一种极深水海洋油气田工程开发系统

摘要

本发明公开了一种极深水海洋油气田工程开发系统，包括海面浮式生产装置、一级立管支撑浮筒、一级刚性立管、二级立管支撑浮筒、二级刚性立管、水中采油设备、上部柔性跨接管、张力系泊装置以及海底井口装置；所述的张力系泊装置包括张力缆绳和桩基。本发明将海底的采油设备安装在距离海面下200-350m处的二级立管支撑浮筒上，由于压力降低和温度升高，从而降低了对采油设备的设计要求与技术难度，进而极大地降低建造、安装与维修成本。本发明采用两级立管支撑浮筒分级承担水中刚性立管的载荷，避免了单一立管支撑浮筒的尺寸过大，同时有效地减少了海面浮式生产装置支撑的总重量，降低了海面浮式生产装置的设计要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋油气田开发技术，特别是一种极深水海洋油气田工程 开发系统。

背景技术

全世界海洋深度3000～6000m占据了海洋面积的绝大部分，达到73.83％， 因此，对于极深水海域海底资源的开发是当代高新技术追求的重要目标。

目前，依托传统的海洋工程装备与海洋工程技术，人类海洋油气资源开发 的极限水深在3000～3500m之间，且投入的开发成本巨大。此外，由于极深水 海域的海况条件恶劣(如暴雨、飓风)等，使得正常的油气开采作业风险剧增。

基于上述问题的存在，传统的海洋油气工程装备与海洋油气工程技术在极 深水海域环境下(3000～6000m)作业的可行性、安全性和经济适用性均已无法 满足要求。

发明内容

为解决现有海洋油气工程装备和技术在极深水海域环境下存在的上述问 题，本发明要设计一种极深水海洋油气田工程开发系统，该系统对海洋深度不 敏感，可以极大地提升海洋油气田开发的作业水深；可以应对极深水海域环境 中恶劣海况所带来的安全性挑战；可以应对极深水海域水中生产立管系统重量 过大的挑战；可以应对水面浮式生产装置在极深水海域环境中设计要求过高的 挑战；可以应对极深水海域环境下对采油设备耐高压的挑战。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种极深水海洋油气田工程开发系统，包括海面浮式生产装置、一级立管 支撑浮筒、一级刚性立管、二级立管支撑浮筒、二级刚性立管、水中采油设备、 上部柔性跨接管、张力系泊装置以及海底井口装置；所述的张力系泊装置包括 张力缆绳和桩基，所述的桩基固定在海床上；

所述的一级立管支撑浮筒位于海面下H/2处，通过张力缆绳系泊在海床上 的桩基上，使一级立管支撑浮筒平稳地停留在水下指定位置；所述的H为作业 的海域深度；

所述的一级刚性立管的顶端连接一级立管支撑浮筒、其底端与海底井口装 置连接；

所述的二级立管支撑浮筒位于海面下H1处，所述的二级刚性立管顶端连接 二级立管支撑浮筒、底端与一级立管支撑浮筒的上部连接；所述的H1为200到 350m水深；

所述的水中采油设备安装在二级立管支撑浮筒上；

所述的上部柔性跨接管的下端与管线中转装置相连接、上端连接至海面的 浮式生产装置。

本发明所述的一级刚性立管和二级刚性立管上安装环形浮力装置。

本发明工作时，海底的油气资源通过海底井口装置、一级刚性立管、一级 立管支撑浮筒、二级刚性立管、二级立管支撑浮筒、水中采油设备、上部柔性 跨接管，最终到达海面浮式生产装置，从而进行海洋油气资源的开发工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在1500米以上的超深海，采油设备大都安装在海底，在海底的采油设 备要求具有耐高压、耐低温的要求，故而对技术要求高、造价高；本发明将海 底的采油设备安装在距离海面下H1处的二级立管支撑浮筒上，由于压力降低和 温度升高，从而降低了对采油设备的设计要求与技术难度，进而极大地降低建 造、安装与维修成本。

2、本发明采用两级水中立管支撑浮筒分级承担水中刚性立管的载荷，避免 了单一水中立管支撑浮筒的尺寸过大，同时有效地减少了海面浮式生产装置支 撑的总重量，降低了海面浮式生产装置的设计要求，极大地降低了投资成本。

3、本发明的一级立管支撑浮筒通过张力缆绳系泊在海床上，具有良好稳性。

4、本发明的二级刚性立管具有传输物料和稳定二级立管支撑浮筒的双重作 用，简化建造和安装工艺。

5、本发明装置位于海面下H1处，通过柔性跨接管连接海面浮式生产装置， 减小了近海面处载荷与海面浮式生产装置运动对本发明装置的影响，使其对此 引起的疲劳不敏感。

6、本发明在台风或飓风来袭时，上部柔性跨接管可与水中二级立管支撑浮 筒迅速断开，从而形成海面与海中设备的断开状态，进而水面浮式生产装置运 行至无台风区域，具有防台风或飓风来袭的功能。

7、若作业水深H极大时(一般大于6000m)，由于极深水海域巨大水深、 低温和高压的影响，水下刚性立管的重量会急剧增加，一级立管支撑浮筒和二 级立管支撑浮筒为支撑巨大的水下刚性立管的载荷，浮筒的尺寸会变得很大， 建造与安装成本急剧增加。为此，本发明在水下刚性立管上安装环形浮力装置， 减小刚性立管在水中的承重，从而减少浮筒所需承受的下部立管载荷，降低浮 筒的尺寸和重量，从而简化浮筒的建造工艺与安装工艺难度，降低成本。

附图说明

本发明共有附图4张，其中：

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的一级立管支撑浮筒的俯视图。

图3是本发明的二级立管支撑浮筒的俯视图。

图4是本发明的水中刚性立管安装环形浮力装置后的整体结构示意图。

图中：2、桁架结构，5、环形浮力装置，7、张力缆绳，8，桩基，9、井口 头，10、一级立管支撑浮筒，11、中央柱结构，12、悬臂浮筒，15、一级刚性 立管，16、海面，17、海床，19、采油设备，20、二级立管支撑浮筒，21、管 线中转装置，25、二级刚性立管，27、上部柔性跨接管，28、海底井口装置， 30、海面浮式生产装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。

如图1所示，一种超深海洋油气工程开发系统，主要包括海面浮式生产装 置30、一级立管支撑浮筒10、一级刚性立管15、二级立管支撑浮筒20、二级 刚性立管25、水中采油设备19、上部柔性跨接管27、张力系泊装置以及海底井 口装置28。

为便于说明本发明的具体实施方式，假设作业的海域深度为H(H大于3 000m)。

所述的一级立管支撑浮筒10位于海面下H/2处，通过张力缆绳7固定在位 于海床17的桩基8上，以使得一级立管支撑浮筒10平稳地定位于水下指定位 置H/2处。

所述的一级立管支撑浮筒10上部有三个井口头9(井口头9下部为贯穿一 级立管支撑浮筒10的通道，图中未展示)，井口头9用来引导一级刚性立管15 通过一级立管支撑浮筒10并与海底的井口装置28连接

所述的一级刚性立管15的顶端连接一级立管支撑浮筒10，底端与海底井口 装置28连接，从而一级刚性立管15的载荷由海床17和一级立管支撑浮筒10 共同承担。

所述的二级立管支撑浮筒20位于海面下H1处，使得二级立管支撑浮筒20 几乎不受近海面处的风、浪、流影响，有很好的在位性能。

所述的二级刚性立管25顶端连接二级立管支撑浮筒20，底端与一级立管支 撑浮筒10的上部连接。如此，二级刚性立管25的载荷主要由二级立管支撑浮 筒20承担，同时一级立管支撑浮筒10为二级刚性立管25和二级立管支撑浮筒 20提供支撑的基础平台。

如图3所示，水中采油设备19(主要为采油树及相关的输油管线装置)安 装在二级立管支撑浮筒20上，水中采油设备19的输油管线装置集中汇接到管 线中转装置21上(为图示清楚，输油管线在图中未展示)。如此，将原本安装 在海床17上的采油设备19安装在位于海面下H1处的二级立管支撑浮筒20上， 降低了在极深水海域对采油设备19的性能要求，安装、维修方便，极大地降低 了成本。

所述的上部柔性跨接管27的下端与二级立管支撑浮筒20上部的管线中转 装置21相连接，另一端连接位于海面16的浮式生产装置30。

由此，海底的油气资源通过海底井口装置28、一级刚性立管15、一级立管 支撑浮筒10、二级刚性立管25、二级立管支撑浮筒20、水中采油设备19和上 部柔性跨接管27，最终到达海面浮式生产装置30，从而进行海洋油气资源的开 发工作。

特别地，如图2所示的一级立管支撑浮筒10采用中央柱结构11和三根矩 形截面浮筒12的组合结构形式，三根矩形截面浮筒12位于中央柱结构11边缘， 在平面上的夹角为120°，形成辐射状。矩形截面浮筒12的末端采用中性浮力 的桁架结构2，使得一级立管支撑浮筒10在水中满足设计浮力的情况下，来降 低一级立管支撑浮筒10的重量，从而简化一级立管支撑浮筒10的建造工艺难 度，降低生产成本。

如图4所示，若作业水深H极大时(一般大于6000m)，可在一级刚性立 管15和二级刚性立管25上安装环形浮力装置5，减小一级刚性立管15和二级 刚性立管25在水中的重量，从而减少一级立管支撑浮筒10和二级立管支撑浮 筒20所承担地水中一级刚性立管15和二级刚性立管25载荷，以降低一级立管 支撑浮筒10和二级立管支撑浮筒20的尺寸和重量，从而简化一级立管支撑浮 筒10和二级立管支撑浮筒20的建造工艺与安装工艺难度，降低成本。

当在极深水海域作业遇到极端恶劣海况(如台风或飓风来袭)等紧急情况 时，上部柔性跨接管27可与二级立管支撑浮筒20上的管线中转装置21迅速断 开，从而形成海面与海中设备的断开状态，进而海面浮式生产装置30迅速避险， 以避免开发油田由于遭遇紧急情况而引发的人员伤亡及财产损失。