的特征，在现有领域中仍未公开，将通过以下非限制性的描述而清楚。
在整个说明书包括权利要求书中，词语“海底”、“连接器”、“海底组件”、“采油树”、“漂浮单元”、“舱口”、“锚”、“烃类(包括油和气)”、“海底物质”、“泄漏检测系统”、“生产作业”、“水下作业”、“浮子”将被在各自方面的最广泛的意义来解释并包括其他方面已知领域的所有类似项目，这对于本领域的技术人员可以是清楚的。在说明书中涉及到的限制/约束，如果有的话，仅通过举例的方式和理解本发明。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了一种用于海上作业设施的海底泄漏检测系统，该海底泄漏检测系统包括至少一个泄漏检测器，该泄漏检测器可操作地连接到位于海底组件上的控制器。根据本发明，该系统设置有漂浮构件，泄漏检测器被适当地连接在该漂浮构件上。漂浮构件适于被安装和稳定地定位在组件上方。
根据本发明的第一方面的优选实施例，所述组件是采油树，该采油树在其顶部上方具有用来收集烃类泄漏的基盘舱口(template hatch)，并且所述控制器是在采油树上的海底控制模块单元，该海底控制模块单元通过诸如电缆的连接器与所述检测器连接。
更优选地，所述检测器是电容传感器类型检测器。
根据本发明的第一方面的另一个优选实施例，所述漂浮构件是浮子，该浮子通过在采油树顶部上的线而固定至锁定单元，这样使得所述检测器定位在所述采油树顶部上方和所述基盘舱口下方。
优选地，所述锁定单元在所述采油树顶部上被牢固地接收在导向柱插座上。
根据本发明的第二方面，提供一种用于海上作业设施的海底泄漏检测系统的安装方法，该系统包括至少一个泄漏检测器，该泄漏检测器可操作地连接到位于海底组件上的控制器，所述系统设置有漂浮构件，所述泄漏检测器被适当地安装在该漂浮构件上。根据本发明的方法，漂浮构件保持所述检测器通过适当的方法安装和稳定定位在组件上方。
附图简述
上文描述了本发明的主要特征，在下文将提供优选实施例的更详细的和非限制性的描述将参照附图，其中：
图1是根据本发明的泄漏检测系统的优选实施例的透视图。
图2示出图1中所示的泄漏检测系统的放大图。
图3示出在安装位置的图1和图2中所示的泄漏检测系统。
图4(a)和图4(b)示出图1，图2和图3所示的泄漏检测系统的安装的两个连续的阶段。
图5示出紧接着如图4(b)所示的步骤的安装步骤，当时本发明的泄漏检测系统几乎安装就位。
本发明的详细说明
以下提供根据本发明的泄漏检测系统的一个优选实施例的详细的非限制性描述，其是纯属示例性和非限制性的。
在上述背景下，在此澄清：在上文和下文中，参照烃类和采油树，对本发明及其技术背景、已知的现有技术进行了说明。应当理解的是，这些是均为了说明目的的限制。本发明涉及水下的所有类型的泄漏检测，例如烃类，液压流体/化学品等，或者任何比重低于海水的流体。另外，本发明适用于关于所有类型的被本领域的技术人员所公知的涉及通过海上作业的烃类采收的单元、装置、设备和海底组件，例如采油树、生产管汇等。参照海底烃类生产作业，纯粹是示例性的和非限制性的。
如前所述，本发明提出了一种简单的海底泄漏检测系统，它不同于迄今已知的泄漏检测系统，能够精确且可靠地在海底被定位，用于在海底作业过程中烃类泄漏的最优检测。
图1是泄漏检测系统的透视图。它包括漂浮单元或浮子1，漂浮单元或浮子1通过线7的方式被连接到锁定单元8。图2是图1所示的系统进一步的放大图，其中相似的附图标记代表相似的特征。其示出了带有跨接器(jumper)的电容泄漏检测器5，电容泄漏检测器5位于浮子1的距离环3上。连接至泄漏检测器5的是电缆6，电缆6将检测器5与插头15连接(见图3)。浮子还设置有冲击吸收垫4，优选在其顶部部分由橡胶制成。浮子还具有在环3的下方的浮力元件2。浮力元件2向浮子提供向上的正浮力。
锁定单元8设置有一个较低的锁塞8”和槽8'。这些部分和其他部分的功能将参考随后的附图进行说明，其中相似的附图标记表示相似的结构特征。
为常识的是，基盘包括诸如采油树和管汇的海底组件的保护结构，且基盘舱口被设计用来保护下文中的设备。基盘舱口也可用于收集少量的来自泄漏的油和气。此外，这样的基盘舱口特别有助于捕获未检测出的向上逃逸的泄漏，从而使这样的泄漏可被重新检测。
图3示出了泄漏检测系统被最优地安装的位置。该图示出了根据本发明的泄漏检测系统是如何有益的。仔细观察图3，就会发现浮子1位于采油树基盘舱口10的下方和采油树顶11的上方。这个位置是有益的，因为采油树顶11上方的油和气的泄漏将被位于浮子1上的检测单元检测到。当然，检测器5识别所有从其下方出来的泄漏，同时限制了来自海床的天然溢出物。
浮子1优选地通过ROV被引导，使得检测器5恰好位于采油树基盘舱口10的下方但高于采油树顶的顶部11的上方。这将在后面参照图4a、图4b和图5详细说明。
检测器5的位置位于舱口10的天花板下方，保证了来自舱口10下方的任何设备的泄漏的检测。另外，所述检测器5位于舱口10的天花板下方约5厘米的位置。海床的天然泄漏物是低量的，如果允许积累，需要一些时间来填补这一间隙。所以来自天然泄漏物的渗出有足够的时间穿过舱口10的小开口10'(最佳显示在图4(a)中)，而不会被积累到足够量而到达电容器的水平。
因此，很大程度上防止了由于天然泄漏而将错误的信号发送到管理团队。这也通过来自海床的微量的溢出物不导致周围海水的介电常数的显著变化的事实而被促进的。检测器5被设置在一定阈值，该阈值适于忽略这些周围介质的介电常数的不明显的变化。因此，这种天然溢出物通过开口10’(最佳显示在图4a中)逃逸而不被检测出。
现在泄漏检测系统的不同单元将被说明。从图3中明显的是，线7将浮子1连接到锁定装置8。该锁定装置用锚定的方式被安装在采油树顶的顶部11上。为此目的，所述锁定单元8的较低的插头单元8”适于与在采油树顶11上的导向柱插座16匹配。从而，被牢固地锁定在顶11上的锁定单元8锚定浮子1。
浮子1具有圆锥形顶部部分17，顶部部分17适于与在舱口10中的漏斗形开口10'相配合。
如前面所解释的，基盘舱口10有助于油和气的泄漏的收集，并且特别有利于捕获向上逃逸的未被检测出的泄漏，从而使这样的泄漏可被重新检测。
通过浮子的向上的正浮力并且通过圆锥部分17与开口10'的配合，浮子被保持在基盘舱口10的下方的安装位置。锁定单元8比浮子1的浮力重，并且被锁定至导向柱插座16，从而防止了泄漏检测装置的非有意的漂离。
检测器5通过电缆6与插头15被连接到位于采油树上的海底控制模块9(在下文中称为SCM)。锁定单元8的槽8'作为用于当不使用时(例如移除整个单元期间)的连接器15的自由端的安全的停放空间。
在上文和下文中描述的优选实施例中，检测器5是相位电容泄漏检测器探头。但这不是本发明必需的，并且正如本领域技术人员所知的，其它类型的传感器也可以应用。
因此，检测器5应用电容传感以用于识别在周围介质中介电常数的改变。因此，它必须保持与待检测介质物理接触。如前面段落所解释的，这并不是本发明所必需的，并没有提供进一步的阐述，因为它是本领域的技术人员所公知的。由于类似的原因，SCM 9的作用并未详述。明显的是，泄漏检测器5连接到SCM 9，SCM 9将信号发送到表面，使得泄漏管理团队在检测到泄漏的情况下可以发起纠正措施。
泄漏检测系统的明智的构造是，包括漂浮单元1，漂浮单元1通过锁定装置8锚定在采油树顶11上，以使得检测器5在基盘舱口10的下方，但高于采油树顶的顶部11，这构成了本发明的关键所在。将探测器5牢固地放置到基盘舱口10的下方但高于采油树顶的顶部11的目是通过这种独特而简单的结构实现的。泄漏检测器5适于被安装在基盘舱口10下方大约5厘米处。
如何安装现在将参照图4a，图4b和图5来阐述。
如图4a所示，浮子1由采油树基盘舱口10下方的ROV 12的臂12'引导，从而使检测器5被置于正好在采油树基盘舱口10的下方但高于的采油树顶的顶部11。ROV 12的一个臂12”被牢固地连接到采油树的主体14上的固定的扶手11'。整个单元这样构成以使得该单元以其整体适于被安装在基盘舱口10下方例如仅5厘米，并且该单元借助于浮力和部件之间的独特平衡保持其位置。
该安装被示出为当舱口10闭合时的阶段。该图还示出了在舱口天花板中的开口10'，来自海床的溢出物可以通过开口10'逃逸而不被检测器5检测到。如在图4a中清楚地示出的，在ROV海底作业(为了运输和定位)期间，浮子1通过线7被固定至锁定单元8。
万一基盘舱口10被打开而没有事先移除浮子1和相关联的组件(即，检测器5、电缆6、线7和锁定单元8)，线7能防止意外漂离。运输期间，插头15的自由端被牢固地停靠到锁定装置8上的插槽8'中(在图1和图2中最佳示出)。
图4b示出了下一阶段，在该阶段，泄漏检测系统被进一步带向舱口10的下方的开口10'中的想要的位置。图5示出下一阶段，在该阶段浮子1被安装在该想要的位置。垫4紧靠舱口天花板10放置。因此，ROV 12被缩回。
浮子不需要被固定至舱口天花板，但可以被允许浮在顶板的边界内。
如果打开舱口而没有事先移除泄漏检测系统，浮子1将上浮，直至线7被拉紧。锁定单元8将防止浮子进一步上升。理想情况下，泄漏检测系统然后应被移除并不再安装，直到舱口10被闭合。然而，如果该舱口10被再次闭合而泄漏检测系统没有事先被移除，浮子1将被舱口向下推，并且相当安全地位于舱口下面。它很可能不在正确的位置，但将浮子1重新定位到开口10'之一中对于ROV是个简单的任务。这意味着，不管舱口10怎样移动，泄漏检测系统将被保持安全。
当图3、图4a、图4b和图5参照前面的描述被理解，对于本领域的技术人员应该清楚的是，根据本发明的泄漏检测系统的独特构造使得检测器单元可以安装在舱口天花板10的下方和采油树顶11的上方，这是迄今为止不可能的。如前面所述的，其他优点也来自于这种独特结构，特别是当被安装后保持检测器单元的位置。
泄漏检测器5的位置确保了其尽早的检测到泄漏；同时确保避免来自海床的溢出物的误检测。该构造有利于易于安装和取回整个系统以更换和维护。泄漏检测系统可以在执行作业(例如油井干预(well intervention)等)时被安装或被移除。
从前面的描述以及从所附的权利要求书，对于本领域的技术人员清楚的是，本发明的所有目标均被实现。按照本发明的技术可以在深海和浅海被应用，并且不管何种水下条件都可起作用。此外，应当理解的是，只有一个位于采油树上的泄漏检测系统被示出。理想情况下，海底作业期间，应该有多个这样的泄漏检测系统被安装在海底组件上方，从而使泄漏检测工作用一种可靠的方式完成并且适当的信号被发送到泄漏管理团队，用于使纠正措施生效。本发明也包括这一方面。
仅为了理解的目的，本发明已经参照优选实施例和附图被描述，并且对于本领域技术人员应该是清楚的是，本发明包括了前文所描述的内容的范围和所附的权利要求书所要求的范围之内的所有合法修改。

Claims (12)

1.一种用于海上作业设施的海底泄漏检测系统，包括至少一个泄漏检测器(5)，所述泄漏检测器(5)可操作地连接到位于海底组件上的控制器(9)，其特征在于，所述系统设置有漂浮构件(1)，所述泄漏检测器(5)被连接在所述漂浮构件(1)上，所述漂浮构件(1)适合于被安装和稳定地定位在所述海底组件上方，并且所述海底组件包括采油树(14)和保护结构，所述保护结构具有在所述采油树(14)上方延伸的基盘舱口(10)，所述保护结构起作用以收集烃类泄漏，其中所述漂浮构件是浮子，所述浮子通过线被固定至锚定单元，使得所述泄漏检测器被定位在所述采油树的顶上方并且在所述基盘舱口下方。
2.根据权利要求1所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述锚定单元是锁定单元。
3.根据权利要求1所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述控制器(9)是在所述采油树(14)上的海底控制模块单元。
4.根据权利要求2所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述控制器(9)是在所述采油树(14)上的海底控制模块单元。
5.根据前述权利要求中任一项所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述泄漏检测器是电容传感器类型检测器。
6.根据权利要求1所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述锚定单元(8)适于被牢固地接收在所述采油树的顶(11)上的导向柱插座(16)中。
7.根据权利要求1-4和6中任一项所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述漂浮构件(1)具有锥形顶部部分(17)，所述锥形顶部部分(17)适于被接收在所述基盘舱口(10)中的开口(10')中。
8.根据权利要求5所述的海底泄漏检测系统，其特征在于，所述漂浮构件(1)具有锥形顶部部分(17)，所述锥形顶部部分(17)适于被接收在所述基盘舱口(10)中的开口(10')中。
9.一种用于安装用于海上作业设施的海底泄漏检测系统的方法，所述系统包括至少一个泄漏检测器(5)，所述泄漏检测器(5)可操作地连接到位于海底组件上的控制器(9)，所述系统设置有漂浮构件(1)，所述泄漏检测器(5)被适当地连接在所述漂浮构件(1)上，其特征在于，通过安装和稳定地定位所述漂浮构件(1)，将所述泄漏检测器(5)保持在基盘舱口(10)下方的开口(10')中，使得所述漂浮构件(1)只通过浮力被保持在所述开口(10')中的适当位置，并且将所述泄漏检测器(5)放置在所述基盘舱口(10)下方的指定距离处，使泄漏产品以替代来自地面的天然溢出物的泄漏率的速率从所述基盘舱口下方逃逸，在所述基盘舱口(10)下方收集高于天然溢出物的泄漏率的泄漏产品，直到收集的泄漏产品的水平到达所述泄漏检测器(5)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述漂浮构件(1)连接到锚定单元(8)并且将所述锚定单元(8)连接到所述基盘舱口(10)下方的固定结构。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述锚定单元是锁定单元。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述漂浮构件是通过线被固定至所述锚定单元的浮子。
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