[发明专利]一种水下自张紧式生产输送立管系统及其安装方法

说明书

本发明公开了一种水下自张紧式生产输送立管系统及其安装方法，所述的系统包括生产立管组件、控制立管组件、组合浮筒和系泊装置；所述的组合浮筒包括内层浮筒和外层浮筒；所述的内层浮筒内设置多个立管通道。本发明的外层浮筒负责提供系泊缆绳张紧力，各个内层浮筒分别负责提供相应的单根刚性生产立管或刚性保护管的顶张紧力，实现了系泊装置与所有立管的垂向受力以及运动的解耦，也实现了各个立管之间的受力以及运动的解耦，提高了刚性生产立管的在位性能要求。本发明的柔性控制管缆的下段管缆统一集成装配于刚性保护管内，从而避免引发复杂的驰振破坏问题。本发明的内层浮筒可沿外层浮筒的滑道自由升降，满足刚性生产立管的热膨胀要求。

技术领域

本发明涉及海洋油气开发技术领域的干式采油平台，具体涉及一种应用于超深水海域环境下干式采油平台的生产立管系统及其安装方法。

背景技术

目前，适用于深海油气开发的干式采油平台有两种：TLP平台和Spar平台。干式采油平台的适配型生产立管系统为顶张紧式立管(Top Tensioned Riser，简称TTR)。现行TTR的结构型式采用双层套管式立管(外层保护管、内层保护管及生产输送管)或单层套管式立管(外层保护管及生产输送管)。套管的主要作用是预防生产输送管的泄露导致的海洋环境污染与压力完整性的失衡。由于套管自重远大于生产输送管，因此双层套管式立管与单层套管式立管均需要巨大的顶张紧力进行支撑。对于TLP平台，TTR的顶张紧力由TLP平台的主体浮力直接承担，因此加大了TLP平台的主体尺寸及自重，限制了TLP平台在更深海域的发展应用。对于Spar平台，TTR的顶张紧力由顶部浮力罐承担，因此加大了浮力罐的主体尺寸，进一步地加大了Spar平台的主体尺寸及自重。

为了降低TTR在超深海油气开发应用中的自重，文献OTC15100(George Z.Gu,RodMyers,Robert Sokoll,Joe Jin,Kevin Huang.Technical Feasibility of TubingRisers.Offshore Technology Conference,Houston,2003.)首次提出了一种解决方案。在该方案中，TTR的结构型式仅具有生产输送管，而无外层保护管和内层保护管；控制管缆平行或缠绕布置在生产输送管外缘。然而，该技术方案具有以下技术局限性：

1、生产输送立管受灾害性海洋环境要素(强风、巨浪和海面强流)作用，生产输送立管易发生干涉、波致疲劳损伤和VIV疲劳损伤等，进而导致生产输送立管发生破裂及原油泄漏；

2、外层保护管及内层保护管的缺失导致生产输送管的轴向刚度大大降低，为满足相邻生产输送立管的干涉要求，需加大生产输送立管的顶部设计间距，为此需增加干式采油平台的甲板面积，加大干式采油平台的主体尺寸；

3、缺少外层保护管及内层保护管，热膨胀导致生产输送管伸长1.2m左右，为此需增加干式采油平台的甲板高度，加大干式采油平台的主体尺寸；

4、外层保护管及内层保护管的缺失导致控制管缆无保护通道，控制管缆需平行或缠绕布置在生产输送管的外缘，进而导致生产输送管横截面的非对称，从而引发复杂的驰振破坏问题。

发明内容

为了解决现行生产输送立管技术在超深海油气开发应用中存在的上述问题，本发明要提供一种实现以下目的的水下自张紧式生产输送立管系统及其安装方法：

1、防止生产输送管破裂及原油泄漏；

2、防止生产输送管发生驰振破坏；

3、减小干式采油平台的主体尺寸。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种水下自张紧式生产输送立管系统，包括生产立管组件、控制立管组件、组合浮筒和系泊装置；