CN111022002A - 一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置及模拟方法，包括吸附腔主体、位于吸附腔主体上方的中部平板、中部平板上面安装有支撑架，支撑架顶部安装有上部安装平板，若干根沿上部安装平板边缘位置分布的通道管和至少两根位于靠内分布的排泄管均从上部安装平板的顶部竖直向下穿过支撑架和中部平板直至连通至吸附腔，一根井口模拟管从上部安装平板的顶部竖直向下穿过支撑架直至中部平板上，本发明能根据要求设计海床吸附力，能降低水下布放施工难度，能逼真模拟水下安装测试条件，并能方便调整平台水平度满足要求，试验完成后可以及时回收，能有效解决国产水下油气装备的测试困难问题。

Description

一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及水下油气生产系统装备水下安装、检测及验证应用领域，具体为深水油气生产系统井口环境模拟平台装置及模拟方法。

背景技术

目前我国海洋油气资源开采经验约300m，更大水深需与国外合作，且关键装备及配套件都采用进口，为了适应国家中远海深水资源开发需求(如1500m级)，降低运营成本，我国花巨资建造了3000m级多艘工程类船舶如海洋石油286、海洋石油289、海洋石油291以及981和982钻井船。同时科技部、发改委和工信部及相关行业单位投资研制了深水油气生产系统相关的装备及配套部件，如采油树、防喷器、管汇、立管、水下连接器及控制器等，现存在海洋工程装备检测试验方法欠缺、规范性手段不足等问题，经过努力建立了一些陆上、水池等测试手段和工艺装备，仍存在配套不足、无法开展深水安装、调试流程验证及工况运行等检测试验，致研制的装备无法投入使用。

针对国内油气生产系统无深水装备吊放安装、检测的水下模拟平台情况，本发明提出了一种深水油气生产系统井口环境模拟平台方案，能在不同的水深条件下搭建水下安装平台，模拟水下油气生产系统井口、管汇等环境和条件，水下装备安装及检测试验完成后，还能脱离海床吸附方便回收，本发明结构简单、可靠，使用方便，制造成本低，可以在不同的海域和水深使用，能降低国产海洋装备深吊放安装和工况检测费用。

发明内容

针对上述现有国产水下装备水下测试检测能力和条件不足现状，需要开展相应的配套检测装备和工艺装备研制，适应水下设备安装及检测的需求。基于该需求，本发明的提出了深水油气生产系统井口环境模拟平台装置及模拟方法，可以逼真模拟水下井口及管汇等水下环境条件，用于水下生产系统装备模拟安装、联调、检测及人员培训。具体的，本发明是这样实现的：

深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，包括位于本装置底部的吸附腔主体、设置于吸附腔主体内的吸附腔、位于吸附腔主体上方的中部平板，吸附腔主体与中部平板底部之间通过数根连接结构连接、中部平板上面安装有支撑架，支撑架顶部安装有上部安装平板，若干根沿上部安装平板边缘位置分布的通道管和至少两根位于靠内分布的排泄管均从上部安装平板的顶部竖直向下穿过支撑架和中部平板直至连通至吸附腔，一根井口模拟管从上部安装平板的顶部竖直向下穿过支撑架直至中部平板上。

进一步的，所述吸附腔内部用防腐蚀材料加工，底部边缘上设有向下分布的若干块防滑板，所述吸附腔主体和吸附腔均呈梯形状向底部张开。

进一步的，所述井口模拟管为多层套管，长度不低于20m，其顶部管口装有井口头，井口头上安装有可开闭的井帽。

进一步的，所述中部平板的外侧面通过四周包边的中部平板外沿连接结构与吸附腔主体连接安装，所述中部平板外沿连接结构的外侧面为向下逐步倾斜收紧的的外斜面。

进一步的，所述支撑架由若干条横纵交错的钢架管连接搭建，支撑架的头尾分别安装于上部安装平板和吸附腔主体之间，所述通道管、排泄管和井口模拟管穿插安装在支撑架中部的空隙之间，或，支撑架围绕所述通道管、排泄管和井口模拟管安装于上部安装平板和吸附腔主体之间。

进一步的，所述通道管为四根，分别分布于靠近上部安装平板的四角的部位上，且所述通道管和排泄管的管口处均安装有开闭阀门。

进一步的，所述中部平板和上部安装平板的边缘位置均匀分布有若干个吊耳，所述上部安装平板的两相对的侧边边缘上均分布有对称设置的固定环。

本发明的另一方面，提供了深水油气生产系统井口环境模拟方法，包括以下步骤：

将吸附腔主体置于海床面上，并在其上安装与其内部相同的通道管和排泄管，于吸附腔主体中部上方按试验需求安装所需高度的井口模拟管，井口模拟管上方安装有井口模拟平台；

在井口模拟平台上将高压水从通道管注入进吸附腔主体内，将吸附腔主体的吸附腔内的淤泥从排泄管排出，吸附腔牢固的吸附在海床面上；

于井口模拟平台上进行模拟检测设备的安装、检测、试验。

进一步的，还包括：调整井口模拟平台的水平姿态：开启倾斜角较高的一侧所在方向上的通道管的开关阀和排泄管开关阀，开关阀与外部水压泵装置连接后，通过通道管向吸附腔体内部注入高压水体，将淤泥排出，直至其倾斜度达到水平。

进一步的，还包括：

回收再利用：打开通道管开关阀，关闭排泄管开关阀，向吸附式腔体内部注入高压水体或高压气体，使吸附腔体在内部产生高压脱离海床吸附，回收模拟平台主体。

本发明的工作原理介绍：利用吸附腔的吸附作用，将吸附腔主体稳定吸附在海床上，防滑板能增强稳定性，从而使整个模拟平台主体能稳定在海床上。模拟平台的上部平板与海床有足的间隔，如20m，此间隔可以安装和固定水下油气井口模拟管，在模拟平台上安装井口头及其配套装置逼真模拟水下井口平台，从而满足水下采油树等水下吊放安装连接、调试和检测的需要。同时还能在模拟平台的上部平板上安装管汇等装置，模拟其它水下安装环境条件。本发明提出的模拟平台，可以产生足够大的吸附力，能模拟和满足各类水下油气装备水下安装检测环境条件，可以在不同的水深位置开展试验，同时在施工完成后能快速回收模拟平台，不会成为水中固定设施，影响环境或是水中航行安全。

本发明的有益效果：本发明提供的模拟平台能据要求设计海床吸附力，方便安装、重量轻，能降低水下布放施工难度，能逼真模拟水下安装测试条件，并能方便调整平台水平度满足要求，试验完成后可以及时回收，能有效解决国产水下油气装备的测试困难问题。还可用于水下生产系统装备模拟安装、联调、检测及操作人员培训。

附图说明

图1为一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置的结构主视图；

图2为一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置的顶部俯视图；

图3为一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置的截面结构示意图；

图4为一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置的结构的立体结构示意图；

图5为一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置底部吸附在海底的结构示意图；

图6为吸附腔主体及其连接结构的结构示意图；

其中：1吸附腔主体、2吸附腔、3中部平板、4连接结构、5支撑架、6上部安装平板、7通道管、8排泄管、9井口模拟管、10防滑板、11井口头、12井帽、15开闭阀门、16吊耳、17固定环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述。

实施例1：如图1～图6所示，本发明所述的模拟平台含有吸附腔主体1、吸附腔2、通道管7、排泄管8、支撑架5、防滑板10、吸附腔与中部平板3中间连接结构4、吸附腔与中部平板外沿连接结构、中部平板3与上部平板连接结构4、井口模拟管9、通道管7开闭阀门15、井口头11、排泄管8开关阀、平台上部安装平面、平台上部安装平板6等组成。其中吸附腔2与海床有足够大的接触面积，如10m×8m，能提供足够大的吸附力，保证模拟平台的稳定性。通道管7为四根或以上，分布模拟平台的四个方向上且与吸附腔相通，因吸附腔2面积较大，排泄管8为2根及以上分布在平板不同位置，方便不同方向的淤泥排除。井口模拟管9在模拟平台的中部，由吸附腔主体1上表面通至平台上部安装平板6。同时吸附腔与中部平板3中间连接结构4、吸附腔与中部平板外沿连接结构和中部平板3与上部平板连接结构4、平台上部安装平板6有足够强度，必要时，可以通过平台上部的多个安装平板吊耳16连接锚定结构，以加强模拟平的稳定性，保证模拟平台上部安装平板6能支撑采油树、或管汇等大体积和大重量装备的安装。

优选地，所述的通道管7和排泄管8用于排除吸附腔2内的淤泥，并能通过多个方向上通道管7向吸附腔2内加入高压水，吹除高端淤泥调整模拟平台的水平度姿态。

优选地，所述的模拟平台中部有井口模拟管9，按要求为与真实井口的管道构成一样，为多层的套管，安装固定可靠，在其上部有井口头11，井口头上安装有可开闭的井帽12，能真实模拟水下井口环境和条件，用于安装检测水下采油树、防喷器等。同时平台上部安装平面上部还能安装模拟管汇环境，用于水下安装检测立管、水下跨接管、管阀接头和脐带缆连接接口等。上部安装平板的两相对的侧边边缘上均分布有对称设置的固定环17，便于通过吊绳将其拉伸保持固定稳定。

优选地，所述的模拟平台吸附腔上部与上部平板的间隔较大，如20m，此间隔可以安装和固定井口模拟管9，有足够的长度模拟水下井口管道，井口模拟管9为多层套管，保证模拟平台在井口下部分条件的逼真模拟特性。

优选地，所述模拟平台下部有多个向下延伸的防滑板10。防滑板10可以每间隔1m左右焊接安装，其长度可以为0.5m左右，防滑板10的相邻间隔约为1m左右，采用焊接方式，并焊有加强筋，可在空气中支撑模拟平台下部和中部的重量；防滑板10布置于海床上后，能够插入到海床沉积层泥土中，增强模拟平台的稳定性。

针对本发明模拟平水下布放，其步骤和流程如下：

(一)、将模拟平台下部与中部的组合体通过中部平板3吊耳16吊放入水并坐底海床；

(二)、吊放整体固定好的中部平板3与上部平板连接结构4入水，在水下对接连接平台中部平板3并固定，连接工作由潜水员或是水下ROV操作。

(三)、通过平台上部安装平板6吊耳16吊放模拟平台上部平板入水，并对接和连接中部平板3与上部平板连接结构4，连接工作由潜水员或是水下ROV操作。

(四)、调整模拟平台水平姿态。开启通道管7开闭阀门15和排泄管8开关阀，将通道管7开闭阀门15与外部水压泵装置连接后，通过通道管7向吸附腔体内部注入高压水体，将吸附腔体内部海床淤泥吹起，从排泄管8中排除。调整模拟平台的水平度时，需要从通道管7加入高压水，吹除高端的淤泥从排泄管8中排除，从而调整模拟平台的水平度并达到要求。关闭阀件，停止注入高压水，吸附腔体稳定吸附在海床表面，吸附腔的面积约10m×8m(可以为其它面积，能保证模拟平台水下稳定性)，按50m水深计算，理论上产生的吸附力达4000T，此吸附力远远大于模拟平台上部要安装的采油树等部件重量大，能保证模拟平台的水下稳定性。

(五)、回收模拟平台时时，通过打开通道管7开关阀，关闭排泄管8开关阀，向吸附式腔体内部注入高压水体或高压气体，使吸附腔体在内部产生高压脱离海床吸附，回收模拟平台主体。

实施例2：

深水油气生产系统井口环境模拟方法，包括以下步骤：

将吸附腔主体置于海床面上，并在其上安装与其内部相同的通道管和排泄管，于吸附腔主体中部上方按试验需求安装所需高度的井口模拟管，井口模拟管上方安装有井口模拟平台；

在井口模拟平台上将高压水从通道管注入进吸附腔主体内，将吸附腔主体的吸附腔内的淤泥从排泄管排出，吸附腔牢固的吸附在海床面上；

于井口模拟平台上进行模拟检测设备的安装、检测、试验。

优选地，还包括：调整井口模拟平台的水平姿态：

开启倾斜角较高的一侧所在方向上的通道管的开关阀和排泄管开关阀，开关阀与外部水压泵装置连接后，通过通道管向吸附腔体内部注入高压水体，将淤泥排出，直至其倾斜度达到水平。

优选地，还包括：

回收再利用：打开通道管开关阀，关闭排泄管开关阀，向吸附式腔体内部注入高压水体或高压气体，使吸附腔体在内部产生高压脱离海床吸附，回收模拟平台主体。

应当理解的是，本发明上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，包括位于本装置底部的吸附腔主体、设置于吸附腔主体内的吸附腔、位于吸附腔主体上方的中部平板，吸附腔主体与中部平板底部之间通过数根连接结构连接、中部平板上面安装有支撑架，支撑架顶部安装有上部安装平板，若干根沿上部安装平板边缘位置分布的通道管和至少两根位于靠内分布的排泄管均从上部安装平板的顶部竖直向下穿过支撑架和中部平板直至连通至吸附腔，一根井口模拟管从上部安装平板的顶部竖直向下穿过支撑架直至中部平板上。

2.根据权利要求1所述的一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，所述吸附腔内部用防腐蚀材料加工，底部边缘上设有向下分布的若干块防滑板，所述吸附腔主体和吸附腔均呈梯形状向底部张开。

3.根据权利要求1所述的一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，所述井口模拟管为多层套管，长度不低于20m，其顶部管口装有井口头，井口头上安装有可开闭的井帽。

4.根据权利要求1所述的一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，所述中部平板的外侧面通过四周包边的中部平板外沿连接结构与吸附腔主体连接安装，所述中部平板外沿连接结构的外侧面为向下逐步倾斜收紧的的外斜面。

5.根据权利要求1所述的一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，所述支撑架由若干条横纵交错的钢架管连接搭建，支撑架的头尾分别安装于上部安装平板和吸附腔主体之间，所述通道管、排泄管和井口模拟管穿插安装在支撑架中部的空隙之间，或，支撑架围绕所述通道管、排泄管和井口模拟管安装于上部安装平板和吸附腔主体之间。

6.根据权利要求1所述的一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，所述通道管为四根，分别分布于靠近上部安装平板的四角的部位上，且所述通道管和排泄管的管口处均安装有开闭阀门。

7.根据权利要求1所述的一种深水油气生产系统井口环境模拟平台装置，其特征在于，所述中部平板和上部安装平板的边缘位置均匀分布有若干个吊耳，所述上部安装平板的两相对的侧边边缘上均分布有对称设置的固定环。

8.深水油气生产系统井口环境模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

将吸附腔主体置于海床面上，并在其上安装与其内部相同的通道管和排泄管，于吸附腔主体中部上方按试验需求安装所需高度的井口模拟管，井口模拟管上方安装有井口模拟平台；

在井口模拟平台上将高压水从通道管注入进吸附腔主体内，将吸附腔主体的吸附腔内的淤泥从排泄管排出，吸附腔牢固的吸附在海床面上；

于井口模拟平台上进行模拟检测设备的安装、检测、试验。

9.根据权利要求8所述的深水油气生产系统井口环境模拟方法，其特征在于，还包括：调整井口模拟平台的水平姿态：

开启倾斜角较高的一侧所在方向上的通道管的开关阀和排泄管开关阀，开关阀与外部水压泵装置连接后，通过通道管向吸附腔体内部注入高压水体，将淤泥排出，直至其倾斜度达到水平。

10.根据权利要求8所述的深水油气生产系统井口环境模拟方法，其特征在于，还包括：

回收再利用：打开通道管开关阀，关闭排泄管开关阀，向吸附式腔体内部注入高压水体或高压气体，使吸附腔体在内部产生高压脱离海床吸附，回收模拟平台主体。

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